Ниже представлено решение задачи по материаловедению для детали «Шаровые пальцы» автомобилей LADA и БелАЗ.
1. Таблица химического состава используемых материалов (согласно ГОСТ 1050-2013 и ГОСТ 4543-2016)
| Марка стали |
C, % |
Si, % |
Mn, % |
Cr, % |
S, не более % |
P, не более % |
| Сталь 45 |
0,42 – 0,50 |
0,17 – 0,37 |
0,50 – 0,80 |
до 0,25 |
0,040 |
0,035 |
| 40Х |
0,36 – 0,44 |
0,17 – 0,37 |
0,50 – 0,80 |
0,80 – 1,10 |
0,035 |
0,035 |
2. Вид материала по назначению и способы его упрочнения
Стали 45 и 40Х относятся к группе конструкционных качественных среднеуглеродистых сталей (40Х — легированная). По назначению это машиностроительные стали, используемые для деталей, работающих в условиях трения и знакопеременных нагрузок.
Способы упрочнения:
— Для Стали 45: Поверхностная закалка токами высокой частоты (ТВЧ) с последующим низким отпуском.
— Для Стали 40Х: Улучшение (закалка + высокий отпуск) или закалка ТВЧ для обеспечения высокой твердости поверхности при вязкой сердцевине.
3. Режим термической обработки
Для достижения твердости HRC 56–62 (LADA, Сталь 45/40Х):
— Предварительная ТО: Нормализация при \( T = 840 - 860 ^\circ C \) для выравнивания структуры.
— Упрочняющая ТО: Закалка ТВЧ (нагрев поверхности до \( 880 - 900 ^\circ C \), охлаждение в воде или масле) + Низкий отпуск при \( T = 160 - 200 ^\circ C \).
Для БелАЗ (40Х, HB 241–285):
— Улучшение: Закалка \( 850 ^\circ C \) в масло + Высокий отпуск \( 550 - 600 ^\circ C \).
4. Типовой режим упрочняющей термообработки (Закалка ТВЧ + Низкий отпуск)
График в тетради рисуется как подъем температуры (нагрев), выдержка и резкое падение (охлаждение), затем малый подъем для отпуска.
Пояснение превращений:
— При нагреве выше точки \( Ac_3 \) структура становится аустенитной.
— При резком охлаждении (закалке) аустенит превращается в мартенсит (высокая твердость).
— При низком отпуске мартенсит закалки переходит в отпущенный мартенсит, что снимает внутренние напряжения при сохранении твердости.
5. Основные свойства материалов
| Материал / Состояние |
\( \sigma_B \), МПа |
\( \sigma_T \), МПа |
\( \delta \), % |
KCV, Дж/см\(^2\) |
Твердость |
| Сталь 45 (отжиг) |
600 |
355 |
16 |
50 |
197 HB |
| Сталь 45 (закалка ТВЧ) |
- |
- |
- |
- |
56–62 HRC |
| 40Х (улучшение) |
980 |
785 |
10 |
59 |
241–285 HB |
6. Технологические свойства материалов
| Марка |
Свариваемость |
Обрабатываемость резанием |
Флокеночувствительность |
Склонность к отпускной хрупкости |
| Сталь 45 |
Трудносвариваемая |
Хорошая |
Не чувствительна |
Не склонна |
| 40Х |
Трудносвариваемая |
Хорошая (в отожж. сост.) |
Чувствительна |
Склонна |
7. Анализ влияния химического состава и ТО
Углерод (\( C \)) в количестве \( 0,45\% \) обеспечивает необходимую прочность и возможность получения высокой твердости при закалке. Хром (\( Cr \)) в стали 40Х повышает прокаливаемость и механические свойства, что критично для тяжелой техники типа БелАЗ.
Применение закалки ТВЧ для легковых автомобилей (LADA) позволяет создать сверхтвердый поверхностный слой (HRC 56–62), устойчивый к износу, при сохранении пластичной сердцевины пальца, что предотвращает его хрупкий излом. Для БелАЗа важна общая конструкционная прочность, достигаемая улучшением.
Отечественные марки сталей 45 и 40Х являются традиционными и надежными материалами российского машиностроения, обеспечивающими долговечность узлов подвески в суровых условиях эксплуатации.
