отопение. задача мат. Завод имеет сталь Ст. 4, 45 и 20хнза
 Скачать 16.14 Kb.
|
|
Заводу нужно изготовить вал диаметром 70 мм для работы с большими нагрузками. Сталь должна иметь предел текучести не ниже 750 МПа, предел выносливости не ниже 400 МПа и ударную вязкость не ниже 0,9 МДж/м2. Завод имеет сталь: Ст. 4, 45 и 20ХНЗА.
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 обработки. Сталь марки Ст.4, согласно ГОСТ, имеет следующие свойства в состоянии поставки: σв= 420-540 МПа, σ0,2= 240-260 МПа. Сталь 45, согласно ГОСТ, в состоянии поставки имеет твердость не более НВ 207. При твердости НВ 190-200 сталь имеет предел прочности не выше 600-620 МПа, а при твердости ниже НВ 180 предел прочности не превышает 550-600 МПа. А предел текучести составляет 270-320 МПа. Сталь 20ХНЗА, согласно ГОСТ, в состоянии поставки имеет твердость не более НВ 250. Предел прочности при твердости НВ 230-250 не превышает 670-750 МПа. Предел текучести составляет 350-400 МПа. Таким образом, для получения заданной величины предела текучести вал необходимо подвергнуть термической обработке. Низкоуглеродистая сталь Ст.4, как сталь обыкновенного качества, имеет повышенное содержание серы и фосфора, которые понижают механические свойства, и особенно сопротивление ударным нагрузкам. Для такого ответственного изделия, как вал двигателя, поломка которого нарушает работу машины, применение более дешевой по составу стали обыкновенного качества нерационально. Сталь 45 относится к классу качественной углеродистой, а сталь 20ХНЗА – к классу высококачественной легированной стали. Эти стали содержат соответственно 0,42-0,5 и 0,17-0,23% С и принимают закалку. Для повышения прочности можно применять нормализацию или закалку с высоким отпуском. Последний вариант обработки сложнее, но позволяет получить не только высокие характеристики, но и более высокую ударную вязкость. В стали 45 минимальные значения ударной вязкости после нормализации составляют0,2-0,3 МДж/м2, а после закалки и высокого отпуска (500°С) достигают 0,6-0,7 МДж/м2. Так как вал двигателя в работе воспринимает динамические нагрузки, а также и вибрации, более целесообразно принимать закалку и высокий отпуск. 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 и поверхностном слое толщиной до 24 мм. Последующий отпуск вызывает превращение мартенсита в сорбит только в тонком поверхностном слое, но не влияет на структуру и свойства перлита и феррита в основной массе изделий. Сорбит отпуска обладает более высокими механическими свойствами, чем феррит и перлит. Наибольшие напряжения от изгиба, кручения и повторно переменных нагрузок воспринимают наружные слои, которые и должны обладать повышенными механическими свойствами. Однако в сопротивлении динамическим нагрузкам, которые воспринимает вал, участвуют не только поверхностные, но и нижележащие слои металла. Таким образом, углеродистая сталь не будет иметь требуемых свойств по сечению вала диаметром 70 мм. 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. Для стали 20ХНЗА рекомендуется термическая обработка: 1. Закалка с 820-835°С в масле. При закалке с охлаждением в масле (а не в воде как это требуется для стали 45) возникают меньшие напряжения, а, следовательно, и меньшая деформация. После закалки сталь имеет структуру мартенсит и твердость не ниже HRC 50. 2. Отпуск 520-530°С. Для предупреждения отпускной хрупкости, к которой чувствительны стали с хромом, вал после нагрева следует охлаждать в масле. Механические свойства стали 20ХНЗА в изделии диаметром до 75 мм после термической обработки: Предел прочности σв = 900-1000 МПа Предел текучести σТ = 750-800 МПа Предел выносливости σ-1 = 400-430 МПа Относительное удлинение δ = 8-10% Относительное сужение ψ = 45-50% Ударная вязкость КСУ = 0,9 МДж/м2 Таким образом, эти свойства обеспечивают требования, указанные в задаче, для вала диаметром 70 мм. |