Основные группы свойств и требований к материалам

Перечень основных физико-механических, специальных (служебных), технологических свойств и экономических критериев, обеспечивающих эксплуатационные требования к деталям и узлам машин, представляется следующим образом (рис.). 

Рис. 2. Основные критерии, обеспечивающие эксплуатационные требования к деталям и узлам машин

Как видно, выбранный материал должен сочетать разнообразные требования, которые нередко противоречивы. Так, например, более прочные материалы менее пластичны и технологичны (труднее обрабатываются, хуже свариваются и т.д.). Более чистые по примесям и, следовательно, качественные материалы (например, с более высокими значениями δ, ψ, К1с), как правило, более дорогие и т.д. В массовом производстве предпочитают упрощение технологии и снижение трудоёмкости при некоторой потере свойств. Наоборот, в специальных отраслях машиностроения выбор материала и его термической или химико-термической обработки рассматривают из условий достижения максимальных эксплуатационных свойств. При выборе упрочняющей обработки, особенно в условиях массового производства, предпочтение следует отдавать наиболее экономичным и производительным технологическим процессам: поверхностной закалке, газовой цементации, нитроцементации и т. д. Вместе с тем существуют и общие положения (принципы) и методические подходы, которыми целесообразно руководствоваться при выборе любых материалов и технологий упрочняющей обработки.

Эксплуатационные требования заключаются в обеспечении надёжной работы детали по конструктивной прочности, выносливости (сопротивлению усталостному разрушению), контактной усталостной прочности, износостойкости и т.д.

Соответствие изделий заданной конструктивной прочности вначале определяют расчётом. Наиболее полные данные о надежности получают проведением натурных испытаний (производственных и стендовых).

Технологические требования состоят в обеспечении минимальной трудоёмкости изготовления детали. Сталь должна обладать достаточно хорошей обрабатываемостью резанием и давлением; для заготовок, получаемых литьём, – удовлетворительными литейными свойствами; применительно к сварным конструкциям – достаточной свариваемостью; к термической обработке – требуемой прокаливаемостью при охлаждении в мягких охлаждающих средах.

Экономические требования включают в себя минимизацию стоимости стали и расходов на изготовление деталей при обеспечении их оптимальной эксплуатационной стойкости. Дорогие легированные стали целесообразно использовать, когда более дешёвые стали не обеспечивают требования, предъявляемые к изделию, а также в случае существенного и конструктивно оправданного повышения долговечности деталей и уменьшения расхода запасных частей.