24. Выбрать сталь для изготовления болтов на станкахавтоматах. В конструкциях болты не воспринимают значительных нагрузок. Стали 08, А12, А20, 45Х

Название	24. Выбрать сталь для изготовления болтов на станкахавтоматах. В конструкциях болты не воспринимают значительных нагрузок. Стали 08, А12, А20, 45Х
Дата	11.01.2019
Размер	62.42 Kb.
Формат файла
Имя файла	24 и 42.docx
Тип	Анализ #63225

Провести анализ условий эксплуатации деталей
Выбрать материал, наиболее экономичный и удовлетворяющий эксплуатационным и технологическим свойствам детали
Выбрать режимы термообработки указанных деталей

24. Выбрать сталь для изготовления болтов на станках-автоматах.

В конструкциях болты не воспринимают значительных нагрузок.

Стали: 08, А12, А20, 45Х.

Анализ условий эксплуатации и требования к материалу.

Болт - это крепежная деталь, представляющая собой цилиндрический стержень с головкой и наружной резьбой. Если резьба не по всей длине болта, то диаметр в той его части, где нет нарезки, примерно такой же, как и диаметр резьбы, измеренный на вершинах ее витков. Головка болта по форме может быть квадратной, шестигранной, цилиндрической, конической, эллиптической или овальной.

Для болтов установлены три группы материалов: углеродистые и легированные стали; коррозионно-стойкие, жаропрочные, жаростойкие и теплоустойчивые стали; цветные сплавы. В основном применяют болты из углеродистых и легированных сталей; болты, изготовленные из материалов второй и третьей группы, применяют в специальных случаях при жестких требованиях к жаропрочности, коррозионной стойкости, габаритам и весу соединений. Болты изготавливают как из спокойных, так и из кипящих сталей. Учитывая, что кипящие стали более склонны к хладноломкости, чем стали спокойной выплавки, их применение для крепежных изделий ограничено. Поскольку болты на станках-автоматах не воспринимают значительных нагрузок, к ним не предъявляются высокие требования по прочностным свойствам.

Выбрать материал, наиболее экономичный и удовлетворяющий эксплуатационным и технологическим свойствам детали.

Сталь 08 содержит в среднем 0,08% углерода. Степень раскисления стали - спокойная (обозначают без индекса). Нелегированная качественная сталь 08 применяется для деталей, к которым предъявляются требования высокой пластичности: шайбы, патрубки, прокладки и другие неответственные детали, работающие в интервале температур от -40 до 450°С не под давлением. Химико-термически обработанная сталь 08 применяется для изготовления неответственных ненагруженных деталей, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и износостойкости при невысокой прочности сердцевины.

Массовая доля основных химических элементов, %
C - углерода	Si - кремния	Mn - марганца
0,05-0,12	0,17-0,37	0,35-0,65

Температура критических точек, °С

Ac₁

Ac₃

Ar₁

Ar₃

735

874

680

854

Технологические свойства
Ковка	Температура ковки, °С: начала 1250, конца 800. Заготовки сечением до 300 мм охлаждаются на воздухе.
Свариваемость	Сваривается без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки. Способы сварки: ручная дуговая сварка, автоматическая дуговая сварка, контактная сварка.
Обрабатываемость резанием	В горячекатаном состоянии при HB 131 и σ_в = 315-410 МПа: K_{v твердый сплав} = 2,1 K_{v быстрорежущая сталь} = 1,65
Флокеночувствительность	Не чувствительна
Склонность к отпускной хрупкости	Не склонна

Сталь 45Х содержит в среднем 0,45% углерода, Х - указывает содержание хрома в стали примерно 1%. Из легированной конструкционной стали 45Х изготовляют валы в подшипниках качения, червячные и шлицевые валы, оси, крупные зубчатые колеса, шпиндели, шатуны, болты и другие детали, к которым предъявляются требования повышенной твердости, износостойкости, прочности и работающие при незначительных ударных нагрузках.

Массовая доля основных химических элементов, %
C - углерода	Si - кремния	Mn - марганца	Cr - хрома
0,41-0,49	0,17-0,37	0,50-0,80	0,80-1,10

Температура критических точек, °С
Ac₁	Ac₃	Ar₁	Ar₃
735	770	660	690

Технологические свойства
Ковка	Температура ковки, °С: начала 1250, конца 780. Заготовки сечением до 100 мм охлаждаются на воздухе, 101-300 мм - в мульде.
Свариваемость	Трудносвариваемая. Способы сварки: ручная дуговая сварка - необходимы подогрев и последующая термообработка. Контактная сварка - необходима последующая термообработка.
Обрабатываемость резанием	В горячекатаном состоянии состоянии при HB 163-168 и σ_в = 610 МПа: K_{v твердый сплав} = 1,2 K_{v быстрорежущая сталь} = 0,95
Флокеночувствительность	Чувствительна
Склонность к отпускной хрупкости	Склонна

Для неответственных деталей, производимых в большом количестве на станках–автоматах (болты, гайки, винты, втулки и т. д.), используют так называемые автоматные стали (ГОСТ 1414—75) марок А12 или А20. В таких сталях допускается повышенное содержание серы и фосфора, поэтому они обладают меньшей вязкостью, благодаря чему стружка образуется короткая и ломкая, а поверхность обработанных сталей получается чистой и ровной. При изготовлении деталей из автоматных сталей можно допускать большие скорости резания. Эти стали обладают улучшенной обрабатываемостью резанием, поверхность деталей получается чистой и ровной. Износостойкость может быть повышена цементацией и закалкой. Углеродистая сталь 08 чище по сере и фосфору а следовательно дороже. Легированная сталь 45Х самая дорогая из вышеуказанных и применяется для изготовления сильнонагруженных болтов поэтому использовать эту сталь в данном случае нецелесообразно.

Химический состав в % материала А12

C	Si	Mn	S	P
0.08 - 0.16	0.15 - 0.35	0.7 - 1.1	0.08 - 0.2	0.08 - 0.15

Механические свойства при Т=20 °С материала А12

s_в	s_T	d₅	y	KCU	Термообр.
МПа	МПа	%	%	кДж / м²	-
410		22	34		Состояние поставки

Химический состав в % материала сталь А20

C	Si	Mn	S	P
0.17 - 0.24	0.15 - 0.35	0.7 - 1	0.08 - 0.15	до 0.06

Механические свойства при Т=20^oС материала сталь А20

s_в	s_T	d₅	y	KCU	Термообр.
МПа	МПа	%	%	кДж / м²	-
450		20	30		Состояние поставки

Выбрать режимы термообработки указанных деталей

Технология обработки детали и термическая обработка: а) отжиг сортового металла (пруток); б) изготовление болтов путем штамповки; в) термическая обработка г) механическая обработка (нарезка резьбы) Автоматные стали А12 и А20 подвергают диффузионному отжигу, при температуре 1100—1150°С для устранения ликвации серы, тем самым исключается возможность красноломкости. Для повышения прочности автоматные стали иногда нагартовывают холодной протяжкой.

42.Выбрать сталь для изготовления штампов горячего прессования.

Стали: ЗХ2В8Ф, 5ХНМ, 5ХНВ.

Провести анализ условий эксплуатации деталей

Штампы для горячей штамповки работают в очень тяжелых условиях. Они испытывают многократно повторяющуюся ударную нагрузку при высоких температурах, неодинаковых в различных частях штампа. Поэтому выбор марки стали для штампов имеет очень большое значение.

Сталь, из которой изготовляют штампы, должна быть стойкой при высоких температурах, обладать большой ударной вязкостью, достаточной прочностью, малым износом (истираемостью), а также хорошей обрабатываемостью режущим инструментом.

Выбрать материал, наиболее экономичный и удовлетворяющий эксплуатационным и технологическим свойствам детали

Штампы для горячей штамповки изготовляют из высококачественных инструментальных легированных сталей. Особенно ценным считается присутствие в штамповой стали молибдена. Наиболее широко используются следующие марки сталей:

5ХНМ, 5ХГМ, 5ХНВ, 5ХНТ — для молотовых, горячевысадочных штампов и штампов для горячештамповочных прессов;

7X3, 8X3 — для матриц и пуансонов горячевысадочных штампов;

ЗХ2В8Ф — для вставок и пуансонов горизонтально-ковочных машин и механических ковочных прессов, работающих в особенно тяжелых условиях нагрева.

Химический состав стали 3Х2В8Ф

C	Cr	Cu	Mn	Mo	Ni	P	S	Si	V	W
0,3-0,4	2,2-2,7	≤0,30	0,15-0,4	≤0,50	≤0,35	≤0,030	≤0,030	0,15-0,4	0,2-0,5	7,5-8,8

Механические свойства стали 3Х2В8Ф

Механические свойства при 20°С

Состояние поставки

Сечение ,мм

t_исп.,°C

t_отпуск,°C

S_t|S_0,2,МПа

s_B,МПа

d₅,%

d₄

d₁₀

y ,%

KCU, кДж/м²

HRC

HRB

HSh

Сортовой прокат. Закалка в масло с 1130 °C + Отпуск при 650 °C (выдержка 2ч) (образцы продольные)

Образец

≥1390

≥1530

≥12

≥36

≥200

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

Состояние поставки

Сечение ,мм

t_исп.,°C

t_отпуск,°C

S_t|S_0,2,МПа

s_B,МПа

d₅,%

d₄

d₁₀

y ,%

KCU, кДж/м²

HRC

HRB

HSh

Сортовой прокат. Закалка в масло с 1130 °С + Отпуск (выдержка 2 ч) (образцы продольные)

600

≥1720

≥10

≥41

≥200

≥52

625

≥1460

≥1640

≥7

≥28

≥250

≥50

650

≥1390

≥1530

≥12

≥36

≥200

≥48

675

≥1310

≥1430

≥10

≥36

≥250

≥45

Химический состав в % материала 5ХНВ

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	W	Cu
0.5 - 0.6	0.1 - 0.4	0.5 - 0.8	1.4 - 1.8	до 0.03	до 0.03	0.5 - 0.8	0.4 - 0.7	до 0.3

Температура критических точек материала 5ХНВ.

Ac₁ = 730 , Ac₃(Ac_m) = 780 , Mn = 205

Механические свойства при Т=20^oС материала 5ХНВ .

Сортамент	Размер	Напр.	s_в	s_T	d₅	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м²	-
			1280	1050	11	45	400

Твердость 5ХНВ после отжига , ГОСТ 5950-2000

HB 10^-1 = 255 МПа

Среди предложенных марок сталей наиболее целесообразно использовать сталь 5ХНМ.

Химический состав 5ХНМ для горячего деформирования (ГОСТ 5950-73).

Массовая для элементов, %
С	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	Mo	V
0,5-0,6	0,15-0,35	0,5-0,8	≤ 0,030	≤ 0,030	0,5-0,8	1,4-1,8	0,15-0,30	-

Штамповые стали горячего деформирования должны обладать определенным комплексом эксплуатационных и технологических свойств; помимо этого, к ним предъявляют соответствующие требования экономического характера. К эксплуатационным относят свойства материала готового инструмента после окончательной обработки; эти свойства должны обеспечивать необходимую работоспособность штампов в заданных условиях эксплуатации. Анализ причин выхода из строя показывает, что стали, предназначенные для изготовления штампов горячего деформирования, должны обладать следующими эксплуатационными свойствами в диапазоне температур и времени работы:

высокой теплостойкостью, которая характеризует способность стали сохранять без значительных изменений структуру и свойства (Сталь 5ХНМ: T=590⁰С, время = 4ч, HRC_э=37);
высоким сопротивлением пластической деформации (Сталь 5ХНМ: Ơ_0.2=600 МПа);
высокой износостойкостью;
высокой разгаростойкостью или термоусталостным сопротивлением (сопротивлением термической усталости) в условиях циклических температурно-силовых воздействий;
высоким сопротивлением хрупкому разрушению, с помощью которого оценивают прочность стали при динамическом нагружении или в условиях высокой неравномерности приложения нагрузки (вязкость сталей для горячего деформирования должна быть не ниже 30-35 Дж/см2 (при температуре 20 °С) и 50 Дж/см2 (при температуре эксплуатации) при твердости 46 HRC) .

Иногда к эксплуатационным свойствам стали для штампов горячего деформирования условно относят также такие показатели, как твердость, сопротивление малой пластической деформации, сопротивление усталости, сопротивление смятию, теплопроводность, коэффициент термического расширения, окалиностойкость, устойчивость против адгезии, величину зерна стали, температуры критических точек и др.

Некоторые из этих показателей косвенно характеризуют основные эксплуатационные свойства штамповочных сталей. Так, например, твердость и сопротивление смятию характеризуют прочность и сопротивление пластической деформации штамповых сталей, пластичность – сопротивление хрупкому разрушению, окалиностойкость и устойчивость против адгезии – сопротивление окислительному износу и износу схватыванием второго рода и т.д. В то же время величина зерна, температуры критических точек, коэффициент термического расширения основное влияние оказывают при обработке инструмента, а не при его эксплуатации, поэтому их следует отнести к технологическим свойствам.

К технологическим относят свойства материала для штампов горячего деформирования, обеспечивающие возможность обработки инструмента с заданными эксплуатационными свойствами при минимальных затратах. Стали для штампов горячего деформирования должны обладать следующими технологическими свойствами:

закаливаемостью; закаливаемость определяет способность стали получать мартенситную структуру и сообщать инструменту высокие твердость и прочность;
прокаливаемостью; это свойство оценивает способность стали получать необходимую структуру и свойства по сечению инструмента определенных размеров (сталь 5ХМН прокаливается полностью в сечениях до 400-500 мм);
способностью обеспечивать минимальную деформацию инструмента при термической обработке;
устойчивостью против перегрева при термической обработке; это свойство штамповой стали способствует получению мелкого зерна, а, следовательно, высоких вязкости, разгаростойкости и сопротивления хрупкому разрушению;
устойчивостью против окисления и обезуглероживания при термической обработке; при этом обеспечивается получение бездефектного поверхностного слоя гравюры штампа;
устойчивостью против образования трещин при закалке и шлифовании;
ковкостью, способностью к формоизменению в процессе изготовления штамповых заготовок;
хорошей обрабатываемостью, обеспечивающей минимальные затраты при изготовлении гравюр, высокое качество их поверхностного слоя после финишных операций.

Выбрать режимы термообработки указанных деталей

Для того чтобы измельчить зерно и получить низкую твердость, а также структуру перлит, как наиболее удовлетворяющей последующей закалке для штамповых сталей проводят высокий отпуск при 650-690 С.

Механические характеристики после отпуска определяются следующими параметрами:

допустимым пределом кратковременной прочности — 1570 МПа;
пределом текучести — 1420 МПа;
относительным удлинением на разрыв 9 %;
ударной вязкостью — 78 Дж/м²(измерена при температуре 700 °С);
твёрдость 241 МПа.

В качестве упрочняющей термической обработки применяют закалку и отпуск для стали 5ХНМ.
Таблица 1- Режим термической обработки стали 5ХНМ

Закалка			Отпуск
t₀,⁰С	среда	HRC	t,⁰С	HRC
840-860	Масло	≥56	400-480	42-46

$k:\documents and settings\алексей\рабочий стол\стуктуры 5хнм\после отпуска\img739 x500.jpg$

Структура стали 5ХНМ после отпуска (троостосорбит)