Материалы, применяемые в производстве - раздел Механика, ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА Расчет И Проектирование Деталей Начинается С Выбора Материала И Назначения Те...
Расчет и проектирование деталей начинается с выбора материала и назначения термической обработки его, которые определяются конструктивными, технологическими и экономическими соображениями. Для изготовления деталей в машиностроении и приборостроении используется большое многообразие материалов. Все их можно классифицировать по основным группам: стали, сплавы, чугуны, порошковые материалы, неметаллические материалы.
Рассмотрим подробно и дадим характеристику каждой группе материалов.
Стали. Это сплав железа с углеродом (С до 2 %) и другими элементами. Изделия из этого материала поддаются ковке, они имеют высокую прочность, пластичность, хорошо обрабатываются. Стали подразделяются на две большие группы: углеродистые и легированные, которые в свою очередь делятся на более мелкие группы. Структурная схема основных видов сталей приводится на рисунке 3.1.
Стали обыкновенного качества дешевые, из них изготавливают напряженные детали (болты, гайки, оси, шестерни, корпуса). Они классифицируются по группам: А, Б, В.
К группеА относятся стали без уточненного химического состава, в которых не ограничивается наличие примесей Пример обозначения: Ст3; Ст6. Цифра 3 обозначает, что углерода 0,3 %, цифра 6 – углерода 0,6 %.
Стали группыБ имеют гарантированный химический состав. Изделия из этой стали подвергаются термообработке. Обозначение: БСт1, БСт4.
Стали группыВ имеют строго установленный химический состав и подвергаются различным видам обработки. Обозначение: ВСт6.
Конструкционная (качественная) сталь имеет фиксированный химический состав, ее выполняют с соблюдением более строгих технологических условий. Обозначения: Сталь 10; Сталь 45.
Низкоуглеродистые (до 0,25 % С) – пластичные стали. Детали, изготовленные из них, хорошо обрабатываются и подвергаются сварке.
Среднеуглеродистые стали (0,3 – 0,55 % С) менее пластичны, но также хорошо обрабатываются, широко используются для изготовления разнообразных деталей машин.
Высокоуглеродистые (0,6 - 0,85 % С) — твердые, прочные. Из них изготавливают высокопрочные детали, рессоры, пружины.
Специальная (инструментальная) сталь высокопрочная, из нее изготавливают режущий инструмент.
Рисунок 3.1
Легированныестали содержат различные легирующие элементы, которые вводят в ее состав для улучшения механических, тепловых, антикоррозионных свойств. Легирующие элементы обозначаются следующими буквами:
Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, Д – медь, К – кобальт, Н – никель, М – молибден, Р – бор, С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, Х – хром, Ю – алюминий.
Например, обозначение 12Х2Н3А расшифровывается так: 0,12 % углерода, 2 % хрома, 3 % никеля, А – высококачественная. Если сталь содержит до 1,5 % легирующего элемента, то цифра после соответствующей буквы не ставится.
Сплавами называются такие соединения металлов, у которых легирующих элементов больше, чем железа, а железа меньше 50 %. Сплавы можно разделить на несколько групп. Структурная схема основных видов сплавов приведена на рисунке 3.2.
Медныесплавы почти в 5 раз дороже стали, они вырабатываются на основе латуни и бронзы.
Сплавы, полученные на основе латуни, хорошо обрабатываются, имеют высокие антикоррозионные свойства. Из них изготовляются узлы трения, проволока. Обозначаются Л59; Л62.
Сплавы, полученные на основе бронзы, почти в 10 раз дороже стали. Обозначаются Бр9. Применяются в подшипниках скольжения, в червячных и винтовых колесах. Обозначаются БрА9Ж4. Это значит, что они содержат 9 % алюминия и 4 % железа.
Баббиты в 20 раз дороже качественной стали. Из них изготавливают подшипники скольжения, узлы трения. Имеют высокую прочность, обозначаются Б8 (8 % олова дополнительные компоненты).
Титановые сплавы очень дорогие, применяются в трубопроводах, авиастроении и судостроении. Обозначаются ВТ3 (3 % титана).
Рисунок 3.2
Чугунами называются сплавы железа с углеродом (2 - 4 % С) и другими элементами. Чугуны бывают белые, ковкие и серые.
Белый чугун содержит до 4% углерода в виде цементита. Это весьма твёрдый и хрупкий материал, поэтому в машиностроении почти не применяется. Его используют для переделки в серый и ковкий чугун.
Ковкий чугун получают длительным нагревом при высоких температурах отливок из белого чугуна. В результате образуется графит хлопьевидной формы. Ковкий чугун обладает высокой прочностью и пластичностью, хорошо переносит вибрационные и ударные нагрузки.
Серый чугун содержит до 3,6% углерода в виде пластинчатого графита. Это прочный и хрупкий материал, но хорошо обрабатываемый. Они применяются для изготовления неподвижных соединений, узлов трения, корпусов, его используют для изготовления литых деталей относительно сложной конфигурации. Обозначение СЧ20. Цифра 20 получается делением предела прочности чугуна на 10.
Порошковые материалыв последние годы находят всё более широкое применение в промышленности. Детали, изготовленные методом порошковой металлургии, не нуждаются в последующей механической обработке. Сущность метода состоит в прессовании и последующем спекании в пресс-формах композицийметаллических порошков и специальных присадок. В зависимости от композиции порошков могут быть получены материалы с необходимыми прочностными, фрикционными, антикоррозионными и другими свойствами. Этот метод реализует принцип безотходной технологии. Порошковые материалы широко используют при изготовлении тормозных колодок, вкладышей подшипников скольжения, малонагруженных зубчатых колес, втулок, шайб и др.
Кнеметаллическим материалам, применяемым в машиностроении, следует отнести различные виды пластмасс, резину, дерево, бетони др.
Пластмассы — это материалы на основе природных или синтетических полимеров (смол). Они характеризуются невысокой плотностью, высокой коррозионной стойкостью и прочностью. Наиболее распространены термоактивные слоистые пластмассы (текстолит, асботекстолит); термоактивные пластмассы (волокнит, фенопласт и др.), используемые для изготовления шкивов, ступиц колес и других изделий бытовой техники; термопластичные пластмассы (органическое стекло плексиглас, винипласт, фторопласт) используются для изготовления стекол, труб, защитных пленок, ремней, зубчатых колес.
Резина— материал на основе натурального или искусственного каучука обладает высокой упругой податливостью (малой жесткостью), хорошо гасит колебания, сопротивляется истиранию и т.д. В зависимости от назначения резина изготавливается мягкой (для шин), пористой (для амортизаторов) и жесткой (эбонит, для изготовления электротехнических изделий). Для повышения несущей способности изделий из резины их армируют текстильными и стальными элементами. Такую резину используют для изготовления автопокрышек, ремней и т. д.
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА... Кафедра Техническая физика и теоретическая механика...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Материалы, применяемые в производстве
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА
Часть 1
Гомель 1999
Рекомендовано методической комиссией механического факультета в качестве учебного пособия для студентов втузов
Краткие сведения о развитии прикладной механики
Прикладная механика как наука о машинах и других конструкциях выделилась из теоретической механики в начале XIX века. Ее развитие было связано с расцветом машинного способа производства и бурным ро
Проектирование и конструирование машин
Конструирование машин – творческий процесс со свойственными ему закономерностями построения и развития моделей. Основные особенности этого процесса состоят в многовариантности подходов, необходимос
Виды термообработки и упрочнения материалов
Различают термическую и химико-термическую обработку материалов.
Термическая обработка. Для придания стали определенных свойств (высокой прочности, пластичности и т. д.) в
НАУКА О СОПРОТИВЛЕНИИ МАТЕРИАЛОВ
4.1 Понятие о прочности, жёсткости и устойчивости конструкции
Сопротивление материалов – наука о прочности и надежности элементов конструкции. Она позволяет инженеру подоб
Допущения, применяемые в курсе сопротивления материалов
Из-за сложности задач расчета элементов конструкций в сопротивлении материалов принимается ряд допущений, касающихся свойств материалов, нагрузок, а также характера взаимодействия детали и нагрузок
Основные виды деформации
Деформацией называется изменение первоначальных размеров и форм тела под действием внешних нагрузок. Изменение линейных размеров тела или его частей называется линейной дефо
Внешние и внутренние силы
При работе сооружений, машин и механизмов их части воспринимают внешние нагрузки как результат действия одного тела на другое. В курсе теоретической механики рассматривается подробная классификация
Метод сечений
Для определения и последующего вычисления дополнительных сил в любом сечении бруса применим метод сечений. Суть метода сечений заключается в том, что брус мысленно рассекают поперек на две части и
При деформации растяжения (сжатия) и кручения
Под эпюрами внутренних силовых факторов понимают графики (диаграммы), показывающие изменение данного внутреннего усилия при переходе от сечения к сечению. Внутренняя сила либо моме
Правило знаков.
Ординату эпюры будем считать положительной, если равнодействующая внешних сил F растягивает брус и на
Правило знаков.
Крутящий момент будем считать положительным, если, идя слева или справа, он вращает вал против хода часовой
Внешние и внутренние силы
При работе сооружений, машин и механизмов их части воспринимают внешние нагрузки как результат действия одного тела на другое. В курсе теоретической механики рассматривается подробная классификация
Метод сечений
Для определения и последующего вычисления дополнительных сил в любом сечении бруса применим метод сечений. Суть метода сечений заключается в том, что брус мысленно рассекают поперек на две части и
При деформации растяжения (сжатия) и кручения
Под эпюрами внутренних силовых факторов понимают графики (диаграммы), показывающие изменение данного внутреннего усилия при переходе от сечения к сечению. Внутренняя сила либо моме
Правило знаков.
Ординату эпюры будем считать положительной, если равнодействующая внешних сил F растягивает брус и на
Правило знаков.
Крутящий момент будем считать положительным, если, идя слева или справа, он вращает вал против хода часовой
Продольная и поперечная деформации при растяжении
Под центральным растяжением (сжатием) понимают такой вид нагружения внешними продольными силами, при которых равнодействующая этих сил проходит через центр тяжести бруса. Рассмотрим брус, растянуты
Закон Гука. Модуль упругости материала
Силовые факторы и деформации, возникающие в брусе, тесно связаны между собой. Эта связь между нагрузкой и деформацией была сформулирована впервые Робертом Гуком в 1678 году. При растяжении или сжат
Назначение и виды испытаний
Для изучения свойств материалов и установления значения предельных напряжений (соответствующих разрушению или пластическим деформациям) производят испытание образцов материалов при различных видах
Диаграммы сжатия
Сравнительные испытания сталей на растяжение и сжатие показали, что зависимость между напряжениями и деформациями получаются приблизительно одинаковыми. Поэтому их испытывают преимущественно на рас
Понятие о сдвиге (срезе). Закон Гука при сдвиге
На сдвиг работает значительное число деталей конструкций. Простейшими примерами подобных деталей являются болтовые и заклепочные. Заклепки во многих случаях уже вытеснены сваркой, однако они имеют
Допускаемые напряжения и условие прочности при сдвиге
Вопрос выбора допускаемого напряжения при сдвиге (срезе) сложнее, чем при растяжении и сжатии. При выборе допускаемого напряжения исходят из предела прочности (для хрупких материалов). Однако опред
Деформация смятия. Расчеты на прочность
Деформация сдвига часто сопровождается смятием, когда значительная сжимающая сила действует на сравнительно небольшом участке.
При срезе крепежных деталей деформации смятия подвергается ре
Понятие о сдвиге (срезе). Закон Гука при сдвиге
На сдвиг работает значительное число деталей конструкций. Простейшими примерами подобных деталей являются болтовые и заклепочные. Заклепки во многих случаях уже вытеснены сваркой, однако они имеют
Допускаемые напряжения и условие прочности при сдвиге
Вопрос выбора допускаемого напряжения при сдвиге (срезе) сложнее, чем при растяжении и сжатии. При выборе допускаемого напряжения исходят из предела прочности (для хрупких материалов). Однако опред
Деформация смятия. Расчеты на прочность
Деформация сдвига часто сопровождается смятием, когда значительная сжимающая сила действует на сравнительно небольшом участке.
При срезе крепежных деталей деформации смятия подвергается ре
Геометрические характеристики сечений
Сопротивление бруса различным деформациям зависит не только от размеров и формы его поперечного сечения, но и от расположения этого сечения по отношению к направлению действия нагрузки. К основным
Определение моментов инерции сложных сечений
В инженерной практике часто применяются поперечные сечения сложной конфигурации. Для вычисления моментов инерции сложной фигуры ее разбивают на ряд простых, моменты инерций которых определить легко
Определение напряжений и углов закручивания при кручении
Чтобы найти напряжения, вызываемые в сечении крутящим моментом, воспользуемся основным методом решения задач сопротивления материалов – методом сечений.
Рассмотрим участок вала, изображённ
Условия прочности и жесткости при кручении
Условие прочности вала, испытывающего деформацию кручения, определяется из условий работы наиболее нагруженного слоя, находящегося на его поверхности:
Потенциальная энергия при кручении
При кручении внешние моменты, приложенные к валу, совершают работу вследствие поворота сечений, к которым они приложены. Эта работа расходуется на создание запаса потенциальной энергии деформации,
Расчет винтовых цилиндрических пружин
Во многих механизмах и машинах, например в рессорах вагонов и автомобилей, применяют винтовые пружины. При проектировании таких пружин необходимо уметь вычислять наибольшие напряжения (для проверки
Поперечный и чистый изгиб
Под изгибомпонимают такой вид деформации бруса, при котором его ось изменяет свое положение в пространстве. При этом его поперечные сечения совершают поступательное и угловое перем
Определение нормальных напряжений при плоском изгибе
Рассмотрим балку, испытывающую деформацию чистого изгиба. При таком виде деформации ее сечения относительно друг друга перемещаются только вдоль оси ОZ (рисунок 12.3).
&nb
Определение касательных напряжений при плоском изгибе
Наличие поперечной силы в сечениях балки при изгибе вызывает возникновение касательных напряжений. Для определения касательных напряжений рассмотрим балку прямоугольного поперечного сечения со стор
Условия прочности при плоском изгибе
Из приведенного примера в п. 12.3 видно, что касательные напряжения в балках, где , существенно меньше норма
Метод начального параметра
(универсальное уравнение изогнутой оси балки)
При выводе уравнения изогнутой оси стержня методом начального параметра применим следующие правила.
Интеграл Мора
Определение перемещений и углов поворота различных сечений балки, лежащей на двух опорах, методом начальных параметров, представляющий собой достаточно трудоемкий процесс. Он требует громоздких выч
Формула Эйлера для определения критической силы
При расчете стержней на продольный изгиб нужно определить критическую силу. Формула для ее определения была впервые выведена знаменитым математиком Леонардом Эйлером.
Рассмотрим сжатый сте
Пределы применимости формулы Эйлера. Формула Ясинского
Эйлер при выводе своей формулы для определения критической силы предполагал, что материал стержня следует закону Гука. Этот закон, как известно, справедлив до тех пор, пока напряжения не превосходя
Понятие об усталости материалов. Циклы напряжений
Уже более 100 лет назад было замечено, что части машин и сооружений, подвергающиеся длительное время переменным напряжениям, могут разрушаться внезапно без заметных остаточных деформаций при напряж
Факторы, влияющие на предел выносливости деталей конструкций
Опыты показывают, что на предел выносливости материала оказывают влияние многие факторы, в том числе концентраторы напряжений, абсолютные размеры деталей, качество их поверхностей и другие. Рассмот
Из истории сварки. Виды сварки. Типы сварных соединений
Возникновение сварки относится к IV веку до н. э. Тогда трипольские племена, обитавшие на территории Западной Украины, Молдавии и Румынии, выполняли кузнечную сварку меди, а в II веке до н. э. – бр
Механизированная и автоматическая дуговая сварка
Механизированная (или полуавтоматическая) сварка – это дуговая сварка, при которой подача плавящегося электрода и перемещение дуги относительно изделия выполняются с использованием
Дуговая сварка неплавящимся электродом в инертных газах
Схема дуговой сварки неплавящимся электродом в инертном газе показана на рисунке 17.5. На ней обозначены: 1 – основной металл; 2 – присадочный металл; 3 – держатель электродов
Некоторые специальные виды сварки
К специальным условно отнесены следующие виды сварки:
– термический класс: лазерная, электронно-лучевая, плазменная, электрошлаковая, термитная, газовая;
–
Наплавка и наварка деталей
Наплавка и наварка – технологические процессы нанесения посредством сварки слоя металла с заданными свойствами и геометрическими параметрами на поверхность изделия. Наплавляются и
Расчет сварных швов на прочность
Расчет сварных соединений ведется с предположением о равномерном распределении напряжений по сечению швов. Для швов, выполненных автоматической сваркой под флюсом, а также ручной дуговой сваркой эл
Рисунок 3.2
Новости и инфо для студентов