Ниже приведены некоторые примерные задания и последовательность их выполнения.
Пример 1. На деталь машины с поперечным сечением размером 30 мм действуют равномерно распределенные по сечению напряжения растяжения. Предел текучести материала не ниже 700 МПа и ударная вязкость не менее 0,5 МДж/м2. Требуется выполнить проектирование технологии упрочняющей термической обработки заданной детали машины.
Решение. Из технических условий задания следует, что необходимо объемное упрочнение по всему сечению детали. Используем группу улучшаемых конструкционных сталей, у которых прокаливаемость при закалке не менее 30 мм. Это разновидность улучшаемых сталей для средненагруженных деталей машин (прокаливаемость в сечениях 20…50 мм). Предварительно выбираем более дешевые хромистые стали. Далее назначаем конкретную марку улучшаемой хромистой стали. В качестве такой стали можно выбрать сталь 40Х. (табл. 17). Эта сталь предназначена для деталей с поперечным размером 25…35 мм, имеет критический диаметр с охлаждением в минеральном масле до 35 мм. При этом в центре детали формируется микроструктура из 90 % мартенсита и 10 % троостита.
Упрочнение детали обеспечивается проведением полной закалки и высокотемпературного отпуска. Это позволяет у стали 40Х получить предел текучести 800 МПа. Использование более дешевых углеродистых сталей недопустимо, так как они имеют недостаточную прокаливаемость по сечению при закалке и низкий предел текучести. Затем проверяем по справочным данным для стали 40Х обеспечение s0,2<700 МПа и КСU = 0,5 МДж/м2. Можно использовать данные рис. 1 или одного из справочников по сталям. Из графика следует, что сталь 40Х удовлетворяет техническим требованиям задания.
Для упрочнения детали принята термическая обработка, состоящая из полной закалки и высокотемпературного отпуска. Назначим режимы проведения термической обработки.
Режим полной закалки: температура нагрева
t н = t Ас3 + (30…50)0 = 782 +(30…50)0 = 812…832 0С.
Время нагрева и выдержки по табл. 28 (охлаждающая среда – минеральное масло) для размера сечения 30 мм составляет при нагреве в электрических печах по нормативу 1,0 мин/мм: 1 мин/мм´30 мм = 30 мин.
Рис. 1. Графики влияния температуры отпуска для образцов закаленной стали
(сквозная закалка) и диаметра заготовки (детали) после закалки и отпуска 580 0С,
1 час на механические свойства сталей (по А.П. Гуляеву)
Таблица 3