Вибір матеріалів для пристроїв

Матеріали, з яких виготовляють деталі, у великій мірі визначають якість машин і складають значну частку їх вартості (наприклад, в автомобілях до 65-70 %). Під час проектування пристроїв необхідно вибирати відповідний матеріал для забезпечення міцності і зносостійкості елементів пристрою і назначити відповідну термічну або хімікотермічну обробку.

Матеріали повинні відповідати таким основним вимогам: бути міцними, легкими, зносостійкими, корозійностійкими, дешевими.

У випадку вибору матеріалу застосовують принцип оптимальності і доцільності. Способи вирішення проблем вибору матеріалу:

- відбір основної вимоги і підхід з цієї позиції;

- вибір недорогого матеріалу з наступним покращенням його властивостей;

- вибір конструктивних заходів зміни напруженого стану, умов роботи.

Найбільш поширеними конструкційними матеріалами у пристроях і технологічному обладнанні є сплави на основі заліза і вуглецю – сталі і чавуни.

Сплави заліза з вуглецем у кількості, що не перевищує 2 % - це сталі. Чавунами називають сплави заліза, які вміщують більше 2 % вуглецю.

За вмістом вуглецю сталі поділяють: на низьковуглецеві до 0,2-0,3 %, середньовуглецеві і 0,2-0,6 %, високовуглецеві 0,6-2,0 %. Крім цього у вуглицевих сталях міститься марганець (0,1-1,5%), кремній (0,05-0,35%), сірка і фосфор (0,01-0,1 %), а також кисень, азот і водень (не більше 0,01 %) у сумі. Сплави, в яких вуглецю менше ніж 0,1 %, називають також технічним залізом.

Залежно від насичення сталі киснем розрізняють киплячі, напівспокійні і спокійні сталі. Їх механічні властивості За однакового вмісту вуглецю майже співпадають, але киплячі сталі мають меньший вміст кремнію і неметалічних домішок.

Вуглицеві сталі у залежності від вмісту сірки і фосфору поділяють на: звичайної якості (до 0,05 %), якісні конструкційні (не більше 0,35 %) і високоякісні (меньше 0,025 %). Сталь звичайної якості має сім марок – Ст0 – Ст6 (вміст вуглецю зростає від 0,06 до 0,5 %, але цифри не відображають вміст вуглецю, а є лиш порядковим номером сталі). Сталі звичайної якості залежно від міцності і хімічного складу поділяються ще на три групи – А, Б, В. Сталі групи А мають відповідні механічні властивості без визначеного хімічного складу. Їх використовують без термообробки (Ст1пс). Сталі Б мають визначений хімічний склад без визначеня механічних властивостей (Б Ст3сп). Сталь В має визначені хімічний склад і механічні властивості. Високоякісні сталі відрізняються низьким вмістом шкідливих домішок. У позначенні це відображається буквою А у кінці позначення.

Окрему групу складають леговані сталі, в яких крім вищезгаданих домішок, містяться інші елементи – Н-нікель, Х-хром, Т-титан, А-азот, Ф-ванадій, К-кобальт, Д-мідь, В-вольфрам, Б-бор С-кремній, Г-марганець, М-молібден та ін. За буквою йде цифра, що показує вміст цього елемента у процентах, якщо вміст вище 1,0-1,5 % (40ХНМА) сталь високоякісна, 0,37- 0,44 % вуглецю, 0,6-0,9 % хрому, 1,25 - 1,65 % нікелю, 0,5 - 0,8% молібдену і меньше 0,03 % фосфору та сірки.

Для підвищення механічних і міцністних характеристик сталей їх піддають різній технологічній обробці. Проводять термохімічну, термомеханічну обробку: наклеп, ковку, штамповку, закалку, нормолізацію, поверхневу закалку, цементування, азотування, борування. Використовують електролітичну обробку: хромування, нікелювання, міднення. Створюють захист від корозії шляхом металізації розпиленням, оксидуванням.

Чавуни є виключно сплавами для лиття: вони не піддаються ніякій пластичній деформації і вироби з чавунів одержують тільки литвом. За структурою і властивостями чавуни поділяють на сірі, високоміцні з кулеподібним графітом, ковкі, білі (не застосовують у машинобудуванні) і з відбіленою поверхнею.

Крім вищезгаданих, для виготовлення пристроїв та обслуговуючого обладнання застосовують нові і спеціальні матеріали (не сталі): алюміній, титан, латуні, бронзи, керамічні матеріали, композиційні матеріали. У таблиці 6.1 наведені матеріали, які застосовують для виготовлення деталі, а також характерна для них технологічна обробка. У табл. 6.2 подані механічні характеристики сталей.

Таблиця 6.1 – Використання матеріалів для виготовлення деталей [3].

Деталі та умови їх роботи	Марка	ХТО	Тверд.	Зварюв.

Прокладки, шайби, заклепки	Ст0,Ст1, Ст 2	-	-	Добра
Зварні деталі, щитки, кришки, осі, штифти та ін. деталі, які працюють при нових навантаженнях.	Ст 3, Ст 4 Ст 5	- нормаліза-ція	- -	- -
Шпонки, зубчаті колеса, вали підвищеної міцності і твердості.	Ст 6	Гартування у воді	49-51	Добра
Пальці, осі, зубчаті колеса, кулачкові муфти,шпіндель, вали та ін. підвищеної зносостійкості, високої зносостійкості.	10,15,20 15Х,20 Х, 20ХН	Цементуван-ня, гартуван-ня, відпуск	57-63 59-63	Добра Задов.
Кріпильні деталі, натискні гвинти, муфти з’єднувальні.	25, 35 35Х,35ХН 30ХГСА	Гартування у воді, відпуск. Гартування у оливі	31-51 46-51	Добра Задов.

Закінчення таблиці 6.1.


Вали, осі, штоки, плунжери, ексцентрики, пальці, ролики та ін. деталі, що працюють на зношування	40, 45, 50, 65, 40Х, 45Х, 40ХГ, 40ГН	Гартування у воді, відпуск. Гартування у оливі, відпуск	25-36 31-56	Добра Добра
Ексцентрики, кільця пружини	65,70, 55СГ	Гартування у олииві, відпуск	38...65	Погана
Цанги	60Г, 50Г	Гартування у олииві	41...61	Погана
Втулки і підшипники ковзання; упорні і опорні підшипники	БрА9ЖЗ ЛМц-58-л	-	-	-

Таблиця 6.2 – Орієнтовані величини допустимих напружень для деяких машинобудівних матеріалів при статичних навантаженнях [6].

Матеріал	Допустиме напруження Н/мм²	Примітки
[σ]_р	[σ]_с

Сталь Ст. 2
Сталь Ст. 3, 4	140 – 170
Сталь Ст. 5	175 – 210
Сталь 45	180 – 210
Дюралюмініий	70 – 150
Текстоліт	30 – 40	50 – 90
Чавун СЧ 15-32	25 – 40	90 – 150	Відливки з сірого чавуна
Чавун СЧ 21-40	35 – 55	160 – 200
Чавун ВЧ 50-1.5	80 – 120	305 – 410	Високоміцний чавун

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
	\|	Приводи пристроїв

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.025 сек.