Термическая обработка материала для изготовления кернера (стр. 1 из 4)

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО Череповецкий Государственный Университет

Институт Педагогики и Психологии

кафедра: профессионального образования

Курсовая работа по дисциплине: Материаловедение

Тема: Обоснование обеспечения конструкционной прочности изделия

в заданных условиях работы за счёт оптимизации состава и

структуры используемого материала

Выполнил студент:

группы 4 ПО - 42

Слизнёв Д.И.

Проверила:

ст. преподаватель

Мироненко С.Н.

Череповец

2007

Содержание

Введение

1. Обоснование обеспечения конструкционной прочности кернера

в заданных условиях работы:

Анализ условий работы детали

Определение требуемых свойств материала

Подбор методов испытаний материала

Определение ориентировочного химического состава материала

Уточнение химического состава

Выбор материала

Термическая обработка

2. Заключение

Список литературы

Введение

В настоящее время в промышленности существует необходимость изготовлять детали, которые должны удовлетворять ряду требований:

- Срок службы детали должен быть как можно больше, также деталь должна выдерживать заданную условиями работу нагрузку.

- Себестоимость детали должна быть минимальной, при её максимальном качестве.

- Технология изготовления детали должна быть оптимальной (простота технологического процесса, качество детали и его цена).

Цель нашей работы подобрать материал для изготовления кернера так, чтобы он удовлетворял выше изложенным требованиям.

Перед нами стоит ряд задач:

- Проанализировать условия работы кернера.

- Определить свойства материала кернера.

- Подоврать методы испытания материала.

- Определить химический состав материала.

- Выбрать материал.

1. Обоснование обеспечения конструкционной прочности

кернера в заданных условиях работы

1.1. Анализ условий работы детали

При работе в слесарной мастерской, для того чтобы просверлить отверстие, необходимо предварительно наметить центр этого отверстия, это осуществляется при помощи специального инструмента называемого кернером .

Кернер при работе испытывает ударные нагрузки. Рабочая часть (заострённая) ставится на место предполагаемого центра отверстия и ударом молотка по верхней части производится разметка. Возможно незначительное нагревание кернера при работе.

Интервал рабочих температур, будет зависеть от места использования. Кернер используют при работе в слесарной мастерской, где температура воздуха должна быть 15 - 17 ⁰С. Относительная влажность воздуха должна быть где - то 60 %.

1.2. Определение требуемых свойств материала

Из условий работы кернера укажем требования, которым должен удовлетворять материал. На основе этих требований определим те свойства, которые должны быть характерны для материала, из которого будет изготовлен кернер. Результаты оформим в виде таблицы (табл. 1).

Таблица 1

Требуемые свойства материала

Условия работы детали	Требования к материалу	Свойства материала
Механические свойства
При контакте с материалом заготовки	Материал кернера должен внедряться в материал заготовки	Твёрдость должна быть выше, чем твёрдость материала заготовки
Работа в условиях приложения нагрузки	Должен выдерживать напряжения не разрушаясь под действием приложенных сил	Прочность
При ударе по кернеру молотком	Материал кернера должен выдерживать ударные нагрузки не разрушаясь	Ударная вязкость
Химические свойства
Взаимодействие с внешней средой	Должен сопротивляться воздействию атмосферных условий	Коррозионная стойкость
Технологические свойства.
При изготовлении кернера литьём	Должен давать жидкую хорошо текущую струю, хорошо заполнять форму	Жидкотекучесть
	Должен поддаваться механической обработке режущим инструментом	Обрабатываемость резанием
При проведении термообработки	Должен закаливаться на определённую глубину	Прокаливаемость
	Должен принимать высокую твердость после закалки	Закаливаемость
Эксплуатационные свойства
Работа в условиях комнатных температур	Способность не давать хрупкого разрушения в условиях эксплуатации	Нижний порог хладноломкости должен быть выше верхней рабочей температуры (170С)
	Способность материала выдерживать механические нагрузки без существенной деформации при высоких температурах	Жаропрочность до 100 0С

1.3. Подбор методов испытаний материала

Исходя из требуемых свойств к материалу кернера, определяем методы испытаний, которым необходимо подвергнуть выбранный нами материал.

Определение твёрдости по Роквеллу

Твёрдость характеризует сопротивление материала большим пластическим деформациям. Наиболее распространённые методы определения твёрдости связаны с внедрением специального тела называемого индентором, в испытуемый материал с таким усилием, чтобы в материале остался отпечаток индентора. О величине твёрдости судят по отпечатку.

Испытания на твёрдость будем проводить по методу Роквелла, так как изготавливаемая деталь после термической обработки должна обладать твердостью от 61 до 65 НRС [1, с. 34].

При методе Роквелла индентором служит алмазный конус с углом при вершине 120⁰ (рис. 2), а также шарик из закалённой стали диаметром 1,588 мм [3, 79].

Рис. 2

Нагрузка при использовании алмазного конуса устанавливается 150 или 60 кгс в зависимости от твёрдости материала - большая для менее твердых материалов (закалённые стали), меньшая для материалов с очень высокой твёрдостью (твёрдые сплавы, режущая керамика). Стальной шарик вдавливают с нагрузкой 100 кгс [1, с. 35].

Испытания выполняются на специальном приборе (рис. 3), имеющем черную (С) и красную (В) шкалы. Шкала «С» используется при испытаниях с помощью алмазного конуса при нагрузке 60 и 150 кгс, шкала «В» - для шарика с нагрузкой 100 кгс. Значение твёрдости обозначаются: НRС - алмазный конус, нагрузка 150 кгс; НRА - алмазный конус, нагрузка 60 кгс; НRВ - шарик.

Значение твёрдости в единицах НRС примерно в 10 раз меньше, чем в единицах НВ, то есть твёрдость 30 НRС примерно соответствует 300 НВ. Между значениями твёрдости по шкалам «С» и «А» имеется следующая зависимость: НRС = 2 НRА -104 [1, с. 36].

Рис. 3

Испытания на прокаливаемость

Под прокаливаемость подразумевают глубину проникновения закалённой зоны [3, с. 293].

Для определения прокаливаемсти применяют метод торцевой закалки. Стандартный образец (рис. 4) диаметром 25 мм и длинной 100 мм, нагретый до заданной температуры, охлаждается с торца на специальной установке (рис. 5); так как скорость охлаждения уменьшается по мере увеличения расстояния от торца, то изменяется структура и твёрдость образца.

Рис. 4 Рис. 5

Изменение твёрдости по длине образца показывают на кривых прокаливаемости (рис. 6) построенных в координатах «твёрдость - расстояние» от торца.

Рис. 6. Кривая прокаливаемости (сталь с 0,4 % С)

Так как прокаливаемость одной и той же стали может колебаться в широких пределах в зависимости от колебаний химического состава и величины зерна, то прокаливаемость каждой марки стали характеризуется не кривой, а полосой прокаливаемости (рис. 7).

Рис. 7

Определив с помощью полосы прокаливаемости расстояние от торца до полумартенситной зоны данной марки стали, по номограмме (рис. 8) можно определить критический диаметр, то есть максимальный диаметр цилиндрического прутка, который прокаливается насквозь в данном охладителе.

Рис. 8

Углеродистые стали при закалке в воде имеют критический диаметр 10 - 20 мм [1, с. 78].

Определение ударной вязкости

Испытания на ударную вязкость относятся к динамическим. Для определения ударной вязкости используют образцы с надрезом, который служит концентратором напряжений. Используют U- и V- образные образцы (рис. 9). В зависимости от формы надреза ударную вязкость обозначают KCU или KCV.

Рис. 9

Образец устанавливают на маятниковом копре (рис. 10), так чтобы удар маятника происходил против надреза, раскрывая его.