1.3.1 Алгоритм решения задачи по выбору и обоснованию марки конструкционных материалов, вида и режима термической обработки для конкретных деталей в зависимости от условий их работы

При выборе металла и сплава необходимо обосновать данный выбор с учетом надежности работы детали в условиях эксплуатации конкретно для данной задачи.

В задачах приведены типичные условия использования изделий в разных отраслях промышленности; сформулированы характерные свойства, которые должен иметь сплав в соответствующем изделии.

Для решения задач необходимо :

1) проанализировать условия работы детали;

2) выяснить напряженное состояние, которое возникает при этих условиях работы;

3) назвать возможные виды разрушений и другие причины выхода деталей из строя;

4) указать способы исправления этих причин;

5) определить группу сплавов, которые по своим свойствам близки требуемым;

6) выбрать материалы менее дорогие, но надежные в эксплуатации.

Все это позволяет снизить материалоемкость указанных изделий, что имеет большое технико-экономическое значение.

При выборе материала необходимо также учитывать и технологические свойства. Если окажется, что материал не удовлетворяет требованиям задачи, необходимо улучшить свойства путем выбора режима термической обработки. При этом следует указать виды и режимы термической обработки, температуру, структуру и свойства стали, учесть экономические и производственные факторы. Особенно это касается деталей, которые выпускаются в массовом или крупносерийном производстве. Сделанный выбор сплава необходимо обосновать.При решении задач рекомендуется использовать справочные данные, приведенные в приложении.

Пример решения задач

Необходимо изготовить вал диаметром 70 мм для работы с большими нагрузками. Завод имеет на складе сталь марок 45 и 20ХН3А.

Какую сталь следует применить для изготовления вала, чтобы сталь имела 740 МПа?

Решение. Химический состав сталей (в%) приведен в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Химический состав сталей (в%)

Марки стали	С	Mn	Si	Cr	Ni	S	P
20XH3A	0,17-0,23	0,3-0,6	0,17-0,37	0,6-0,9	2,75-3,15	0,025	0,25
Сталь45	0,42-0.50	0,50-0,80	0,17-0.37	0.25	0,25	0,45	0,40

У стали 45 в состоянии поставки НВ= 207. При НВ=200, предел прочности = 300 МПа.

Сталь 20ХН3А в состоянии поставки НВ= 250. При НВ=250, предел прочности = 400 МПа.

Отсюда видно, что мало у обеих марок. Поэтому надо использовать термическую обработку, т.к. вал воспринимает динамическую нагрузку и вибрацию, целесообразно также применить закалку и отпуск.

Сталь 45 (доэвтектоиднная сталь) полная закалка мартенсит закалки, отпуск сорбит отпуска. Но все это будет в поверхностном слое

.

Сталь 20ХН3А легирована никелем и хромом для повышения прокаливаемости и закаливаемости. После полной закалки (850 ) в масле и высокого отпуска (600 ) в масле получим однородную структуру по сечению детали.

Как мы видим из анализа для вала диаметром 70мм, необходимо использовать сталь 20ХН3А, так как её свойства удовлетворяют заданным условиям.