Міністерство освіти і науки Російської Федерації
Федеральне агентство з освіти
ГОУ ВПО Череповецький Державний Університет
Інститут Педагогіки і Психології
кафедра: професійної освіти
Курсова робота з дисципліни: Матеріалознавство
Тема: Обгрунтування забезпечення конструкційної міцності виробу
в заданих умовах роботи за рахунок оптимізації складу і
структури використовуваного матеріалу
Виконав студент:
групи 4 ПО - 42
Слимаків Д.І.
Перевірила:
ст. викладач
Мироненко С.М.
Череповець
2007
Зміст
Введення
1. Обгрунтування забезпечення конструкційної міцності кернера
в заданих умовах роботи:
Аналіз умов роботи деталі
Визначення необхідних властивостей матеріалу
Підбір методів випробувань матеріалу
Визначення орієнтовного хімічного складу матеріалу
Уточнення хімічного складу
Вибір матеріалу
Термічна обробка
2. Висновок
Список літератури
Введення
В даний час в промисловості існує необхідність виготовляти деталі, які повинні задовольняти ряду вимог:
Ø Термін служби деталі повинен бути як можна більше, також деталь повинна витримувати задану умовами роботу навантаження.
Ø Собівартість деталі повинна бути мінімальною, при її максимальній якості.
Ø Технологія виготовлення деталі повинна бути оптимальною (простота технологічного процесу, якість деталі і його ціна).
Мета нашої роботи підібрати матеріал для виготовлення кернера так, щоб він задовольняв вище викладеним вимогам.
Перед нами стоїть ряд завдань:
Ø Проаналізувати умови роботи кернера.
Ø Визначити властивості матеріалу кернера.
Ø Подоврать методи випробування матеріалу.
Ø Визначити хімічний склад матеріалу.
Ø Вибрати матеріал.
1. Обгрунтування забезпечення конструкційної міцності
кернера в заданих умовах роботи
1.1. Аналіз умов роботи деталі
При роботі в слюсарній майстерні, для того щоб просвердлити отвір, необхідно попередньо намітити центр цього отвори, це здійснюється за допомогою спеціального інструменту званого кернером.
Кернер при роботі піддається ударні навантаження. Робоча частина (загострена) ставиться на місце передбачуваного центру отвори і ударом молотка по верхній частині виробляється розмітка. Можливе незначне нагрівання кернера при роботі.
Інтервал робочих температур, буде залежати від місця використання. Кернер використовують при роботі в слюсарній майстерні, де температура повітря повинна бути 15 - 17 0 С. Відносна вологість повітря повинна бути де - то 60%.
1.2. Визначення необхідних властивостей матеріалу
З умов роботи кернера вкажемо вимоги, яким повинен задовольняти матеріал. На основі цих вимог визначимо ті властивості, які повинні бути характерні для матеріалу, з якого буде виготовлений кернер. Результати оформимо у вигляді таблиці (табл. 1).
Таблиця 1
Необхідні властивості матеріалу
1.3. Підбір методів випробувань матеріалу
Виходячи з необхідних властивостей до матеріалу кернера, визначаємо методи випробувань, яким необхідно піддати обраний нами матеріал.
Визначення твердості по Роквеллу
Твердість характеризує опір матеріалу великим пластичних деформацій. Найбільш поширені методи визначення твердості пов'язані із впровадженням спеціального тіла званого індентором, у випробуваний матеріал з таким зусиллям, щоб у матеріалі залишився відбиток індентора. Про величину твердості судять по відбитку.
Випробування на твердість будемо проводити за методом Роквелла, так як виготовляється деталь після термічної обробки повинна мати твердістю від 61 до 65 НRС [1, с. 34].
При методі Роквелла індентором служить алмазний конус з кутом при вершині 120 0 (рис. 2), а також кульку з загартованої сталі діаметром 1,588 мм [3, 79].
Рис. 2
Навантаження при використанні алмазного конуса встановлюється 150 або 60 кг у залежності від твердості матеріалу - велика для менш твердих матеріалів (загартовані сталі), менша для матеріалів з дуже високою твердістю (тверді сплави, ріжуча кераміка). Сталева кулька вдавлюють з навантаженням 100 кгс [1, с. 35].
Випробування виконуються на спеціальному приладі (рис. 3), що має чорну (С) і червону (В) шкали. Шкала «С» використовується при випробуваннях за допомогою алмазного конуса при навантаженні 60 і 150 кгс, шкала "В" - для кульки з навантаженням 100 кгс. Значення твердості позначаються: НRС - алмазний конус, навантаження 150 кгс; НRА - алмазний конус, навантаження 60 кгс; НRВ - кулька.
Значення твердості в одиницях НRС приблизно в 10 разів менше, ніж в одиницях НВ, тобто твердість 30 НRС приблизно відповідає 300 НВ. Між значеннями твердості за шкалами «С» та «А» є наступна залежність: НRС = 2 НRА -104 [1, с. 36].
Рис. 3
Випробування на прокаливаемость
Під прокаливаемость увазі глибину проникнення загартованої зони [3, с. 293].
Для визначення прокаліваемсті застосовують метод торцевої гарту. Стандартний зразок (рис. 4) діаметром 25 мм і довгою 100 мм , Нагріте до заданої температури, охолоджується з торця на спеціальній установці (рис. 5); так як швидкість охолодження зменшується у міру збільшення відстані від торця, то змінюється структура і твердість зразка.
Рис. 4 Рис. 5
Зміна твердості по довжині зразка показують на кривих прокаливаемости (рис. 6) побудованих у координатах «твердість - відстань» від торця.
Рис. 6. Крива прокаливаемости (сталь з 0,4% С)
Так як прокаливаемость однієї і тієї ж сталі може коливатися в широких межах залежно від коливань хімічного складу і величини зерна, то прокаливаемость кожної марки стали характеризується не кривий, а смугою прокаливаемости (рис. 7).
Рис. 7
Визначивши за допомогою смуги прокаливаемости відстань від торця до полумартенсітной зони даної марки стали, за номограми (рис. 8) можна визначити критичний діаметр, тобто максимальний діаметр циліндричного прутка, який прожарюється наскрізь у даному охолоджувачі.
Рис. 8
Вуглецеві сталі при загартуванню у воді мають критичний діаметр 10 - 20 мм [1, с. 78].
Визначення ударної в'язкості
Випробування на ударну в'язкість відносяться до динамічних. Для визначення ударної в'язкості використовують зразки з надрізом, який служить концентратором напружень. Використовують U-і V-подібні зразки (рис. 9). Залежно від форми надрізу ударну в'язкість позначають KCU або KCV.
Рис. 9
Зразок встановлюють на маятниковому копрі (рис. 10), так щоб удар маятника відбувався проти надрізу, розкриваючи його.
Рис. 10
Маятник піднімають на висоту h 1, при падінні він руйнує зразок, піднімаючись на висоту h 2, h 1> h 2. Таким чином, робота руйнування складе: A = mg * (h 1 - h 2) кДж [кгс * м]. Її значення зчитуються зі шкали, встановленої на маятниковому копрі [1, с. 38].
Ударна в'язкість - це відносна робота руйнування, тобто робота, віднесена до площі F зразка до руйнування. Таким чином, KCU (KCV) = A / F.
Руйнування металу при ударному навантаженні розвивається в дві стадії. На першій зароджується тріщина, на другий вона поширюється до руйнування зразка. Таким чином, сумарна величина роботи руйнування складається з двох складових - роботи з зародженню (А з) і розповсюдженню (А р) тріщини. Ці складові залежать від структури матеріалу. Надійність матеріалу визначається роботою поширення тріщини. У крихких матеріалів величина А р близька до нуля.
У багатьох металів і сплавів (що мають об'ємно-центровану кубічну і гексагональну решітки) з пониженням температури спостерігається перехід від в'язкого руйнування до крихкому, що виявляється у зниженні ударної в'язкості та зміні характеру зламу. Температурний інтервал зміни характеру руйнування називається порогом холодноламкості [1, с. 39].
Випробування проводять при різних температурах, при кожній температурі аналізують вид зламу і визначають в ньому кількість волокнистої складової.
За результатами випробувань будують графік (рис. 11)
Рис. 11
Розрізняють верхню Т в і нижню Т н кордону порога хладноломкости. У цьому інтервалі температур відбувається перехід від в'язкого волокнистого зламу до крихкого кристалічному. Часто поріг холодноламкості визначають по температурі випробування, при якій в зламі є 50% в'язкої волокнистої складової Т 50 [1, с. 39].
Бажано експлуатувати матеріал вище Т в. Різниця між Т роб. І Т в називають запасом в'язкості.
Випробування на розтяг
Міцність, пружність, пластичність визначаються при випробуваннях на розтяг. Для проведення випробування виготовляють зразки плоскої чи круглої форми. Випробування виконують на розривних машинах різних конструкцій. Головки зразків поміщають в затиски розривної машини, і зразки розтягують до руйнування. За результатами випробувань машина записує діаграму розтягування (рис. 12).
Рис. 12
Після того, як зусилля досягне максимального значення, у зразку з'явиться шийка, в цьому місці згодом і відбудеться руйнування.
Випробування на жидкотекучесть
Жидкотекучестью називається здатність металів і сплавів текти в розплавленому стані по каналах ливарної форми, заповнювати її порожнини і чітко відтворювати контури виливка [4, с. 122].
Жидкотекучесть ливарних сплавів залежить від температурного інтервалу кристалізації, в'язкості і поверхневого натягу розплаву, температури заливання і форми, властивостей ливарної форми і т.д.
Жидкотекучесть ливарних сплавів визначають шляхом заливання спеціальних технологічних проб (рис. 13).
Рис. 13. Спіральна проба (а) і ливарна форма (б) для визначення жидкотекучести сплавів
Розплавлений метал заливають у чашу, отвір в якій закрито графітової пробкою. Після підйому пробки метал спочатку зливається в зумпф, а потім плавно заповнює спіраль. За міру жидкотекучести приймають довжину заповненої частини спіралі, вимірювану в міліметрах [4, с. 123].
Випробування на оброблюваність різанням
Оброблюваність оцінюють рядом показників: продуктивністю обробки, якістю обробленої поверхні, видом стружки. Залежно від конкретних умов вирішальним може виявитися будь-який з критеріїв [1, с. 49].
Найбільш поширеною є оцінка оброблюваності матеріалу по продуктивності. Вона оцінюється швидкістю різання, при якій досягається заздалегідь задана стійкість інструмента. Використовують критерій «V 60» - це швидкість різання (м / хв), при якій досягається 60 - хвилинна стійкість різального інструмента до регламентованого зносу.
Продуктивність обробки тим нижче, чим вище твердість і міцність оброблюваного матеріалу. Крім того, оброблюваність залежить від структури - наявність твердих частинок в структурі знижує оброблюваність матеріалу.
Шорсткість обробленої поверхні залежить головним чином від твердості матеріалу - більш висока твердість забезпечує меншу шорсткість, тобто кращу якість поверхні.
Елементна, «сипка» стружка утворюється в тому випадку, якщо в структурі присутня фаза, що володіє малою міцністю (графіт в чавуні) [1, с. 50].
Випробування на загальну корозію
Для характеристики хімічних властивостей металу в залежності від складу, структури та обробки визначають, перш за все, їх стійкість проти корозії [2, с. 157].
При випробуванні на загальну корозію використовується кілька методів: в рідині при повному зануренні зразка; в рідині при змінному багаторазово повторюваний зануренні; в парах; в киплячому соляному розчині; в навколишній атмосфері в лабораторних умовах. Склад рідини, пари або розчинів, вибирають з врахуванням майбутнього використання металу. Для випробування застосовують зразки з великим відношенням поверхні до об'єму.
Отримані результати оцінюють кількісно, частіше за швидкістю корозії, що характеризується втратою маси протягом певного проміжку часу, віднесеної до одиниці поверхні. За швидкістю корозії визначають також величину проникнення корозії П = (К / γ) 10 -3 мм / рік, де К - швидкість корозії, г / м 2 рік; γ - щільність металу, г / см 3. Ця оцінка прийнятна тільки у випадку однорідного корозійного впливу. При прояві локальних порушень такий метод оцінки неприйнятний.
Поряд з визначенням зміни маси зразка та глибини корозії виконують візуальне (або під мікроскопом) спостереження поверхні зразків. Це дозволяє визначити стійкість проти точкової корозії. У цьому випадку вимірюють щільність (кількість корозійних точок на одиницю поверхні) і глибину точок. Мікродослідження дозволяють виявити виникнення дуже малих крапок і початок корозії.
Іншим показником розвитку корозії є зміна механічних властивостей зразків. Загальна корозія, що приводить до зменшення перерізу, супроводжується зниженням руйнівного навантаження. У результаті точкової корозії знижується також і пластичність (відносне подовження). Корозійна стійкість металу оцінюють за шкалою (табл. 2). Меншим балом характеризують більш стійкі метали [2, с. 158].
Таблиця 2
Оцінка стійкості проти корозії
Федеральне агентство з освіти
ГОУ ВПО Череповецький Державний Університет
Інститут Педагогіки і Психології
кафедра: професійної освіти
Курсова робота з дисципліни: Матеріалознавство
Тема: Обгрунтування забезпечення конструкційної міцності виробу
в заданих умовах роботи за рахунок оптимізації складу і
структури використовуваного матеріалу
Виконав студент:
групи 4 ПО - 42
Слимаків Д.І.
Перевірила:
ст. викладач
Мироненко С.М.
Череповець
2007
Зміст
Введення
1. Обгрунтування забезпечення конструкційної міцності кернера
в заданих умовах роботи:
Аналіз умов роботи деталі
Визначення необхідних властивостей матеріалу
Підбір методів випробувань матеріалу
Визначення орієнтовного хімічного складу матеріалу
Уточнення хімічного складу
Вибір матеріалу
Термічна обробка
2. Висновок
Список літератури
Введення
В даний час в промисловості існує необхідність виготовляти деталі, які повинні задовольняти ряду вимог:
Ø Термін служби деталі повинен бути як можна більше, також деталь повинна витримувати задану умовами роботу навантаження.
Ø Собівартість деталі повинна бути мінімальною, при її максимальній якості.
Ø Технологія виготовлення деталі повинна бути оптимальною (простота технологічного процесу, якість деталі і його ціна).
Мета нашої роботи підібрати матеріал для виготовлення кернера так, щоб він задовольняв вище викладеним вимогам.
Перед нами стоїть ряд завдань:
Ø Проаналізувати умови роботи кернера.
Ø Визначити властивості матеріалу кернера.
Ø Подоврать методи випробування матеріалу.
Ø Визначити хімічний склад матеріалу.
Ø Вибрати матеріал.
1. Обгрунтування забезпечення конструкційної міцності
кернера в заданих умовах роботи
1.1. Аналіз умов роботи деталі
При роботі в слюсарній майстерні, для того щоб просвердлити отвір, необхідно попередньо намітити центр цього отвори, це здійснюється за допомогою спеціального інструменту званого кернером.
Кернер при роботі піддається ударні навантаження. Робоча частина (загострена) ставиться на місце передбачуваного центру отвори і ударом молотка по верхній частині виробляється розмітка. Можливе незначне нагрівання кернера при роботі.
Інтервал робочих температур, буде залежати від місця використання. Кернер використовують при роботі в слюсарній майстерні, де температура повітря повинна бути 15 - 17 0 С. Відносна вологість повітря повинна бути де - то 60%.
1.2. Визначення необхідних властивостей матеріалу
З умов роботи кернера вкажемо вимоги, яким повинен задовольняти матеріал. На основі цих вимог визначимо ті властивості, які повинні бути характерні для матеріалу, з якого буде виготовлений кернер. Результати оформимо у вигляді таблиці (табл. 1).
Таблиця 1
Необхідні властивості матеріалу
| Умови роботи деталі | Вимоги до матеріалу | Властивості матеріалу |
| Механічні властивості | ||
| При контакті з матеріалом заготовки | Матеріал кернера повинен впроваджуватися в матеріал заготовки | Твердість повинна бути вище, ніж твердість матеріалу заготовки |
| Робота в умовах програми навантаження | Повинен витримувати напруги не руйнуючись під дією прикладених сил | Міцність |
| При ударі по Кернеру молотком | Матеріал кернера повинен витримувати ударні навантаження не руйнуючись | Ударна в'язкість |
| Хімічні властивості | ||
| Взаємодія з зовнішнім середовищем | Повинен чинити опір впливу атмосферних умов | Корозійна стійкість |
| Технологічні властивості. | ||
| При виготовленні кернера литтям | Повинен давати рідку добре поточну струмінь, добре заповнювати форму | Жидкотекучесть |
| Повинен піддаватися механічній обробці різальним інструментом | Оброблюваність різанням | |
| При проведенні термообробки | Повинен загартовуватися на певну глибину | Прокаливаемость |
| Повинен приймати високу твердість після гарту | Закаліваемость | |
| Експлуатаційні властивості | ||
| Робота в умовах кімнатних температур | Здатність не давати крихкого руйнування в умовах експлуатації | Нижній поріг холодноламкості повинен бути вище верхньої робочої температури (17 0 С) |
| Здатність матеріалу витримувати механічні навантаження без суттєвої деформації при високих температурах | Жароміцність до 100 0 С | |
1.3. Підбір методів випробувань матеріалу
Виходячи з необхідних властивостей до матеріалу кернера, визначаємо методи випробувань, яким необхідно піддати обраний нами матеріал.
Визначення твердості по Роквеллу
Твердість характеризує опір матеріалу великим пластичних деформацій. Найбільш поширені методи визначення твердості пов'язані із впровадженням спеціального тіла званого індентором, у випробуваний матеріал з таким зусиллям, щоб у матеріалі залишився відбиток індентора. Про величину твердості судять по відбитку.
Випробування на твердість будемо проводити за методом Роквелла, так як виготовляється деталь після термічної обробки повинна мати твердістю від 61 до 65 НRС [1, с. 34].
При методі Роквелла індентором служить алмазний конус з кутом при вершині 120 0 (рис. 2), а також кульку з загартованої сталі діаметром
Рис. 2
Навантаження при використанні алмазного конуса встановлюється 150 або 60 кг у залежності від твердості матеріалу - велика для менш твердих матеріалів (загартовані сталі), менша для матеріалів з дуже високою твердістю (тверді сплави, ріжуча кераміка). Сталева кулька вдавлюють з навантаженням 100 кгс [1, с. 35].
Випробування виконуються на спеціальному приладі (рис. 3), що має чорну (С) і червону (В) шкали. Шкала «С» використовується при випробуваннях за допомогою алмазного конуса при навантаженні 60 і 150 кгс, шкала "В" - для кульки з навантаженням 100 кгс. Значення твердості позначаються: НRС - алмазний конус, навантаження 150 кгс; НRА - алмазний конус, навантаження 60 кгс; НRВ - кулька.
Значення твердості в одиницях НRС приблизно в 10 разів менше, ніж в одиницях НВ, тобто твердість 30 НRС приблизно відповідає 300 НВ. Між значеннями твердості за шкалами «С» та «А» є наступна залежність: НRС = 2 НRА -104 [1, с. 36].
Рис. 3
Випробування на прокаливаемость
Під прокаливаемость увазі глибину проникнення загартованої зони [3, с. 293].
Для визначення прокаліваемсті застосовують метод торцевої гарту. Стандартний зразок (рис. 4) діаметром
Рис. 4 Рис. 5
Зміна твердості по довжині зразка показують на кривих прокаливаемости (рис. 6) побудованих у координатах «твердість - відстань» від торця.
Рис. 6. Крива прокаливаемости (сталь з 0,4% С)
Так як прокаливаемость однієї і тієї ж сталі може коливатися в широких межах залежно від коливань хімічного складу і величини зерна, то прокаливаемость кожної марки стали характеризується не кривий, а смугою прокаливаемости (рис. 7).
Рис. 7
Визначивши за допомогою смуги прокаливаемости відстань від торця до полумартенсітной зони даної марки стали, за номограми (рис. 8) можна визначити критичний діаметр, тобто максимальний діаметр циліндричного прутка, який прожарюється наскрізь у даному охолоджувачі.
Рис. 8
Вуглецеві сталі при загартуванню у воді мають критичний діаметр 10 -
Визначення ударної в'язкості
Випробування на ударну в'язкість відносяться до динамічних. Для визначення ударної в'язкості використовують зразки з надрізом, який служить концентратором напружень. Використовують U-і V-подібні зразки (рис. 9). Залежно від форми надрізу ударну в'язкість позначають KCU або KCV.
Рис. 9
Зразок встановлюють на маятниковому копрі (рис. 10), так щоб удар маятника відбувався проти надрізу, розкриваючи його.
Рис. 10
Маятник піднімають на висоту h 1, при падінні він руйнує зразок, піднімаючись на висоту h 2, h 1> h 2. Таким чином, робота руйнування складе: A = mg * (h 1 - h 2) кДж [кгс * м]. Її значення зчитуються зі шкали, встановленої на маятниковому копрі [1, с. 38].
Ударна в'язкість - це відносна робота руйнування, тобто робота, віднесена до площі F зразка до руйнування. Таким чином, KCU (KCV) = A / F.
Руйнування металу при ударному навантаженні розвивається в дві стадії. На першій зароджується тріщина, на другий вона поширюється до руйнування зразка. Таким чином, сумарна величина роботи руйнування складається з двох складових - роботи з зародженню (А з) і розповсюдженню (А р) тріщини. Ці складові залежать від структури матеріалу. Надійність матеріалу визначається роботою поширення тріщини. У крихких матеріалів величина А р близька до нуля.
У багатьох металів і сплавів (що мають об'ємно-центровану кубічну і гексагональну решітки) з пониженням температури спостерігається перехід від в'язкого руйнування до крихкому, що виявляється у зниженні ударної в'язкості та зміні характеру зламу. Температурний інтервал зміни характеру руйнування називається порогом холодноламкості [1, с. 39].
Випробування проводять при різних температурах, при кожній температурі аналізують вид зламу і визначають в ньому кількість волокнистої складової.
За результатами випробувань будують графік (рис. 11)
Рис. 11
Розрізняють верхню Т в і нижню Т н кордону порога хладноломкости. У цьому інтервалі температур відбувається перехід від в'язкого волокнистого зламу до крихкого кристалічному. Часто поріг холодноламкості визначають по температурі випробування, при якій в зламі є 50% в'язкої волокнистої складової Т 50 [1, с. 39].
Бажано експлуатувати матеріал вище Т в. Різниця між Т роб. І Т в називають запасом в'язкості.
Випробування на розтяг
Міцність, пружність, пластичність визначаються при випробуваннях на розтяг. Для проведення випробування виготовляють зразки плоскої чи круглої форми. Випробування виконують на розривних машинах різних конструкцій. Головки зразків поміщають в затиски розривної машини, і зразки розтягують до руйнування. За результатами випробувань машина записує діаграму розтягування (рис. 12).
Рис. 12
Після того, як зусилля досягне максимального значення, у зразку з'явиться шийка, в цьому місці згодом і відбудеться руйнування.
Випробування на жидкотекучесть
Жидкотекучестью називається здатність металів і сплавів текти в розплавленому стані по каналах ливарної форми, заповнювати її порожнини і чітко відтворювати контури виливка [4, с. 122].
Жидкотекучесть ливарних сплавів залежить від температурного інтервалу кристалізації, в'язкості і поверхневого натягу розплаву, температури заливання і форми, властивостей ливарної форми і т.д.
Жидкотекучесть ливарних сплавів визначають шляхом заливання спеціальних технологічних проб (рис. 13).
Рис. 13. Спіральна проба (а) і ливарна форма (б) для визначення жидкотекучести сплавів
Розплавлений метал заливають у чашу, отвір в якій закрито графітової пробкою. Після підйому пробки метал спочатку зливається в зумпф, а потім плавно заповнює спіраль. За міру жидкотекучести приймають довжину заповненої частини спіралі, вимірювану в міліметрах [4, с. 123].
Випробування на оброблюваність різанням
Оброблюваність оцінюють рядом показників: продуктивністю обробки, якістю обробленої поверхні, видом стружки. Залежно від конкретних умов вирішальним може виявитися будь-який з критеріїв [1, с. 49].
Найбільш поширеною є оцінка оброблюваності матеріалу по продуктивності. Вона оцінюється швидкістю різання, при якій досягається заздалегідь задана стійкість інструмента. Використовують критерій «V 60» - це швидкість різання (м / хв), при якій досягається 60 - хвилинна стійкість різального інструмента до регламентованого зносу.
Продуктивність обробки тим нижче, чим вище твердість і міцність оброблюваного матеріалу. Крім того, оброблюваність залежить від структури - наявність твердих частинок в структурі знижує оброблюваність матеріалу.
Шорсткість обробленої поверхні залежить головним чином від твердості матеріалу - більш висока твердість забезпечує меншу шорсткість, тобто кращу якість поверхні.
Елементна, «сипка» стружка утворюється в тому випадку, якщо в структурі присутня фаза, що володіє малою міцністю (графіт в чавуні) [1, с. 50].
Випробування на загальну корозію
Для характеристики хімічних властивостей металу в залежності від складу, структури та обробки визначають, перш за все, їх стійкість проти корозії [2, с. 157].
При випробуванні на загальну корозію використовується кілька методів: в рідині при повному зануренні зразка; в рідині при змінному багаторазово повторюваний зануренні; в парах; в киплячому соляному розчині; в навколишній атмосфері в лабораторних умовах. Склад рідини, пари або розчинів, вибирають з врахуванням майбутнього використання металу. Для випробування застосовують зразки з великим відношенням поверхні до об'єму.
Отримані результати оцінюють кількісно, частіше за швидкістю корозії, що характеризується втратою маси протягом певного проміжку часу, віднесеної до одиниці поверхні. За швидкістю корозії визначають також величину проникнення корозії П = (К / γ) 10 -3 мм / рік, де К - швидкість корозії, г / м 2 рік; γ - щільність металу, г / см 3. Ця оцінка прийнятна тільки у випадку однорідного корозійного впливу. При прояві локальних порушень такий метод оцінки неприйнятний.
Поряд з визначенням зміни маси зразка та глибини корозії виконують візуальне (або під мікроскопом) спостереження поверхні зразків. Це дозволяє визначити стійкість проти точкової корозії. У цьому випадку вимірюють щільність (кількість корозійних точок на одиницю поверхні) і глибину точок. Мікродослідження дозволяють виявити виникнення дуже малих крапок і початок корозії.
Іншим показником розвитку корозії є зміна механічних властивостей зразків. Загальна корозія, що приводить до зменшення перерізу, супроводжується зниженням руйнівного навантаження. У результаті точкової корозії знижується також і пластичність (відносне подовження). Корозійна стійкість металу оцінюють за шкалою (табл. 2). Меншим балом характеризують більш стійкі метали [2, с. 158].
Таблиця 2
Оцінка стійкості проти корозії
| Бал стійкості | Стійкість, мм / рік | Категорія стійкості |
| 1 | <0,10 | Сільностойкіе |
| 2 | 0,10 - 1,0 | Стійкі |
| 3 | 1,10 - 3,0 | Поніженностойкіе |
| 4 | 3,10 - 10,0 | Малостойкие |
| 5 | 10,1 | Нестійкі |
Визначення орієнтовного хімічного складу матеріалу
Для визначення орієнтовного хімічного складу матеріалу для кернера необхідно провести аналіз різних класів матеріалу.
1. Сталі.
Сталями називаються железоуглеродістиє сплави, вміст вуглецю в яких не перевищує 2,14%. Стали з вмістом вуглецю до 0,8% називається доевтектоїдних, 0,8% - евтектоїдних і більше 0,8% - заевтектоіднимі [1, с. 54].
Твердість і міцність сталі можуть бути збільшені в результаті термічної обробки в 3 - 5 разів, а модулі пружності при цьому змінюються менш ніж на 5% [3, с. 180].
Також завдяки термічній обробці та введенню легуючих елементів можна підвищити їх корозійну стійкість.
Основна вимога до сталей є забезпечення конструкційної міцності: вони повинні володіти певним набором механічних властивостей, що забезпечують тривалу і надійну роботу матеріалу, мати хороші технологічні властивості.
Стали є досить недорогим матеріалом.
Властивості сталей відповідають нашим вимогам до готового виробу, і воно може бути виготовлене з даного матеріалу.
2. Чавуни.
Чавунами називаються сплави заліза з вуглецем, що містять вуглецю більше 2,14%. Чавуни, що містять менше 4,3% вуглецю, називаються доевтектичні, що містять 4,3% - евтектичними і містять понад 4,3% - заевтектичних [1, с. 54].
Чавун відрізняється від сталі за технологічними властивостями - кращими ливарними якостями, малої здатністю до пластичної деформації. Чавун дешевше сталі [3, с. 203].
Чавуни володіють вищою твердістю, ніж стали через велику наявності цементиту, що одночасно підвищує і крихкість. Однак вуглець в цих сплавах може проводитися у вигляді графіту.
У залежності від того, в якій формі присутній графіт в сплаві, розрізняють:
Ø Білий чавун, в якому весь вуглець знаходиться у зв'язаному стані у виді карбіду.
Ø Сірий чавун, в якому вуглець в значній мірі або повністю перебуває у вільному стані у формі пластинчастого графіту.
Ø Високоміцний чавун, в якому вуглець в значній мірі або повністю перебуває у вільному стані у формі кулястого графіту.
Ø Ковкий чавун, що виходить в результаті відпалу відливок з білого чавуну. У ковкому чавуні весь вуглець або значна частина його перебуває у вільному стані у формі пластівчасті графіту [3, с. 180].
Ще однією перевагою цього класу є більш низька ціна в порівнянні зі сталями.
Недоліками чавунів є: велика крихкість, низька пружність. Так як інструмент, який нам необхідно виготовити (кернер) працює в умовах ударних навантажень, то використання даного матеріалу недоцільно.
3. Сплави кольорових металів.
а) На основі міді.
Сплави міді з оловом, свинцем, кремнієм, алюмінієм та іншими елементами називаються бронзами.
Оловяністих бронзи (вміст олова до 20%) мають гарні ливарні властивості, високу хімічну стійкість і хорошими антифрикційними властивостями. Добре обробляються різанням. Є дорогими. З дуже високим вмістом олова стають дуже крихкими [1, с. 164].
Алюмінієві бронзи містять 5 - 10% алюмінію. Алюмінієві бронзи мають високу стійкість проти корозії. Обробляються тиском.
Крем'янисті бронзи перевершують оловяністих за механічними властивостями і є більш дешевими. Мають високу стійкість проти корозії. Гарні пружні характеристики, задовільно обробляються різанням.
Берилієві бронзи містять 2,0 - 2,5% берилію. Дисперсійно - тверднуть сплави, значно підвищують механічні властивості в результаті термічної обробки.
Високі міцність і пружність, стійкість проти корозії, хороша зварюваність і оброблюваність різанням. Застосовується для виготовлення відповідальних деталей і інструментів.
Є дуже дорогими [1, с. 165].
Сплави міді з цинком називаються латунями.
Вони мають гарну жидкотекучестью, досить дешеві, мають невелику усадкою. Добре обробляються різанням, мають високу корозійну стійкість, але з невеликою твердістю (120 НВ в деформованому стані). Розрізняють деформуються і ливарні латуні.
б) На основі алюмінію.
Деформуємі алюмінієві сплави, не зміцнюється термічною обробкою, характеризуються не високою міцністю, високою пластичністю і корозійною стійкістю.
Дюралюміній добре деформується в гарячому і холодному стані. Після гарту дюралюміній піддають старіння, що забезпечує отримання високих міцності і твердості.
Сплави Авіаль, поступаючись за міцністю дюралюмінію, вони мають кращу пластичністю в гарячому і холодному станах [1, с. 167].
Силуміни мають високу жидкотекучестью, мають малу усадку.
в) На основі магнію.
Магній відносно стійкий проти корозії лише в сухому середовищі і при підвищенні температури легко окислюється і навіть самозаймається. Магнієві сплави застосовують в авіаційній промисловості, у машинобудуванні і радіотехнічної промисловості [1, с. 168].
г) На основі титану.
Володіють хорошими ливарні властивості. Наявність азоту і кисню підвищує міцність титану, але сильно знижує пластичність. Присутність вуглецю знижує гнучкість, погіршує оброблюваність різанням, зварюваність титану.
Титан має високу корозійну стійкість в атмосфері, прісній і морській воді, в ряді кислот. Титан добре кується і зварюється [1, с. 170].
Кольорові метали та сплави мають хорошою пластичністю, стійкістю в агресивних середовищах, хорошою твердістю і пружністю, тому деякі з них можна використовувати для виготовлення кернера.
4. Матеріали порошкової металургії.
Порошкова металургія - галузь технології, що займається виробництвом металевих порошків і деталей з них. З металевого порошку або суміші порошків пресують заготовки, які піддають термічній обробці - спіканню [4, с. 418].
Основа твердих сплавів - карбіди металів, мають високу крихкістю. Сплави є дорогими, тому їх роблять не цілісними.
Тверді сплави мають високі твердість 87 - 92 HRA (HRC = 2HRA - 104) і теплостійкість (800 - 1100 0 С) [1, с. 137].
Тверді сплави діляться на групи: вольфрамова, тітановольфрамовая, тітанотанталовольфрамовая, безвольфрамовая.
Тверді сплави застосовують в основному для виготовлення різального інструменту. Вони дорогі і вимагають спеціального обладнання, як для виготовлення, так і для захисту від шкідливого впливу, так як для поліпшення механічних властивостей в них додають подрібнені легуючі елементи.
5. Неметалеві матеріали.
Значне місце в промисловості займають різні неметалеві матеріали - пластмаси, кераміка, гума. Їх виробництво і застосування розвивається в даний час випереджаючими темпами в порівнянні з металевими предметами. Але використання їх у промисловості невелика. Достоїнствами неметалічних матеріалів є висока механічна міцність, високі електроізоляційні характеристики, оптична прозорість, висока еластичність, хімічна стійкість, морозостійкість, ізносостостойкость. Недоліками ж є низька твердість, низька ударна в'язкість, схильність до старіння.
Оскільки твердість і ударна в'язкість є основними вимогами до виготовляється інструменту, виготовлення кернера з неметалічних матеріалів недоцільно.
Таким чином, для виготовлення кернера виберемо вуглецеву інструментальну, низьколеговану інструментальну сталі, а також швидкорізальної сталь.
Для визначення орієнтовного хімічного складу матеріалу для кернера необхідно провести аналіз різних класів матеріалу.
1. Сталі.
Сталями називаються железоуглеродістиє сплави, вміст вуглецю в яких не перевищує 2,14%. Стали з вмістом вуглецю до 0,8% називається доевтектоїдних, 0,8% - евтектоїдних і більше 0,8% - заевтектоіднимі [1, с. 54].
Твердість і міцність сталі можуть бути збільшені в результаті термічної обробки в 3 - 5 разів, а модулі пружності при цьому змінюються менш ніж на 5% [3, с. 180].
Також завдяки термічній обробці та введенню легуючих елементів можна підвищити їх корозійну стійкість.
Основна вимога до сталей є забезпечення конструкційної міцності: вони повинні володіти певним набором механічних властивостей, що забезпечують тривалу і надійну роботу матеріалу, мати хороші технологічні властивості.
Стали є досить недорогим матеріалом.
Властивості сталей відповідають нашим вимогам до готового виробу, і воно може бути виготовлене з даного матеріалу.
2. Чавуни.
Чавунами називаються сплави заліза з вуглецем, що містять вуглецю більше 2,14%. Чавуни, що містять менше 4,3% вуглецю, називаються доевтектичні, що містять 4,3% - евтектичними і містять понад 4,3% - заевтектичних [1, с. 54].
Чавун відрізняється від сталі за технологічними властивостями - кращими ливарними якостями, малої здатністю до пластичної деформації. Чавун дешевше сталі [3, с. 203].
Чавуни володіють вищою твердістю, ніж стали через велику наявності цементиту, що одночасно підвищує і крихкість. Однак вуглець в цих сплавах може проводитися у вигляді графіту.
У залежності від того, в якій формі присутній графіт в сплаві, розрізняють:
Ø Білий чавун, в якому весь вуглець знаходиться у зв'язаному стані у виді карбіду.
Ø Сірий чавун, в якому вуглець в значній мірі або повністю перебуває у вільному стані у формі пластинчастого графіту.
Ø Високоміцний чавун, в якому вуглець в значній мірі або повністю перебуває у вільному стані у формі кулястого графіту.
Ø Ковкий чавун, що виходить в результаті відпалу відливок з білого чавуну. У ковкому чавуні весь вуглець або значна частина його перебуває у вільному стані у формі пластівчасті графіту [3, с. 180].
Ще однією перевагою цього класу є більш низька ціна в порівнянні зі сталями.
Недоліками чавунів є: велика крихкість, низька пружність. Так як інструмент, який нам необхідно виготовити (кернер) працює в умовах ударних навантажень, то використання даного матеріалу недоцільно.
3. Сплави кольорових металів.
а) На основі міді.
Сплави міді з оловом, свинцем, кремнієм, алюмінієм та іншими елементами називаються бронзами.
Оловяністих бронзи (вміст олова до 20%) мають гарні ливарні властивості, високу хімічну стійкість і хорошими антифрикційними властивостями. Добре обробляються різанням. Є дорогими. З дуже високим вмістом олова стають дуже крихкими [1, с. 164].
Алюмінієві бронзи містять 5 - 10% алюмінію. Алюмінієві бронзи мають високу стійкість проти корозії. Обробляються тиском.
Крем'янисті бронзи перевершують оловяністих за механічними властивостями і є більш дешевими. Мають високу стійкість проти корозії. Гарні пружні характеристики, задовільно обробляються різанням.
Берилієві бронзи містять 2,0 - 2,5% берилію. Дисперсійно - тверднуть сплави, значно підвищують механічні властивості в результаті термічної обробки.
Високі міцність і пружність, стійкість проти корозії, хороша зварюваність і оброблюваність різанням. Застосовується для виготовлення відповідальних деталей і інструментів.
Є дуже дорогими [1, с. 165].
Сплави міді з цинком називаються латунями.
Вони мають гарну жидкотекучестью, досить дешеві, мають невелику усадкою. Добре обробляються різанням, мають високу корозійну стійкість, але з невеликою твердістю (120 НВ в деформованому стані). Розрізняють деформуються і ливарні латуні.
б) На основі алюмінію.
Деформуємі алюмінієві сплави, не зміцнюється термічною обробкою, характеризуються не високою міцністю, високою пластичністю і корозійною стійкістю.
Дюралюміній добре деформується в гарячому і холодному стані. Після гарту дюралюміній піддають старіння, що забезпечує отримання високих міцності і твердості.
Сплави Авіаль, поступаючись за міцністю дюралюмінію, вони мають кращу пластичністю в гарячому і холодному станах [1, с. 167].
Силуміни мають високу жидкотекучестью, мають малу усадку.
в) На основі магнію.
Магній відносно стійкий проти корозії лише в сухому середовищі і при підвищенні температури легко окислюється і навіть самозаймається. Магнієві сплави застосовують в авіаційній промисловості, у машинобудуванні і радіотехнічної промисловості [1, с. 168].
г) На основі титану.
Володіють хорошими ливарні властивості. Наявність азоту і кисню підвищує міцність титану, але сильно знижує пластичність. Присутність вуглецю знижує гнучкість, погіршує оброблюваність різанням, зварюваність титану.
Титан має високу корозійну стійкість в атмосфері, прісній і морській воді, в ряді кислот. Титан добре кується і зварюється [1, с. 170].
Кольорові метали та сплави мають хорошою пластичністю, стійкістю в агресивних середовищах, хорошою твердістю і пружністю, тому деякі з них можна використовувати для виготовлення кернера.
4. Матеріали порошкової металургії.
Порошкова металургія - галузь технології, що займається виробництвом металевих порошків і деталей з них. З металевого порошку або суміші порошків пресують заготовки, які піддають термічній обробці - спіканню [4, с. 418].
Основа твердих сплавів - карбіди металів, мають високу крихкістю. Сплави є дорогими, тому їх роблять не цілісними.
Тверді сплави мають високі твердість 87 - 92 HRA (HRC = 2HRA - 104) і теплостійкість (800 - 1100 0 С) [1, с. 137].
Тверді сплави діляться на групи: вольфрамова, тітановольфрамовая, тітанотанталовольфрамовая, безвольфрамовая.
Тверді сплави застосовують в основному для виготовлення різального інструменту. Вони дорогі і вимагають спеціального обладнання, як для виготовлення, так і для захисту від шкідливого впливу, так як для поліпшення механічних властивостей в них додають подрібнені легуючі елементи.
5. Неметалеві матеріали.
Значне місце в промисловості займають різні неметалеві матеріали - пластмаси, кераміка, гума. Їх виробництво і застосування розвивається в даний час випереджаючими темпами в порівнянні з металевими предметами. Але використання їх у промисловості невелика. Достоїнствами неметалічних матеріалів є висока механічна міцність, високі електроізоляційні характеристики, оптична прозорість, висока еластичність, хімічна стійкість, морозостійкість, ізносостостойкость. Недоліками ж є низька твердість, низька ударна в'язкість, схильність до старіння.
Оскільки твердість і ударна в'язкість є основними вимогами до виготовляється інструменту, виготовлення кернера з неметалічних матеріалів недоцільно.
Таким чином, для виготовлення кернера виберемо вуглецеву інструментальну, низьколеговану інструментальну сталі, а також швидкорізальної сталь.
22
Уточнення хімічного складу
Таблиця 3
Основні характеристики матеріалу
Уточнення хімічного складу
Таблиця 3
Основні характеристики матеріалу
| Марка матеріалу | Назва. | Хімічний склад. | Механічні властивості. | Технол. св-ва. | ТО | Область застосування. | ||
| σ в; МПа | δ 5;% | HRC | ||||||
| Р6М5 | Швидкорізальна інструментальна сталь | З: 0,82 - 0,90 W: 5,5 - 6,5 Мо: 4,8 - 5,3 Cr: 3,8 - 4,4 V: 1,7 - 2,1 Со: <0,5 | - / - | - / - | 63 - 65 | Жидкотекучесть, закаліваемость, прокаливаемость. | Загартування 1220 0 С масло. Відпустка 550 0 С | Для всіх видів різального. інструм., інструм. работающ. з ударними навантаженнями. |
| У8А | Вуглецева інструментальна сталь | З: 0,75 - 0,84 Mn: 0,15 - 0,4 Cr: <0,15 Si: 0,17 - 0,33 | 1420 | 10 | 62 - 63 | Жидкотекучесть, закаліваемость, прокаливаемость. | Загартування 770 0 С вода. Відпустка 170 0 С | Інструмент піддається ударів і поштовхів (Зубила, клейма, кернери). |
| 8ХФ | Низьколегована інструментальна сталь | З: 0,7 - 0,8 Si: 0,1 - 0,4 Mn: 0,15 - 0,45 Cr: 0.4 - 0.7 V: 0.15 - 0.3 | - / - | - / - | 61 - 63 | Жидкотекучесть, закаліваемость, прокаливаемость. | Загартування 830 0 С вода. Відпустка 220 0 С | Для штемпелів при холодній роботі, ножів при холодній різанні Ме, обрізку задирок, Кернера. |
| 15ХФ | Хромованадіевой сталь | З: 0,12 - 0,18 Si: 0,17 - 0,37 Mn: 0,4 - 0,7 Cr: 0,8 - 1,1 V: 0,06 - 0,12 Ni: 0.3; Cu: 0,3 | 750 | 13 | 63 - 64 | Жидкотекучесть, закаліваемость, прокаливаемость. | Загартування 790 0 С вода. Відпустка 180 0 С | Застосовують для невеликих деталей машин (зубч. колеса, поршневі пальці, плунжери). |
24
Вивчивши всі марки матеріалів, проаналізуємо переваги і недоліки кожної (табл. 4).
Таблиця 4
Переваги і недоліки матеріалів
1.6. Вибір матеріалу
На основі порівняння властивостей чотирьох обраних нами марок сталей можна зробити висновок, що для виготовлення кернера найбільш оптимальним матеріалом є сталь У8А, так як вона задовольняє нашим вимогам і володіє рядом переваг в порівнянні з іншими:
Ø Низькою вартістю
Ø Проста термічна обробка
Ø Необхідний і достатній комплекс характеристик (твердість, міцність, ударна в'язкість) який необхідний нам в готовому виробі.
1.7. Термічна обробка
Термічною обробкою називають процес обробки виробів з металів і сплавів шляхом теплового впливу з метою зміни їх структури і властивостей в заданому напрямку [5, с. 5].
Загартування - термічна операція, яка полягає у нагріванні вище температури перетворення з наступним досить швидким охолодженням для отримання структурно нестійкого стану сплаву [3, с. 227].
Температура нагріву і час витримки повинні бути такими, щоб відбулися необхідні структурні зміни [5, с. 171].
Швидкість охолодження повинна бути досить велика, щоб при зниженні температури не встигли пройти зворотні фазові перетворення [5, с. 171].
Відпустка - термічна операція, яка полягає у нагріванні загартованого сплаву нижче температури перетворення для отримання більш стійкого структурного стану сплаву [3, с. 227].
Матеріалом для нашого вироби була обрана вуглецева інструментальна сталь У8А.
У даній стали міститься 0,8% С, вона є евтектоїдних (рис. 14)
Рис. 14. Розташування стали У8А на діаграмі залізо - цементит
У нашому випадку ми будемо робити повну загартування. Цей процес досягається нагріванням сталі на 30 - 50 0 С вище критичної точки А з1 і швидким охолодженням у воді. Температура гарту буде дорівнює 770 0 С. Час витримки буде складатися з часу, необхідного для того, щоб відбулися необхідні структурні зміни. У результаті загартування отримуємо мартенситную (М) структуру із залишковим аустенітом (А ост).
Далі проведемо високотемпературний відпустку з нагріванням до температур в інтервалі 500 - 650 0 С. Його ми виконуємо з метою отримання структури сорбіту відпустки (С отп.) Твердість якого 20 - 30 HRC, а також зниження внутрішніх напружень і отримання максимальної в'язкості.
Отримана нами твердість не влаштовує нас, тому далі ми проведемо поверхневу загартування струмами високої частоти (ТВЧ). Ми вибрали загартування ТВЧ, оскільки можна регулювати глибину загартованого шару частотою і часом, а також, тому що при загартуванні на поверхні деталі практично відсутня окислення.
Температура нагріву буде складати 760 - 770 0 С, охолодження будемо проводити у воді. Час нагріву повинна бути невеликою, оскільки діаметр кернера невеликий.
Далі проведемо низькотемпературний відпустку з нагріванням до температур в інтервалі 150 - 200 0 С. Його ми виконуємо з метою отримання структури мартенситу відпустки (М отп) твердість якого 64 HRC, присутні внутрішні напруги.
Таким чином, ми отримали серцевину структура, якої С отп, твердість у межах 20 - 30 HRC і максимальна в'язкість, яка буде сприяти опору ударним навантаженням. Поверхня ж нашого виробу має структуру М отп твердість, якого 64 HRC, це буде сприяти проникненню кернера в матеріал заготовки.
Схему термічної обробки сталі У8А представимо на рис. 15.
Рис. 15. Термічна обробка стали У8А
Структуру стали, після термообробки представимо на рис. 16., Де
а - структура серцевини (С отп.), б - структура поверхні (М отп).
Рис. 16. Структура стали, після термообробки
2. Висновок
3.
Метою нашої роботи був підбір матеріал для виготовлення кернера так, щоб він задовольняв ряду вимог (термін служби, собівартість, технологія виготовлення).
Нами була обрана вуглецева інструментальна сталь У8А, ми Провімі її термічну обробку, щоб вона повністю задовольняла нашим вимогам.
При виконанні курсової роботи ми закріпили, узагальнили і навчилися застосовувати на практиці отримані нами в курсі «Матеріалознавство» теоретичні знання.
Список літератури
1. Адаскін А.М., Зуєв В.М. Матеріалознавство (металообробка): Підручник для поч. проф. освіти: Учеб. посібник для середовищ. проф. освіти - 3-е вид., стер. - М.: Видавничий центр «Академія», 2004. - 240 с.
2. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Матеріалознавство. Методи аналізу, лабораторні роботи і завдання. - М.: Металургія, 1983, 348 с.
3. Гуляєв А. П. Металознавство. Підручник для вузів. 5-е вид., Перераб. і доп. М.: Металургія, 1977. 648 с.
4. Дальський А.М., Арутюнова І.А., Барсукова та ін; За заг. ред. Дальського А.М. Технологія конструкційних матеріалів: Підручник для машинобудівних спеціальностей вузів. - 2-е вид., Перераб. і доп. - М.: Машинобудування, 1985. - 448 с., Іл.
5. Новіков І.І. Теорія термічної обробки металів. Підручник. Вид. 3-є, випр. і доп. - М.: Металургія, 1978. 392 с.
6. Гелин Ф.Д. Металеві матеріали: довід. - Мн.: Вищ. шк., 1987. - 368 с.
7. Журавльов В.М., Миколаєва О.І. Машинобудівні стали: Довідник. - 4-е вид., Перераб. і доп. - М.: Машинобудування, 1992. - 480 с.: Іл.
8. Щербаков М.М. Обладнання шкільних майстерень засобами малої механізації: Посібник для вчителя (З досвіду роботи). - М.: Просвещение, 1983. - 127 с., Іл.
Вивчивши всі марки матеріалів, проаналізуємо переваги і недоліки кожної (табл. 4).
Таблиця 4
Переваги і недоліки матеріалів
| Властивості | Р6М5 | У8А | 8ХФ | 15ХФ |
| Корозійна стійкість | середня | низька | середня | середня |
| не є корозійно-стійкими | ||||
| Твердість у ТО стані | висока | висока | висока | висока |
| Міцність в ТО стані | висока | нижче ніж у Р6М5, але вищу за 8ХФ і 15ХФ | нижче, ніж у сталей Р6М5; У8А | |
| Ударна в'язкість | середня | вище середнього | ||
| Жидкотекучесть | середня | |||
| Термічна обробка | складна | проста | проста | проста |
| Вартість | висока | низька | дорожче У8А, дешевше Р6М5 | |
На основі порівняння властивостей чотирьох обраних нами марок сталей можна зробити висновок, що для виготовлення кернера найбільш оптимальним матеріалом є сталь У8А, так як вона задовольняє нашим вимогам і володіє рядом переваг в порівнянні з іншими:
Ø Низькою вартістю
Ø Проста термічна обробка
Ø Необхідний і достатній комплекс характеристик (твердість, міцність, ударна в'язкість) який необхідний нам в готовому виробі.
1.7. Термічна обробка
Термічною обробкою називають процес обробки виробів з металів і сплавів шляхом теплового впливу з метою зміни їх структури і властивостей в заданому напрямку [5, с. 5].
Загартування - термічна операція, яка полягає у нагріванні вище температури перетворення з наступним досить швидким охолодженням для отримання структурно нестійкого стану сплаву [3, с. 227].
Температура нагріву і час витримки повинні бути такими, щоб відбулися необхідні структурні зміни [5, с. 171].
Швидкість охолодження повинна бути досить велика, щоб при зниженні температури не встигли пройти зворотні фазові перетворення [5, с. 171].
Відпустка - термічна операція, яка полягає у нагріванні загартованого сплаву нижче температури перетворення для отримання більш стійкого структурного стану сплаву [3, с. 227].
Матеріалом для нашого вироби була обрана вуглецева інструментальна сталь У8А.
У даній стали міститься 0,8% С, вона є евтектоїдних (рис. 14)
Рис. 14. Розташування стали У8А на діаграмі залізо - цементит
У нашому випадку ми будемо робити повну загартування. Цей процес досягається нагріванням сталі на 30 - 50 0 С вище критичної точки А з1 і швидким охолодженням у воді. Температура гарту буде дорівнює 770 0 С. Час витримки буде складатися з часу, необхідного для того, щоб відбулися необхідні структурні зміни. У результаті загартування отримуємо мартенситную (М) структуру із залишковим аустенітом (А ост).
Далі проведемо високотемпературний відпустку з нагріванням до температур в інтервалі 500 - 650 0 С. Його ми виконуємо з метою отримання структури сорбіту відпустки (С отп.) Твердість якого 20 - 30 HRC, а також зниження внутрішніх напружень і отримання максимальної в'язкості.
Отримана нами твердість не влаштовує нас, тому далі ми проведемо поверхневу загартування струмами високої частоти (ТВЧ). Ми вибрали загартування ТВЧ, оскільки можна регулювати глибину загартованого шару частотою і часом, а також, тому що при загартуванні на поверхні деталі практично відсутня окислення.
Температура нагріву буде складати 760 - 770 0 С, охолодження будемо проводити у воді. Час нагріву повинна бути невеликою, оскільки діаметр кернера невеликий.
Далі проведемо низькотемпературний відпустку з нагріванням до температур в інтервалі 150 - 200 0 С. Його ми виконуємо з метою отримання структури мартенситу відпустки (М отп) твердість якого 64 HRC, присутні внутрішні напруги.
Таким чином, ми отримали серцевину структура, якої С отп, твердість у межах 20 - 30 HRC і максимальна в'язкість, яка буде сприяти опору ударним навантаженням. Поверхня ж нашого виробу має структуру М отп твердість, якого 64 HRC, це буде сприяти проникненню кернера в матеріал заготовки.
Схему термічної обробки сталі У8А представимо на рис. 15.
Рис. 15. Термічна обробка стали У8А
Структуру стали, після термообробки представимо на рис. 16., Де
а - структура серцевини (С отп.), б - структура поверхні (М отп).
Рис. 16. Структура стали, після термообробки
2. Висновок
3.
Метою нашої роботи був підбір матеріал для виготовлення кернера так, щоб він задовольняв ряду вимог (термін служби, собівартість, технологія виготовлення).
Нами була обрана вуглецева інструментальна сталь У8А, ми Провімі її термічну обробку, щоб вона повністю задовольняла нашим вимогам.
При виконанні курсової роботи ми закріпили, узагальнили і навчилися застосовувати на практиці отримані нами в курсі «Матеріалознавство» теоретичні знання.
Список літератури
1. Адаскін А.М., Зуєв В.М. Матеріалознавство (металообробка): Підручник для поч. проф. освіти: Учеб. посібник для середовищ. проф. освіти - 3-е вид., стер. - М.: Видавничий центр «Академія», 2004. - 240 с.
2. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Матеріалознавство. Методи аналізу, лабораторні роботи і завдання. - М.: Металургія, 1983, 348 с.
3. Гуляєв А. П. Металознавство. Підручник для вузів. 5-е вид., Перераб. і доп. М.: Металургія, 1977. 648 с.
4. Дальський А.М., Арутюнова І.А., Барсукова та ін; За заг. ред. Дальського А.М. Технологія конструкційних матеріалів: Підручник для машинобудівних спеціальностей вузів. - 2-е вид., Перераб. і доп. - М.: Машинобудування, 1985. - 448 с., Іл.
5. Новіков І.І. Теорія термічної обробки металів. Підручник. Вид. 3-є, випр. і доп. - М.: Металургія, 1978. 392 с.
6. Гелин Ф.Д. Металеві матеріали: довід. - Мн.: Вищ. шк., 1987. - 368 с.
7. Журавльов В.М., Миколаєва О.І. Машинобудівні стали: Довідник. - 4-е вид., Перераб. і доп. - М.: Машинобудування, 1992. - 480 с.: Іл.
8. Щербаков М.М. Обладнання шкільних майстерень засобами малої механізації: Посібник для вчителя (З досвіду роботи). - М.: Просвещение, 1983. - 127 с., Іл.