В данном задании рекомендован СЧ 15 для изготовления картера шестерен , работающего при статических нагрузках.

Чугун является своеобразным композиционным материалов, механические и эксплуатационные свойства которого зависят от характеристик металлической основы ( прочность , пластичность , твердость ) , а также формы, размеров , количества и распределения графитовых включений. При этом решающее значение в ряде случаев имеет либо графит , либо металлическая основа. Так, модуль упругости чугуна зависит от формы и величины графитовых включений , а твердость в основном определяется свойствами металлической основы. Такие свойства , как временное сопротивление разрыву , ударная вязкость , длительная прочность зависят как от свойств металлической основы , так и от формы , размеров , количество графитовых включений. Структура серого чугуна зависит от скорости кристаллизации толщины стенки отливки, теплофизических свойств материала . Формы графитового включения имеют значения при нагружении чугуна , так как они являются “надрезами” , снижающими прочность и пластичность серого чугуна.

Это происходит , во первых , в следствии некоторого уменьшения живого сечения металлической основы из-за полостей , занятых графитом , имеющим небольшую прочность на разрыв ; во-вторых , что наиболее важно , из-за высокой коцентрации напряжений , возникающей в местах графитовых включений особенно при пластинчатой форме графита. Чем длиннее пластинки графита , тем больше коэффициент концентрации напряжений. Все это приводит к резкой локализации пластических деформаций в механической основе, исчезновению пластичности материала в этих местах , развитию трещин и в итоге - к разрушению материала при средних напряжениях и показателях пластичности , более низких ,чем прочность и пластичность металлической основы серого чугуна /6/. Кроме того из-за разного коэффициента термического расширения графита и металлической основы при охлаждении отливок в чугуне возникают структурные напряжения , которые постепенно возрастая достигают предела упругости материала в местах концентрации напряжения. Поэтому дополнительная внешняя нагрузка любой величины вызывает необратимые пластические деформации в материале и сером чугуне в литом состоянии , по существу , не имеет предел упругости /6/. Модуль упругости уменьшается с увеличением нагрузки.

Наличие пластинчатого включения в чугуне делает его практически не чувствительным к надрезам , что позволяет конкурировать ему с более прочной сталью по сопротивлению усталости и пределу выносливости . Включения графита обеспечивает высокую износостойкость чугуна в условиях трения , скольжения и так далее. /6/ .

Герметичность отливок из чугуна зависит графитовой составляющей и от усадочной прочности. Несмотря на наличия графита герметичность чугуна достаточно велика , если в отливке отсутствуют литейные дефекты. Обрабатываемость серого чугуна зависит от твердости и от структуры металлической основы /6/ .

Учитывая недостатки и достоинства серого чугуна СЧ 15 , рекомендованного для изготовления картера шестерен , можно заменить этот чугун на другой материал , который не имел бы внутренних напряжений в отливках , горящих трещин . газовой пористости , усадочной пористости ; был бы более легким во многих отраслях народного хозяйства для изготовления литейных деталей , несущих большие нагрузки. Прочность АЛ 2 ( таблица 1.3.) такая же как у СЧ 15 и СЧ 18 , но пластичность выше . Отливка из АЛ 2 легче /9/.

Силумин АЛ 4 на основе Al - Mg - Mg содержит Si до 9 % и Mg до 0,5 % . Имеет меньшее количество газовой пористости , так как она зависит прямо пропорционально от содержания кремния . Si влияет на прочность сплава , поэтому АЛ 4 имеет более высокие прочностные свойства ( = 260 Мпа , НВ = 700 Мпа , =4% ).

Он обладает сравнительно хорошими литейными свойствами , но хуже чем АЛ 2 . Прочность может быть повышена увеличением содержания Mg . Сплав АД 4 применяется для самых сложных и крупных деталей , несущих большие нагрузки. Но технология литья сплава АЛ 4 более сложная , чем технология литья АЛ 2 и АЛ 9 . Для получения отливок из сплава АЛ 4 рекомендуется применять кристаллизацию под давлением 5-6 атмосфер. Это объясняется тем , что сплав АЛ 4 имеет повышенную чувствительность к газонасыщению и образованию пористости в отливках /9/.

Наиболее типичным тройным сплавов Al - Si -Mg является сплав АЛ 9 , который обладает хорошими литейными свойствами , высокой герметичностью , несложной технологией литья детали и достаточно высокой прочностью и практичностью. Сплав Ал 9 очень восприимчив к термической обработке. АЛ 9 имеет сравнительно плохую обрабатываемость резанием и пониженную жаропрочность , поэтому он может быть рекомендован для работы при температуре до 180 С. Сплав обладает хорошей коррозионной стойкостью , не склонен к образованию горящих трещин. В отливках из этого сплава незначительное усадочные напряжения. /9/.

Для выбора материала для изготовления картера шестеренок следует учитывать механические и технологические свойства и экономическую целесообразность. Механические и технологические свойства алюминиевого сплава доказаны в разделе 1.2. Кроме механических и технологических свойств на себестоимость детали влияют затраты на потерю энергии при термической обработке . Они ниже для алюминиевого сплава , чем для серого чугуна , так как температура закалки и искусственное старение ниже чем у серого чугуна . Для АЛ 9

t зак. = 535 C , t стар . = 150 - 200 C , а температура закалки СЧ 15 =

700 -800 С . Большим достоинством алюминиевого сплава является снижение веса детали , а следовательно и узла . Это приводит к уменьшению веса двигателя и увеличению срока службы узла.

Из трех алюминиевых сплавов рекомендуемых в данной работе целесообразно использовать АЛ 9 , так как этот сплав обладает высокими литейными свойствами , герметично высокой прочностью и пластичностью , коррозионной стойкостью. Отливки из этого сплава получают без газовой и усадочной пористости. Из этого сплава можно получить сложную по форме отливку и он может выдержать средние нагрузки при работе в узле.

1.3. Обоснование технологии термической обработки первичной заготовки и детали.

В отечественном машиностроении картер шестерен в основном изготовляется из СЧ 15 методом отливки в разовую песчаную форму . Важной задачей при изготовлении деталей , является получение качественной отливки без трещин и газовой пористости. Отливки из серого чугуна подвергают отжигу при температуре 500 - 600 С . Пир такой обработке механические свойства изменяются мало , но внутренне напряжение снижается до 80 - 90 % . Иногда для снятия напряжения в отливках приме -

няют естественное старение /1/ .

В данной работе для изготовления картера шестерен рекомендован литейный алюминиевый сплав АЛ 9 . Формирование отливки - это формирование структуры , а следовательно , и свойств литого сплава. Чтобы не допустить образование дефектов в отливках необходимо комплексно учитывать чистоту исходных шихтовых материалов , условия их хранения , типы печей с целью минимального контактирования металлов с газами . Защитное лигирование при получении отливки, введения в сплав Ве , который предохраняет расплав от окисления и упрочняет окисную пленку. Кроме того Ве повышает чистоту и плотность отливки / 9/.