Выбор материала для заданной детали

/Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова

(технический университет)

Кафедра  КГМ и ТМ

РАСЧЕТНОЕ ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

По дисциплине:                Материаловедение

^{(наименование учебной дисциплины)}

Тема:      ВЫБОР МАТЕРИАЛА  ДЛЯ ЗАДАННОЙ ДЕТАЛИ

Автор: студент гр.          НГ-99                                            Кузьмин Д.Н.                                                                  ^{(подпись)                                        (Ф.И.О.)}

ОЦЕНКА:

Дата:

ПРОВЕРИЛ:

Преподаватель                 доцент                                     Корчемкин А.Е

         ^{(должность)                               (подпись)                            (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург

2003

ЗАДАНИЕ

1. Вал Æ100 мм рассчитан на [σ]доп = 400 Мпа.

2. Подшипники скольжения дизеля, работающие при больших скоростях v»50м/с и давлениях p»15 Мпа.

РЕШЕНИЕ    

1. Данная вал  Материал должен обладать высокой твердостью и износостойкостью поверхностного слоя при достаточно прочной и вязкой сердцевине. Такие свойства обеспечивают цементуемые низкоуглеродистые и легированные стали:

·  низкоуглеродистые стали с неупрочняемой  сердцевиной применяют для малонагруженных деталей: стали 10, 15, 20, 25, 15Г,25Г;

·  низкоуглеродистые легированные стали со слабоупрочняемой  сердцевиной применяют для средненагруженных деталей: 15Х, 20Х, 15ХФ;

·  низкоуглеродистые легированные стали с сильноупрочняемой сердцевиной применяют для тяжелонагруженных деталей: 18ХГТ, 12ХН3А, 18Х2Н4МА.

·  Оптимальная глубина цементованного слоя для большинства деталей горных машин 1,0-1,4 мм. Рекомендуется газовая цементация при температуре         930-950^оС; время цементации зависит от глубины цементованного слоя (скорость цементации 0,1мм/ч). Нитроцементация проводится при температуре            820-860^оС  со  скоростью  0,15 мм/ч;  глубина  слоя 0,2-0,8 мм.

Вал следует отнести к группе детали передающие крутящий момент  испытывают циклические нагрузки кручения, изгиба и трение скольжения.  При [σ]_доп = 400Мпа материал должен иметь б_в, принимая [σ]_доп = б_в/2,4; б_в = 2,4*400 Мпа = 960 Мпа. После оптимальной термообработки б_в =960 Мпа обеспечивает стал 12ХН3А, у которого б_в =1000 Мпа  и  износостойкость поверхности, устойчивость к схватыванию, высокая  усталостная прочность и вязкость сердцевины, высокая циклическая прочность, ударная вязкость и износостойкость.

Применим газовую цементацию в среде метана или природного газа на глубину 1,4 мм. Принимаем глубину цементации 1,4 мм. Температура цементации t = 950^оС; τ_н = 0,09*950*100 =8550с =143 мин, выдержка при цементации           τ_в =1,4/0,1=14час =840 мин, время охлаждения                                    τ_о = 950*100/1 ^о/с *10 = 9500с = 158 мин. Где v=1 ^о/с скорость процесса.

Температура отпуска после цементации 650 ^оС; τ_н = 0,09*650*100 = 5850 c = 98 мин;         τ_в = 10 + 100 = 110 мин;             τ_о=650*100/1 ^о/с *10=6500с=108 мин.

Температура закалки 820 ^оС; 

τ_н=0,09*820*100=7380с=123 мин;          τ_в = 2,5 + 0,5*100=52,5 мин;

τ_о=820*100/25 ^о/с *10=328с=5,5 мин.

Температура отпуска 200 ^оС;

 τ_н=0,09*200*100=1800с=30 мин;       τ_в =120+100=220 мин;                                       τ_о= 200 *100/1 ^о/с *10=2000с=34 мин.

Полный цикл термической и химико-термической обработки показан на рис.1.

Свойства материала вала  б_в=1000 Мпа; б_0,2=850Мпа; б-₁=400 Мпа; δ=12%; y=55%; твердость сердцевины 3000 HB, поверхности HRC 56-62   Kv=1.2

                                Рис.1. Цикл термической и химико-термической обработки

2. Подшипник следует отнести к детали 7-ой группе. Основные служебные свойства для подшипников скольжения – антифрикционность и сопротивление усталости. Антифрикционность –способность материала обеспечивать низкий коэффициент трения скольжения. Критериями для оценки подшипникового материала  служат коэффициент трения и допустимые нагрузочно-скоростные характеристики: давление р, действующее на опору; скорость скольжения v; параметр pv, определяющий удельную мощность трения.

Для работы в режиме жидкостного трения предназначены металлические материалы, которые по структуре подразделяются на два типа сплавов:

1) сплавы с мягкой матрицей  и твердыми включениями;

2) сплавы с твердой матрицей и мягкими включениями.

Сплавы первого типа удовлетворяют Основных служебных свойств для подшипников скольжения  дизеля ; учитевая все требования эксплуатационные, технологические и экономические, для исгатовления нашего деталя выберяем Баббиты Б83, Б88.

К сплавам первого типа относятся баббиты и сплавы на основе меди: бронзы и латуни.Баббиты Б83, Б88, Б16, БК2 и др. по антифрикционным свойствам (коэффициент трения по стали со смазкой 0,004-0,006) превосходят все остальные сплавы, но значительно уступают им по сопротивлению усталости (по пределу выносливости σ_-1). Из-за высокой стоимости (индекс стоимости 80-88) баббиты на оловянной основе (Б83, Б88) используют для подшипников ответственного назначения (дизелей, паровых турбин и т.п.), работающих при больших скоростях v=5м/с и давлениях p=15 Мпа.