Выбор сталей для деталей машин и механизмов[2].

Выбор стали и метод ее упрочнения определяется уровнем требуемой конструкционной прочности, технологичностью механической, термической и химико-термической обработки, объемом производства, дефицитностью, стоимостью материала и себестоимостью упрочнения.

Конструкционная прочность вначале определяется расчетом. Расчеты выполняют как для статических, так и для переменных нагрузок. Причем в последнем случае расчеты сопротивления усталости обычно ведут по пределу выносливости с учетом конструктивных и технологических факторов.

В соответствии со статистическими данными причиной 15...20% всех отказов являются деформация и вязкое разрушение. Образование хрупких трещин чаще происходит при низких температурах эксплуатации, наличия трещин, повышенных остаточных напряжениях, статических и динамических перегрузок, увеличении размеров начальных дефектов под действием циклических эксплуатационных нагрузок и коррозии.

Хрупкое разрушение обычно начинается в зонах концентрации напряжений и происходит после некоторой наработки. Повышение сопротивления деталей машин (конструкций) хрупкому разрушению не может быть достигнуто повышением запасов статической прочности, т.е. снижением их номинальной напряженности и увеличением сечения. Это должно достигаться использованием более стойких к переходу в хрупкое состояние материалов, соответствующих конструктивных форм и технологии изготовления, повышением требованиям к дефектоскопическому контролю на стадии изготовления машин или конструкций для отбраковки некачественного металла или некачественно изготовленных деталей.

Надежность работы конструкции во многом определяется сопротивлением материала распространению трещины, т.е. вязкостью разрушения К_1с.

Конструктивную прочность сплавов нередко оценивают с помощью диаграмм конструктивной прочности.

Для многих строительных и машиностроительных сталей с s_в< 1000МПа определение К_1с затруднительно. Здесь о сопротивлении хрупкому излому судят по температурному порогу хладноломкости Т°₅₀.

Наиболее низкая конструктивная прочность у горячекатанных сталей (ст.2, 3, 4...) с ферритно- перлитной структурой.

Чем больше содержание углерода, тем выше предел текучести и Т°₅₀. Термическое упрочнение углеродистых сталей повышает предел текучести и снижает Т°₅₀.

Низколегированнные стали имеют более высокую конструктивную прочность в горячекатанном и нормализоваанном состоянии. После термообработки у них предел текучести возрастает, а Т°₅₀ практически не меняется.

Высокой конструктивной прочностью обладают низколегированные строительные стали.

Машиностроительные легированные стали имеют высокий предел текучести, но склонны к хрупкому разрушению. Улучшение в зависимости от температуры отпуска и состава сплава обеспечивают низкий порог Т°₅₀ при достаточном пределе текучести. Наилучший комплекс механических свойств (s_т , К_1с, Т°₅₀) легированные стали имеют после термомеханической обработки.

Для изделий, требующих КСU, KCT, К_1с, Т°₅₀, следует применять мелкозернистые спокойные стали, предпочтительно легированные Mo и Ni.

Работоспособность деталей машин зависит от сопротивления усталости, которое в свою очередь обусловлено: а) конструкцией (наличием концентраторов напряжений); б) качеством обработки (шероховатость, химико- термическая обработка, поверхностное упрочнение); в) эксплуатацией (смазка, отсутствие абразива, грязи..).

Сталь должна удовлетворять требованиям минимальной трудоемкости изготовления детали (например, хорошей обрабатываемостью резанием, давлением). Поэтому особое значение приобретает выбор правильной термообработки заготовок.

Таблица № 2.12 .

Материал должен быть возможно дешевле с учетом всех затрат. Легированные стали, например, дороже углеродистых в 1,5- 2 раза. Кроме того, следует учитывать дефицитность материалов.

Все указанные требования нередко противоречивы. Поэтому обычно выбор металла осуществляется на основе работы подобных устройств, экспериментальных исследований, анализа с использованием ЭВМ. Некоторые примеры использования сталей приведены в таблице 2.12.