Определение требований, предъявляемых к детали,

РОСЖЕЛДОР

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Ростовский государственный университет путей сообщения»

(ФГБОУ ВПО РГУПС)

В.Н. Кротов, Л.А. Кармазина

МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «Материаловедение

И Технология конструкционных материалов»

Часть 1

Под редакцией И.С. Морозкина

Ростов-на-Дону

УДК 620.22 (07) + 06

Рецензент – кандидат технических наук, доцент И.А. Нахимович (РГУПС)

Кротов, В.Н.

Методическое обеспечение самостоятельной работы студентов по дисциплине «Материаловедение и технология конструкционных материалов». В 2 ч. Ч. 1 / В.Н. Кротов, Л.А. Кармазина; под ред. И.С. Морозкина; ФГБОУ ВПО РГУПС. – Ростов н/Д, 2013. – 46 с.: ил. – Библиогр.: с. 32.

Приведены теоретические сведения по основным разделам учебного курса, рассмотрены требования, предъявляемые к деталям в зависимости от условий работы, основы теории сплавов, в том числе системы «железо – цементит», термическая обработка стали и маркировка сплавов, наиболее распространенных на транспорте.

В четырех приложениях даны основные термины курса «Материаловедение и технология конструкционных материалов», задания для расчетно-графической работы (очная форма обучения) и контрольной работы (заочная форма обучения), тематика аудиторных занятий.

Предназначено для самостоятельной работы студентов очной и заочной формы обучения. Одобрено к изданию кафедрой «Технология металлов».

Введение

Материаловедение относится к числу основополагающих дисциплин для инженерных специальностей. Проектирование рациональных, конкурентоспособных изделий, организация их производства невозможны без достаточного уровня знаний в области материаловедения.

Материаловедение является основой для изучения многих специальных дисциплин.

Разнообразие свойств материалов – главный фактор, предопределяющий их широкое применение в технике. Материалы обладают отличающимися друг от друга свойствами, причем каждое зависит от особенностей внутреннего строения материала. Материаловедение как наука занимается изучением строения материалов в тесной связи с их свойствами. Основные свойства материалов можно подразделить на физические, механические, технологические и эксплуатационные.

От физических и механических свойств зависят технологические и эксплуатационные свойства материалов.

Среди механических свойств прочность занимает особое место, так как прежде всего от нее зависит неразрушаемость изделий под воздействием эксплуатационных нагрузок. Учение о прочности и разрушении является одной из важнейших составных частей материаловедения. Оно является теоретической основой для выбора подходящих конструкционных материалов для деталей различного целевого назначения и поиска рациональных способов формирования в них требуемых прочностных свойств для обеспечения надежности и долговечности изделий.

Основными материалами, используемыми в машиностроении, являются и еще долго будут оставаться металлы и их сплавы. Поэтому основной частью дисциплины «Материаловедение и технология конструкционных материалов», изучаемой студентами специальности 190300 «Подвижной состав железных дорог», является металловедение, в развитии которого ведущую роль сыграли российские ученые П.П. Аносов, Д.К. Чернов, Н.С. Курнаков, А.П. Гуляев и др.

Цель изучения материаловедения – познание природы и свойств материалов, а также методов их упрочнения для наиболее эффективного использования в технике.

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать физическую сущность явлений, происходящих в материалах в условиях производства и эксплуатации изделий под воздействием внешних факторов (нагрева, охлаждения, давления, облучения и т. п.). Знать влияние внешних факторов на структуру, а структуры – на свойства современных металлических и неметаллических материалов.

Уметь устанавливать зависимость между составом, строением и свойствами материалов, оценивать и прогнозировать поведение материала деталей и инструментов под воздействием на них различных эксплуатационных факторов; в результате анализа условий эксплуатации и производства, а также возможных причин отказов рассматриваемых изделий обоснованно и правильно выбирать материал, назначать обработку в целях получения заданной структуры и свойств, обеспечивающих высокую надежность изделий.

Кроме того, студенты изучают основные группы металлических и неметаллических материалов, их свойства и область применения, а также теорию и практику различных способов упрочнения материалов, обеспечивающих высокую надежность и долговечность деталей машин, инструмента и других изделий.

В процессе самостоятельной работы студенту необходимо ознакомиться с основными понятиями, широко используемыми в материаловедении (прил. А).

Для упорядочения знаний о процессах и закономерностях, определяющих формирование структуры и различных свойств материалов, освоения технологических приемов, используемых на практике с целью придания материалам определенных свойств, выработки умений и навыков выбора материала для конкретной детали (узла) и назначения для него режимов термообработки студентам очной формы обучения предлагается выполнить расчетно-графическую (РГР), а студентам заочной формы – контрольную работу.

Задания на РГР и контрольную работу приводятся в прил. Б и В. Варианты РГР определяет преподаватель, контрольной работы – сам студент-заочник по шифру.

Определение требований, предъявляемых к детали,

исходя из условий работы и их связь с составом

и свойствами сплава

Несмотря на обилие различных материалов (только металлических материалов более 250 000), правила по их выбору до сих пор не разработаны. Однако существует следующий порядок выбора материалов:

1 С учетом тактико-технических требований, предъявляемых к изделию, разрабатывается общее проектное задание, в котором формулируются основные расчетные факторы для изделия и его элементов (нагрузки, деформации, температурно-влажностные условия эксплуатации и агрессивность среды).

2 В зависимости от расчетных факторов формулируются требования к материалам по прочности, жаропрочности, сопротивлению усталости, пластичности, вязкости, сопротивлению хрупкому разрушению и др.

3 На основании этих требований задаются механические характеристики материалов, такие как

s_т, s_в, s_0,2, s/g, s_t^t, s^t_e/_t, s_R, s^N_R, d, Y, α_н, α_ту, К, К _{1 с}, К ₁ _R.

Другими словами, на основе общего проектного задания проводится анализ условий работы деталей и возможных причин их отказа в работе. При анализе особое внимание следует обратить на характер нагрузок, действующих на проектируемую деталь.

4 Определяются требования к материалу детали и основные направления выполнения этих требований (предположительная технология изготовления детали).

5 На базе изученных основных классов машиностроительных материалов возникает представление о тех материалах, которые, вероятно, могут обеспечить выполнение требований, предъявляемых к детали.

6 Определяют по справочнику марки материалов, их упрочняющую обработку, которые обеспечивают получение требуемых механических свойств детали. Так как требуемые свойства могут обеспечить разные материалы, то данные о них (из справочника) следует представить в таблице, что сделает последующий выбор материала более наглядным. При анализе каждого варианта необходимо учитывать технологические свойства и стоимость, как материала, так и технологии изготовления детали.

Требования к материалу нередко противоречивы. Так, например, более прочные материалы менее технологичны, труднее обрабатываются при резании, холодной объемной штамповке, сварке и т.д. При выборе материала обычно стараются учесть все требования. В массовом производстве предпочитают упрощение технологии и снижение трудоемкости в процессе изготовления детали некоторой потере свойств или увеличению массы детали. В специальных отраслях машиностроения, где проблема прочности (или проблема удельной прочности) играет решающую роль, выбор материала и последующая технология термической обработки должны рассматриваться из условия достижения только максимальных эксплуатационных свойств. Вместе с тем не следует стремиться к излишне высокой долговечности деталей по отношению к долговечности самой машины.

При решении вопроса о выборе материала для получения требуемых механических свойств и других характеристик также важно установить оптимальный вид упрочняющей обработки.

Вопросы выбора материала и технологии упрочняющей обработки следует рассматривать применительно к конкретным производственным или ремонтным условиям. На экономичность технологических процессов влияют объем выпуска продукции, использование энергоресурсов, возможность создания или применения оборудования и другие организационно-экономические условия проведения операций (рис. 1).

Выбор стали для изготовления деталей

Причиной потери работоспособности деталей (отказа их в работе) является качество материала, из которого изготовлена деталь.

Разновидностями отказов являются деформация деталей, разные виды разрушений. Кроме того, детали могут выйти из строя вследствие износа, коррозии, которые изменяют качество материала в поверхностных слоях детали и способствуют также их полному разрушению.

Рис. 1. Типовая схема выбора материала

Примеры различных видов отказов (внезапных, постепенных, конструктивных, эксплуатационных) некоторых деталей машин и агрегатов, а также пути их устранения приведены в табл. 1.

Таблица 1