Выбор материала конкретного назначения (по вариантам)

Исходные данные: Цех изготавливает зубчатые колеса диаметром 70 мм штамповкой в закрытых штампах. Выбрать цементуемую сталь, работающую в условиях износа и удара при повышенных напряжениях: 25ХГТ, 25ХГМ, 12ХН3А. Привести описание технологии изготовления заготовок штамповкой в закрытых штампах.

Рекомендуемая литература: 1. Материаловедение и технология металлов : учебник для студентов машиностр. спец. вузов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин. – М.: Высшая школа, 2000. – 638 с2. Минкевич А. Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. - 2-е изд., перераб. - Москва : Машиностроение, 1965. - 491 с.3. Марочник сталей и сплавов/В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Вяткин и др.;под общ.ред. В.Г. Сорокина – М.:Машиностроение 1989 – 640 с.4. Марочник сталей и сплавов / сост. Зубченко А. С. и др. ; под ред. А. С. Зубченко. - 3-е изд., стер. - Москва : Машиностроение, 2011. - 782 с.5. Пейсахов, А. М. Материаловедение и технология конструкционных материалов : Учеб. для студентов немашиностроит. специальностей / Пейсахов А .М., Кучер А. М. - СПб. : Изд-во Михайлова В.А., 2003 (ГИПК Лениздат). - 406 с.6. Технология конструкционных материалов : ТКМ : учеб. для студентов машиностроит. вузов / А.М. Дальский и др.; под общ. ред. А.М. Дальского. - 6-е изд., испр. и доп. - М. : Машиностроение, 2005. - 592 с

Введение   4

1 Условия эксплуатации изделия и причины возможных повреждений и разрушения детали в процессе эксплуатации   5

2 Эксплуатационные требования   6

3 Технологические и экономические требования   8

4 Выбор группы материалов конкретного функционального назначения с обоснованием   9

5 Выбор конкретной марки материала  10

6 Классификация выбранного материала   12

7.1 Влияние углерода на механические свойства стали   13

7.2 Влияние постоянных (технологических) примесей   14

7.3 Влияние легирующих элементов   15

8 Термическая обработка   19

8.1 Основные виды термообработки стали   19

8.2 Рекомендованная типовая упрочняющая термообработка для стали выбранной марки   20

9 Окончательные механические свойства   22

Заключение   25

Список использованных источников   26

Введение

Зубчатое колесо – основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса.Зубчатые колеса широко применяют в машинах, механизмах и приборах различных отраслей машиностроения. Наилучшая макроструктура зубчатых колес получается при штамповке, когда расположение волокон соответствует конфигурации колеса, так как в этом случае прочность на изгиб повышается.При выборе стали для изготовления зубчатых колес необходимо учитывать ее стоимость, обрабатываемость, прокаливаемость и деформацию колеса при термической обработке. Так как основным элементом зубчатого колеса является зуб, применяемые стали и методы упрочнения должны обеспечивать высокую контактную и усталостную прочность, прочность при изгибе, ударе и износостойкость зуба.1 Условия эксплуатации изделия и причины возможных повреждений и разрушения детали в процессе эксплуатацииЗубчатые колёса являются основными деталями большинства машин и механизмов. Они служат для передачи вращательных движений между отдельными элементами механизмов.Вращение передаётся через зубчатое зацепление. Отказ или разрушение зубчатого колеса влечёт за собой прекращение передачи крутящего момента и отказ двигательных агрегатов. Наиболее загруженной частью зубчатого колеса является зуб.Условия работы зубчатых колес определяются их быстроходностью, уровнем контактных и изгибающих нагрузок.В процессе эксплуатации зубья зубчатых колес подвергаются:а) изгибу при максимальном однократном нагружении ( при резком торможении, заклинивании, при приложении максимального крутящего момента), зубчатый колесо сталь термическийб) изгибу при многократных циклических нагрузках, вследствие чего в корне зуба развиваются наибольшие напряжения, и может происходить усталостное разрушение,в) контактным напряжениям на боковых рабочих поверхностях зубьев, приводящим к образованию контактно-усталостного выкрашивания (питтинга),г) износу боковых поверхностей (из-за попадания абразивных частиц, грязи, пыли в зону контакта) , либо торцевых поверхностей зубьев ( при переключении передач в коробках передач). При относительном скольжении в условиях недостаточной смазки либо без смазки на рабочих поверхностях зубьев может происходить образование грубых задиров, приводящих к катастрофически быстрому (в течение нескольких часов) изнашиванию зубчатых колес. )2 Эксплуатационные требованияК основным характеристикам любых изделий относятся долговечность и надежность. Долговечность – свойство материала сопротивляться развитию постепенного разрушения (постепенного отказа), обеспечивая работоспособность деталей в течение заданного времени (ресурса).Для большинства деталей машин (более 80%) долговечность определяется сопротивлением материала усталостным разрушениям (циклической долговечностью) или сопротивлением изнашиванию (износостойкостью). Циклическая долговечность характеризует работоспособность материала в условиях многократно повторяющихся циклов напряжения.Процессы постепенного накопления повреждений в материале под действием циклических нагрузок, приводящие к изменению его свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению, называют усталостью, а свойства противостоять усталости – выносливостью.Циклическая прочность – наибольшее напряжение, которое он способен выдержать за определённое время работы. Циклическая долговечность – число циклов (часов), которое выдерживает материал до образования усталостной трещины или до усталостного разрушения при заданном напряжении.Дополнительные критерии выносливости: 1. Живучесть – определяемая скоростью роста трещины усталости (СРТУ). При высокой живучести можно своевременно путём дефектоскопии обнаружить трещину, заменить деталь и обеспечить безаварийную работу. 2. Износостойкость – свойство материала оказывать в определённых условиях трения сопротивление изнашиванию. Износ – процесс постепенного разрушения поверхностных слоёв материала путём отделения его частиц под влиянием сил трения.Надёжность – свойство материала противостоять хрупкому разрушению (внезапному отказу). Для предупреждения хрупкого разрушения конструкционные материалы должны обладать: достаточной пластичностью δ, % и ψ, %; и ударной вязкостью КСU (МДж/м2).Для того чтобы избежать внезапных поломок в условиях эксплуатации, необходимо учитывать трещиностойкость. Трещиностойкость – группа параметров надёжности, характеризующих способность материала тормозить развитие трещины.Трещины являются острыми концентраторами напряжений, местные (локальные) напряжения в вершине которых могут во много раз превышать средние расчётные напряжения.Для оценки надёжности материала используют также параметры: ударную вязкость КСU, КСV, КСТ (МДж/м2 ); температурный порог хладноломкости Т50 .Порог хладноломкости Т50 - характеризует влияние снижения температуры на склонность материала к хрупкому разрушению. Его определяют по результатам ударных испытаний образцов с надрезом при понижающейся температуре. Т50 – обозначает температуру при которой в изломе образца имеется 50% волокнистой составляющей, и величина КСТ снижается на половину.3 Технологические и экономические требованияК материалам для зубчатых колес предъявляются следующие требования: соответствие основным критериям работоспособности; технологичность; приемлемая стоимость; возможность обеспечения малых массы и габаритных размеров; надежность и коррозионная стойкость.Сталь должна удовлетворять требованиям минимальной трудоемкости изготовления деталей. Поскольку зубчатые колеса производятся путем штамповки, необходимо чтоб выбранный материал обладал необходимой пластичностью, имел равномерные механические свойства и химический состав и не имел поверхностных и внутренних дефектов.Материал должен быть по возможности более дешевым (углеродистые стали). Выбор легированных сталей должен быть обоснован требованиями повышенного уровня надежности и долговечности, а также специальными требованиями – например, повышенной прокаливаемости, низкого порога хладноломкости, коррозионной стойкости, износостойкости, жаростойкости и жаропрочности. В нашем случае выбор легированной стали обусловлен работой зубчатых колес в условиях износа и удара при повышенных напряжениях.4 Выбор группы материалов конкретного функционального назначения с обоснованиемВ качестве исходного материала для получения штампованной заготовки могут использоваться как углеродистые, так и легированные стали. Необходимо учесть, что зубчатые колеса должны подвергаться цементации. Рассмотрим требования к цементуемым сталям. Для цементации применяют стали с низким содержанием углерода (0,1 - 0,25%) с тем, чтобы после цементации, закалки и низкого отпуска получить твердый поверхностный слой и вязкую сердцевину. Твердость поверхности после такой обработки будет около 60 НRС, а сердцевины - порядка 15 - 30 НRС.В деталях из углеродистой стали вследствие ее слабой прокаливаемости высокую твердость получает лишь поверхностный цементованный слой, а сердцевина не упрочняется.В легированных же сталях упрочнение сердцевины при термической обработке будет тем более значительным, чем больше углерода и легирующих элементов они содержат.Требования, предъявляемые к цементуемым сталям:- возможность получения требуемого уровня свойств;- прокаливаемость;- хорошая обрабатываемость резанием;- хорошая штампуемость;- экономичность легирования.5 Выбор конкретной марки материалаДля изготовления зубчатых колес штамповкой в закрытых штампах с последующей цементацией предложены следующие марки стали: 25ХГТ, 25ХГМ, 12ХН3А.Во всех марках стали имеется хром, что повышает прокаливаемость и является обязательным условием. Сталь 25ХГМ и 25ХГТ легированы марганцем, который также как и хром, заметно влияет на карбидообразования при цементации, причем это влияние наиболее сильно проявляется в хромомарганцевых сталях.Легирование стали молибденом приводит к значительному улучшению ее механических свойств после цементации и нитроцементации.Легирование стали титаном приводит к образованию дисперсных карбидов TiC, затормаживающих рост зерна аустенита и способствующих его измельчению.Однако согласно марочникам сталей, сталь 25ХГМ используют преимущественно для нитроцементации, а сталь 25ХГТ для цементации.Сталь 12ХН3А –низкоуглеродистая, что благоприятно для цементации. Наличие никеля в стали приводит к повышению вязкости сердцевины и диффузионного слоя, снижению порога хладноломкости. Данная сталь используется для цементации. Наиболее дешёвыми легирующими элементами являются кремний и марганец, относительно дорогими – хром, никель, титан, ещё более дорогими – молибден и вольфрам.Соответственно сталь 12ХН3А и 25ХГМ вероятно более дорогие, чем сталь 25ХГТ. Сравним механические характеристики цементуемых сталей 25ХГТ и 12ХН3А после цементации, закалки и низкого отпуска по данным в таблице 1. Таблица 1 – Сравнение механических характеристик сталей Марка стали Сечение, ммσ0,2, МПаσв, МПаδ5, %ψ, %KCU, Дж/см2HB (HRC)12ХН3А608309801255118Поверхность (59-64), сердцевина 303 12ХН3А100690830105078Поверхность (57-63), сердцевина 25025ХГТ-110015009-60Поверхность (57-63),Не смотря на то, что сталь 25ХГТ имеет более высокую прочность. ее пластические характеристики более низкие. При этом для стали 12ХН3А наблюдается хорошее сочетание высокой прочности детали, высокой твердости поверхности при удовлетворительной пластичности и твердости сердцевины.Поэтому выбираем сталь 12ХН3А.6 Классификация выбранного материала 12ХН3АСталь конструкционная легированная, хромоникелевая По назначению – деформируемая.По качеству – высококачественная (с пониженным содержанием серы и фосфора). По степени раскисления – спокойная.По химическому составу – легированная.По содержанию углерода – низкоуглеродистая.По степени легирования – среднелегированная.Структура стали в равновесном состоянии – феррито-перлитная. 7 Влияние химического состава7.1 Влияние углерода на механические свойства сталиСтруктура стали после медленного охлаждения состоит из феррита и перлита. Количество феррита тем больше, чем меньше углерода в стали. Углерод оказывает определяющее влияние на свойства стали.Увеличение содержания углерода повышает прочность ( до 1,0% углерода) и твёрдость стали, однако существенно понижает пластичность и удельную ударную вязкость, повышает порог хладноломкости, как показано на рисунке 1. Рисунок 1 – Влияние содержания углерода на механические свойства сталиC увеличением содержания углерода изменяется структура стали. В равновесном состоянии структура стали представляет смесь феррита и цементита, в которой количество последнего увеличивается пропорционально содержанию углерода. Зная механические свойства феррита и цементита, можно предположить, как будут меняться механические свойства сталей с изменением содержания углерода. С увеличением содержания углерода возрастает количество хрупкого и твёрдого цементита, а следовательно повышается хрупкость и твёрдость, понижается пластичность и ударная вязкость стали. Прочность стали с увеличением количества углерода в начале возрастает, а затем, достигнув максимума примерно при 1,0%, начинает понижаться. Это объясняется следующим. В доэвтектоидных сталях углерод в виде цементита входит в состав сложной структурной составляющей стали – перлита. При этом цементит располагается в перлите в виде отдельных, не соприкасающихся между собой пластинок, что придаёт перлиту по сравнению с чистым ферритом большие прочность и твёрдость. Так как с увеличением содержания углерода в доэвтектоидных сталях возрастает количество перлита, то и прочность стали повышается. 7.2 Влияние постоянных (технологических) примесейПостоянными примесями сталей считают марганец, кремний, фосфор, серу, а также газы (водород, азот, кислород).Обычно содержание этих элементов ограничивается следующими верхними пределами, %: 0,8 Мn; 0,5 Si; 0,05 Р; 0,05 S.При большем содержании их сталь следует отнести к сорту легированных, когда эти элементы введены специально (отсюда и название легированные стали или специальные стали).Марганец. Этот элемент вводят в любую сталь для раскисления. Марганец заметно влияет на свойства стали, повышая прочность в горячекатаных изделиях, изменяя и некоторые другие свойства.Кремний. Влияние начальных присадок кремнияаналогично влиянию марганца.Фосфор вызывает хладноломкость стали (т.е. повышает температур перехода в хрупкое состояние). Таким образом, фосфор является вредным элементом. Следует отметить, что в отдельных случаях фосфор желательный элемент, так как он, создавая хрупкость, облегчает обрабатываемость стали режущим элементом, а в присутствии меди повышает сопротивление коррозии.Сера. Как и фосфор, сера попадает в металл из руд, атакже из печных газов — продукт горения топлива (SO2). Сера вызывает такое явление, как красноломкость (т.е. процесс охрупчивания при высоких температурах).«Газы». Водород, азот и кислород содержатся в стали в небольших количествах, зависящих от способа производства.Водород, азот, кислород могут присутствовать в следующих формах: находиться в различных несплошностях (газообразном состоянии), находиться в α-твердом растворе; образовывать различные соединения, так называемые неметаллические включения (нитриды, оксиды).Наличие большого количества кислорода может привести к чрезвычайно опасным внутренним надрывам в металле (флокенам).Образованные азотом и кислородом хрупкие неметаллические включения ухудшают свойства металла.Из сказанного следует, что наличие водорода, азота и кислорода в металле ухудшает его свойства.Примеси цветных металлов. Переплавка бытового и машиностроительного лома приводит к загрязнению стали примесями цветных металлов (Сu, Pb, Zn, Sb, Sn и др.). Обычно содержание этих элементов невелико — сотые и даже тысячные доли процента (кроме меди, содержание которой достигает 0,1—0,2 %). При таком их количестве влияние их на механические свойства практически не сказывается, однако, тщательно поставленные опыты показывают, что все цветные примеси повышают порог хладноломкости.7.3 Влияние легирующих элементовРастворение легирующих элементов в Feα происходит в результате замещения атомов железа атомами этих элементов. Атомы легирующих элементов, отличаясь от атомов железа размерами и строением, создают в решетке напряжения, которые вызывают изменение ее периода. Все элементы, растворяющие в феррите, изменяют параметры решетки феррита в тем большей степени, чем больше различаются атомные размеры железа и легирующего элемента.Элементы с атомным радиусом, меньшим, чем у железа, уменьшают параметры решетки, а с большим — увеличивают 1 (никель является исключением).Естественно, что изменение размеров α-решетки вызывает и изменение свойств феррита — прочность повышается, а пластичность уменьшается.На рисунке 2 показаны изменения свойств феррита (твердость, ударная вязкость) при растворении в нем различных элементов. Как видно из диаграмм, хром, молибден, вольфрам упрочняют феррит меньше, чем никель, кремний и марганец. Молибден, вольфрам, а также марганец и кремний (при наличии более 1 %) снижают вязкость феррита. Хром уменьшает вязкость значительно слабее перечисленных элементов, а никель не снижает вязкости феррита.Рисунок 2 – Влияние легирующих элементов на свойства феррита: а — твердость; б — ударная вязкостьВажное значение имеет влияние элементов на порог хладноломкости, что характеризует склонность стали к хрупкому разрушению. Наличие хрома в железе способствует некоторому повышению порога хладноломкости, тогда как никель интенсивно снижает порог хладноломкости, уменьшая тем самым склонность железа к хрупким разрушениям.Таким образом, из перечисленных шести наиболее распространенных легирующих элементов особенно ценным является никель. Достаточно интенсивно упрочняя феррит, никель не снижает его вязкость и понижает порог хладноломкости, тогда как другие элементы, если и не снижают вязкости, то слабо упрочняют феррит (хром) либо, сильно упрочняя феррит, резко снижают его вязкость (марганец, кремний).Приведенные на рисунке 2 данные относятся к медленно охлажденным сплавам. Свойства феррита, содержащего в растворе кремний, молибден или вольфрам, практически не зависят от того, как охлаждался сплав — быстро или медленно, тогда как твердость феррита, легированного хромом, марганцем и никелем, после быстрого охлаждения оказывается более высокой, чем после медленного охлаждения.Различают две группы легирующих элементов: α- и γ-стабилизаторы (рисунок 3).К α-стабилизаторам относятся элементы с ОЦК решёткой: Cr, Mo, W, V, Nb. Они повышают температуру А3 и понижают А4, расширяя область α-твёрдого раствора (рисунок 3а). При концентрации α-стабилизатора больше Х сплавы Fe-ЛЭ не испытывают полиморфного превращения и имеют структуру легированного феррита.К γ-стабилизаторам относятся элементы с ГЦК решёткой: Mn, Ni, Cu и др. Они снижают температуру и повышают А4 расширяя область γ-твёрдого раствора (рисунок 3б). Сплавы, с концентрацией γ-стабилизатора больше Y имеют структуру легированного аустенита.Рисунок 3 – Влияние легирующих элементов на точки полиморфного превращения железа: а – α-стабилизаторы, б – γ-стабилизаторыРазличие в термической обработке легированной и углеродистой сталей состоит в выборе различных температур и скорости нагрева, длительности выдержки при этих температурах и способе охлаждения.Легированные стали менее теплопроводны по сравнению с углеродистыми. Это необходимо учитывать и особенно осторожно нагревать детали из стали, содержащей такие элементы, как вольфрам.Критические температуры у одних легированных сталей выше, у других — ниже; выбор температур термической обработки производится в зависимости от содержания в стали легирующих элементов.Все легирующие элементы можно разбить на две группы: элементы, повышающие критические точки АС1 и АС3,а следовательно, и температуры нагрева при термической обработке и элементы, понижающие критические точки. К первой группе относятся Сu, V, W, Si, Mo, Ti, Nb и др. В связи с этим отжиг, нормализация и закалка сталей, содержащих перечисленные элементы, производятся при более высоких температурах, чем отжиг, нормализация и закалка углеродистых сталей. Ко второй группе элементов относятся Mn, Niи др. При выборе температуры термической обработки имеет значение склонность аустенитного зерна к росту.Все легирующие элементы, за исключением Μn, препятствуют росту аустенитного зерна при нагреве. Особенно сильное влияние на уменьшение роста аустенитного зерна оказывают элементы, образующие в сталях карбиды (Сr, Mo, W, V, Ti): карбиды располагаются по границам зерна и затрудняют его рост при нагреве. Таким образом, легированные стали (за исключением марганцевистых) при термической обработке не склонны к перегреву; нагревать их можно до более высоких температур, чем углеродистые стали.Время выдержки устанавливается несколько большее, чем для углеродистых сталей, так как легированная сталь обладает худшей теплопроводностью и полный прогрев изделия требует большего времени. Кроме того, для получения лучших механических свойств необходима выдержка, чтобы полностью растворились легированные карбиды в аустените.Скорость охлаждения при термической обработке устанавливается в соответствии с устойчивостью переохлажденного аустенита и величиной критической скорости закалки. Практически это приводит к тому, что многие легированные стали закаливаются на мартенсит в масле, т. е. при меньшей скорости охлаждения, чем углеродистая сталь.Легированная сталь обладает большей прокаливаемостью, чем выше степень легированности сталей, тем более глубокой прокаливаемостью они обладают. Легирующие элементы в стали влияют на устойчивость мартенсита при отпуске.8 Термическая обработка8.1 Основные виды термообработки сталиОтжигом стали называется вид термической обработки, заключающийся в ее нагреве до определенной температуры, выдержке при этой температуре и медленном охлаждении. Цели отжига — снижение твердости и улучшение обрабатываемости стали, изменение формы и величины зерна, выравнивание химического состава, снятие внутренних напряжений. Существуют различные виды отжига: полный, неполный, диффузионный, рекристаллизационный, низкий, отжиг на зернистый перлит, нормализация. Температура отжига зависит от количества углерода в стали (рисунок 4). Рисунок 4 – Область температур нагрева для различных видов отжига и нормализации: I – полный отжиг; II – неполный отжиг; III – гомогенизация (диффузионный отжиг); IV – низкий отжиг; V – нормализацияНормализация состоит из нагрева стали на 30-50°С выше линии GSE диаграммы Fe-Fe3C, выдержки при этой температуре и последующего охлаждения на воздухе. Более быстрое охлаждение по сравнению с обычным отжигом приводит к более мелкозернистой структуре.Закалка — это вид термической обработки, состоящий в нагреве стали до определенной температуры, выдержке и последующем быстром охлаждении. В результате закалки повышается твердость и прочность, но снижается вязкость и пластичность. Нагрев стали производится на 30-50°С выше линии GSK диаграммы Fe-Fe3C. В доэвтектоидных сталях нагрев выше линии GS необходим для того, чтобы после закалки в структуре не было мягких ферритных включений. Для заэвтектоидных сталей применяется нагрев выше линии SK, так как присутствие цементита не снижает твердость стали.Отпуск стали — это вид термической обработки, следующий за закалкой и заключающийся в нагреве стали до определенной температуры (ниже линии PSK), выдержке и охлаждении. Цель отпуска — получение более равновесной по сравнению с мартенситом структуры, снятие внутренних напряжений, повышение вязкости и пластичности. Различают низкий, средний и высокий отпуск. Низкий отпуск проводится при температуре 150-200 °С. В результате снимаются внутренние напряжения, происходит некоторое увеличение пластичности и вязкости без заметного снижения твердости. Образуется структура мартенсит отпуска. Низкому отпуску подвергают режущий и мерительный инструмент, а также детали, которые должны обладать высокой твердостью и износостойкостью.При среднем отпуске производится нагрев до 350-450 °С. При этом происходит некоторое снижение твердости при значительном увеличении предела упругости и улучшении сопротивляемости действию ударных нагрузок. Структура стали представляет собой троостит отпуска, который имеет зернистое, а не пластинчатое строение. Применяется для пружин, рессор, ударного инструмента.Высокий отпуск проводится при 550-650°С. В результате твердость и прочность снижаются значительно, но сильно возрастают вязкость и пластичность и получается оптимальное для конструкционных сталей сочетание механических свойств. Структура стали — сорбит отпуска с зернистым строением цементита. Применяется для деталей, подвергающихся действию высоких нагрузок. Термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска, называется улучшением. Она является основным видом обработки конструкционных сталей.8.2 Рекомендованная типовая упрочняющая термообработка для стали выбранной маркиСталь 12ХН3А является конструкционной легированной, хромоникелевой. Состав стали приведен в таблице 2. Таблица 2 – Химический состав в % стали 12ХН3АCSiMnNiSPCrCu0.09 - 0.160.17 - 0.370.3 - 0.62.75 - 3.15до   0.025до   0.0250.6 - 0.9до   0.3Рекомендуемый режим термической обработки : Газовая цементация 920-950 ºС, Закалка 800-820 ºС, охлаждение в масло,Отпуск 160-200 ºС, охлаждение на воздухе. 9 Окончательные механические свойстваМеханические свойства после термической обработки приведены в таблице 3. Таблица 3 – Механические свойства стали 12ХН3А после термической обработки Сечение, ммσ0,2, МПаσв, МПаδ5, %ψ, %KCU, Дж/см2HB (HRC)608309801255118Поверхность (59-64), сердцевина 303 100690830105078Поверхность (57-63), сердцевина 250Твердость — свойство материала сопротивляться внедрению более твёрдого тела — индентора.Прочность — свойство материала сопротивляться разрушению под действием напряжений, возникающих под воздействием внешних сил.Пластичность — способность материала без разрушения получать большие остаточные деформации.σв – предел прочности, условное напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествовавшей разрыву образца.σт – физический предел текучести условное напряжение, при котором образец деформируется без увеличения растягивающей нагрузкиδ – относительное удлинение после разрыва.ψ – относительное сужение после разрыва. Ударная вязкость – это работа удара, отнесенная к начальной площади поперечного сечения образца в месте концентратора.10 Технология получения заготовки или изделияРассмотрим технологию изготовления заготовок штамповкой в закрытых штампах.Штамповка в закрытых штампах (рисунок 5 а, б) характеризуется тем, что полость штампа в процессе деформирования остается закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа при этом постоянный и небольшой, так что образование облоя в нем не предусмотрено. Устройство таких штампов зависит от типа машины, на которой штампуют. Например, нижняя половина штампа может иметь полость, а верхняя — выступ (на прессах), или наоборот (на молотах). Рисунок 5 – Схемы штамповки в закрытых штампахЗакрытый штамп может иметь не одну, а две взаимно перпендикулярные плоскости разъема, т.е. состоять из трех частей (рисунок 5 б).При штамповке в закрытых штампах необходимо строго соблюдать равенство объемов заготовки и поковки, иначе при недостатке металла не заполняются углы полости штампа, а при избытке размер поковки по высоте будет больше требуемого. Следовательно, в этом случае процесс получения заготовки усложняется, поскольку отрезка заготовок должна обеспечивать высокую точность. Как правило, штамповкой в закрытых штампах получают поковки групп 1 и 2 (рисунок 6).Рисунок 6 – Виды поковок, получаемых штамповкой в закрытых штампахСущественное преимущество штамповки в закрытых штампах — уменьшение расхода металла, поскольку нет отхода в облой. Поковки, полученные в закрытых штампах, имеют более благоприятную структуру, так как волокна обтекают контур поковки, а не перерезаются в месте выхода металла в облой, При штамповке в закрытых штампах металл деформируется в условиях всестороннего неравномерного, сжатия при больших сжимающих напряжениях, чем в открытых штампах. Это позволяет получать большие степени деформации и штамповать малопластичные сплавы.ЗаключениеДля изготовления цементуемых зубчатых колес диаметром 70 мм штамповкой в закрытых штампах была выбрана сталь 12ХН3А.Данная сталь является высококачественной, легирована хромом и никелем. Проведение цементации позволяет получить твердость поверхности зубьев до 59-64 HRC. Список использованных источников1. Материаловедение и технология металлов : учебник для студентов машиностр. спец. вузов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин. – М.: Высшая школа, 2000. – 638 с2. Минкевич А. Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. - 2-е изд., перераб. - Москва : Машиностроение, 1965. - 491 с.3. Марочник сталей и сплавов /В. Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Вяткин и др.; под общ. ред. В.Г. Сорокина – М.: Машиностроение 1989 – 640 с.4. Марочник сталей и сплавов / сост. Зубченко А. С. и др. ; под ред. А. С. Зубченко. - 3-е изд., стер. - Москва : Машиностроение, 2011. - 782 с.5. Пейсахов, А. М. Материаловедение и технология конструкционных материалов : Учеб. для студентов немашиностроит. специальностей / Пейсахов А .М., Кучер А. М. - СПб. : Изд-во Михайлова В.А., 2003 (ГИПК Лениздат). - 406 с.6. Технология конструкционных материалов : ТКМ : учеб. для студентов машиностроит. вузов / А.М. Дальский и др.; под общ. ред. А.М. Дальского. - 6-е изд., испр. и доп. - М. : Машиностроение, 2005. - 592 с