Материалы для изготовления деталей машин

Обзор: Выбор материала – ответственный этап, верно выбранный материал определяет качество детали и машины в целом. В машиностроении для изготовления деталей машин применяют черные и цветные металлы, их сплавы, комбинированные и неметаллические материалы.

Выбор материала – ответственный этап, верно выбранный материал определяет качество детали и машины в целом.
Факторы, которые влияют на выбор материала:

  • соответствие материала главному критерию работоспособности (прочности, износоустойчивости и т. п),
  • требования относительно массы, габаритов изделия,
  • назначение детали и условия эксплуатации,
  • соответствие технологических свойств конструктивной форме и способу обработки,
  • стоимость и дефицитность.

Свойства основных материалов для общего машиностроения:
Черные металлы (чугуны, стали):
Преимущества:

  • прочность,
  • жесткость,
  • дешевизна,
  • технологичность (хорошо обрабатываются).

Недостатки:

  • высокая удельная плотность,
  • ряд коррозионная стойкость

Цветные металлы (медь, цинк, свинец, олово, алюминий (используют чаще в качестве сплавов – бронза, латунь, боббит, алюминиевые сплавы) , :
Преимущества:

  • антифрикційність,
  • антикорозійність,
  • легкость,
  • высокая технологичность (хорошо обрабатываются).

Недостатки: высокая стоимость
Неметаллы (дерево, резина, кожа, асбест, металлокерамика ):
Преимущества:

  • легкость,
  • упругость,
  • герметичность,
  • изоляционные свойства и тому подобное.

Недостатки: низкие механические свойства.
Полимеры:
Преимущества:

  • легкость, прочность,
  • упругость,
  • тепло – шумо –электроизоляционные свойства,
  • антифрикційність,
  • антикорозійність,
  • высокая технологичность (хорошо обрабатываются).

Недостатки: низкие термическая прочность.

Порошковые материалы: прессование и спекание в формах как однородных, так и разнородных материалов. Эффективны в условиях массового производства. Кстати, заказать изготовление деталей по вашим чертежам вы можете на страницах нашего https://detaliurala.ru/according-to-drawing/ специализированного сайта.

В машиностроении для изготовления деталей машин применяют черные и цветные металлы, их сплавы, комбинированные и неметаллические материалы. К черным металлам относятся стали и чугуны. К цветным – сплавы на основе меди (латуни, бронзы), сплавы на основе олова (баббиты), алюминиевые сплавы, титановые сплавы. К комбинированным – композитные, армированные, металлокерамические и тому подобное. К неметаллических материалов – прежде всего из пластмассы, резина.
Выбор того или иного материала определяется функциональным назначением детали, условиями ее работы, конструктивными, технологическими и экономическими требованиями. При этом к основным показателям, которые обеспечивают главные свойства материалов, относятся: предел прочности, предел текучести, предел прочности, модуль продольной упругости, коэффициент Пуассона, относительное удлинение, твердость (оценивается числом твердости по Бринеллю, Роквелом, Вікерсом – , , ), плотность стали это железоуглеродистые сплавы, в которых содержательность углерода не превышает 2%. Стали делятся на углеродистые и легированные стали.
Углеродистые стали подразделяются на низкоуглеродистые (С < 0,25%), сере-дньовуглецеві (C = 0,25…0,6%) и высокоуглеродистые (C > 0,6%). В обозначениях углеродистых сталей (начиная от стали Ст.7) цифры указывают на содержание углерода в сотых долях процента (например, сталь марки 40х содержит 0,40% C).
Углеродистые стали подразделяются на стали обыкновенного качества и стали качественные конструкционные. Если сталь содержит в себе малое количество углерода, она характеризуется высокой пластичностью и свариваемостью; с увеличением содержания углерода повышается прочность, уменьшается пластичность и ухудшение-шается свариваемость. Углеродистые стали обыкновенного качества (ДСТУ 2651 – 94) марок Ст.0, Ст.1, … , Ст.6 используют для изготовления корпусных и крепежных деталей, вспомогательных, неответственных, работающих под незначительной нагрузкой и без относительного движения в соединении. Качественные конструкционные стали (ГОСТ 1050 – 88) марок 7, … , 10 применяют для деталей, которые работают при постоянных напряжениях; марок 15, … , 20 – для деталей, которые испытывают незначительных динамических нагрузок (употребляют термическую и химико-термическую обработку); марок 30, … , 55 – для нагруженных деталей (употребляют термическую обработку).
Легированные стали получают на основе углеродных путем введения в них легирующих элементов (Х – хром, Н – никель, В – вольфрам, Ю – алюмі-ней, Г – марганец, М – молибден и др.) с целью повышения показателей прочности, текучести, ударной вязкости и др. Например, хром повышает прочность; никель – сопротивление хрупкому разрушению, пластичность, вязкость; молибден и вольфрам – твердость после цементации. В зависимости от количества легирующих элементов различают низколегированные (легирующих элементов ме-иное 3%), среднелегированные (3,0 5,5%) и высоколегированные (более 5,5%) стали, а по виду основных элементов – хромистые, марганцевисті и др. В обозначениях марки легированной стали содержание легирующих элементов ( %) познача-ется цифрами соответствующими буквами. Например, сталь 38Х2Ю (0,38% С, 2% — хрома, 1% — алюминия). Легированные стали делятся на качественные и высококачественные – добавляется буква А в обозначении марки стали (например, сталь 12Х2Н4А – 0,12% С, 2% Х, 4% Н, А – высококачественная).
С целью придания материалам (главным образом стальным деталям) отдельных свойств, улучшения их рабочих характеристик выполняется термическая и химико-термическая обработка деталей, а также механическое змиц-нием активных поверхностей.
Основными термическими операциями являются отжиг, нормализация (Н), закалки (С) и отпуска (В).
Отжиг (нагрев и постепенное охлаждение) поковок и відливків используют для получения необходимых механических свойств. При нормализации уменьшаются внутренние напряжения; его используют для углеродистой стали с целью подготовки структуры материала перед механической обработкой.
Закалка готовых деталей позволяет сохранить неустойчивую структуру при комнатной температуре, отличается повышенной прочностью и твердостью. После закалки осуществляют отпуск – нагрев и охлаждение по определенному режиму. При низком отпуске снижаются внутренние напряжения, но сохраняется высокая твердость (59…61 HRC) и стойкость против износа. Среднее отпуск (для пружин, рессор) позво-позволяет при повышенной твердости (37…46 HRC) добиться повышения прочности, упругости, выносливости и сопротивления действия ударной нагрузки. Во время вы-сокого отпуска-улучшение (500…600 С) получают наибольшую вязкость при сравнительно достаточной твердости (207…281 HB), прочности и упругости (используют для болтов, осей и др.).
Поверхностная закалка – нагрев поверхностного слоя до температуры закалки, а затем быстрое охлаждение приводит к повышению твердости поверхности, границы выносливости и сопротивления износу при сохранении вязкой сердцевины. Таким способом обрабатывают шейки коленчатых валов, распределительные валы, различные втулки, детали зубчатых соединений, зубцы больших зубчатых колес и др.
С помощью химико-термической обработки – цементации, азотирования, цианирования – достигается укрепления поверхностных слоев. Во время цемента-ции деталей из низкоуглеродистых сталей поверхностный слой на глубину 1…2 мм насыщают углеродом. После цементации детали подвергают закалке и низкому отпуску, после чего на поверхности возникают напряжения сжатия, что способствует увеличению предела выносливости, а твердость поверхности достигает (61…64 HRC). Таким образом обрабатывают зубчатые колеса, червяки, детали крупных подшипников качения и др.
Во время азотирования поверхностный слой глубиной 0,3…0,6 мм насыщается азотом. Эта операция проводится после окончательной механической обработки и закалки с высоким отпуском, применяется для легированных сталей (чаще для марок 38ХМЮА и 35 ХМЮА): увеличивается твердость (до 1000….1200 HV) – устойчивость против износа и коррозии. Конечно, азотированию подвергаются зубья зубчатых колес, цилиндры роторов и др.
Во время цианирования поверхность насыщается одновременно углеродом и азотом. После высокотемпературного цианирования (800…950 вС) детали подвергают закалке с низким отпуском. Низкотемпературное цианирование (540…560 оС), как и азотирования, применяют к деталям, которые прошли термическую обработку: повышается твердость, прочность против утомляемости, стойкость против износа и коррозии.
С целью повышения устойчивости против износа и коррозии применяют диффузной металлизации – насыщение поверхности чаще всего хромом, титаном, бором и др. При этом повышаются твердость от 1200…1500 HV (хромирование) до 1600…2000 HV (титанування) и термостойкость. Механическое упрочнение активных поверхностей. Улучшить сопротивляемость разрушению деталей можно созданием на их поверхности напряжений сжатия. Этого добиваются с помощью клеветы, который осуществляется путем дробеструйной обработки, накатуванням роликами или шариками и тому подобное. Дробеструйная обработка заключается в пластической деформации поверхностного слоя детали на глубину 0,15…0,30 мм с помощью стальной или чугунной дроби, который с силой ударяет по поверхности. В результате наклепа повышается твердость поверхности, прочность при усталости (предел выносливости пружин повышается на 50%, зубьев зубчатых колес из стали 40Х – на 20%). С той же целью детали, имеющие цилиндрическую поверхность, подвергают обкатке роликами под давлением (оси транспортного подвижного состава, коленчатые валы).
С целью повышения прочности с сохранением пластичности применяют термомеханическую обработку: перед закалкой проводят пластическую деформацию, в результате чего получают мелкозернистую структуру, возрастает прочность.
Чугуны это железо – углеродистые сплавы, в которых содержательность углерода превышает 2%. В зависимости от структуры они подразделяются на белые, ковкі и серые чугуны. Белый чугун обладает высокой твердостью и хрупкостью (используется для изготовления тормозных колодок транспортных технических средств). Ковкий чугун (КЧ) характеризуется высокой прочностью ( до 630 МПа) и низкой пластичностью. Используется для деталей-отливок, что не обрабатываются давлением. Наибольшее распространение в качестве литейного конструкционного материала для деталей в ма-шинобудуванні получил серый чугун (СЧ). При хороших литейных свойствах он характеризуется относительно высокой прочностью ( до 400 МПа), износостойкостью и демпфуючою способностью (віброгашенням), хорошо обрабатывается резанием (в сравнении с КЧ стоимость изготовления дета-лей с СЧ снижается в 1,3 2,0 раза).
Среди сплавов на основе меди наибольшее применение для производства втулок, крепежных деталей, сепараторов подшипников качения, корпусов и проч. получили латуни и бронзы. Они характеризуются высокими антифрикционными, литейными и антикоррозионными свойствами. Для изготов-ления деталей используют двойные латуни марок Л59, Л62, Л90 (сплавы меди и цинка с соответствующим содержанием меди – 59, 62, 90 %) и много-компонентные латуни (например: марки ЛКС 80-3-3 – 80% — медь, 3% — кре-мній, 3% — свинец; ЛМцС 58-2-2 – 58% — медь, 2% марганец, 2% — сви-нец). В дополнение к приведенным выше свойств латуни имеют достаточную прочность, но их стоимость выше, например, стали 45 примерно в 5 раз.
Для изготовления различной арматуры и деталей, в паре с другими должны иметь низкий коэффициент трения, используют бронзы, которые за компонентами, которые дополняют медь, называются оловянными и безолов’яними. Например, бронзы марок: оловянно-фосфористая БрОНФ (основа – медь, 10% — олово, 1% — никель, 1% — фосфор); алюминиево-железистая БрАЖ9-4 (9% — алюминий, 4% — железо). Стоимость бронз выше стоимости стали 45 в среднем в 10 раз.
Лучшие условия приробки и антифрикционные характеристики обеспечиваются при использовании во вкладышах подшипников скольжения бабітів, легкоплавких сплавов на основе олова или свинца. (Например, баббит марки Б83 имеет 83% олова). Но их стоимость в несколько раз выше стоимости бронзы.
В качестве литейного материала для изготовления деталей сложной конфигурации, а также различных корпусов, кожухов, фундаментов, шасси, емкостей, трубопроводов и др., которые имеют достаточную прочность, а удельный вес более чем в 3 раза меньшую по сравнению со сталью (важно для транспортных технических средств), используются сплавы на основе алюминия.
Для изготовления корпусов и деталей сложной конструкции используют литейные сплавы (АЛ2, АЛ4, АЛ9 и др.), сплавы алюминия с кремнием – силумины, которые имеют относительно малую прочность 170… 250МПа). Для изготовления более нагруженных деталей транспортных технических средств используют деформированные сплавы на основе алюминия (с мид-дю, магнием) с термическим упрочнением – дюралюміни (Д1, Д16 и др. имеют = 350 430 МПа). Их стоимость существенно превышает стоимость стали.
Для изготовления ответственных деталей с высокой прочностью, жаропрочностью, коррозионной стойкостью, но с невысокими антифрикционными свойствами, низкой теплопроводностью и модулем продольной упругости используют титановые сплавы ВТ3-1, ВТ5, В22 и др. По удельному весу они в 1,7 раза легкіше в сравнении со сталью, а по прочности занимают высший уровень прочности легированных сталей (с = 800 1500 МПа). Применяются главным образом в авиации, ракетной технике (для изготовления роторов, лопаток газотурбинных двигателей, крепежных дета-лей) и химическом машиностроении.
Все большее использование для изготовления деталей получают неметаллические материалы – пластмассы, резина и др.
Пластмассы по прочностным характеристикам могут приближаться к некоторым металлов, а по коррозионной стойкостью – превосходить их. К материа-лов средней прочности ( = 300 МПа, = 280 МПа) относятся слоистые пластмассы – гетинакс, текстолит, лігнофоль. Из пластмасс высокой прочности – склопластів ( = 400 МПа) – изготавливают трубы, резервуары, кузова автомобилей и др. Пластики отличаются от сталей меньшей прочностью в (10…30 раз), жесткостью (в 20…200 раз), твердостью (в 10…100 раз), теплопроводностью (в 100…400 раз).
Резина характеризуется высокой эластичностью, устойчивостью против воздействия внешней среды, амортизационными свойствами. Отно-сне удлинение до разрушения может достигать 500…1000%. Модуль упругости резины 2,4…9 МПа, в зависимости от твердости. Под действием постоянных нагрузок вследствие релаксации деформация резиновых деталей меняется. Под действием переменных нагрузок вследствие внутреннего трения резина нагревается, происходят необратимые процессы, ухудшается эластичность. Резина используется для пасов, упоров, подвесок, мембран, трубопроводов, защитных покрытий.

Оставьте комментарий

Яндекс.Метрика