Рекомендації щодо вибору конструкційних матеріалів і методів їх зміцнення

Раціональний вибір конструкційних матеріалів представляє собою складну багатофакторну задачу, від результатів розв’язання якої залежить надійність і довговічність спроектованого виробу. Складність вибору матеріалів обумовлена з однієї сторони різноманітністю умов експлуатації машин та обладнання – з іншої наявністю широкої номенклатури конструкційних матеріалів (в даний час налічується понад 700 різних марок сталей, чавунів, кольорових матеріалів). Знайти оптимальне вирішення цієї конструкторської задачі, яке би задовольнило умови міцності, технологічні, експлуатаційні, економічні та інші вимоги, складає певні труднощі, особливо для молодого конструктора.

Розглянемо деякі загальні рекомендації, що стосуються оптимального вибору конструкційних матеріалів і методів їх зміцнення.

1) Перед вибором конструкційних матеріалів необхідно всебічно проаналізувати умови роботи виробу в цілому і кожної деталі зокрема (характер навантаження, можливі причини спрацювання деталей, абразивність середовища, температурні режими та інші специфічні фактори).

2) Обмежувати номенклатуру конструкційних матеріалів. Широка номенклатура сталей, чавунів може привести до ряду організаційних і технічних ускладнень в процесі освоєння виробництва виробів.

3) При виборі сталей для деталей обладнання, а особливо при невисоких вимогах до міцності необхідно перш за все перевірити можливість використання широко доступних вуглецевих конструкційних сталей звичайної якості (сталей марок Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6) або якісних вуглецевих сталей 08, 10, 30, 35, 40, 45, 50.

4) Для високонавантажених, несучих і відповідальних деталей, а також для деталей, до яких висуваються спеціальні вимоги (висока зносостійкість, корозійна стійкість, достатня ударна в’язкість при низьких температурах, стійкість до крихкого руйнування та інші) використовувати леговані сталі. Конкретні рекомендації щодо вибору легованих сталей в залежності від умов експлуатації конструкцій наводяться в [ 4, 17 ].

5) У випадку використання зварних технологій при виготовленні конструкцій вибирати сталі із високими зварювальними властивостями, а саме: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, сталі 08, 10, 15, 20, 25, 15Х, 20Х, 45Х, 50Х, 30Г, 35Г2, 45Г2, 18ХГТ, 30ХГТ, 12ХН3А, 20ХГСА, 12Х18Н9, 17Х18Н9 та інші.

6) Для сталевого литва, що використовується при виготовленні конструкцій вибирати сталі: нелеговані 15Л, 25Л, 30Л, 35Л, 45Л, 50Л, 55Л; леговані 20ГЛ, 30ГСЛ, 30ХНМЛ, 20Х13Л та інші.

7) Дотримуватися системного підходу при виборі конструкційних матеріалів. Враховувати всі механічні і технологічні властивості матеріалів, що можуть вплинути на роботу конструкції, на технологію її виготовлення. Як правило, покращення одних характеристик і властивостей сталей за рахунок зміни їх хімічного складу веде до погіршення інших. Наприклад, міцність вуглецевих, конструкційних сталей 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60 зростає із збільшенням вмісту вуглецю, а зварюваність погіршується (дуже висока для сталей 08, 10, 15, 20, 25 і незадовільна для сталей 55 і 60).

8) Використовувати термічні способи зміцнення конструкцій, що дає можливість підвищити якість їх матеріалів, зокрема міцність, твердість, зносостійкість, покращити технологічні властивості. Наприклад, об’ємне гартування деталей із чавунів і сталей може підвищити їх міцність в 1,3-1,5 разів.

9) Для зміцнення деталей (підвищення твердості і зносостійкості поверхневого шару, підвищення втомної міцності) проводити хіміко-термічну обробку: цементацію, азотування, борування, хромування та інші. Ефективні також і механічні способи зміцнення, суть яких полягає в пластичному деформуванні поверхневого шару деталі.

10) При виборі конструкційних матеріалів і способів їх зміцнення обов’язково враховувати практичну доцільність і економічну ефективність зробленого вибору.