Конструкционные материалы применяемые в автомобилестроении

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

санкт-петербургская государственный

университет сервиса и экономики

                           

                                                                                                                                                    Наименование:  контрольная работа Конструкционные материалы применяемые в автомобилестроении

 

 

 

 

  

 

  

 

  

 

 

  

 

 

Выполнил  студент 4 курса

                                                                                                                                           Заочного отделения

                                                                                                                                           Гр.2301

                                                                                                             Гусев А.А.

 

 

2013г

 

         

                                                                                                                                                                                                       

Контрольная работа

 

По дисциплине:       « Автомобильные конструкционные материалы.                                     

 

На  тему: « Конструкционные материалы применяемые в автомобилестроении   »

 

 

Вариант 8 .Раздел 1. Сталь45

 

1.Химический  состав материала, его физико-механические и эксплуатационные свойства.

 

 

Сталь45- Сталь конструкционная  углеродистая качественная

 

Химический  состав в % стали 45.

 

 

C Si Mn Ni S P Cr Cu As

0.42-0.5 0.17-0.37 0.5-0.8 до 0.25 до 0.04 до 0.035 до 0.25 до 0.25 до 0.08

 

Температура критических  точек  стали 45.

 

 

Ac1=730, Ac3(Acm)=755, Ar3(Arcm)=690,  Ar1=780, Mn=350

 

Механические  свойства при Т=20oС стали 45.

 

 

Сортамент Размер Напр. sв sT d5 y KCU Термообр.

- мм - МПа МПа % % кДж / м2 -

Лист  горячекатан. 80   590   18     Состояние поставки

Полоса  горячекатан. 6-25   600   16 40   Состояние поставки

Поковки 100-300   470 245 19 42 390 Нормализация

Поковки 300-500   470 245 17 35 340 Нормализация

Поковки 500-800   470 245 15 30 340 Нормализация

 

 

Твердость стали 45 горячекатанного отожженного   HB=170

Твердость стали 45 калиброванного нагартованного   HB=207

 

Физические  свойства стали 45.

 

 

T E 10-5 a106 l r C R 109

Град МПа 1/Град Вт/(м·град) кг/м3 Дж/(кг·град) Ом·м

20 2.00     7826    

100 2.01 11.9 48 7799 473  

200 1.93 12.7 47 7769 494  

300 1.90 13.4 44 7735 515  

400 1.72 14.1 41 7698 536  

500   14.6 39 7662 583  

600   14.9 36 7625 578  

700   15.2 31 7587 611  

 

 

 

 

2.Область применения  материала в автомобилестроении.

 

 

     В автомобилестроении  сталь 45 обычно применяют для  вал-шестерни, коленчатые и распределительные  валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки и другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностной термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность.

 

Далее выберем  коленчатый вал.

 

 

 

3. Условия работы  выбранной детали, изменение ее эксплуатационных  характеристик под влиянием испытываемых  нагрузок и воздействий.

 

Коленчатый  вал испытывает различные динамические нагрузки, под действие сил инерции и крутящего момента.

 

 

Коленчатый вал  испытывает большие нагрузки и подвергается  скручиванию, изгибу и механическому изнашиванию Крутящий момент, развиваемый на коленчатом валу, передается на трансмиссию автомобиля, а также используется для привода в действие различных механизмов двигателя. Силы, действующие на коленчатый вал, складываются из сил давления газов и инерционных сил движущихся масс. Особенно большие силы возникают в момент выключения сцепления. Основными неисправностями валов являются износ опорных шеек из-за повреждения вкладышей или деформация - искривление вала из-за перегрева. В результате этого увеличиваются зазоры в подшипниках, в то время как условия смазки ухудшаются, естественный износ шеек наблюдается при больших нагрузках на двигатель автомобиля. Кроме износа шеек под подшипники коленчатые валы поступают в ремонт, имеют обычно износ резьбы под храповик-(в зависимости от конструкции вала), износы отверстий во фланце под болты крепления маховика, под установочные пальцы или направляющие шпильки, отверстия под шарикоподшипник ведущего вала.  Все эти нагрузки и силы, действующие, на коленчатый вал приводят к проявлению дефектов и возникновению изнашивания.

 

На рисунке 1.2.1 приведены  виды изнашивания, способствующие разрушению поверхности коленчатых валов и  других немаловажных деталей и агрегатов в автомобилях [10].

 

 

 

Рисунок 1.2.1 - Виды изнашивания 

 

 

Процесс изнашивания  деталей сопровождается сложными физико-химическими явлениями и многообразием влияющих на него факторов. В зависимости от материала и качества поверхности сопряженных деталей, характера контакта, нагрузки скорости относительно перемещения процесс изнашивания протекает различно. Ведущим процессом разрушения является механическое изнашивание, в которое входит абразивный и усталостный износ. Сопутствующими видами износа являются молекулярно - механический и коррозионно-механические износы со всеми своими разновидностями, которые в зависимости от условий работы влияют на износ и при определенных условиях могут стать ведущими процессами износа.

 

ГОСТ 16429-70 установлены  три группы изнашивания в машинах: механическое, малекулярно-механическое и каррзионно-механическое. Рассмотрим механическое изнашивание и его подвиды, потому, что анализируемая нами деталь больше всего подвергается факторам присущих для механического износа. Из приведенных видов изнашивания коленчатым валам характерно абразивное изнашивание схватывание и коррозионно-механическое и усталостный износ. Например, абразивное изнашивание является подвидом механического износа. Абразивное изнашивание получается в результате режущего или царапающего действия твердых тел и частиц. При этом протекание изнашивания не зависит от проникновения абразивных частиц на поверхности трения. Изменение размеров деталей при абразивном изнашивании зависит от ряда факторов: материала и механического свойства деталей, режущих свойств абразивных частиц, удельного давления и скорости скольжения при трении. По своей природе и механизму протекание  абразивного изнашивания близко подходит к явлениям, имеющим место при резании металлов, отличаясь специфическими особенностями- геометрией абразивных частиц и малым сечением стружки. Абразивное изнашивание широко распространено при трении деталей машин, особенно работающих в абразивной среде, а также при трении деталей, восстановленных различными способами наплавки, металлизация, хромирование, железнения. На разрушение поверхности коленчатого вала очень сильно влияет усталостное изнашивание, которое возникает при трении, качении, и отчетливо проявляется на рабочих плоскостях. Разрушение поверхностных слоев происходит вследствие возникших микроскопических трещин, которые по мере работы развиваются  в одиночные и групповые трещины и впадины. Глубина трещин и впадин зависит от механических свойств металла деталей, величины удельных давлений при контакте и размера контактных поверхностей. Абразивному изнашиванию на коленчатых валах, прежде всего, подвергаются шатунные и коренные шейки и вкладыши подшипников скольжения. Также на износ поверхности коленчатого вала очень сильно влияет усталостный износ.

 

Усталостный износ- особый тип  разрушения поверхности  вызванный повторно действующими циклами напряжения, амплитудное значение которого не превышает предела упругости материала. При усталостном изнашивании трущихся деталей возникает микропластические деформации сжатия и упрочнения поверхностных слоев металла. В результате упрочнения возникают остаточные напряжения сжатия. Повторно-переменные нагрузки превышающие предел текучести металла при трении качения, вызывают явления усталости, разрушающие поверхностные слои. Разрушение поверхностных слоев происходит в следствии возникших микро и макроскопических трещин, которые по мере работы развиваются в одиночные и групповые углубления и впадины. Глубина трещин и впадин зависит от механических свойств металла деталей, величины удельных давлений при контакте и размера контактных поверхностей. Рассмотрим молекулярно-механическое и коррозионно-механическое изнашивание которые играют не маловажную роль при износе вала.

 

 

4. Технологические  свойства материала детали.

 

Заготовки и детали из стали 45 обычно трудносвариваемые  и не склонны к отпускной хрупкости.

 

 

- сварка  производится без подогрева и без последующей термообработки

- сварка  возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке

- для  получения качественных сварных соединений требуются дополнительные  операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки - отжиг

 

 

 

 

 

 

5. Способы ремонта  детали.

 

При ремонте применяется  проточка и шлифовка под вкладыши ремонтных размеров

 

     Сложность конструктивной  формы коленчатого  вала, его недостаточная жесткость, высокие требования к точности обрабатываемых поверхностей вызывают особые требования к выбору методу методов базирования, закрепления и обработки вала, а также последовательности, сочетания операций и выбору оборудования. Основными базами коленчатого вала являются опорные поверхности коренных шеек. Однако далеко не на всех операциях обработки можно использовать их в качестве технологических. Поэтому в некоторых случаях технологическими базами выбирают поверхности центровых отверстий. В связи со сравнительно небольшой жесткостью вала на ряде операций при обработке его в центрах в качестве дополнительных технологических баз используют наружные поверхности предварительно обработанных шеек.

 

 

     Раздел 2. Чугун  СЧ 30.

 

 

1. Химический состав  материала, его физико-механические  и эксплуатационные  свойства.

 

Чугун сч30-серый чугун, где  временное сопротивление, предел прочности  при растяжении равен 30 мпа.

 

2.Область применения материала  в автомобилестроении.

 

 

Чугун СЧ30 применяется: для  изготовления различных отливок  ответственного назначения - блоков и  головок цилиндров, гильз, маховиков  в автомобиле- и тракторостроении; особо ответственных деталей  работающих при сжатии (башмаков, колонн) в строительстве; тяжелонагруженных деталей со значительными колебаниями сечений а также котлов для плавки каустика, труб, колен и других деталей в химическом машиностроении, работающих в растворах и расплавах щелочей; отливок 2 группы для паровых стационарных турбин, турбинного оборудования АЭС, элементов паровых котлов и трубопроводов, гидравлических турбин, гидрозатворов и другого оборудования энергомашиностроения, работающих при температурах до 250 °С, подвергающихся повышенным статическим и динамическим нагрузкам и трению (поршни, корпуса редукторов, корпуса подшипников, корпуса червячных колес, втулки, крышки подшипников, патрубки компрессоров, диафрагмы, рамы фундаментные, рамы выхлопных частей, патрубки компрессоров, зубчатые колеса, шестерни); отливок деталей трубопроводной арматуры и приводных устройств к ней. Выберем блок цилиндров.

 

 

 

3. Условия работы  выбранной детали, изменение ее эксплуатационных характеристик под влиянием испытываемых нагрузок и воздействий.

 

Цилиндр работает в условиях переменных давлений в  надпорш-невой полости. Внутренние стенки его соприкасаются с пламенем и горячими газами, раскаленными до температуры 1500—2500°С. К тому же средняя скорость скольжения поршневого комплекта по стенкам цилиндра в автомобильных двигателях достигает 12— 15 м/сек при недостаточной смазке. Поэтому материал, употребляемый для изготовления цилиндров, должен обладать большой механической прочностью, а сама конструкция стенок повышенной жесткостью. Стенки цилиндров должны хорошо противостоять истиранию при ограниченной смазке и обладать общей высокой стойкостью против других возможных видов износа (абразивного, коррозионного и некоторых разновидностей эрозии), уменьшающих срок службы цилиндров (Износ цилиндров автомобильных двигателей является следствием комплексного воздействия на стенки многочисленных физических и химических быстротекущих процессов, которые по характеру проявления разделяются на три основных вида износа: эрозивный, возникающий вследствие механического истирания, схватывания и других разрушающих процессов при непосредственном контакте металлических трущихся поверхностей; коррозионный, возникающий при всякого рода окислительных процессах на поверхностях трения; абразивный, вызывающий разрушение поверхностей трения при наличии между ними твердых или, как говорят, абразивных частичек, в том числе и продуктов износа). Материалы, применяемые для изготовления цилиндров, должны обладать хорошими литейными свойствами и легко обрабатываться на станках.

 

В соответствии с этими  требованиями в качестве основного  материала для цилиндров  применяют перлитный серый чугун с небольшими добавками легирующих элементов (никель, хром и др.). Применяют также высоколегированный чугун, сталь и алюминиевые сплавы. 

 

 

4.Технологические  свойства материала детали

 

 

 

Блок цилиндров  является основной частью конструкции двигателя и отливается обычно из чугуна или алюминиевого сплава. В  блоке циллиндров выполнены каналы для смазки и охлаждения. В картере блока цилиндров выполнены постели для крепления коленчато-го вала. Цилиндр двигателя предназначены для направления возвратно-поступательного движения поршня, восприятия энергии, выделяющейся при сгорании топлива, восприятия и отвода тепла от камеры сгорания к охлаждающей жидкости, а так же для крепления ко-ленчатого вала.

Блок цилиндров дизельного двигателя выполняется из чугуна. Данное обстоятельство

обуславливается воздействием на блок цилиндров более высоких нагрузок, чем при ра-боте бензинового двигателя. Другими словами чугун – более прочный, чем алюминий ма-териал. Алюминиевый сплав – идеальный материал для изготовления блоков цилиндров бензиновых двигателей. С целью увеличения прочности конструкции, блоки цилиндров укрепляются рёбрами жёсткости.