2. Выбор и обоснование марки стали

2.1 Выбор стали

Исходя из условий работы, полумуфта подвергается объёмной закале с отпуском, она должна изготовляться из конструкционной улучшаемой стали. Это углеродистые или низколегированные стали с содержанием углерода ~0,35 - 0,55%.

Основной характеристикой при выборе марки стали является прокаливаемость, требования по которой зависят в первую очередь от минимального размера максимального сечения рассматриваемого изделия. Выбранная марка стали также помимо прокаливаемости должна обеспечивать требуемый комплекс механических свойств.

Ориентировочные значения критических диаметров и механических свойств после закалки и высокого отпуска некоторых улучшаемых сталей приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1 - Механические свойства и критические диаметры для некоторых улучшаемых сталей[2]

Примечание: свойства приведены после закалки с высоким отпуском.

Из таблицы 2.1 видно, что сталь 40ХН имеет критический диаметр, способный при закалке обеспечить сквозную прокаливаемость для этой полумуфты в масле. Стали 30ХГСА и 30ХН2МА имеют сходные прокаливаемость, прочностные и пластические свойства, ударную вязкость. Материалом для изготовления полумуфты изберем сталь 40ХН, которая наиболее часто применяется для изготовления подобных изделий.

2.2 Характеристика марки стали

Основное назначение стали 40ХН - коленчатые валы, шестерни, оси, шатуны, зубчатые венцы, зубчатые колёса, шпиндели, болты, рычаги, штоки, цилиндры и другие детали машин и механизмов

Химический состав стали 40ХН в приведен в таблице 2.3. [2]

Таблица 2.3 - Химический состав стали 40ХН, % масс.

Температура критических точек стали 40ХН следующая:

А_с1=735°С; А_с3=768°С;

A_r1=660°C; А_r3=700°C;

M_н=305°С.

Графики зависимостей требуемых механических свойства стали 40ХН в зависимости от температуры отпуска после закалки представлены на рисунках 2.1 - 2.3. [2]

Рисунок 2.1 - Графики зависимости у_0,2 (- -)и у_в (-) от температуры отпуска

Рисунок 2.2 - График зависимости KCU от температуры отпуска

Рисунок 2.3 - График зависимости твёрдости (НВ) от температуры отпуска.

Для определения температуры отпуска, обеспечивающей комплекс требуемых свойств, воспользуемся графиками на рисунках 2.1 - 2.3. Из них видно, что требуемые свойства сталь 40ХН будет иметь после закалки и высокого отпуска (580?600°С):

у_0,2=520 - 540 Н/мм²,

KCU=50 - 60 Дж/см²

Сталь 40ХН - флокеночувствительна и склонна к отпускной хрупкости; при этом требуется четкое соблюдение технологического процесса и применение при выплавке качественных шихтовых материалов во избежание образования флокенов или проведение последующей антифлокенной обработки, а для предотвращения возникновения отпускной хрупкости охлаждение после отпуска следует вести в воде, т.к. хрупкость возникает при охлаждении с низкими скоростями. Критический диаметр для 50% мартенсита при закалке в масле 34 - 76мм [2]

Термокинетическая диаграмма распада переохлаждённого аустенита для стали 35ХМ (наиболее близкой по составу стали) приведена на рисунке 2.4.

Для получения структуры, содержащей после закалки 50% мартенсита, надо обеспечить охлаждение со скоростью ~9^оС/с, что видно из диаграммы на рисунке 2.4. Такую скорость охлаждения обеспечит масло, следовательно, данное изделие охлаждаем в масле.

Рисунок 2.4 - Термокинетическая диаграмма распада переохлаждённого аустенита для стали 35ХМ [1]