Выбор материалов и режимов термической обработки в зависимости от условий работы деталей и элементов конструкций

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

Высшего профессионального  образования

«Ижевский государственный  технический университет

имени М.Т. Калашникова»

Воткинский филиал

Кафедра: ТМ и П

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по материаловедению

«Выбор материалов и режимов  термической обработки в зависимости  от условий работы деталей и элементов  конструкций»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:        студент гр. ВЗ-511(4,6)

Банникова Ж.А.

Проверил:        к.т.н., доцент

Святский  В.М.

 

 

 

 

 

 

Воткинск 2013

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ЗАДАНИЕ 3

ВВЕДЕНИЕ 4

1. АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ВЫБОРА МАТЕРИАЛА 5

2. ВЫБОР СПОСОБА ФОРМООБРАЗОВАНИЯ 5

3. ВЫБОР МАРКИ МАТЕРИАЛА 5

4. НАЗНАЧЕНИЕ ВИДА И РЕЖИМА ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ 6

5. ОПИСАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ГОТОВЫХ ДЕТАЛЕЙ 6

ЛИТЕРАТУРА 7

 

ЗАДАНИЕ

Задание №1

Выбрать способ формообразования, марку материала и состояние (или  режим термической обработки) днища сварной ёмкости (Рис. 1) диаметром 2300 мм для предварительной обработки нефтепродуктов, работающей в диапазоне температур –70 … +475°С. Толщина днища 12мм. Требуемые механические свойства:

при 20°С — s_В/ 450 МПа, s_Т/ 250 МПа

при 475°С — s_В/ 350 МПа, s_Т/ 180 МПа

при –70°С — KCU/30 Дж/см².

 

 

Рис. 1 – Днище сварной емкости

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Решение важнейших технических проблем, связанных с экономией материалов, уменьшением массы машин и приборов, повышением точности, надёжности и работоспособности механизмов и приборов во многом зависят от материаловедения. Изучение механических (долговечность и надежность деталей машин зависят от материала и его конструкционной прочности, т.е. способности выдерживать рабочие нагрузки возникающие в детали), технологических (выбор формообразования детали взаимосвязано с  её конфигурацией и маркой материала) и эксплуатационных (температура рабочей среды, условия работы и другие виды воздействий) свойств различных материалов, позволяет в каждом конкретном случае определить материал, который лучшим образом удовлетворяет назначенным требований с учетом экономической выгодности.

При выполнении курсовой работы осуществляется подбор материала с оптимальным решением вышеописанных задач.

 

1. АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ВЫБОРА МАТЕРИАЛА

Так как деталь является частью сварной конструкции, то получаемое сварное соединение должно не уступать по прочности  основному  металлу. Свариваемость стали тем выше, чем меньше в ней углерода и легирующих элементов. Влияние углерода является определяющим. Углерод расширяет интервал кристаллизации и увеличивает склонность к образованию горячих трещин. Относительно невысокие значения прочностных характеристик (при 20°С — s_В/ 450 МПа, s_Т/ 250 МПа), также указывают на возможность применения низкоуглеродистых сталей. При этом деталь должна работать при температурах до – 70°С, что является требованием к металлургическому качеству материала.  На данном этапе можно сделать вывод, что искать материал нужно среди низкоуглеродистых, свариваемых сталей.

2. ВЫБОР СПОСОБА ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

Наиболее  рационально изготавливать деталь из листа толщиной 12 мм методом горячей  листовой штамповки. Преимущества этого способа:

1. Минимизация последующей обработки
2. Возможность получения оптимальных механических свойств за счет расположения волокон.
3. Высокая производительность.

3. ВЫБОР МАРКИ МАТЕРИАЛА

Для выбора марки материала были проанализированы механические свойства группы низколегированных сталей для сварных конструкций. Заданным требованиям соответствуют стали 10ХСНД, 10Г2С1, 09Г2ДТ и 09Г2С. Наиболее дешевой из них (менее легированной)  является сталь 09Г2С.

 

Назначение  стали – различные детали и элементы сварных металлоконструкций, аппараты и воздухозаборники в химическом и нефтяном машиностроении работающие при температуре от –70 до +475°С под давлением. Сваривается без ограничений. [3]

Выбираем  вид поставки – лист толстый ГОСТ 19282-73, толщиной 12мм.

 

Таблица №1. - Химический состав в % стали 09Г2С по ГОСТ 19282-73

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
до 0,12	0,17-0,37	1,4-1,8	до 0,3	до 0,04	до 0,035	до 0,3	0,15-0,3

 

Механические  свойства толстолистовой, широкополосной универсальной и рулонной стали  по ГОСТ 19282-73 ([3] стр. 219, табл 287):

при +20°С — s_В/ 470 МПа, s_Т/ 325 МПа, d/21%.

при +475°С — s_В/ 360 МПа, s_Т/ 180 МПа.

при –70°С — KCU/30 Дж/см².

4. НАЗНАЧЕНИЕ ВИДА И РЕЖИМА ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Для получения  заданных свойств не требуется термообработка, достаточно после штамповки охладить днище на воздухе.

5. ОПИСАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ГОТОВЫХ ДЕТАЛЕЙ

Днища, изготовленные из стали методом  горячей листовой штамповки имеют равномерную ферритно–перлитную структуру, продольное направление волокна по всему сечению и обладают следующими механическими свойствами, одинаковыми во всем объеме штока:

s_В/ 470 МПа, s_Т/ 325 МПа, d/21%.

Выбранная в качестве материала  для изготовления днищ сварной ёмкости  методом горячей листовой штамповки  сталь 09Г2С обеспечивает выполнение заданных для этих деталей требований.

 

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Сметанин В.И. Методические указания к выполнению курсовой работы по курсу «Материаловедение».
2. Марочник сталей и сплавов. – М.: Машиностроение, 1989.
3. Журавлев В.Н., Николаева О.И. Машиностроительные стали.  Справочник. – М.: Машиностроение, 1992.