ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ДОМАШНЕГО ЗАДАНИЯ
Рекомендуемая последовательность основных этапов выполнения домашнего задания и их примерное содержание подробно рассмотрены на примере решения задачи по выбору стали и упрочняющей термической обработки для условного изделия – хорошо всем известного строительного топора.
Задача ДМ-0 вариант (в)
Эскиз строительного топора:
1 – обух; 2 – лезвие; 3 – топорище; 4 - клин
Пользуясь «Марочником сталей и сплавов», выбрать марку стали для изготовления тяжёлого строительного топора, предназначенного для работы в условиях климатических температур (от +40 до – 60°С) (см. эскиз). Производство топоров – массовое.
Исходные данные для выполнения задания (см. табл. вариант в): основные размеры топора, твёрдость рабочего лезвия топора HRC на высоте до 25 мм от края полотна, ударная вязкость KCU при – 600С, твердость обуха топора в зоне крепления рукоятки НRC.
Обосновать сделанный выбор стали, рекомендовать упрочняющую термическую обработку строительного топора, которая обеспечит его работоспособность в предлагаемых условиях.
Таблица
| Вариант | Максимальное сечение стали в зоне обуха, S, мм | Твёрдость рабочего лезвия топора, HRC | Твёрдость стали в зоне обуха топора, HRC | Ударная вязкость при – 60 0С, KCU, Дж/см2 |
| в) | 12 | 53-56 | не более 45 | >20 |
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ЭТАПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ДОМАШНЕГО ЗАДАНИЯ
ЭТАП 1 . Сначала необходимо представить особенности работы изделия при эксплуатации, проанализировать их в соответствии с условиями задания. На этом этапе важно определить характер напряженного состояния металла в изделии (статическое, циклическое или ударное нагружение), уровень силового воздействия и установить наличие проблемных зон изделия, таких как зоны трения, зоны возможного коробления при термической обработке и т.д. По результатам такого анализа может быть установлен тот главный фактор, который будет определять работоспособность изделия, а значит, будет основным критерием при выборе стали. Существенное значение при выборе материала, кроме того, будет иметь также характер производства при изготовлении изделия (массовое, серийное, единичное). Такой многофакторный анализ позволит точнее сформулировать требования к материалу, из которого изделие может быть изготовлено, и разработать алгоритм поиска нужной стали.
|
|
|
Строительный топор – это массовый ручной плотницкий инструмент, предназначенный для обработки древесины за счёт ударного нагружения (рубки). В этой связи лезвие топора должно быть острым и сохранять такую свою геометрию в ходе длительной эксплуатации, т.е. обладать износостойкостью в сочетании с достаточной ударной вязкостью. Важно, чтобы при необходимости лезвие топора можно было заточить. Вполне очевидно, что в зоне лезвия должна быть обеспечена высокая твёрдость стали, причём не методами поверхностной упрочняющей обработки, а путем закалки на требуемый уровень твердости с получением структуры мартенсита (по условиям задачи 53-56 HRC).
|
|
|
В противоположность лезвию, основное полотно и обух топора должны, главным образом, сопротивляться небольшим ударным нагрузкам, поскольку рабочее сечение металла там больше, а напряжения существенно меньше. Следует иметь в виду, что топор – ручной инструмент: при его эксплуатации в принципе уровень рабочих нагрузок на изделие не может превышать развиваемого человеком усилия, которое обычно сопоставимо с его массой (~100 кг). Применительно к стальному обуху топора можно считать такие нагрузки весьма небольшими (по условиям задачи уровень твёрдости менее 45 HRC). Значит, работоспособность изделия вполне может обеспечить сталь с уровнем σ0,2 > 300 МПа и ударной вязкостью > 20 Дж/см2. Известно [2], что наилучшее сочетание достаточного упрочнения и вязкости стали обеспечивает выполнение закалки с последующим высоким отпуском (применяемый термин – улучшение). Таким образом, краткий анализ условий работы топора показывает, что выбираемая сталь должна иметь разные механические свойства в отдельных зонах, что может быть достигнуто только с помощью комбинированной термической обработки.
|
|
|
Следует также учитывать, что топор – изделие весьма сложной геометрии, имеет участки разнотолщинности в зоне обуха (концентраторы напряжения), кроме того, необходимо сохранить его плоскостность в тонком сечении при проведении термической обработки. Эти обстоятельства показывают, что при проведении упрочняющей термической обработки топора нельзя будет использовать особо скоростное охлаждение (в воде).
Проведённый анализ задачи показывает, что при весьма сложной геометрии топора выбираемая сталь должна иметь: высокую твёрдость в зоне лезвия, причём во всём объёме лезвия, и сочетание прочности и вязкости – в зоне обуха. В такой ситуации, очевидно, что для выбора стали, предназначенной для изготовления топора, в качестве решающего (определяющего) фактора следует рассматривать требование высокой твёрдости рабочего лезвия (53…56 HRC ), которая должна обеспечить необходимый уровень износостойкости топора при длительной работе. Хорошо известно, что уровень максимальной твёрдости, достигаемый в стали при её упрочняющей термической обработке (при закалке), определяется содержанием в ней углерода. Поэтому вначале следует провести поиск такой концентрации углерода в стали, которая может гарантировать достижение в ней при закалке требуемого уровня твёрдости 53-56 HRC . А затем для найденного содержания углерода провести поиск уже конкретной марки стали с учётом легирующих компонентов и качества выплавки, которая подойдёт по прокаливаемости, а после термической обработки будет гарантировать выполнение всех других условий задачи.
|
|
|
Дата добавления: 2020-11-29; просмотров: 359; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!