Общие рекомендации выбора материала для заданной детали
Классификация типовых деталей по условиям работы и
Требуемым свойствам
| Группа | Типовые детали | Условия работы | Требуемые свойства |
| Зубчатые колеса, вал-шестерни, шлицевые валы, звездочки цепных передач. | Определяются рабочей средой и климатической зоной. Высокие циклические изгибающие и контактные нагрузки. Ударные нагрузки при изменении направления и скорости вращения. Трение скольжения. | Высокая контактная выносливость и износостойкость поверхности, устойчивость к схватыванию. Высокая усталостная прочность и вязкость сердцевины. | |
| Валы, оси, шпиндели, коленчатые валы, шпиндели, штоки, шатуны, ответственные шатунные болты, пальцы, храповики, фиксаторы, плунжеры. | Детали, передающие крутящий момент (валы, шпиндели) испытывают циклические нагрузки кручения, изгиба и трение скольжения между цапфой и опорой. Остальные детали испытывают растяжение, изгиб, динамические и ударные нагрузки при циклических воздействиях. | Высокая циклическая прочность, ударная вязкость и износостойкость, прокаливаемость на глубину 0,25 сечения. Для деталей, работающих на растяжение, изгиб, сквозная прокаливаемость. | |
| Рессоры, пружины и другие упругие элементы. | При статических, циклических и ударных нагрузках в деталях не допускается остаточная деформация, изменение формы и размеров. | Высокий предел упругости и релаксационная стойкость, высокий предел выносливости и низкая чувствительность к концентраторам напряжений. Достаточная прокаливаемость. | |
| Массовые крепежные детали общего назначения (болты, штифты, пробки, винты, шпильки и т.д.), рессорные пальцы. | Статические нагрузки от предварительной затяжки и переменные напряжения от изменяющихся нагрузок. | Сочетание высокой прочности, пластичности и технологичности (обрабатываемости резанием). | |
| Червяки и червячные колеса червячных передач. | Значительная мощность передаваемая червячной передачей. Трение витков червяка о зубья колеса, изгиб зубьев. Склонность к задирам червячной пары. | Низкий коэффициент трения материала червячной пары, высокая контактная и усталостная прочность, высокая износостойкость. | |
| Корпуса редукторов, насосов, отбойных молотков, перфораторов, пневмобуров. Блоки, маховики. | Определяются назначением. Общие требования: прочность, жесткость конструкции, малые вибрации и шумы. В ряде случаев малая масса. | Высокий модуль упругости, достаточная статическая прочность, способность гасит вибрации и шумы, технологичность изготовления. | |
| Подшипники скольжения. | Определяются назначением. Общие требования: малые потери мощности, устойчивость к вибрациям, бесшумность работы, небольшие габариты. | Сопротивление усталости и антифрикционность. Низкий коэффициент трения скольжения, высокая теплопроводность, смачиваемость смазкой, прирабатываемость, высокие нагрузочно-скоростные характеристики. | |
| Детали гидравлики шахт. | Интенсивный износ в агрессивных средах. | Коррозионная стойкость, износостойкость. | |
| Зубъя ковшей экскаваторов, пики отбойных молотков, траки гусениц. | Работа по рудной породе при наличии ударов. | Высокая износостойкость при абразивном износе. | |
| Инструменты для горячей обработки давлением. | Интенсивное ударное нагружение, периодический нагрев и охлаждение поверхности. | Достаточная прочность, вязкость сердцевины, изностойкость, прокаливаемость, теплостойкость, окалино- и разгаростойкость. | |
| Инструменты для холодной обработки давлением. | Вытяжные штампы подвергаются интенсивному износу без ударных нагрузок. Высадочные, вырубные штампы работают с ударными нагрузками. Разогрев рабочей кромки штампа достигает 450оС. | Высокая твердость, износостойкость, прочность при удовлетворительной вязкости, достаточная теплостойкость, минимальные объемные изменения при закалке, прокаливаемость. | |
| Тормозные колодки, диски сцепления. | Тормозные колодки останавливают вращающееся колесо за счет сил трения, удерживают поднимаемый груз. Диски сцепления фрикционной муфты передают крутящий момент за счет сил трения между торцами дисков. | Высокий коэффициент трения, способность воспринимать значительные давления, достаточная термостойкость. | |
| Корпуса рудничных ламп, аккумуляторов. Каски. Кожухи редукторов шахтных электровозов, шахтные вагонетки. Огнестойкие транспортерные ленты. | Условия работы в шахтах. Влажная атмосфера. Температура соответствующая климатической зоне. Возможность ударных нагрузок. | Химическая стойкость, морозоустойчивость, диэлектрические свойства, огнестойкость, достаточная прочность. | |
| Конвейерные ленты, уплотнения и манжеты гидроцилиндров. Покрытия роликов, барабанов транспортных машин. | Определяются назначением. Влажная атмосфера и масло. Температура в соответствии с климатическими условиями. Ударные нагрузки. | Амортизирующие свойства, износостойкость, морозоустойчивость, маслостойкость, огнестойкость. | |
| Цистерна для азотной кислоты. | Агрессивная среда. Температура в соответствии с климатическими условиями. | Коррозионная стойкость в азотной кислоте, статическая прочность, хладостойкость, обрабатываемость давлением, свариваемость. | |
| Резцы врубовых машин и угольных комбайнов. Буровые коронки. Шарошечные долота. | Разработка горных пород в условиях работы шахт. | Высокая твердость, износостойкость, теплостойкость. | |
| Сварные конструкции, работающие в карьерах Севера и Сибири. | Силовые нагрузки. Температуры до – 50оС. | Высокая хладостойкость и свариваемость. | |
| Плунжеры, блоки и поршни гидроцилиндров горных машин. | Агрессивная, абразивная среда. | Низкий коэффициент трения, коррозионная стойкость, износостойкость, усталостная прочность и теплопроводность. | |
| Клапаны, седла клапанов двигателей внутреннего сгорания. Детали металлургических печей. | Трение в абразивной среде и потоке газов. Высокие температуры. Циклические нагрузки. | Износостойкость, жаростойкость, жаропрочность, термостойкость. | |
| Кузова автомашин, корпуса судов. | Климатические условия. Речная, морская вода. | Достаточная прочность, жесткость, штампуемость, свариваемость. Коррозионная стойкость. |
Общие рекомендации выбора материала для заданной детали
1. При выборе материала необходимо выполнить всесторонний анализ условий работы детали в изделии, учитывая:
· характер действующей на деталь нагрузки: статическая, динамическая, циклическая, ударная;
· величину нагрузки;
· температурные воздействия – максимальные и минимальные температуры;
· коррозионное воздействие среды;
· степень и вид изнашивания: под действием сил трения, абразивное, усталостное и др.
2. Основные марки конструкционных материалов стандартизованы, т.е. поставляются с гарантированными свойствами. При расчете деталей на прочность определяют рабочие напряжения [σ]доп. Принимаем, что [σ]доп £σв/2,4, где σв – временное сопротивление материала, 2,4 – запас прочности.
3. Требуемые свойства можно обеспечить разными материалами, при выборе одного из возможных необходимо учитывать технологичность, стоимость материала и стоимость технологии изготовления детали.
4. На основании анализа всех данных необходимо решить какой материал принять. Не следует стремиться к применению высоколегированных сталей, т.к. их технологичность ниже, а стоимость выше.
Детали группы 1. Материал должен обладать высокой твердостью и износостойкостью поверхностного слоя при достаточно прочной и вязкой сердцевине. Такие свойства обеспечивают цементуемые низкоуглеродистые и легированные стали:
· низкоуглеродистые стали с неупрочняемой сердцевиной применяют для малонагруженных деталей: стали 10, 15, 20, 25, 15Г,25Г;
· низкоуглеродистые легированные стали со слабоупрочняемой сердцевиной применяют для средненагруженных деталей: 15Х, 20Х, 15ХФ;
· низкоуглеродистые легированные стали с сильноупрочняемой сердцевиной применяют для тяжелонагруженных деталей: 18ХГТ, 12ХН3А, 18Х2Н4МА.
·
Таблица 2