Таким образом, в данной задаче выбор стали для изготовления топора необходимо делать в два этапа.

Таким образом, в данной задаче выбор стали для изготовления топора необходимо делать в два этапа.

 ^х) ПРИМЕЧАНИЕ: если по результатам анализа условий работы изделия и особенностей его геометрии сразу становится очевидным направление поиска стали, необходимой для его изготовления (например, среди цементуемых, улучшаемых или азотируемых сталей), то можно переходить уже непосредственно к 3 этапу выполнения задания.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ:

1) Каковы условия эксплуатации заданного изделия, какой фактор из этих условий является приоритетным для обеспечения работоспособности изделия?

2) Какой класс сталей может быть рекомендован для изготовления заданного изделия?

3) Какие возможные пути позволят реализовать в изделии свойства, требуемые по условиям эксплуатации?

ЭТАП 2. Выбор концентрации углерода, гарантирующей достижение требуемого уровня твёрдости при закалке  стали.

 

Требуемый уровень твёрдости лезвия топора (53-56 HRC) – весьма высокий для сталей, поэтому поиск начат с концентрации углерода 0,4%. С использованием «Марочника сталей и сплавов» [1] были проанализированы углеродистые конструкционные качественные стали, отличающиеся только концентрацией углерода; сопоставляли максимальную твёрдость, которую можно получить в них при закалке. Такие сведения для большинства сталей можно найти в соответствующих таблицах прокаливаемости, если ориентироваться на минимальное расстояние от торца образца (обычно это 1,5 мм). Одновременно отмечали возможный уровень прокаливаемости этих углеродистых сталей в масле, поскольку сложная геометрия топора диктует необходимость соблюдения плоскостности его рабочей зоны, а, значит, исключает применение при закалке резкого охлаждения в воде. Данные проведённого анализа представлены в таблице 1.

Таблица 1

Твердость и прокаливаемость углеродистых сталей в зависимости от содержания в них углерода

%С в стали

HRC после закалки

Прокаливаемость в масле, мм

0,4

50,5…58

8…15

0,45

50,5…59

6…12

0,55

54…63

9…16

 

Из представленных данных можно сделать следующие предварительные выводы:

1) сталь, предназначенная для изготовления топора, должна содержать не менее 0,55 % углерода, что должно гарантировать получение в рабочем лезвии необходимого уровня твёрдости после упрочняющей термической обработки;

2) углеродистая сталь для изготовления данного топора явно  не подходит, поскольку в таком случае не гарантируется сквозная прокаливаемость стали в масле в максимальном сечении в зоне обуха (задано 12 мм);

3) сталь для заданного изделия может  быть легирована весьма небольшим количеством легирующих элементов, поскольку уровень прокаливаемости углеродистой стали в масле уже близок к требуемому (в среднем около 10 мм). Учитывая возможное массовое производство топоров – это должны быть недорогие легирующие компоненты, например, кремний и хром, количество которых, по-видимому, может  быть не более 1% [2].

Таким образом, проведенный анализ показывает, что для изготовления строительного топора целесообразно использовать низколегированную сталь с содержанием углерода (0,55…0,60%). С учётом этого вывода на следующем этапе выполнения задания был проведён поиск конкретной марки стали.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ:

1) Какова роль содержания углерода в эффективности упрочняющей термической обработки сталей?

2) Почему углеродистые стали имеют пониженную прокаливаемость?

3) Какими способами можно увеличить прокаливаемость сталей, и какие  из них предпочтительнее для деталей машин?