ПУ и МП ПОВЕРХНОСТНОЕ УПРОЧНЕНИЕ И МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ

ПУ и МП ПОВЕРХНОСТНОЕ УПРОЧНЕНИЕ И МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ НАПРАВЛЕНИЕ (СПЕЦИАЛЬНОСТЬ) ООП 150100 «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛОВ» КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) бакалавр БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2011 г. КУРС__3___ СЕМЕСТР _6___ КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ _3____ ПРЕРЕКВИЗИТЫ _физика, химия, общее материаловедение и технологии материалов, КОРЕКВИЗИТЫ _ Основы проектирования технологических процессов ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС: Лекции 18 часов (ауд. ) Лабораторные занятия 9 часов (ауд. ) Практические (семинарские) занятия 18 часов (ауд. ) АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ 45 час. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА _45_ час. ИТОГО 90 час. ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ Экзамен в 6 семестре

Введение. Машиностроение в нашей жизни Уровень развития общества определяется уровнем машиностроительного производства. Этот тезис можно подтвердить многочисленными примерами. ПРИМЕРЫ. Основная задача машиностроения : разработка и создание высокопроизводительных машин и механизмов различного назначения с гарантийным сроком работы. ПРИМЕРЫ машин. ПРИМЕРЫ механизмов.

1. Проблемы, связанные с использованием конструкционных материалов в машиностроении Современная техника предъявляет к материалам особые требования. Это связано с интенсификацией производства, с повышением скоростей движения, нагрузкой на детали машин и механизмов. Способность материалов удовлетворять этим требованиям определяет качество изделия. Понятие качества изделий машиностроения является комплексной характеристикой, включающей в себя ряд показателей. Показатель назначения Показатель технологичности Эстетический показатель Надежность является одним из важнейших показателей – способность изделия выполнять свои функции, сохраняя эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. Надежность и ее важнейшая составляющая - долговечность определяют срок службы изделий. Повышение долговечности является одной из центральных задач современного машиностроения. Расходы на ремонт машин, восстановление и замену вышедших из строя деталей огромны. Поэтому увеличение срока службы машин и оборудования даже в небольшой степени равносильно вводу значительных новых производственных мощностей.

Три вида долговечности Физическая долговечность изделия определяется временем износа его наиболее износостойких деталей. Физическая долговечность может быть увеличена за счет применения износостойких материалов для изготовления основных деталей машин. Моральная долговечность характеризует срок эксплуатации изделия до появления нового поколения машин данного типа. В отдельных случаях моральная долговечность оказывается меньше физического срока службы. Экономическая долговечность является важным показателем, определяющим реальный срок эксплуатации, . С учетом данного показателя оптимальный срок службы изделия определяется соотношением таких параметров как долговечность физическая, цена новой машины за вычетом средств, полученных от продажи старой, средняя цена ремонта старой машины. Если затраты на создание или приобретение новой машины меньше, чем на ремонт старой, да еще при этом улучшаются другие показатели качества нового изделия, то старая машина должна заменяться новой.

Долговечность автомобилей Разные подходы к проблеме долговечности можно найти в автомобилестроении. С одной стороны - постоянная модернизация конструкции, выпуск новых моделей, имеющих запланированный срок службы ( ограниченный 5 – 10 годами ), что характерно для большинства производителей автомобилей. А с другой стороны - пример фирмы NN, автомобили которой сохраняют надежность на протяжении нескольких десятилетий. Интересная проблема – создание равнопрочной машины.

Обеспечение заданного ресурса работы машины и его дальнейшее увеличение является основной задачей материаловедов. Рассмотрим, как решается эта задача. В прежние времена 1. Определяем условия эксплуатации машин и механизмов, условия работы их деталей: механические нагрузки (статические, динамические, циклические), трение, высокие температуры, термические удары, агрессивная внешняя среда. 2. Выбираем материал детали, обладающий требуемыми физическими, химическими и механическими свойствами или комплексом этих свойств. В наше время 1. 2. 3. 4.

В наше время 1. выбор соответствующего материала и технологий его обработки для получения высоких характеристик (улучшенные стали, специальные легированные стали, оптимальные режимы термической обработки); 2. упрочнение детали за счет модифицирования ее поверхности технологическими методами (изменение структуры или изменение химического состава поверхностного слоя); 3. нанесение защитных или упрочняющих покрытий; 4. создание новых материалов с заданными свойствами (высокопрочные сплавы, сверхтвердые сплавы, композиционные материалы, получение деталей из порошков).

2. Срок службы деталей машин и механизмов и роль поверхности Срок службы определяется тремя инженерными факторами. Так долговечность любого изделия закладывается на стадии его конструирования и проектирования инженер обеспечивается на стадии изготовления инженер поддерживается при эксплуатации инженер – Обеспечить долговечность изделия – значит сообщить ему свойства, необходимые для успешной работы в заданных условиях эксплуатации, и поддерживать их на должном уровне в течение гарантированного срока. В материаловедении существует стандартный путь решения данной проблемы: качество изделия обеспечивается свойствами материала, которые, в свою очередь, определяются его химическим составом и структурой.

Основные этапы маршрутной схемы создания деталей с заданными свойствами §эксплуатационные свойства изделия ↑ §физико-химические и механические свойства материала ↑ §структура, фазовый состав материала ↑ §химический состав материала Таким образом, согласно маршрутной схеме для обеспечения требуемой долговечности необходимо в первую очередь знать условия эксплуатации изделия и причины выхода его из строя, а далее решать проблему долговечности за счет правильного выбора материала с учетом представленной выше схемы.

Проведем анализ условий эксплуатации для ряда деталей машин и механизмов и причин их отказа. Для этого рассмотрим взаимосвязь условий работы детали, причин выхода деталей из строя, требуемые характеристики материала детали. Определим относительную роль поверхности детали в обеспечении повышения срока службы в относительных баллах – П, 2 П, 3 П, 4 П.

Условия эксплуатации Детали, оборудование Причина Требуемые повышенные Роль отказа свойства материала поверхности Станина опоры, Поломка Предел прочности Нагрузка динамическая Рычаги, (ударная) штампы Предел прочности, ударная вязкость Нагрузка статическая Нагрузка динамическая Зубчатые (циклическая) передачи рельсы Агрессивная среда Химическое производство Высокие температуры Абразивная среда Прямой контакт подвижных деталей То же Поломка разрушен Усталостная прочность ие, Коррозия, Коррозионная стойкость эрозия Металлурги. Разрушен Жаростойкость, ческое ие, коррозионная стойкость оборудование коррозия при высоких температурах Дорожная Твердость, техника Износ износостойкость Режущий инструмент, Износостойкость, подбор пар трения

Приведенный анализ показывает, что в большинстве рассмотренных случаев гарантией долговечности работы изделий является не только материал изделия и технология его изготовления, определяющая свойства материала, но и в той или иной степени поверхность рабочей части изделия, а точнее – качество поверхности. В одних случаях эта связь является очевидной (коррозия, эрозия, износ поверхности), в других (разрушение при растяжении, при ударных нагрузках, усталостное разрушение) разрушение материала при внешнем механическом нагружении объясняется зарождением трещин и их ростом.

3. Поверхностная обработка деталей для увеличения долговечности машин и механизмов В технологии повышения качества поверхности можно выделить два основных направления: модифицирование поверхности, т. е. повышение ее характеристик за счет изменения химического состава и изменения структуры поверхностного слоя без изменения геометрических размеров упрочняемого изделия и нанесение защитных и упрочняющих покрытий определенной толщины и специально подобранного состава, здесь 1 – основной материал, 2 а – модифицированный поверхностный слой, 2 б – покрытие. Последний подход нашел широкое применение в ремонтных работах при восстановлении изношенных деталей. ПУи. МП ТНП