Студенческая работа на тему:

Выберите сталь для изготовления тяжелонагруженных коленчатых валов диаметром 60 мм

Создан заказ №963570

6 февраля 2016

Выберите сталь для изготовления тяжелонагруженных коленчатых валов диаметром 60 мм

Как заказчик описал требования к работе:

Задание: решить контрольную по материаловедению, срок 2 дня, очень нужно! Расписывайте, пожалуйста, подробное решение для каждой задачи.

Фрагмент выполненной работы:

Выберите сталь для изготовления тяжелонагруженных коленчатых валов диаметром 60 мм: временное сопротивление должно быть не ниже 750 МПа. Рекомендуйте состав и марку стали, режим термической обработки. Определите структуру и механические свойства после закалки и после отпуска. Предложите и обоснуйте режим упрочняющей обработки для повышения износостойкости опорных шеек вала. Решение: Коленчатый вал — деталь (или узел деталей в случае составного вала) сложной формы, имеющая шейки для крепления шатунов, от которых воспринимает усилия и преобразует их в крутящий момент. (работа была выполнена специалистами Автор 24) Общий вид коленвала представлен на рис.2.1. 1 -носок коленчатого вала; 2 - посадочное место звездочки (шестерни) привода распределительного вала; 3 - отверстие подвода масла к коренной шейке; 4 - противовес; 5 - щека; 6 - шатунные шейки; 7 - фланец маховика; 8 - отверстие подвода масла к шатунной шейке; 9 - противовесы; 10 - коренные шейки; 11 - коренная шейка упорного подшипника Рис. 2.1. Схема коленчатого вала Коленчатые валы являются тяжелонагруженными изделиями, их работоспособность определяется износостойкостью шеек, способностью противостоять изгибающим, циклическим нагрузкам, усталостным разрушениям. Коленвалы изготовляют из углеродистых, хромомарганцевых, хромоникельмолибденовых, и других сталей, а также из специальных высокопрочных чугунов. В зависимости от типа материла существует три подхода к упрочнению валов: Коленчатые валы из среднеуглеродистых сталей (45, 50, 45Г2, 40ХН) с упрочнением шеек поверхностной закалкой при индукционном нагреве. Коленчатые валы из легированных сталей с упрочнением азотированием. Азотирование используют для упрочнения крупных валов (с диаметром шейки 150-300 мм) из сталей 18Х2Н4ВА, 38ХН3ВА, 38ХН3МА, а также для небольших валов из менее легированных сталей (45ХФ). Коленчатые валы из серого и высокопрочного чугуна, которые подвергают нормализации и закалке ТВЧ с низким отпуском. Для получения высоких значений прочности и ударной вязкости коленчатого вала следует прибегнуть к подходу №2 и выбрать конструкционную сталь, которую следует подвергнуть улучшению и азотированию. К таким материалам относятся стали: 45ХФ, 40ХФА, 40ХМФА, 50ХФА, 30Х3МФ. Выберем наиболее распространенную для данной цели стали 45ХФ. В таблице 2.1 приведены механические свойства стали 45ХФ после улучшения. Таблица 2.1 - Механические свойства сталей Марка стали Термическая обработка Ϭ0,2, МПа Ϭв, МПа δ, % KCU, Дж/см2 HRC 45ХФ закалка в масле от 830°С, отпуск при 550-600°С 770 850 19 81 32 Сталь 45ХФ полностью удовлетворяет требованиям (0,6 МДж/м2=60 Дж/см2). Химический состав стали приведен в таблице 2.2. Сталь легирована хромом и ванадием. Таблица 2.2 - Химический состав в % стали 38ХН3МА по ГОСТ 4543 - 71 C Si Mn S P Cr V 0.42 - 0.47 0.17 - 0.37 0.25 - 0.5 до 0.035 до 0.035 0.8 - 1.2 0.08 - 0.1 Коленчатый вал из стали 45ХФ для обеспечения необходимых свойств подвергается закалке с высоким отпуском, а затем азотированию. Температура нагрева под закалку вычисляется по формуле: Тн=Ас3+(30÷50°С). Для данной стали температура нагрева под закалку равна: Тн=800+(30÷50°С)=830÷850°С. Время нагрева рассчитаем по формуле А. П. Гуляева: τн=0,1·К1·К2·К3·D где: К1 – коэффициент формы изделия; К2 – коэффициент среды; К3 – коэффициент равномерности; D – минимальный размер максимального сечения. Применительно к рассматриваемому валу значения коэффициентов равны: К1=2 (цилиндр); К2=2 (нагрев производится в газовой среде); К3=1,4 (расстояние между валами в печи ~0,5d). В качестве минимального размера максимального сечения мы выбираем максимальный диаметр рабочего сечения, следовательно D=60 мм Рассчитаем время нагрева: τн=0,1·2·2·1,4·60=34 мин Для учёта легирования рассчитанное время необходимо увеличить на 50%, следовательно: τн= τн·1,5 τн=34·1,5=50 мин После нагрева проводят изотермическую выдержку. Время изотермической выдержки составляет 20 – 30% от времени нагрева. В данном случае: τв=0,2·50≈10 мин Охлаждение при закалке легированных сталей нужно проводить в масле. После закалки структура состоит из мартенсита и остаточного аустенита. После закалки необходимо провести высокий отпуск при температуре 550-600°С (исходя из данных таблицы 2.1)...Посмотреть предложения по расчету стоимости