Курсовая работа: Выбор конструкционного материала и технология его упрочнения для деталей и узлов машин и аппарат

3. Высокая конструктивная прочность (высокое значение при достаточной пластичности, ударной вязкости и низкой чувствительности к концентрации напряжений).

Второстепенные требования:

1. Хорошая деформируемость в холодном состоянии (штампуемость).

2. Высокая удельная прочность ().

3. Низкая стоимость материала (оптовая цена).

3. Формирование группы конструкционных материалов по I -му уровню требований

Для эксплуатации деталей и узлов в условиях нормальных температур (от 20 до 150 °С) подходят любые конструкционные стали, сплавы Mg, Al, Cu, Ti, полимерные и композитные материалы.

Класс неметаллических материалов из дальнейшего рассмотрения исключаем, так как чертежом и ТУ предусмотрено использование металлического материала (аргоновая сварка, малая толщина стенки).

Для работы изделий в условиях воздействия агрессивных сред особое значение может иметь наличие напряжений в материале или наличие следов предшествующей пластической деформации. Эти факторы могут сильно ускорять коррозионное воздействие. В связи с этим появился термин «коррозия под напряжением», указывающий на усиленное воздействие коррозионной среды при наличии внешних нагрузок. Коррозия под напряжением обычно протекает во времени и проявляется в постепенном накоплении признаков разрушения, приводящих к окончательному разрушению детали. В связи с этим особое внимание уделим алюминиевым сплавам.

Алюминиевые сплавы. К ним относятся литейные сплавы (Al – Si), сплавы для литья под давлением (Al – Mg) и самозакаливающиеся сплавы повышенной прочности (Al – Cu). Алюминиевые сплавы экономичны, легкодоступны и легко обрабатываемы (они легко куются, штампуются, пригодны для глубокой вытяжки, волочения, экструдирования (выдавливания), литья, хорошо свариваются и обрабатываются на металлорежущих станках). Механические свойства всех алюминиевых сплавов начинают заметно ухудшаться при температурах выше приблизительно 175° С., но при заданном в условиях температурном режиме, они выполнят свое назначение. Благодаря образованию защитной оксидной пленки они проявляют хорошую коррозионную стойкость в большинстве обычных агрессивных сред, что не требуют дополнительных коррозионно-стойких покрытий на стадии производства. Эти сплавы обладают высокой отражательной способностью, немагнитные, взрывобезопасны (поскольку не дают искр) и хорошо поглощают ударные нагрузки.

Учитывая легирующие элементы и модификаторы, стоит выделить деформируемые алюминиевые сплавы с высоким содержанием магния, такие как АМг2, АМг3, АМг4, АМг5, АМг5п, АМг6. Из всех систем (таких как Al – Cu, Al – Si, Al - Zn – Mg и др.) система Al-Mg обладает рядом необходимых качеств.

Сплавы Al-Mg отличаются высокой коррозионной стойкостью ( общей, под напряжением и при других видах коррозийного разрушения). Следует отметить их высокую сопротивляемость коррозионному разрушению в морской воде. Сплавы Al-Mg также хорошо устойчивы к воздействию азотной кислоты HNO3 , разбавленной серной кислоты H2SO4 , ортофосфорной кислоты H3PO4 , а также в средах, содержащих SO2. Эти свойства критически важны, учитывая среду использования данного изделия.

Магналиевым (Al-Mg) сплавам свойственны высокие пластичность, коррозионная стойкость при средних значениях прочности и текучести, пониженная чувствительность к концентраторам напряжений. Одним из основных преимуществ данной группы являются высокие значения прочностных характеристик по сравнению со свойствами термически упрочняемых алюминиевых сплавов. При сварке магналиевых сплавов сварные соединения становятся почти равнопрочными основному металлу. Этот факт немаловажен, учитывая, что прочность сварного шва всегда ниже прочности основного металла. Это влияет на предел прочности всего изделия.

С увеличением содержания магния возрастают прочность и текучесть, относительное удлинение меняется слабо. Таким образом, мы сможем выбрать нужный сплав из вышеупомянутых, ориентируясь по содержанию магния.

Итак, по I-му уровню требований для ЦТБ пригодны следующие классы конструкционных материалов:

· Высокопрочные мартенситно-стареющие стали

· Высокопрочные стали типа СП (СП-43)

· Высокопрочные конструкционные стали

· Алюминиевые сплавы (деформируемые, с высоким содержанием магния).

4. Выбор материалов, удовлетворяющих II -му уровню требований .

Основная задача выбора материалов на этом уровне – обеспечение требований по конструкционной прочности и расчётной долговечности СВД.

Условие нагружения – простое, статическое, длительное( 10000ч). Определяющей характеристикой материала является () при достаточном уровне характеристик пластичности ( ).

Предположительный характер разрушения при несоблюдении требований эксплуатации ( например, резкое повышение ), а также при нарушении технологии формообразования и сварки - излом вязкий (хрупкий), трещина технологическая. Последний вид разрушения следует исключить за счёт точного соблюдения технологии изготовления и контролем гидравлических испытаний бака при повышенном давлении (). Однако следует отметить, что предполагаемый характер разрушения можно установить лишь путём анализа практического опыта, т. е. сбором статических данных по разрушениям ЦТБ.

Итак, для дальнейшего выбора марок материалов необходим расчёт напряжённого состояния ЦТБ.

Исходные данные и допущения:

1) Внутреннее давление газов

· рабочее =2 МПа

· при испытании =1.2=2.4 МПа

2) Нагружение простое, статическое.