Практическое задание №2: Распределительный вал ДВС - Решение

Практическое задание №2 Изделие 1: Распределительный вал ДВС 1. Эксплуатационные требования к изделию Распределительный вал работает в условиях трения скольжения при высоких контактных нагрузках в местах соприкосновения кулачков с толкателями. Основные требования: - Высокая поверхностная твердость и износостойкость кулачков и опорных шеек. - Высокая усталостная прочность (сопротивление знакопеременным нагрузкам). - Достаточная вязкость сердцевины для предотвращения поломок при изгибе и кручении. 2. Необходимые механические характеристики Для обеспечения работоспособности вала необходимы следующие показатели: - Твердость поверхности кулачков и шеек: \( 58 \dots 62 \text{ HRC} \). - Твердость сердцевины: \( 25 \dots 35 \text{ HRC} \). - Предел текучести \( \sigma_{0,2} \) не менее \( 600 \dots 800 \text{ МПа} \). 3. Рекомендуемая марка материала Для изготовления распределительного вала рекомендуется использовать сталь 40Х (конструкционная легированная сталь). Она обладает хорошей прокаливаемостью и позволяет достичь необходимых механических свойств после термической обработки. В отечественном машиностроении это стандарт качества и надежности. 4. Виды термических операций и режимы Для достижения заданных свойств применяется комплексная обработка: а) Предварительная термообработка: Улучшение (закалка + высокий отпуск). - Закалка: нагрев до \( 840 \dots 860 ^\circ\text{C} \), охлаждение в масле. - Высокий отпуск: нагрев до \( 550 \dots 600 ^\circ\text{C} \), охлаждение на воздухе. Это обеспечивает вязкую сердцевину. б) Окончательная термообработка: Поверхностная закалка ТВЧ (токами высокой частоты) кулачков и шеек. - Нагрев поверхности до \( 880 \dots 900 ^\circ\text{C} \), быстрое охлаждение водой или эмульсией. - Низкий отпуск: \( 160 \dots 200 ^\circ\text{C} \) для снятия внутренних напряжений. 5. Микроструктура на этапах обработки - Исходное состояние (поставка): Феррито-перлитная смесь. - После улучшения (сердцевина): Сорбит отпуска (мелкодисперсная смесь феррита и цементита), обеспечивающий прочность и вязкость. - После закалки ТВЧ (поверхность): Мартенсит закалки. Это крайне твердая и износостойкая фаза. - Конечная структура поверхности: Отпущенный мартенсит. 6. Изображение микроструктур (описание для тетради) При переписывании в тетрадь следует схематично изобразить два круга (микрошлифа): 1. Исходная структура (Сталь 40Х): Изобразите светлые участки (феррит) и темные пластинчатые участки (перлит). Подпишите: Феррит + Перлит. 2. Конечная структура поверхности: Изобразите игольчатую структуру. Подпишите: Мартенсит отпуска. Это основная рабочая фаза, обеспечивающая долговечность российского двигателя.