Материаловедение. Технология конструкционных материалов: Практикум, страница 5

Категории прочности. В техническом задании, как правило, не указываются требования по всем механическим свойствам изделия. Обычно приведено минимально допустимое значение предела текучести или предела прочности (профилирующее требование). Также могут быть обозначены дополнительные условия, например, способность работать при значительных отрицательных температурах. Значения (не менее) показателей пластичности, ударной вязкости и твёрдости, соответствующие данному значению предела текучести для конструкционных сталей приведены в ГОСТе 8479 – 70, где они обозначены как категории прочности КП в соответствии со значением предела текучести МПа (кгс/мм²).

Стоимость. При проектировании необходимо учитывать или коэффициент стоимости К_С выбираемой стали, или ее цену, которая приведена в справочнике для каждой группы сталей. При прочих равных механических и эксплуатационных свойствах, фактор экономичности стали будет определяющим.

2. Указания к выполнению работы по выбору материалов и способов получения заготовок для изготовления деталей машин

Практическая работа выполняется в соответствии с индивидуальным заданием, выдаваемым преподавателем.

Задание имеет пятизначный номер, каждая цифра которого несёт определённую информацию (см. таблицу исходных данных).

Порядковый номер цифры (1, 2, 3 и 4) соответствует номеру столбца таблицы исходных данных, а значение цифры (от 1 до 9) задаёт номер строки той же таблицы. Пересечение столбец – строка даёт заданный параметр.

Первая цифра в номере задания – условный предел текучести.

Вторая – предел прочности.

Третья – характерный размер детали.

Четвёртая – дополнительное условие.

Первая или вторая цифра всегда «0», так как в задании указывается либо условный предел текучести (вторая цифра – «0»), либо предел прочности (первая цифра – «0»).

Пятая цифра задаёт тип производства: 1 – единичное; 2 – мелкосерийное; 3 – серийное; 4 – крупносерийное.

Например, задание № 05433 следует записать следующим образом:

Выбрать марку стали для изготовления детали, работающей при значительных динамических и циклических нагрузках (вал-шестерня) при  570 МПа (второй столбец – пятая строка исходных данных). Характерный размер детали (диаметр вала) 35 мм (третий столбец – четвёртая строка исходных данных). Дополнительное условие: температурный порог хладноломкости, характеризующийся значением температуры полухрупкости Т₅₀ минимальный (четвёртый столбец – третья строка исходных данных). Последняя цифра (3) соответствует серийному производству.

Задание значения предела прочности или условного предела текучести позволяет определить категорию прочности (ГОСТ 8479 – 70) выбираемой марки стали и с учётом величины характерного размера детали составить профиль требований к материалу (перечень всех требуемых свойств стали и их численные значения).

Поскольку каждой категории прочности удовлетворяет ряд альтернативных марок сталей, выбор конкретной марки стали обеспечивается анализом их свойств с учётом дополнительного условия задания.

Исходные данные для составления задания

Значение Цифры (строка)	№ цифры в задании (столбец)
	1	2	3	4
	, МПа не менее	, МПа не менее	d, мм	Дополнительное условие
1	215	390	20	Минимальная стоимость
2	245	430	25	Максимальная ударная вязкость
3	275	470	30	Минимальный порог хладноломкости
4	315	530	35	Максимальный предел выносливости
5	345	570	40	Максимальная твёрдость
6	395	615	45	Сквозная прокаливаемость
7	440	635	50	Максимальная пластичность
8	490	685	55	Максимальная надёжность
9	540	735	60	Максимальная прочность

3. Пример выполнения задания

Техническое задание

Для деталей машин, вращающихся в опорах (вал-шестерня) с минимальным диаметром d = 30 мм, максимальным диаметром 2d, длиной 10d, шириной шестерни 2d и работающих при действии динамических и циклических нагрузок, требуется выбрать марку стали. Материал должен обладать прочностью  470 МПа и иметь минимальную стоимость. Производство – серийное.

Составить профиль требований к материалу. Выбрать марку материала из рекомендованных в соответствии с данной категорией прочности для поковок. Обосновать выбор марки. Найти альтернативную марку стали для отливок. Выбрать способ литья в соответствии с условиями задания. Подобрать зарубежные аналоги для выбранной марки стали.

Решение

1 этап. Анализ условий и составление профиля требований

По условию 470 МПа находим категорию прочности для поковок КП245 (приложение 1). Руководствуясь требованиями КП245, в профиль требований включаем свойства: ,  (), , , KCU, HB.

При заданном условии 470 МПа, согласно КП245 предприятия обеспечивают поставку заготовок в термообработанном состоянии со следующими свойствами:

­  () не менее 245 МПа;

­  не менее 22% (с учётом сечения диаметром 30 мм);

­   не менее 48%;

­  KCU не менее 0,49 МДж/м²;

­  твёрдость HB 143 – 179 кгс/мм² (1403 – 1756 МПа).

Чем выше значения ,  (), , , KCU, тем выше работоспособность, следовательно, эти показатели имеют направленность «». Значение твёрдости можно трактовать либо как HB  143, либо 143 HB  179, либо HB = (143 + 179) / 2 = 161 кгс/мм² (1579 МПа), т. е. среднее значение. Поскольку требования по твёрдости не оговорены в условии задачи, будем считать, что требуется материал со средним значением твёрдости, но допустимы отклонения, как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения. Направленность свойства твёрдости будем считать положительной. Стоимость минимальная. Матрица профиля требований имеет вид таблицы 1.

Таблица 1