ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Задачи по конструкционным сталям, чугунам и полимерным материалам из "Материаловедение " Заводу нужно изготовить вал диаметром 70 мм для работы с большими нагрузками. Сталь должна иметь предел текучести не ниже 75 кгс/мм , предел выносливости не ниже 40 кгс/мм и ударную вязкость не ниже 9 кгс-м/см. [c.351] Какую из этих сталей следует применить для изготовления вала Нужна ли термическая обработка выбранной стали и если нужна, то какая Дать характеристику микроструктуре и указать механические свойства после окончательной термической обработки. [c.351] Сталь марки Ст4, согласно ГОСТ, имеет следующие свойства в состоянии поставки (после прокатки или ковки) 0 =42н-54 кгс/мм 0г 24ч-26 кгс/мм 6 21%. [c.352] Сталь 45, согласно ГОСТ, в состоянии поставки (после прокатки и отжига) имеет твердость не более НВ 207. При твердости НВ 190— 200 сталь имеет предел прочности сг не вьше 60—62 кгс/мм, а при твердости ниже НВ 180 предел прочности не превышает 55—60 кгс/мм. Для отожженной углеродистой стали отношение а /Ов составляет примерно 0,5. Следовательно, предел текучести стали 45 в этом состоянии не превышает 27—32 кгс/мм. [c.352] Сталь 20ХНЗА, согласно ГОСТ, в состоянии поставки (после прокатки и отжига) имеет твердость не более НВ 250. Следовательно, предел прочности при твердости НВ 230—250 не превышает 67— 75 кгс/мм и может быть ниже 60 кгс/мм для плавок с более низкой твердостью. Тогда предел текучести составляет 35—40 кгс/мм, так как а /0 для отожженной легированной стали 0,5—0,6. [c.352] Таким образом, для получения заданной величины предела текучести вал необходимо подвергнуть термической обработке. [c.352] Для такого ответственного изделия, как вал двигателя, поломка которого нарушает работу машины, применение более дешевой по составу стали обыкновенного качества нерационально. [c.352] Сталь 45 относится к классу качественной углеродистой, а сталь 20ХНЗА — к классу высококачественной легированной стали. Они содержат соответственно 0,42—0,50 н 0,17—0,23%С н принимают закалку. [c.353] Для повышения прочности можно применять нормализацию или закалку с высоким отпуском. [c.353] Последний вариант обработки сложнее, но позволяет получить не только более высокие характеристики прочности, но и более высокую вязкость. В стали 45 минимальные значения ударной вязкости (а ) после нормализации составляют 2—3 кг м/ м а после закалки и отпуска с нагревом до 500° С достигают 6—7 кгс - м/см . [c.353] После закалки в воде углеродистая сталь 45 получает структуру мартенсита. Однако вследствие небольшой прокаливаемости углеродистой стали эта структура в изделиях диаметром более 20—25 мм образуется только в сравнительно тонком поверхностном слое толщиной до 2—4 мм. [c.353] Последующий отпуск вызывает превращение мартенсита и троостита в сорбит только в тонком поверхностном слое, но не влияет на структуру и свойства перлита и феррита в основной массе изделий. [c.353] Сорбит отпуска обладает более высокими механическими свойствами, чем феррит и перлит. [c.353] Наибольшие напряжения от изгиба, кручения и повторно переменных нагрузок воспринимают наружные слои, которые и должны обладать повышенными механическими свойствам. Однако в сопротивлении динамическим нагрузкам, которые воспринимает вал, участвуют не только поверхностные, но и нижележащие слои металла. [c.353] Таким образом, углеродистая сталь не будет иметь требуемых свойств по сечению вала диаметром 70 мм (рис. 288). [c.353] Сталь 20ХНЗА легирована никелем и хромом для повышения прокаливаемости и закаливаемости. Она получает после закалки достаточно однородные структуру и механические свойства в сечении диаметром до 75 мм. [c.353] При закалке с охлаждением в масле (а не в воде, как это требуется для углеродистой стали) возникают меньшие напряжения, а следовательно, и меньшая деформация. После закалки сталь имеет структуру мартенсит и твердость не ниже HR 50. [c.353] Таким образом, эти свойства обеспечивают требования, формулированные в задаче, для вала диаметром 70 мм. [c.354] Жг 316. Зубчатые колеса в зависимости от условий работы и возникающих напряжений можно изготавливать из стали обыкновенного качества, качественной углеродистой и легированной с различным содержанием легирующих элементов. [c.354] Вернуться к основной статье