Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Выбор материалов и технологий в машиностроении

МАТЕРИАЛОВЕДЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫБОРА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К МАТЕРИАЛУ С УЧЕТОМ ЕГО НАЗНАЧЕНИЯ И УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

При выборе материала для проектируемой детали основными требованиями являются следующие:

  • • обеспечение конструкционной прочности изделия с учетом вида напряженного состояния и условий эксплуатации детали;
  • • соответствие технологических свойств выбранного материала возможностям конкретного производства;
  • • экономическая эффективность изготовления изделия из выбранного материала, особенно важная при серийном и массовом производстве.

На рис. 4.1 приведена схема классификации параметров выбора материала.

Схема классификации параметров выбора материалов

Рис. 4.1. Схема классификации параметров выбора материалов

В том случае, если основным критерием выбора материала является комплекс механических свойств, конструктор традиционно использует справочную литературу, содержащую характеристики прочности и пластичности широкого перечня сталей и сплавов, а также рекомендации по назначению и типовые режимы их термической и химико-термической обработки. В то же время обеспечение комплекса требований по прочности и пластичности часто оказывается

недостаточным для надежной работы изделия. Для большой группы изделий необходимо обеспечить еще и достаточный запас вязкости. В особенности это важно для ответственных деталей и для изделий, работающих в условиях Крайнего Севера при отрицательных температурах, так как температура хрупко-вязкого перехода в них должна быть как можно ниже температуры эксплуатации.

Обеспечение работоспособности изделия подразумевает не только определенный комплекс механических свойств — прочности, вязкости, пластичности, но и наличие специфических свойств, таких, как коррозионная стойкость, жаростойкость, кавитационная стойкость и т.д. Например, для изготовления деталей агрегатов пищевой промышленности, находящихся в непосредственном контакте с пищевыми продуктами, необходимо выбирать материал, обладающий не только механической прочностью, но и коррозионной стойкостью при длительных воздействиях пищевых сред в условиях повышенных давлений и температур. Кроме того, в данном случае необходимым требованием является нетоксичность как самих материалов, так и продуктов их коррозии.

Выбор марки стали или сплава неотделим от выбора технологии термической обработки. При выборе технологии обработки, обеспечивающей конструкционную прочность, необходимо учитывать не только характеристики прочности и твердости. Так, в стали 40 можно получить предел прочности на уровне 800 МПа путем улучшения (закалка от 840 °С и высокий отпуск) или нормализации (непрерывное охлаждение на воздухе от 840 °С). В первом случае после проведенной термообработки сталь будет иметь следующий комплекс свойств: 5 = 16%; ц/ = 65%, Т50= -120 °С, а во втором 5 = 14%; ц/ = 22%, Т50 = +50 °С. Очевидно, что, несмотря на более сложную технологию термической обработки, для ответственных изделий необходимо рекомендовать только первый вариант. Технологичность выбранного материала особенно важна в условиях серийного и массового производства.

Для деталей, подвергающихся упрочняющей термической обработке, важным критерием при выборе марки стали является ее про-каливаемость. Оптимальное сочетание прочности и вязкости обеспечивается при содержании в структуре закаленной стали не менее 90% мартенсита. Детали, работающие в условиях действия ударных нагрузок или больших растягивающих напряжений, должны иметь одинаково высокую прочность по всему сечению. Для деталей, работающих в условиях изгиба или среза без ударных нагрузок, можно ограничиться получением высокой прочности на глубине, равной 0,25 толщины детали. В соответствии с этим выбирать марку стали и технологию ее термической обработки следует, ориентируясь на ее характеристики прокаливаемости. Чем больше сечение изделия, тем более легированную сталь приходится выбирать, чтобы обеспечить регламентированную прокаливаемость.

Для деталей, в которых высокие прочностные (или антикоррозионные, триботехнические и др.) свойства достаточно обеспечить только в относительно тонком поверхностном слое, можно использовать соответствующую химико-термическую обработку. В этом случае выбор марки стали определяется комплексом требуемых свойств (например, сочетанием прочности и вязкости) на поверхности и в сердцевине изделия.

Решение проблемы выбора материала для конкретного изделия осложняется постоянно возрастающим количеством аналогичных по назначению и близких по свойствам сталей и сплавов.

Кроме того, в современных условиях производства определяющим становится экономический фактор. Стоимость изделия определяется, в первую очередь, стоимостью используемого материала. Самыми дешевыми из конструкционных сталей являются углеродистые стали обыкновенного качества. Низколегированные стали, содержащие марганец, кремний, небольшое количество хрома мало отличаются по стоимости от углеродистых сталей. Высоколегированные стали тем дороже, чем больше содержат легирующих элементов. К самым дорогим относятся никелевые жаропрочные сплавы, прецизионные сплавы и вольфрамовые инструментальные стали. Вместе с тем высоколегированные стали обладают более высоким комплексом свойств, что позволяет уменьшить размеры и снизить материалоемкость изделий. Необходимо учитывать, что в себестоимость детали входит не только стоимость материала, но и стоимость технологии его обработки. Целесообразность и эффективность использования сложных видов обработки, таких, например, как химико-термическая, термомеханическая, определяется невозможностью обеспечения без их применения требуемого комплекса свойств изделия.

К числу важнейших факторов, определяющих выбор материала и технологии его обработки, относятся также экологические требования и возможность последующей утилизации материала.

Таким образом, проблема оптимального выбора материала — сложная и многопараметрическая задача. Существуют подходы, позволяющие формализовать задачу и найти оптимальное решение, обоснованное в рамках принятых ограничений.

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >
 

Популярные страницы