Выбор марки стали и вида ее обработки для типовых деталей машин

При выборе стали исходят из общих эксплуатационных, технологических и экономических требований.

Эксплуатационные требования заключаются в обеспечении надежной работы детали по конструктивной прочности, выносливости, контактной усталостной прочности, износостойкости и т. д. Наиболее полные данные о надежности получают проведением натурных испытаний (производственных и стендовых).

Технологические требования состоят в обеспечении минимальной трудоемкости изготовления детали. Сталь должна обладать достаточно хорошей обрабатываемостью резанием и давлением, а для заготовок, получаемых литьем, — удовлетворительными литейными свойствами.

Экономические требования включают в себя не только минимизацию стоимости стали и расходов на изготовление деталей, но и обеспечение их оптимальной эксплуатационной стойкости. Дорогие легированные стали целесообразно использовать, когда более дешевые стали не обеспечивают требования, предъявляемые к изделию, а также в случае существенного и конструктивно оправданного повышения долговечности деталей и уменьшения расхода запасных частей.

Эти общие требования нередко противоречивы. Так, например, более прочные материалы менее технологичны (труднее обрабатываются, хуже свариваются и т. д.). В массовом производстве предпочитают упрощение технологии и снижение трудоемкости при некоторой потере свойств. Наоборот, в специальных отраслях машиностроения выбор материала и его термической или химико-термической обработки рассматривают, исходя из условий достижения максимальных эксплуатационных свойств. При выборе упрочняющей обработки, особенно в условиях массового производства, предпочтение следует отдавать наиболее экономичным и производительным технологическим процессам: поверхностной закалке, газовой цементации, нитроцементации и т. д.

Первыми параметрами, определяющими выбор стали, являются механические свойства и распределение их по сечению детали. Оптимального сочетания прочности, пластичности и ударной вязкости достигают после термического улучшения при сквозной прокаливаемости. При полной прокаливаемое™ механические свойства стали мало зависят от ее легирования. Исключение составляет легирование никелем и молибденом, повышающее сопротивление хрупкому разрушению. Не следует стремиться к излишне высокой прокаливаемости за счет легирования стали хромом, марганцем и кремнием, так как при этом возрастает склонность стали к хрупкому разрушению.

Глубоко прокаливающиеся стали применяют для крупных деталей с большим сечением. Если детали работают на изгиб или кручение, то сквозная прокаливаемость не нужна, так как в этих условиях напряжения распределяются неравномерно, достигая максимальных значений на поверхности детали.

Для деталей, испытывающих растягивающие напряжения (шатуны, торсионные валы, ответственные болты и др.), а также для рессор и пружин нужно обеспечивать полную прокаливаемость.

Для изделий, от которых требуются высокая ударная вязкость и низкий порог хладноломкости (работающих при низких температурах с высокими скоростями приложения нагрузки, особенно при наличии концентраторов напряжений), следует применять наследственно мелкозернистые спокойные стали, предпочтительно легированные никелем и молибденом.

Состав сталей, подвергаемых поверхностному упрочнению, должен обеспечивать требуемую прокаливаемость поверхностного слоя при сохранении вязкой и пластичной сердцевины. Структура поверхностного слоя после закалки должна быть мартенситно-аустенитной и не содержать продуктов промежуточного превращения переохлажденного аустенита.