Разработка модели технологического процесса получения ребристых труб и ее апробация

Методом макроанализа определяют:

• вид излома - вязкий, хрупкий, нафталинистый, камневидный (в стали) и т.д.;

• плотность металла - наличие усадочной пористости, рыхлости, газовых раковин, свищей, межкристаллитных трещин;

• дендритное строение, зону транскристаллизации в отливках;

• химическую неоднородность (ликвацию) металла;

• волокнистую структуру деформированного металла;

• структурную и химическую неоднородность металла после термической или химико-термической обработки, наличие отбела в чугунных отливках;

• величину зерна.

МАКРОАНАЛИЗ ИЗЛОМА МЕТАЛЛА

Излом, в зависимости от характера разрушения (хрупкого или вязкого) металла, может быть разным по форме, виду и способности и отражению света. Анализ излома позволяет установить многие особенности строения металлов, а в ряде случаев и причины хрупкого или вязкого разрушения.

По внешнему виду излома различают:

• кристаллический (светлый) излом, поверхность разрушения которого характеризуется наличием блестящих плоских участков. Такой излом свойственен хрупкому разрушению;

• волокнистый (матовый) излом, поверхность разрушения которого содержит весьма мелкие уступы - волокна, образующиеся при пластической деформации зерен в процессе разрушения. Этот излом свидетельствует о вязком разрушении. Излом может иметь и смешанный характер.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

МИКРОСТРУКТУРА ЧУГУНА

Сплав железа с углеродом при содержании последнего больше 2.14 % называется чугуном. Наличие эвтектики в структуре чугуна обуславливает его малую способность к пластической деформации. Поэтому чугун используют исключительно в качестве литейного сплава. Чугун, используемый для изготовления отливок, содержит также Si и в качестве неизбежных примесей Mn, Р и S. Чугун дешевле стали [32].

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают:

• белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. В виду высокой твердости и хрупкости, практического значения для получения отливок не имеет;

• серый чугун (СЧ), в котором углерод в значительной или полностью находится в свободном состоянии в форме пластинчатого графита. Разновидностью СЧ является чугун с вермикулярной формой графита.

Химический состав, и, в частности, содержание углерода не в полной мере характеризуют свойства чугуна: его структура и основные свойства зависят также от процесса выплавки, скорости охлаждения отливки и режима термической обработки. Свойства чугуна определяются его структурой. Эта зависимость у чугуна значительно сложнее, чем у стали, так как его структура состоит из металлической основы и включений графита, вкрапленных в эту основу. Для характеристики структуры СЧ необходимо определять размеры, форму, распределение графита, а также структуру металлической основы.

ГОСТ 3443-77 классифицирует структуру чугуна как по форме графита, так и по матрице [32]. При оценке графита определяют форму, распределение, количество и размеры включений; при оценке матрицы - тип структуры, количество перлита и феррита, дисперсность перлита; строение, распределение, размер ячеек сетки и отдельных включений фосфидной эвтектики, количество и размер включений цементита или ледебурита.

Графитные включения лучше изучать на нетравленых шлифах (при увеличении 100...200), а структуру металлической основы - на травленых (при увеличении 350...500).

Серый чугун маркируется буквами СЧ и цифрами, указывающими предел прочности при растяжении (ГОСТ 1412-79). Излом СЧ имеет серый цвет из-за присутствия в его структуре графита. Включения графита в СЧ имеют форму лепестков, которые в плоскости шлифа имеют вид прямолинейных или завихренных пластинок.

Чем меньше графитовых включений, тем они мельче и больше степень их изолированности друг от друга и тем выше прочность чугуна. СЧ с большим количеством прямолинейных крупных графитовых включений, разделяющих его металлическую основу, имеет грубозернистый излом и низкие механические свойства. Величина, форма и характер распределения графитовых включений зависят от скорости охлаждения отливки и определяются по типовой шкале (ГОСТ 3443-77).

Количество графита в чугуне можно определить методом количественной металлографии. Для этого, используя линейный метод, определяют объемную долю, занятую графитом и металлической матрицей. Затем с учетом плотности графита и матрицы определяют количество графита:

СЧ разделяют по строению металлической основы.

Ферритный чугун. В этом случае металлической основой является феррит (Ф), и весь углерод, имеющийся в сплаве, находится в виде графита. Чугун имеет низкую прочность (100...150 МПа) и используется для малоответственных деталей, испытывающих небольшие нагрузки в работе, с толщиной стенки отливки 10...30 мм.

Ферритно-перлитный чугун. Структура этого чугуна состоит из Ф+П и включений графита. Феррит располагается вокруг графитных включений. Количество связанного углерода в нем меньше, чем в перлитном чугуне. Следовательно, твердость и прочность также ниже.

Перлитный чугун. Структура его состоит из перлита с включениями графита. Так как перлит содержит 0.8 % С, то такое количество углерода в перлитном чугуне находится в связанном состоянии, а остальное количество - в свободном состоянии (т.е. в виде графита). Перлитную структуру имеют чугуны марок СЧ25-СЧ45. Они применяются для изготовления отливок, испытывающих динамические нагрузки, например, станины станков, шестерни, блоки цилиндров, поршневые кольца и др.

МИКРОАНАЛИЗ МЕТАЛЛОВ

Микроскопический анализ заключается в исследовании структуры металлов при больших увеличениях с помощью микроскопа.

Наиболее простым и распространенным методом микроанализа является оптическая (световая) микроскопия. Этим методом изучают размеры, форму, взаимное расположение кристаллов (зерен), достаточно крупные включения в них, некоторые дефекты кристаллического строения (двойники, дислокации).

Исследование микроструктуры получаемых серых чугунов производим на металлографическом микроскопе МИМ-7.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ МИКРОШЛИФОВ

Изучение микроструктуры металлов производится в отраженном свете, поэтому поверхность образца должна быть специально подготовлена. Такой образец называется микрошлифом. Для изготовления шлифа вырезают образец из исследуемого металла и получают на нем плоскую и блестящую поверхность.

Очень важно (особенно для литых материалов) правильно выбрать место, из которого надо вырезать образец. Если отливка имеет различную толщину стенки, то вырезать образцы нужно из тонко- и толстостенной ее частей. Метод вырезания значения не имеет. Важно только, чтобы в процессе вырезания не изменять структуру металла.

Вырезанные образцы собирают в струбцине по несколько штук в зависимости от их размера, при этом между образцами помещают прокладки из латуни, что предотвращает перенос одного материала на другой. Иногда образцы заливают в обечайке пластмассой или легкоплавким сплавом. Это обеспечивает получение плоской поверхности шлифа при его обработке.

Шлифование поверхности образца проводят на бумажной шкурке, последовательно переходя от одной шкурки к другой с непрерывно уменьшающимися размерами абразивных частиц. Переход к обработке на следующей шкурке производят только после исчезновения рисок от предыдущей шкурки.

Полированием получают окончательную зеркальную поверхность шлифа. Чаще всего используют механическое полирование, когда на сукно наносят мелкие частицы абразивных материалов - оксиды алюминия, железа или хрома в виде водной суспензии. После полирования микрошлиф промывают водой, затем спиртом и просушивают фильтровальной бумагой.

ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ

Вначале обычно изучают структуру нетравленного микрошлифа, т.е. непосредственно после полирования. Под микроскопом такой шлиф имеет вид светлого круга, на котором часто можно заметить темные участки (серые или черные). Это неметаллические включения - оксиды, сульфиды, нитриды, силикаты, графит. Вследствие хрупкости неметаллические включения могут выкрашиваться при шлифовании, и тогда на поверхности шлифа остаются углубления, которые могут быть заполнены абразивными частицами. В любом случае эти углубления имеют темный цвет.

В серых чугунах на нетравленых шлифах наблюдают включения (серые или темные) графита. Оценку количества графитовых включений и характера их распределения производят также по типовой шкале, установленной ГОСТ 3443-77.

При изучении нетравленного микрошлифа литого материала часто обнаруживается микропористость.

После просмотра нетравленого шлифа для более полного изучения структуры сплава шлиф травят. Травление осуществляют несколькими способами, но чаще всего методом избирательного растворения фаз. Этот метод основан на различии физико-химических свойств отдельных фаз и пограничных участков зерен. В результате различной интенсивности растворения создается рельеф поверхности шлифа.

Если освещать шлиф падающим светом, то из-за присутствия косых лучей образуются теневые картины, по которым можно судить о структуре сплава. Этот метод позволяет установить структуру многофазных сплавов, а также границы зерен в однофазных сплавах.

Для травления микрошлиф полированной стороной погружают в раствор на некоторое время (до появления матовой поверхности), затем промывают водой и спиртом и высушивают. Составы растворов для травления микрошлифов весьма разнообразны и зависят от материала и цели исследования. Чаще всего для исследования микроструктуры железоуглеродистых сплавов используют 2...4 %-ный раствор азотной кислоты в этиловом спирте.

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ МЕТАЛЛОГРАФИЯ

Методы количественной металлографии необходимы для определения характеристики многих важных особенностей структуры: величины неметаллических включений или отдельных фаз, присутствующих в сплаве, количества включений разных фаз сплава, величины зерна. Величина зерна выявляется чаще всего после травления микрошлифов. Для определения размера зерна сравнивают микроструктуру при увеличении в 100 раз со стандартными шкалами [32].

Основной недостаток методики стандартных шкал - оценка условными баллами и обусловленный этим ступенчатый, скачкообразный характер шкал. Для получения более точных и надежных результатов те же параметры могут быть оценены не визуально, а непосредственно измерены или подсчитаны под микроскопом или на микрофотографии.

С этой целью используют методы стереометрической металлографии. В частности, для определения фазового и структурного объемного состава сплава используется линейный метод Розиваля. Этот метод основывается на принципе Кавельери-Ноера, согласно которому измерение объемов тел можно заменить не только измерением площадей, но и длин отрезков. Сущность линейного метода заключается в том, что видимая в микроскоп структура, состоящая из любого количества фаз или структурных составляющих, пересекается прямой линией. Контуры сечений отдельных фаз или структурных составляющих рассекут эти линии на отдельные отрезки.

Если раздельно просуммировать длины отрезков, попавших на каждую из фаз или структурных составляющих сплава, и разделить суммы на общую длину секущих линий, то полученные частные, согласно принципу Кавальери-Акера, будут равны долям объема сплава, которые занимает каждая из этих фаз или структурных составляющих.

ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ОБРАЗЦА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ

Для испытания образцов на герметичность необходимо стремиться к сокращению времени, затрачиваемого на проведение опытов. Для этого испытания целесообразно проводить при условиях, которые позволяют обеспечить быстрое просачивание (10-15 минут) жидкости через образец.

Рис.8-1. Стандартная проба

Очевидно, чем меньше будет толщина стенки образца, тем быстрее через него будет проникать жидкость. Следовательно, образец должен иметь минимальную толщину. Но, с другой стороны, чем больше будет толщина стенки образца, тем вернее будут показания герметичности. Таким образом, необходимо провести ряд опытов с целью определения оптимальной толщины стенки образца и установить зависимость ее от давления, при котором должно происходить просачивание жидкости в сравнительно небольшой промежуток времени. Для этой цели отлиты три стандартные пробы с размерами: диаметр - 30 мм, длина - 340 мм (Рис.8-1) из чугунного лома следующего химического состава:

С - 3.47 %;

Si - 1.18 %;

Mn - 0.54 %;

S - 0.083 %;

Р - 0.185 %.

Механические свойства: НВ = 220,

s_изг = 33.5 кг/мм²,

f_пр = 3.8 мм.

Из каждой пробы были выточены образцы с толщиной рабочей части соответственно 0.5 ; 1.0; 1.5; 2.0; 2.5; 3.0 мм. Эти образцы подвергались испытанию на герметичность по описанной методике.

С целью исключения случайных ошибок испытания образцов на герметичность проводились дважды. При всех испытаниях проводился замер и фиксировалось время, при которых происходило просачивание керосина (h = 1,18 °Е) по всей контрольной поверхности образца. Опытами было установлено, что самое минимальное количество просочившейся жидкости, которая наблюдается на поверхности образца, составляет W » 0.002 мл. Это количество жидкости в дальнейшем использовалось для расчета герметичности чугуна.

Результаты испытаний герметичности чугунных образцов сведены в Таблица 8-1. Время просачивания керосина на контрольной поверхности образца определялось с момента воздействия на него критического давления.

Таблица 8-1

Рис.8-2

На Рис.8-2 представлена кривая герметичности чугунных образцов в зависимости от их толщины, построенная по данным Таблица 8-1.

В Таблица 8-2 приведены результаты повторных испытаний чугунных образцов на герметичность в зависимости от их толщины.

Таблица 8-2

Рис.8-3

На Рис.8-3 представлена кривая герметичности чугуна в зависимости от толщины стенки образца, построенная по данным Таблица 8-2.

Анализ экспериментальных данных, приведенных в таблицах Таблица 8-1 и Таблица 8-2, показывает, что герметичность чугунных образцов очень быстро возрастает с увеличением их величины.

Кривые на рисунках Рис.8-2 и Рис.8-3 построены по данным таблиц Таблица 8-1 и Таблица 8-2, имеют вид квадратичной параболы. Это дает основание полагать, что герметичность чугуна G является функцией от толщины стенки испытуемых образцов в квадрате, т.е.

G = f(d²).

(8-1)

Достоверность этого предположения также подтверждается удельной герметичностью, которая была определена для исследуемых чугунов.

Расчетные данные удельной герметичности являются величиной почти одного порядка. Это обстоятельство показывает, что удельная герметичность для одной и той же марки чугуна должна, повидимому, являться величиной постоянной, независящей от толщины стенки отливки.

В результате эксперимента установлено что, оптимальные размеры рабочей части образца при испытании его на герметичность следует считать: толщина стенки d = 2 мм; диаметр рабочей части d = 1.4 см; площадь рабочей части w = 1.5 см².

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СТРУКТУРЫ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ЧУГУНА

Экспериментальные исследования с целью изучения химического состава и структуры чугуна на его герметические свойства состояли из опытных плавок, проведенных на лабораторной индукционной печи с емкостью тигля 50 кг. Опытные плавки отличались собой по химическому составу чугуна. Из каждой опытной плавки отливались образцы и технологические пробы для определения структуры, механических и герметических свойств чугуна. Состав шихты для опытных плавок приведен в Таблица 8-3:

Таблица 8-3

Получение сурьмянистого чугуна осуществляется путем введения небольшого количества металлической сурьмы на дно ковша с жидким металлом. Сурьма применяется как присадка при производстве антифрикционных чугунов [25] и способствует образованию в чугунах более плотной перлитной структуры, что должно способствовать повышению герметичности отливок.

Введение сурьмы в жидкий чугун протекает совершенно спокойно, без выброса металла, выделения газов, а так же не сопровождается световым и пиротехническим эффектом.

Температура плавления сурьмы 630 °С, температура кипения 1635 °С [6]. Т.к. температура кипения превышает температуру выпуска чугуна из индукционной печи, то испарение ее при введении в жидкий чугун не имеет места. Сурьма очень хрупкий металл и легко истирается в порошок. При обычной температуре сурьма на воздухе не окисляется, а при нагревании ее выше точки кипения сгорает с выделением белого дыма, состоящего из окислов сурьмы. Сурьма является очень хорошим антикоррозионным материалом.

Сурьма образует сплавы с большинством металлов, в том числе и с железом, образуя хрупкие соединения легко истирающиеся в порошок. Диаграмма состояния системы Fe - Sb приведена на Рис.8-4 [25].

Из приведенной диаграммы состояния системы видно, что сурьма и железо в жидком состоянии полностью растворяются друг в друге образуя 2 химических соединения FeSb₂ и Fe₃Sb₂. Температура плавления первого химического соединения равна 732 °С, а второго 1014. Железо в твердой сурьме не растворяется, а сурьма в твердом железе имеет ограниченную растворимость, до 5 % по весу. Сурьма сильно увеличивает интервал затвердевания твердого раствора. Один процент сурьмы понижает температуру начала затвердевания железа на 10.5 °С, а конец затвердевания на 105 °С [25].

Рис.8-4. Структурная диаграмма состояния системы Fe-Sb

Известно, что при введении сурьмы в чугун температура выделения первичного аустенита и затвердевания эвтектики понижается.

Присадка сурьмы способствует стабилизации перлита и повышению твердости, сдвигает критическую точку S на диаграмме Fe - Sb влево [25].

Таблица 8-4

Простота получения сурьмянистого чугуна дает возможность производить его в любом литейном цехе без установки какого-либо дополнительного оборудования и без усложнения технологии литых деталей.

Для исследования структуры и свойств сурьмянистого чугуна, установления его оптимального химического состава, в литейной лаборатории были проведены опытные плавки, во время которых отливались образцы для механических испытаний, технологические пробы и опытные детали для производственных испытаний.

Химический состав исследуемых чугунов опытных плавок приведен в Таблица 8-4.

МАКРОСТРУКТУРА СУРЬМЯНИСТОГО ЧУГУНА

Присадка сурьмы существенно изменяет характер излома чугуна. На фотографии (Error: Reference source not found) представлен внешний вид изломов исходного чугуна. Данные образцы получены в результате опытных плавок.

Рис.8-5. Внешний вид изломов серого и сурьмянистого чугунов

Рис.8-6. Излом исходного серого чугуна

Рис.8-7. Излом чугуна с содержанием сурьмы 0.05 %

Рис.8-8. Излом чугуна с содержанием сурьмы 0.1 %

Рис.8-9. Излом чугуна с содержанием сурьмы 0.2 %

Рис.8-10. Излом чугуна с содержанием сурьмы 0.4 %

Рис.8-11. Излом чугуна с содержанием сурьмы 0.6 %

Рис.8-12. Излом чугуна с содержанием сурьмы 0.8 %

Рис.8-13. Излом чугуна с содержанием сурьмы 1.0 %

Плавка велась в индукционной печи с машинным генератором.

Состав исходной шихты:

Практически 100 % машинного чугунного лома (тормозные колодки ж.д. вагонов). Модифицирование производилось в ковше емкостью 50 кг измельченным 75 % ферросилицием, который вводился на дно ковша, совместно с металлической сурьмой. Массы модификаторов соответственно: 75 % FeSi - 250 г, Sb - 0ё1 % (от массы металла).

Температура выпуска 1410ё1420 °С. Заливались стандартные образцы диаметром 30 мм из ковша емкостью 50 кг.

Были отлиты образцы следующего химического состава (по 3 на каждый состав) приведенного в таблице 8.4.

Описание макроструктуры исследуемых образцов (Error: Reference source not found).

Образец 1 (рис.8-6).

Исходный чугун.

Излом темно-серый, рыхлый, рваный. В центре наблюдается увеличенная рыхлота к периферии образца макроструктура измельчается литейной корочки практически не видно, видимые раковины отсутствуют.

Образец 2 (рис.8-7).

При присадке сурьмы 0.05 % излом светлее чем у образца 1, зерно крупное но мельче чем у исходного металла, раковины отсутствуют, на периметре излом мелкозернистый прослеживается литейная корочка толщиной 0.5мм.

Образец 3 (рис.8-8).

На образце с присадкой Sb 0.1 % явных видимых изменений в макроструктуре нет. Излом более светлый и мелкозернистый по всему сечению, раковины отсутствуют. Поверхность излома менее рваная.

Образец 4 (рис.8-9).

При присадке Sb 0.2 % цвет излома более светлый и мелкозернистый. Макроструктура излома равномерная, рыхлоты отсутствуют.

Образец 5 (рис.8-10).

Содержание сурьмы 0.4 %.

Излом более светлый по сравнению с предыдущими образцами и более мелкозернистый, просматриваются более светлые блестящие включения в центре, на периферии имеется песочная раковина.

Образец 6 (рис.8-11).

Содержание сурьмы 0.6 %.

Излом по прежнему светло-серый и мелкозернистый по сравнению с предыдущими образцами. Рваностей на поверхности нет.

Образец 7 (рис.8-12).

Содержание сурьмы 0.8 %.

Излом более мелкозернистый и светлее - мышиный цвет. На периферии имеется засор.

Образец 8 (рис.8-13).

Содержание сурьмы 1.0 %.

Излом светло-серый очень мелкозернистый, зерно равномерно распределено по всему полю излома, на периферии находится тонкая отбеленная корка 0.1ё0.2 мм.

МИКРОСТРУКТУРА СУРЬМЯНИСТОГО ЧУГУНА

Одновременно с резким изменением макроструктуры чугуна, присадка сурьмы оказывает значительное влияние и на его микроструктуру. введение незначительного количества сурьмы в чугун способствует измельчению перлита и образованию гнездообразного и точечного графита (рис. 8-14 ё 8-21).

С увеличением сурьмы в чугуне уменьшается количество и размеры пластинчатого графита, а так же количество феррита.

В чугунах с содержанием сурьмы 0.2 - 0.4 % уже полностью отсутствует свободный феррит и наряду с образовавшимся гнездообразным и точечным графитом присутствует и мелкий пластинчатый графит.

При содержании сурьмы в чугуне 0.6 - 1.0 % доля пластинчатого графита еще более уменьшается, а гнездобразного увеличивается.

Цементитные включения в сурьмянистых чугунах обнаруживаются обычно при содержании сурьмы более 1.0 %. Появление отдельных зерен цементита в структуре чугуна повышает его твердость.

ВЛИЯНИЕ СУРЬМЫ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ЧУГУНА

Описанные изменения структуры чугуна приводят к повышению его герметичности. Это происходит из-за появления перлитной структуры измельчения пластинчатого графита и образования точечного и гнездообразного графита, что исключает расклинивающее действие жидкости (из-за уменьшения количества концентраторов напряжения между кристаллами металлической матрицы).

до травления (х120)

после травления (х270)

Рис.8-14. Исходный серый чугун

до травления (х120)

после травления (х270)

Рис.8-15. Чугун с содержанием сурьмы 0.05 %

до травления (х120)

после травления (х270)

Рис.8-16. Чугун с содержанием сурьмы 0.1 %

до травления (х120)

после травления (х270)

Рис.8-17. Чугун с содержанием сурьмы 0.2 %

до травления (х120)

после травления (х270)

Рис.8-18. Чугун с содержанием сурьмы 0.4 %

до травления (х120)

после травления (х270)

Рис.8-19. Чугун с содержанием сурьмы 0.6 %

до травления (х120)

после травления (х270)

Рис.8-20. Чугун с содержанием сурьмы 0.8 %

до травления (х120)

после травления (х270)

Рис.8-21. Чугун с содержанием сурьмы 1.0 %

Опытами установлено, что при присадке сурьмы 0.1 % и более на образце толщиной d = 2 мм при давлении 150 атм просачивание жидкости не наблюдается. На образцах без сурьмы просачивание жидкости при таком давлении имеет место.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СУРЬМЯНИСТОГО ЧУГУНА

Испытания механических свойств сурьмянистого чугуна производилось по стандартным методикам (ГОСТ 24812-81). В таблице 8.5 приведены механические свойства чугуна с присадкой сурьмы от 0.0 до 1.0 %. Образцы для испытаний имеют химический состав представленный в таблице 8.4.

Таблица 8.5

По данным таблицы 8.5 были построены кривые изменения механических свойств серого чугуна в зависимости от содержания сурьмы (рис.8-22 - 8-26).

Из приведенных кривых видно, что с повышением присадки сурьмы прочность при изгибе, прочность при растяжении и стрела прогиба понижаются, а прочность при сжатии практически не изменяется.

Твердость равномерно повышается и достигает 316 HB для чугунов с содержанием сурьмы 1.0 %.

Присадка сурьмы резко измельчает структуру чугуна и переводит свободный графит из пластинчатого состояния в гнездообразную и точечную форму. Отсюда, казалось бы, что механические свойства сурьмянистого чугуна в соответствии с существующими теоретическими положениями должны были бы повышаться.

Рис.8-22

Рис.8-23

Рис.8-24

Рис.8-25

Рис.8-26

Однако, сурьмянистых чугунах это не наблюдается. Несмотря на мелкозернистое строение и равномерное распределение свободного графита в виде гнезд или точек, механические показатели имеют ярко выраженную тенденцию с увеличением присадки сурьмы к снижению. Исключением являются прочность на сжатие и твердость. Понижение механических свойств сурьмянистых чугунов объясняется, повидимому тем, что феррит в этих чугунах получается твердым и хрупким в сравнении с ферритом в обычных серых чугунах.

ОХРАНА ТРУДА

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ОПАСНЫХ И ВРЕДНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ФАКТОРОВ ПРИ РАБОТЕ В ЛИТЕЙНОЙ ЛАБОРАТОРИИ

ОТКЛОНЕНИЯ ОТ НОРМАТИВНОГО МИКРОКЛИМАТА

Основными вредными факторами, связанными с загрязнением воздушной среды в литейной лаборатории являются пыль и аэрозоли конденсации металлов, выделения вредных паров и газов, тепловыделения от технологического оборудования.

ОСВЕЩЕННОСТЬ

В литейной лаборатории недостаточное освещение, а как следствие повышены утомляемость и производственный травматизм.

ПОВЫШЕННЫЙ УРОВЕНЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

В литейной лаборатории единственными источниками ЭМП являются индукционная печь (2560 Гц) и машинный генератор к этой печи.

ПОВЫШЕННЫЙ УРОВЕНЬ ШУМА И ВИБРАЦИИ

Источниками шума и вибрации в литейной лаборатории является все лабораторное оборудо­вание, так например: машинный генератор; смешивающие бегуны; обдирочный станок; сверлильный станок; шаровая мельница.

ОПАСНОСТЬ ТРАВМИРОВАНИЯ

Источником такой опасности является, все вышеперечисленное лабораторное оборудование.

ОПАСНОСТЬ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОТОКОМ

Источником такой опасности является, все технологическое оборудование. Но основным источ­ником опасности является индукционная печь.

ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ

Источники пожарной опасности:

• индукционная печь и жидкий металл;

• сушильные шкафы;

• электросварка.

МЕРОПРИЯТИЯ, НАПРАВЛЕННЫЕ НА УСТРАНЕНИЕ И СНИЖЕНИЕ ВЫЯВЛЕННЫХ ОПАСНЫХ И ВРЕДНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ФАКТОРОВ

ОТКЛОНЕНИЯ ОТ НОРМАТИВНОГО МИКРОКЛИМАТА, ЗАПЫЛЕННОСТЬ И ЗАГАЗОВАННОСТЬ

Значительное количество пыли выделяется при изготовлении различных формовочных смесей, выбивке отливок и очистке литья. Особая опасность в ней обуславливается высоким содержанием оксида кремния (94%-99%). При плавке возможно загрязнение воздушной среды аэрозолями конденсации металлов, которые оказывают неблагоприятное действие при поступлении в организм работающего.

ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования.

Нормируемые параметры:

11. оптимальные:

    • Температура 20 - 22 °С;

    • Относительная влажность воздуха не более 40 - 60%;

    • Скорость движения воздуха 0.3 м/с.

12. допускаемые:

    • Температура 15 - 21 °С;

    • Относительная влажность воздуха не более 75%;

    • Скорость движения воздуха (не более) 0.4 м/с.

По вредным выбросам:

13. Цинка окись (не более) 5 мг/м³;

14. Кремния окись (не более) 1 мг/м³;

15. Сурьмы окись (не более) 5 мг/м³.

Поэтому рекомендуется во время формовки и выбивки пользоваться респиратором, а также использовать общеобменную и местную вентиляции.

ОСВЕЩЕННОСТЬ

При искусственном освещении нормируемое значение освещенности по СНиП II-4-79 составляет 200 лк.

Для улучшения освещения помещений литейной лаборатории надо установить лампы дневного света на место и для оборудования, требующего этого, поставить местное освещение.

ПОВЫШЕННЫЙ УРОВЕНЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

Для электромагнитных полей радиочастот напряженность ЭМП по электрической составляющей не должна превышать 50 В/м, по магнитной составляющей 5 А/м (ГОСТ 12.1.006-76).

Во время ведения плавки рекомендуется пользоваться защитными экранами, оператор плавки не должен находится длительное время рядом с работающим индуктором.

ПОВЫШЕННЫЙ УРОВЕНЬ ШУМА И ВИБРАЦИИ

По ГОСТ 12.1.003-83 ССБТ норма дБ по октавам составляет:

Таблица 9-1

Допустимые значения вибрации при интегральной оценке по частоте нормируемого параметра для длительности воздействия 480 мин :

по виброускорению - Z,X,Y = 4 м/c²;

по виброскорости - 4 м/сЧ10^-2;

для частот 16 - 1000 Гц - дБ 118 (ГОСТ 12.1.012-91)

Во время работы на лабораторном оборудовании надо использовать для: электро-индукционной печи ботинки на толстой подошве; смешивающих бегунов, сверлильного станка и шаровой мельницы звукоизолирующие наушники.

ОПАСНОСТЬ ТРАВМИРОВАНИЯ

Опасность травмирования на рабочем месте определяют по ГОСТ 12.0.004-79.

Опасность травмирования в текущее время в основном обусловлена большим износом оборудования. Поэтому для уменьшения опасности травмирования надо при работе соблюдать меры техники безопасности. При работе на технологическом оборудовании установить ограждающие экраны на силовом оборудовании а также провести реконструкцию и ремонт существующего оборудования.

ОПАСНОСТЬ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОТОКОМ

По ГОСТ 12.1.038-82 Напряжение прикосновения и уровни токов составляют:

для тока частотой 50 Гц (не более) - U=2В, I=0.3 мA.

Из за большого износа индукционной печи возникает отпотевание витков индуктора и, как следствие, опасность межвиткового замыкания. С этой опасностью борется оператор плавки. Поэтому возможно поражение электротоком. Для устранения этой опасности предусматривается:

• установка защитных заземлений;

• при эксплуатации индукционной печи работать в асбестовых перчатках на войлочной основе;

• догрузку шихты в печь производить только при отключенном электропитании.

ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ

Пожарная опасность нормируется по ГОСТ 12.1.033-81.

Для обеспечения пожарной безопасности надо поддерживать порядок в лаборатории, не допускать нагромождения пожароопасных веществ. Иметь действующие огнетушители (желательно порошковые или на CO₂).

РАСЧЕТ МЕСТНОЙ ВЫТЯЖНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ОТ ЭЛЕКТРО-ИНДУКЦИОННОЙ ПЕЧИ

Расчет местной вентиляции на плавильном участке ведем базируясь на [7].

ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ МЕСТНОГО ОТСОСА

Т.к. индукционная печь является интенсивным источником тепла, то над ней присутствует устойчивое струйное течение, а значит, основываясь на [7], мы выбираем зонт с неравномерным всасыванием по площади.

Радиус источника вредных веществ r = 0.15 м.

Для отсоса улавливающего приточную струю в пределах разгонного участка высота зонта выбирается из соотношения (h і 4r), также необходимо удалять вредные выбросы в виде окисла сурьмы.

h = 4Ч0.15 = 1.1 м.

Основные параметры зонта:

R_зонта = r+0.24Чh = 0.414 м,

R₁ = 0.8ЧR = 0.8Ч0.414 = 0.3312 м,

R₂ = 0.6ЧR_зонта = 0.6Ч0.414 = 0.248 м,

R₄ = 0.7ЧR₃ = 0.7Ч0.15 = 0.105 м.

Рис.9-1. Схема Зонта:

16. корпус зонта;

17. всасывающий конус.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

r = 0.15 (м),

Q = 50000Ч0.55 = 27500 (Вт); по [12] тепловыделение в воздух рабочей зоны для печи мощностью 50 кВт составляет 55%,

Рис.9-2. Схема местной вентиляции

w_b = 0.05 (м/с),

h = 1.1 (м),

R = 0.414 (м),

G_sb = 31.25 (мг/с) (время плавки / суммарный угар Sb).

h₂ = 10 см; h₄ = 20 см; h₆ = 7 м; h₈ = 50 см;

h₁₀ = 20 см; 1 - местный отсос; 2 - шиберная задвижка;

7 - скруббер Вентури; 9 - вентилятор; 11 - факельный выброс.

ВЫЧИСЛЯЕМ ОСЕВУЮ СКОРОСТЬ U_M И РАСХОД ВОЗДУХА В СТРУЕ НА УРОВНЕ ВСАСЫВАНИЯ L_СТР:

(9-1)

(9-2)

ОПРЕДЕЛЯЕМ ЗНАЧЕНИЕ ПОПРАВОЧНОГО КОЭФФИЦИЕНТА, УЧИТЫВАЮЩЕГО ПОДВИЖНОСТЬ ВОЗДУХА В ПОМЕЩЕНИИ:

(9-3)

где F - площадь всасывающего отверстия, м²;

F_стр - площадь сечения затопленной струи, м², на разгонном участке F_стр = F_{источника};

w_b - скорость движения воздуха в помещении, м/с.

(9-4)

ПО ГРАФИКУ 1.4 [7] ОПРЕДЕЛЯЕМ ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ ПРЕДЕЛЬНЫЙ РАСХОД ОТСОСА:

ВЫЧИСЛЯЕМ ПРЕДЕЛЬНЫЙ РАСХОД ОТСОСА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЙ ПОЛНОЕ УЛАВЛИВАНИЕ СТРУИ ПРИ МИНИМАЛЬНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОТСОСА:

(9-5)

НАХОДИМ МАКСИМАЛЬНУЮ И ОТНОСИТЕЛЬНУЮ ИЗБЫТОЧНУЮ КОНЦЕНТРАЦИИ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В УДАЛЯЕМОМ ВОЗДУХЕ, СООТВЕТСТВУЮЩИЕ РЕЖИМУ ПРЕДЕЛЬНОГО УЛАВЛИВАНИЯ:

(9-6)

где G ^- производительность источника по газовым выбросам, мг/с;

C^пр - концентрация вредных примесей в приточном воздухе общеобменной вентиляции, мг/м3;

С_пред = 0, т.к. других источников выделения вредных веществ нет.

(9-7)

1. ПДК рабочей зоны по содержанию сурьмы не должно превышать 5 мг/м³.

2. 

ВЫЧИСЛЯЕМ ЗНАЧЕНИЕ БЕЗРАЗМЕРНОГО КОМПЛЕКСА М:

(9-8)

где Gр - приходящееся на 1 отсос количество газовой примеси, выделяющейся в единицу времени от рассредоточенных источников не снабженных местными отсосами, мг/с;

G - производительность источника по газовым выбросам, мг/с;

НАХОДИМ КОЭФФИЦИЕНТ ЭФФЕКТИВНОСТИ УЛАВЛИВАНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ h = G_У/G И КОЭФФИЦИЕНТ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТСАСЫВАНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ K_h = L_ОТ/L_ПР.ОТ.:

(9-9)

Методом подбора решаем систему уравнений, откуда находим k _h.

k_h = 1.12.

ОПРЕДЕЛЯЕМ ТРЕБУЕМУЮ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ОТСОСА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩУЮ ОПТИМАЛЬНУЮ ЭФФЕКТИВНОСТЬ УЛАВЛИВАНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ:

29-04-2015, 04:11