6. Выбор материала

На основе сравнения свойств четырёх выбранных нами марок сталей можно сделать вывод, что для изготовления кернера наиболее оптимальным материалом является сталь У8А, так как она удовлетворяет нашим требованиям и обладает рядом преимуществ по сравнению с другими:

• Низкой стоимостью

• Простая термическая обработка

• Необходимый и достаточный комплекс характеристик (твёрдость, прочность, ударная вязкость) который необходим нам в готовом изделии.

На основе сравнения всех данных по каждому варианту решения делается вывод, какой из предлагаемых вариантов является оптимальным и почему. Для оптимального варианта решения необходимо подобрать режимы термической обработки изделия.

Основой для выбора помимо необходимых механических характеристик, указанных в п. 5.3, 5.4, являются технологические и экономические требования.

Сталь должна удовлетворять требованиям минимальной трудоемкости изготовления детали. В частности, сталь должна обладать хорошей обрабатываемостью резанием и давлением, и поэтому особое значение приобретает выбор правильного режима предварительной термической обработки заготовок, который назначается с учетом последующих процессов упрочнения.

Предварительная термическая обработка осуществляется в заготовительных цехах и сводится к нормализации (углероди­стые стали), нормализации и высокому отпуску при 600—670 °С (легированные стали), отжигу, изотермическому отжигу или вы­сокому отпуску на твердость 156—220 НВ.

Материал должен быть возможно дешевле, с учетом всех затрат, включающих не только стоимость стали, но и изготовление деталей и, наконец, их эксплуатацион­ную стойкость в машинах, в которых они должны работать. В пер­вую очередь нужно стремиться выбрать менее дорогую сталь, углеродистую или низколегированную. Дорогие же легированные конструкционные стали, содержащие дефицитные Ni, Mo, W и другие элементы, следует применять лишь в тех случаях, когда более дешевые стали не удовлетворяют требованиям, предъяв­ляемым к изделию. Легированные стали применяют, когда нужно обеспечить требуемую надежность и долговечность (низкий порог хладноломкости, высокую прокаливаемость, сопротивление уста­лости, износостойкость и др.), получение особых свойств (кор­розионной стойкости, жаропрочности, магнитных свойств и т. д.), улучшение технологических свойств (обработки резанием, штампуемости и т. д.), а также снизить расход металла на единицу го­товой продукции или повысить мощность машины. Применение легированной стали должно быть технически и экономически целе­сообразно и оправданно в том случае, если оно дает экономиче­ский эффект за счет повышения долговечности деталей и уменьше­ния расхода запасных частей и, таким образом, экономии металлопроката.

Эти общие требования к материалу нередко противоречивы. Так, например, более прочные материалы менее технологичны, труднее обрабатываются при резании, холодной объемной штам­повке, сварке и т. д. Решение при выборе материала обычно ком­промиссно между указанными требованиями к стали. В массовом машиностроении предпочитают упрощение технологии и сниже­ние трудоемкости в процессе изготовления детали, некоторой по­тере свойств или увеличению массы детали. В специальных отраслях машиностроения, где проблема прочности (или проблема удельной прочности) играет решающую роль, выбор материала и последующая технология термической обработки должны рассматриваться из условия достижения только макси­мальных эксплуатационных свойств. Вместе с тем не следует стре­миться к излишне высокой долговечности деталей по отношению к долговечности самой машины.

При решении вопроса о выборе стали для получения требуе­мых механических свойств и других характеристик также важно установить оптимальный вид упрочняющей термической или хи­мико-термической обработки. Вопросы выбора материала и тех­нологии термической обработки следует рассматривать примени­тельно к конкретным производственным условиям. Один и тот же процесс термической обработки в различных производственных условиях приводит к разным экономическим результатам. На экономичность технологических процессов влияют объем выпуска продукции, использование энергоресурсов, возможность создания или применения оборудования и другие организационно-экономи­ческие условия производства.

При выборе упрочняющей обработки, особенно в условиях мас­сового производства, предпочтение следует отдавать наиболее эко­номичным и производительным технологическим процессам, на­пример поверхностной закалке при поверхностном или глубинном индукционном нагреве, газовой цементации, нитроцементации и т. д.

Ниже приводятся некоторые советы по выбору видов упрочняющей обработки:

1. Зачастую рационально для деталей, работающих в услови­ях изнашивания, использовать улучшаемые стали, типичная тер­мическая обработка которых «закалка + высокий отпуск» не обеспечивает получение требуемой твердости и износостойкости. В этом случае после типовой термической обработки следует провести поверхностную закалку и низкий отпуск тех частей де­талей, которые при работе изнашиваются.

2. Для деталей типа шестерен сопротивление разрушению зубьев достигается, когда твердость в середине зуба имеет зна­чение 30...40 HRC.

3. В справочниках не приводится значение твердости после цементации. В этом случае необходимо знать, что твердость после закалки зависит от содержания углерода. Так как при цементации добиваются в поверхностном слое 0,8...0,9 % С, то получаемая после закалки твердость составляет

порядка 60...62 HRC.

4. Очень большое значение имеет умение оценить влияние легирую­щих элементов на механические и технологические свойства ста­ли. Это позволяет по марке стали судить о преимуществах и не­достатках сравниваемых сталей (помимо тех свойств, которые приводятся в справочнике). В некоторых случаях представляется целесообразным использовать детали из стали после нетипичной для них термической обработки (обычно после пониженной тем­пературы отпуска, что дает более высокий предел текучести и твердость). Для получения представления об ожидаемых свой­ствах после такой обработки можно использовать графики за­висимости механических свойств от температуры отпуска.

5. Для конструкционной стали «закал­ка + высокий отпуск» являются наиболее распространенным ви­дом термообработки, однако это не значит, что эти стали в других состояниях не могут использоваться. Так, углеродистые стали часто используются в нормализованном состоянии. Для легиро­ванных сталей возможны закалка и отпуск при более низких температурах. При этом повышаются свойства прочности, но понижается вязкость.