Разработка модели технологического процесса получения ребристых труб и ее апробация

Разработка модели технологического процесса получения ребристых труб и ее апробация

СОДЕРЖАНИЕ

вВЕДЕНИЕ 5

1. АНАЛИЗ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЛИТЬЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ 6

2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВКИ ТЕПЛООБМЕННИКА

10

2.1. АНАЛИЗ ЗАКАЗА 10

2.2. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ЛИТОЙ ДЕТАЛИ И ВЫБОР СПОСОБА

ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВКИ 11

2.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОТЛИВКИ В ФОРМЕ ПРИ ЗАЛИВКЕ 15

2.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УЧАСТКОВ ПОВЕРХНОСТИ ОТЛИВКИ, ВЫПОЛНЯЕМЫХ СТЕРЖНЯМИ 17

2.5. ВЫБОР МАТЕРИАЛА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОДЕЛЬНОГО КОМПЛЕКТА 17

2.6. КОНСТРУКЦИЯ И РАЗМЕРЫ МОДЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКТОВ 20

2.7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И КОНСТРУКЦИИ ОПОК 21

2.8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ЛИТНИКОВО-ПИТАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ 21

2.9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ РАСПЛАВА ПРИ ЗАЛИВКЕ В ФОРМУ 23

2.10. ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ОХЛАЖДЕНИЯ ОТЛИВОК В ФОРМЕ 23

2.11. ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ 25

2.12. ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВКИ 26

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС РУЧНОЙ ФОРМОВКИ 27

3.1. ОСОБЕННОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ РУЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ 27

3.1.1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К РУЧНОЙ ФОРМОВКЕ 27

3.1.2. ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ 27

3.2. ПОДГОТОВКА ЛИТЕЙНОЙ ОСНАСТКИ 30

3.3. УПЛОТНЕНИЕ СМЕСИ В ОПОКЕ 31

3.4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ 32

3.5. СУШКА СТЕРЖНЕЙ 32

4. АНАЛИЗ БРАКА ПОЛУЧЕННЫХ ОПЫТНЫХ ОТЛИВОК И ПУТИ ЕГО УСТРАНЕНИЯ 34

5. ПОСТРОЕНИЕ ПРИБЛИЖЕННОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СКОРОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ

ОТЛИВКИ 40

5.1. ОСНОВЫ ТЕРМОКИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ 40

5.2. РАСЧЕТ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ 44

5.3. ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ 47

6. ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ЧУГУНОВ 48

6.1. РАЗНОВИДНОСТИ НАРУШЕНИЙ ПЛОТНОСТИ СЕРОГО ЧУГУНА 48

6.1.1. МИКРОПОРИСТОСТЬ 48

6.1.2. МАКРОПОРИСТОСТЬ 51

6.1.3. ГРУБАЯ ДЕФЕКТНАЯ ПОРИСТОСТЬ 53

6.2. ФИЗИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕРМЕТИЧНОСТИ СЕРЫХ ЧУГУНОВ 54

7. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 61

7.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ЧУГУНА 61

7.1.1. РАЗРАБОТКА СПОСОБА И МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ЧУГУНА

61

7.1.2. КОНСТРУКЦИЯ ГЕРМЕТОМЕТРА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ЧУГУНА

64

7.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ЧУГУНА 66

7.2.1. ТВЕРДОСТЬ КАК ХАРАКТЕРИСТИКА СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ 66

7.2.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ МЕТОДОМ БРИНЕЛЛЯ 66

7.2.3. ПОРЯДОК РАБОТЫ НА ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОМ ПРИБОРЕ 2109 ТБ 67

7.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКРОСТРУКТУРЫ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ 69

7.3.1. МАКРОАНАЛИЗ СТРОЕНИЯ МЕТАЛЛОВ 69

7.3.2. МАКРОАНАЛИЗ ИЗЛОМА МЕТАЛЛА 70

7.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ 70

7.4.1. МИКРОСТРУКТУРА ЧУГУНА 70

7.4.2. МИКРОАНАЛИЗ МЕТАЛЛОВ 72

7.4.3. ПРИГОТОВЛЕНИЕ МИКРОШЛИФОВ 72

7.4.4. ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ 73

7.4.5. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ МЕТАЛЛОГРАФИЯ 74

8. ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 76

8.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ОБРАЗЦА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА

ГЕРМЕТИЧНОСТЬ 76

8.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СТРУКТУРЫ НА

ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ЧУГУНА 80

8.2.1. МАКРОСТРУКТУРА СУРЬМЯНИСТОГО ЧУГУНА 83

8.2.2. МИКРОСТРУКТУРА СУРЬМЯНИСТОГО ЧУГУНА 89

8.2.3. ВЛИЯНИЕ СУРЬМЫ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ЧУГУНА 89

8.3. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СУРЬМЯНИСТОГО ЧУГУНА 98

9. ОХРАНА ТРУДА 102

9.1. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ОПАСНЫХ И ВРЕДНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ФАКТОРОВ ПРИ

РАБОТЕ В ЛИТЕЙНОЙ ЛАБОРАТОРИИ 102

9.2. МЕРОПРИЯТИЯ, НАПРАВЛЕННЫЕ НА УСТРАНЕНИЕ И СНИЖЕНИЕ ВЫЯВЛЕННЫХ

ОПАСНЫХ И ВРЕДНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ФАКТОРОВ 103

9.3. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ОТВАЛОВ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА 109

10. ВЫВОДЫ 112

ЛИТЕРАТУРА 114

ВВЕДЕНИЕ

Рациональное использование природных ресурсов и энергии является

важнейшей задачей производства, экономики и экологии. Поэтому создание

оборудования, позволяющего экономить тепловую энергию, является наиболее

актуальным.

В решении этой проблемы важная роль принадлежит литейному производству,

т.к. литьем получают большинство гидравлического и энергетического

оборудования. Среди подобного оборудования особое место занимают литые

теплообменники, конструкция которых постоянно усовершенствуется, позволяя

более рационально использовать тепловую энергию. Другим направлением в

производстве теплообменников, является их удешевление за счет используемого

при их отливке сплава. т.к. к подобным отливкам предъявляются повышенные

требования по герметичности, то их обычно изготавливают из стали, цветных

сплавов или высокопрочного чугуна, что значительно увеличивает стоимость

этих отливок. Выход видится в использовании серого чугуна, для чего

необходимо найти способы улучшить его свойства.

В производстве подобных отливок также важная роль отводится

математическому моделированию, которое в значительной степени упрощает

прогнозирование процесса формирования отливки, структуры металла и, в

конечном итоге, качества получаемой отливки.

1 АНАЛИЗ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЛИТЬЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Производство теплоэнергетического оборудования является важной

экономической и экологической задачей. Это определяет актуальность задачи

повышения надежности и долговечности работы и коэффициента полезного

действия энергетического оборудования, в том числе и теплообменников.

Надежность и экономичность работы этих агрегатов определяется

работоспособностью радиаторов - узлов, работающих в условиях повышенных

давлений и в агрессивной среде.

Теплообменники подразделяются на промышленные и бытовые. Выпуск

бытовых радиаторов впервые был налажен еще в 40-х годах на Московском

чугунолитейном заводе им.Войкова (Россия). [1]. Были созданы различные типы

радиаторов, разработаны технологии их производства.

На заводе им.Войкова проводились исследования по разработке связующих

материалов для стержневых смесей, применяемых в производстве радиаторов. В

результате исследований был разработан безмасляный крепитель БК. [2]. Для

стержневых смесей был предложен также безмасляный крепитель КО, для

изготовления которого использовались остатки производства синтетических

жирных кислот, растворенных в уайт-спирите. [3].

Особые требования при литье радиаторов предъявляются к металлу отливки.

Сплав должен обладать:

- прочностью,

- износостойкостью,

- коррозионной стойкостью,

- герметичностью.

Такими материалами обычно служат сталь, чугун и некоторые цветные

сплавы. Однако, высокая стоимость стали и цветных сплавов, а также низкие

литейные свойства этих сплавов ограничивают широкое их применение в

качестве материала для отливок гидросистем и теплоэнергетического

оборудования. Наиболее широкое применение при изготовлении теплообменников

получил чугун, как более дешевый, доступный и хороший литейный материал.

[24]. Одним из основных требований, предъявляемых к чугуну, является его

герметичность.

Требования по герметичности предъявляются к большинству отливок,

работающих с жидкостями и газами под давлением. При наблюдении за работой

гидравлических устройств, работающих под давлением, часто приходится

наблюдать явления, противоречащие друг другу. Так, в ряде случаев одни и те

же материалы иногда ведут себя по-разному. То появляется просачивание

жидкости при небольшом давлении, то при значительных давлениях тот же

материал ведет себя совершенно по-другому и показывает хорошую

герметичность. [24].

Герметичность отливок зависит от неплотного строения. Неплотное

строение отливок вызывают макро- и микродефекты. Макродефекты - усадочные,

песчаные, шлаковые раковины, различного рода трещины, спаи и другие

нарушения сплошности металла; микродефекты - газовая и рассредоточенная

усадочная пористость, крупные выделения графита, дефекты, связанные с

фазовыми превращениями материала отливки и другие. [8]. Эти дефекты

приводят к браку отливок.

С целью изучения герметичности чугунов многими исследователями были

проведены ряд опытов, которые проливают свет на природу герметичности

чугунов. Герметичность определяют различными способами: минимальной

толщиной стенки, выдерживающей заданное давление, максимальным давлением до

появления течи, расходом жидкости и газа через стенку определенной толщины

при постоянном давлении, поэтому невозможно сопоставить результаты

отдельных исследователей.

Так, например, Г.Тамман и Г.Брейдемейер предложили метод определения

пористости чугуна красящими веществами. Чугунные кубические образцы с

длиной ребер 30 и 60 мм помещали в свободное пространство стального

цилиндра с плотно пригнанным поршнем, заливались водным раствором фуксина

или зозина и с помощью пресса в течение 10-30 минут подвергали

гидростатическому давлению. По количеству красителя, проникающего в

образец, определялась пористость чугуна. [24].

В США применяется электропневматический метод испытания на

герметичность. [8]. Скорость утечки сжатого воздуха из полости отливки

контролируется электрическими датчиками. Метод пригоден для проверки

различных по объему образцов при различных давлениях и позволяет

качественно оценить герметичность, автоматизировать процесс испытания и

автоматически сортировать отливки по герметичности.

Герметомер, созданный в Санкт-Петербургском политехническом институте

(Россия), основан на определении количества газа, просочившегося через

стенку образца за определенное время. [8]. Герметичность определяют с

достаточно высокой точностью. Недостаток - низкая производительность и

необходимость изготовления специальных образцов.

На предприятиях, выпускающих гидравлическую аппаратуру и оборудование,

испытания на герметичность проводят на специальных стендах. К рабочей

полости изделия в течение определенного времени под давлением (1.5-2.5

номинального) подводится рабочая жидкость. По величине потери давления

определяется герметичность рабочей полости. [8].

В Одесском политехническом университете проводились исследования

герметичности серых чугунов, подвергая образец, вырезанный из отливки,

одностороннему давлению жидкости (газа). [9].

Результаты испытания серых чугунов разного состава иллюстрируют влияние

графитовой и усадочной пористости на характер фильтрации жидкости. Анализ

показывает, что количество просочившейся жидкости и, следовательно,

определившаяся при этом величина герметичности зависят от пористости в

сплаве, а также от свойств металлической основы (фазовый состав, прочность

и пластичность материала). [8,9].

Известно, что величина и тип пористости, являющийся одним из основных

критериев герметичности, в значительной степени зависят от величины

интервала кристаллизации. [19]. Поэтому большое значение приобретает

химический состав применяемого чугуна, определяющий интервал

кристаллизации. Исследованы зависимости пористости от содержания в чугуне

углерода и кремния. [19, 20, 21]. Установлено, что при увеличении

содержания углерода и кремния возрастают число пор и их размер.

Установлено, что герметичность чугунных отливок с пластинчатым графитом

зависит от количества и размеров включений графита в структуре чугуна.

[22]. Графитовые включения, сообщаясь между собой, приводят к образованию

“транзитной” микропористости из-за сообщаемости между собой зазоров на

границах графит-матрица по сечению стенки отливки, что приводит к браку

отливки по “течи”. По этим зазорам проникают жидкости и газы в стенках

сосудов, работающих под давлением. [23].

Учитывая все вышеизложенное, основными мероприятиями, направленными на

совершенствование технологии радиаторного литья, должны быть;

создание технологичных конструкций;

повышение плотности серого чугуна и использование его взамен высокопрочного

чугуна и стали;

дальнейшие исследования по изучению герметичности различных сплавов;

совершенствование системы заливки и питания отливки.

2 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВКИ ТЕПЛООБМЕННИКА

При разработке литейной технологии очень важен обоснованный выбор

наиболее рациональных приемов, обеспечивающих необходимые эксплуатационные

свойства литых деталей и высокие технико-экономические показатели

производства: получение качественных отливок при минимальной их стоимости;

высокая производительность; экономия металла в результате уменьшения

припусков на обработку; экономия топлива, электроэнергии и вспомогательных

материалов; максимальное использование имеющегося оборудования и оснастки.

Проектирование технологического процесса изготовления отливки включает

разработку необходимой технологической документации: чертежей, расчетов,

технологических карт и др. Объем технологической документации зависит от

типа производства (единичное, мелкосерийное, серийное, массовое). В

условиях единичного и мелкосерийного производства все технологические

указания наносят непосредственно на чертеж детали. При серийном и массовом

производстве на основании анализа технический условий на деталь и ее

конструкции, расчетов и справочных данных разрабатывают чертеж отливки,

чертежи моделей, стержневых ящиков, модельных плит и т.д.

Правила выполнения чертежей элементов литейной формы и отливки

установлены ГОСТ 2.423-73.

1 АНАЛИЗ ЗАКАЗА

Прежде чем приступить к проектированию технологии изготовления отливки,

необходимо оценить возможности и целесообразность выполнения заказа на

данном предприятии, руководствуясь техническими возможностями различных

способов литья, общими принципами классификации отливок по их характерным

признакам, сведениям о мощности подъемно-транспортных средств, наличии

необходимого технологического оборудования, опок, материалов и др [29].

Деталь теплообменник (рис.2-1) по назначению относится к

особоответственным отливкам, т.к. работает под давлением в агрессивной

среде. Отливка подвергается испытанию давлением 11 кгс/см2.

Производство отливок единичное. Опытная партия составляет 34 шт.

Отливка по массе относится к 1 группе - мелкие отливки, т.к. ее масса

составляет 34 кг. По сложности отливка относится к 2 группе сложных

отливок.

[pic]

Рис.2-1. Труба ребристая

Имеющееся в расположении технологическое оборудование дает возможность

отлить опытную партию отливок в сырые песчано-глинистые формы при ручном

способе изготовления форм.

2 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ЛИТОЙ ДЕТАЛИ И ВЫБОР СПОСОБА

ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВКИ

Технологичной называют такую конструкцию изделия или составных ее

элементов (деталей, узлов, механизмов), которая обеспечивает заданные

эксплуатационные свойства продукции и позволяет при данной серийности

изготовлять ее с наименьшими затратами. Технологичная конструкция

характеризуется простотой компоновки, совершенством форм. При наличии

отклонений от указанных требований должен быть поставлен вопрос о внесении

в конструкцию детали необходимых изменений [29].

[pic]

а

[pic]

б

Рис.2-2. Технология: а) первый вариант,

б) второй вариант.

При выборе способа изготовления отливки в первую очередь принимают во

внимание результаты предварительного анализа заказа и технологичности

детали. При этом, как правило, определяющим фактором является серийность

производства, реже - технические требования, предъявляемые к изделию, что

влияет на стоимость формы и модельной оснастки. В единичном, мелкосерийном

и серийном производстве отливки изготавливают обычно литьем в песчаные

сырые формы.

Отливку теплообменник получаем литьем в песчано-глинистые сырые формы.

Способ формовки - ручная.

Конструктивные особенности и сложность конфигурации радиатора

обусловливают некоторые технологические особенности при литье данной

отливки в песчано-глинистые формы. Отличительной особенностью радиатора

является конструкция поверхности теплообмена. Традиционные круглые ребра

заменены на квадратные, что позволяет при неизменных габаритах увеличить

площадь теплообмена почти в 1.5 раза. Это потребовало технологического

решения, которое заключается в том, что разъем выбран по диагонали фланца.

Это обеспечивает направленный выход газов через вентиляционные каналы для

каждого ребра отливки (рис.2-2).

Так как отливка тонкостенная, то возникает проблема проливаемости всех

ребер при литье во влажную песчано-глинистую форму. С этой целью в верхней

полуформе между ребрами устанавливаются пенополистироловые вставки,

соединяющие ребра между собой в их верхней части. После удаления модели

вставки остаются в форме и при заливке располагаются так, что образуют

подпиточный канал между двумя массивными фланцами (рис.2-3).

Это предотвращает замерзание металла в тонких частях отливки.

Образующийся канал также улучшает вентиляцию полости формы, так как

соединен с двумя выпорами. Газы, образующиеся во время заливки вместе с

продуктами деструкции пенополистироловых вставок удаляются по этому каналу

через выпора и наколы.

Внутренняя полость данной отливки формируется протяженным стержнем

(отношение длины к диаметру составляет 11.7). Стержень изготавливается на

органических связующих. В качестве арматуры применяется труба с

отверстиями, обеспечивающими отвод газов в знаковые части (рис.2-3).

В связи с высоким рельефом и большой поверхностной площадью модели ее

протяжка затруднена. При протяжке наблюдались обрывы формовочной смеси в

межреберном пространстве и массовые засоры полости формы. Так как формовка

осуществляется ручным способом, то в результате интенсивного расталкивания

происходит износ и разрушение модели. Для снижения износа модели и

улучшения качества формовки применили протяжной шаблон и специальное

подъемное резьбовое приспособление для извлечения модели из формы (рис.2-

4).

[pic]

Рис.2-3. Форма в сборе

1. Полуформа верха,

2. Полуформа низа,

3. Наращалка,

4. Штырь центрирующий,

5. Штырь направляющий,

6. Струбцина,

7. Полость формы,

8. Стержень,

9. Арматура,

10. Пенополистироловые вкладыши,

11. Газоотводные наколы,

12. Стояк,

13. Питатель,

14. Шлакоуловитель,

15. Выпор.

[pic]

Рис.2-4. Устройство для протяжки модели:

1. Опока низа;

2. Модель;

3. Шаблон;

4. Устройство протяжки.

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОТЛИВКИ В ФОРМЕ ПРИ ЗАЛИВКЕ

При определении положения отливки в форме нужно руководствоваться

несколькими правилами, подтвержденными многолетней практикой [29].

1. Наиболее ответственные рабочие части, плоские поверхности большой

протяженности, места, подлежащие механической обработке, нужно, по

возможности, располагать внизу; в крайнем случае - вертикально или

наклонно. При вынужденном расположении обрабатываемых поверхностей

вверху нужно обеспечить такие условия, при которых песчаные и газовые

раковины могли бы образоваться только в удаляемых при обработке частях

отливки.

2. Формы для отливок, имеющих конфигурацию тел вращения (гильзы,

барабаны, шпиндели и др.) с обрабатываемыми наружными и внутренними

поверхностями, лучше заливать в вертикальном положении или

центробежным способом. Иногда целесообразно формовку выполнять в одном

положении, а заливать форму в другом.

3. Для отливок, имеющих внутренние полости, образуемые стержнями,

выбранное положение должно обеспечивать возможность проверки размеров

полости формы при сборке, а также надежное крепление стержней.

4. Для предупреждения недоливов тонкие стенки отливки следует располагать

в нижней части полуформы, желательно вертикально или наклонно, причем

путь прохождения металла от литниковой системы до тонких стенок должен

быть кратчайший.

5. Отливки из сплавов с большой усадкой располагать в положении, удобном

для питания их металлом верхних или боковых отводных прибылей.

6. Формы для станин, плит и других отливок с большим числом ребер должны

быть при заливке расположены так, чтобы имелась возможность направить

металл вдоль стержней и выступов формы.

Важным является определение оптимального числа отливок в форме. В

условия единичного и мелкосерийного производства отливок в песчаных формах

желательно в форме размещать одну отливку.

Выбор поверхности разъема формы подчинен выбору положения формы при

заливке. При определении поверхности разъема формы необходимо

руководствоваться следующими положениями:

. форма и модель, по возможности, должны иметь одну поверхность разъема,

желательно плоскую горизонтальную, удобную для изготовления и сборки

формы;

. модель должна свободно извлекаться из формы;

. всю отливку, если позволяет её конструкция, нужно располагать в одной

(преимущественно в нижней) полуформе в целях исключения перекоса;

. при формовке в парных опоках следует стремиться к тому, чтобы общая

высота формы была минимальной.

Для повышения технологичности получения данной отливки разъем

выбирается по диагонали фланца (см. рис.2-2). Плоскость разъема модели

совпадает с плоскостью разъема формы, отливка симметрично располагается в

верхней и нижней полуформах (рис.2-2).

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УЧАСТКОВ ПОВЕРХНОСТИ ОТЛИВКИ, ВЫПОЛНЯЕМЫХ СТЕРЖНЯМИ

Предварительно необходимо определить возможность выполнения отверстий в

процессе получения отливки и тех частей отливки, которые не могут быть

получены с помощью модели. Число стержней, служащих для оформления полости

отливки, её отдельных элементов и элементов литниковой системы, определяю с

учетом серийности выпуска отливок. В единичном и мелкосерийном производстве

целесообразно получать отливки с использованием минимального числа стержней

или вовсе без них [29].

При определении участков поверхности отливки, выполняемых стержнями,

нужно руководствоваться следующими правилами.

1. Обеспечивать минимальные затраты на изготовление стержневых ящиков.

2. Обеспечивать удобную установку стержней в форму и контроль всех

размеров полостей в ней.

3. Газоотводные каналы стержней должны иметь выходы в знаках, они должны

быть размещены так, чтобы исключить попадание в них жидкого металла.

4. Опорные поверхности стержней должны быть достаточными, чтобы исключить

деформацию стержня под действием силы тяжести.

Точность фиксации стержня в форме обеспечивается размерами и

конфигурацией его знаковых частей, которые назначают по ГОСТ 3212-92 с

учетом размеров стержня, способа формовки и его положения в форме (рис.2-

2).

В данной отливке имеется одна внутренняя полость (сквозное отверстие)

формируемое одним горизонтальным протяженным стержнем. Стержень армирован.

Арматура служит каналами для отвода газов в знаковые части (рис.2-2).

5 ВЫБОР МАТЕРИАЛА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОДЕЛЬНОГО КОМПЛЕКТА

Основные виды оснастки, применяемые при изготовлении литейных форм из

песчано-глинистых смесей, - модели и стержневые ящики, которые

классифицируются по следующим признакам:

. виду материала - деревянные, металлические, деревометаллические,

гипсовые, цементные, пластмассовые, пенополистироловые;

. способу изготовления форм и стержней - для ручной и машинной формовки;

. компоновке элементов - разъемные и неразъемные модели;

. сложности - простые, средней сложности и сложные;

. размерам модели:

а

б

Рис.2-5. а) модель верха,

б) модель верха и низа в сборе.

. для ручной формовки - мелкие (до 500 мм), средние (500-

5000 мм), крупные (более 5000 мм);

. для машинной формовки - мелкие (до 150 мм), средние (150-

500 мм), крупные (более 500 мм);

. конструктивному исполнению - объемные , пустотелые, скелетные модели и

шаблоны;

. точности изготовления - модельные комплекты (сколько классов

точности);

. прочности - модели 1, 2 и 3 класса прочности.

Так как производство данной отливки единичное то модель и стержневой

ящик изготавливаются из дерева (основа - сосна, ребра и фланцы - береза,

стержневой ящик полностью сосна).

По способу формовки модель и ящик относятся к ручной формовке.

Рис.2-6. Стержневой ящик

Модель разъемная (рис.2-5), стержневой ящик также разъемный (рис.2-6).

По сложности модель относится к группе сложных, стержневой ящик к

группе средних.

По размерам модель для ручной формовки относится к группе средних.

По конструктивному исполнению - объемная.

Класс точности модельного комплекта - 5 ГОСТ 3212-85.

Класс прочности модельного комплекта - 2.

6 КОНСТРУКЦИЯ И РАЗМЕРЫ МОДЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКТОВ

Для определения конструктивных размеров модельных комплектов в первую

очередь необходимо установить припуски на механическую обработку, припуски

на усадку и формовочные уклоны.

Припуски на механическую обработку назначают по ГОСТ 26645-85. Этот

ГОСТ распространяется на отливки из черных и цветных металлов и сплавов и

регламентирует допуски на размеры, массу и припуски на механическую

обработку.

Данная отливка получается литьем в песчано-глинистые сырые формы и

обозначается по ГОСТ 26645-85:

точность отливки 9-7-5-4;

масса отливки 34-04-0-34.4.

Припуски на механическую обработку представлены на рис.2-2.

Припуски на литейную усадку обычно определяют в зависимости от вида

сплава, массы и размеров отливки.

При разработке технологии изготовления сложных отливок можно

использовать значение линейной усадки сплавов по спиральной пробе, %.

Материал данной отливки серый чугун следовательно усадка составляет 1 %.

Формовочные уклоны модельных комплектов в песчаных формах

регламентирует ГОСТ 3212-92. При применении песчано-глинистых смесей уклоны

назначают в зависимости от диаметра или минимальной ширины углубления и

высоты формообразующей поверхности. В зависимости от требований,

предъявляемых к поверхности отливки, формовочные уклоны следует выполнять:

на обрабатываемых поверхностях отливки сверх припуска на механическую

обработку за счет увеличения размеров отливки;

на необрабатываемых поверхностях отливки, несопрягаемые по контуру с

другими деталями, за счет увеличения и уменьшения размеров отливки;

на необрабатываемых поверхностях отливки, сопрягаемых по контуру с

другими деталями, за счет увеличения или уменьшения размеров отливки в

зависимости от поверхности сопряжения.

Для данной отливки на обрабатываемых поверхностях уклоны выполнены

поверх припуска на механическую обработку за счет увеличения размеров

отливки. На необрабатываемых поверхностях отливки уклоны выполняются также

за счет увеличения размеров отливки.

7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И КОНСТРУКЦИИ ОПОК

При выборе размеров опок следует учитывать, что использование чрезмерно

больших опок влечет за собой увеличение затрат труда на уплотнение

формовочной смеси, нецелесообразный расход смеси, а использование очень

маленьких опок может вызвать брак отливок вследствии продавливания металлом

низа формы, ухода металла по разъему и.т.п.

Для изготовления данной отливки сконструированы и изготовлены ручные

сварные опоки следующих размеров: длина - 1000 мм, ширина - 250 мм, высота

- 200 мм. Для уменьшения расхода смеси и обеспечения необходимого

гидростатического напора металла применяются наращалки высотой 100 мм.

8 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ЛИТНИКОВО-ПИТАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ

Литниково-питающая система - это система каналов для подвода жидкого

металла в полость литейной формы, отделения неметаллических включений и

обеспечения подпитки отливки при затвердевании [29].

Литниковую систему подводим по разъему формы. Условия заполнения формы

металлом за определенное время (опт.

[pic],

(2-1)

где k - поправочный коэффициент (1.8(2.0);

( - средняя или преобладающая толщина отливки, мм;

G - масса отливки, кг;

[pic] сек.

Литниковая система сужающаяся. Площадь сечения в самом узком месте =

площади питателя.

[pic]

(2-2)

где ( - коэффициент заполнения, ( = 0.5;

Hср - расчетный напор, см;

( - плотность отливки, ( = 7700 кг/м3;

g - ускорение свободного падения g = 9.8 м/с2;

[pic],

(2-3)

где Hст = hоп+hнар = 85+45 = 130 мм;

hо - высота отливки в верхней полуформе 59 мм;

[pic] мм = 12.26 см.

[pic] см2.

Расчет стояка и шлакоуловителя производим из соотношения:

Fп:Fш:Fст = 1:1.1:1.5

соответственно сечения будут

Fп = 5 см2

Fш = 5.5 см2

Fст = 7.5 см2

т.к. питание отливки мы производим 2 питателями следовательно Fп = 2.5

см2.

Окончательно принимаем площади сечений и по таблицам находим

геометрические размеры:

Fп = 5 см2; а = 16 мм; в = 13 мм; h = 16мм;

Fш = 5.5 см2; а = 24 мм; в = 20 мм; h = 26мм;

Fст = 7.5 см2; dст = 30.9 мм

Для заливки металла используют нормализованные воронки (рис.2-7),

размеры которых выбирают в зависимости от диаметра стояка и с учетом

обеспечения нормальной заливки формы.

[pic]

Dв = 30.9(3 = 90 мм.

Hв = 90 мм.

Рис.2-7.

т.к. данная отливка делается из чугуна, а прибыли на чугунные отливки

не ставятся (т.к. у чугуна усадка самая минимальная), значит я прибыли на

данную отливку не проектирую.

9 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ РАСПЛАВА ПРИ ЗАЛИВКЕ В ФОРМУ

Для обеспечения хорошей заполняемости формы и получения качественных

отливок необходимо выдерживать определенную температуру заливаемого

расплава, которую выбирают в зависимости от вида сплава и характера отливки

[29].

Температура металла необходимая для заливки форм при получении данной

отливки составляет при выпуске и индукционной печи 1410 (С - 1420 (С, при

заливке в форму 1330 (С.

10 ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ОХЛАЖДЕНИЯ ОТЛИВОК В ФОРМЕ

Регламентирование времени охлаждения отливок в формах диктуется

необходимостью обеспечения полного затвердевания расплава, исключения

образования некоторых усадочных дефектов, получения требуемой структуры

металла отливок. Последнее весьма важно для чугунов, структура которых в

большой степени зависит от скорости кристаллизации.

Расчет времени затвердевания отливки в форме произведен с помощью

программы FOUNDRY (автор Дубовой В.В.)

Исходные данные формы:

Tф (°C) = 20

bф (ккал) = 17

Исходные данные материала:

C1 (ккал/кг) = 0.120

C1’(ккал/кг) = 0.200

Y1 (кг/м3) = 7000

p1 (ккал/кг) = 64

Tзал (°C) = 1420

Tлик (°C) = 1200

Tсол (°C) = 1150

Tкр (°C) = Ѕ Tлик+Tсол = 1175

Толщина стенки отливки (мм) (=20

Расчет ведем базируясь на [29].

Время отвода теплоты перегрева [33]:

[pic],

(2-3)

где [pic] мм

t2 = 1.18 мин.

Время затвердевания отливки [33]:

[pic] ,

(2-4)

t3 = 2.97 мин.

Средняя скорость затвердевания отливки [33]:

[pic] мм/мин,

(2-5)

Время охлаждения отливки [33]:

[pic] ,

(2-6)

t4 = 13.92 мин.

Общее время отливки в форме [33]:

tв = t1 + t2 + t3 + t4 = 18.07 мин.

Однако по эмпирической формуле [pic] [29] ,

где К - коэффициент, зависящий от конфигурации отливки и толщины ее

стенки;

G - масса отливки, т.,

время выдержки составляет 4.97 ч., что более соответствует реальности,

следовательно расчеты приведенные в [33] неверны.

11 ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ

При производстве данной отливки для изготовления

форм и стержней использовались смеси следующего состава и следующими

свойствами (таблицы 2-1,2-2) [37,29].

Таблица 2-1

Формовочная смесь для фомовки по сырому (способ формовки ручная)

|Массовая доля |Характеристика смеси |Характеристики |

|компонентов в смеси, % | |получаемых отливок |

|облицовочно|единой | | | | | | | |

|й | | | | | | | | |

|Обо|Св|Кам|Обо|Св|Кам|Содержа|Зерно|Влажно|Газопр|Прочно|Масс|Толщин|

|рот|еж|енн|рот|еж|енн|ние |вая |сть, %|оницае|сть на|а, |а |

|ная|ие|оуг|ная|ие|оуг|глинист|групп| |мость,|сжатие|кг |стенки|

|сме|ма|оль|сме|ма|оль|ой |а | |единиц|во | |, мм |

|сь |те|ный|сь |те|ный|составл|песка| |ы |влажно| | |

| |ри|пор| |ри|пор|яющей, | | | |м | | |

| |ал|ошо| |ал|ошо|% | | | |состоя| | |

| |ы |к | |ы |к | | | | |нии, | | |

| | | | | | | | | | |кПа | | |

|75-|22|3-4|94.|5-|0.7|7-10 |016А |4.0-5.|40-60 |29-49 |20-2|1, то V = V(.

Отсюда пространство, занятое потоком жидкости, можно назвать областью

просачивания.

Очевидно, что линией движения потока жидкости будет называться такая

линия, касательная в каждой точке которой совпадает с вектором скорости

просачивания в этой точке.

Известно, что скорость потока жидкости V зависит от избыточного

давления Р [24], действующего на стенки чугуна, от его внутреннего

сопротивления движению жидкости G и от вязкости самой жидкости (, т.е.

[pic]

(6-18)

Внутреннее сопротивление материала G движению через него жидкости или

газов по существу является герметичностью этого материала.

Приравнивая правые части (6-16) и (6-18) и решая их относительно G,

получим математическое выражение для герметичности чугуна и для других

материалов:

[pic]

(6-19)

Из приведенного уравнения (6-19) следует, что герметичность есть такое

сопротивление материала проникновению через него жидкости, имеющей вязкость

( и находящейся под давлением Р, при котором за время t через площадку (

проникает W миллилитров этой жидкости. Другими словами, движение жидкости,

находящейся под давлением Р, столбика материала с толщиной стенки, равной

толщине отливки и поперечным сечением 1 см2 (рис.6-2).

Если измерять количество просочившейся жидкости в см3, давление в

кг/см2, площадь образца в см2, время в минутах и вязкость в (Е, тогда

размерность герметичности будет выражаться в [pic] [24].

Эта единица герметичности в дальнейшем нами будет обозначаться ЕГ.

[pic]

Рис.6-2. Схема к расчету единицы герметичности

ЕГ есть такая герметичность материала, при которой через площадку в 1

см2 просачивается 1 см3 воды при вязкости 1(Е, находящейся под избыточным

давлением, равном 1 кг/см2 за 1 минуту.

В виду того, что единица ЕГ является весьма малой величиной, то в

дальнейшем ее значение приводится в кЕГ и МЕГ:

1 кЕГ = 1000 ЕГ = 103 ЕГ;

1 МЕГ = 1000000 ЕГ = 106 ЕГ.

Герметичность чугуна зависит от его природных свойств, а именно:

пористости, сопротивления разрушению расклинивающего действия жидкости,

деформации, а также от толщины стенки отливки.

Для оценки качества материала, имея в виду его герметические свойства,

целесообразно ввести понятие удельной герметичности. Удельной

герметичностью называется герметичность, отнесенная к единице толщины

стенки отливки, изготовленной из данной марки чугуна или данного материала.

Зависимость герметичности чугуна от толщины стенки ( точно еще не

установлена. Поэтому удельную герметичность можно представить в такой

функциональной зависимости:

G0 = G(f(().

(6-20)

Как будет указано ниже (рис.8.2 и 8.3), эта функциональная зависимость

приближается к квадратичной и представляется в виде следующего уравнения:

[pic]

(6-21)

Подставляя в (6-21) значения герметичности G, получим окончательную

формулу для выражения удельной герметичности:

[pic]

(6-22)

Величины, вычисленные по (6-22) достаточно хорошо совпадают с нашими

опытными данными. Поэтому эту формулу в первом приближении можно

рекомендовать для определения удельной герметичности стандартных марок

чугунов и других материалов.

При проектировании литых деталей, работающих под повышенным давлением

жидкости, желательно заранее знать, какой герметичностью должна обладать

данная деталь, работающая в заданных конкретных условиях, каким образом

установить и определить герметичность чугуна для этой детали.

Для выполнения поставленной задачи необходимо ввести понятие о

предельной допустимой герметичности. Предельно-допустимой герметичностью

материала будем называть такое его внутреннее сопротивление, при котором

скорость просачивания данной жидкости, находящейся под давлением Р, будет

меньше или равна допустимой скорости просачивания.

В качестве допустимой скорости просачивания целесообразно принять

скорость во много раз меньшую скорости испарения жидкости с поверхности

отливки. Можно задаваться допустимой скоростью просачивания и из других

соображений, например, прочности отливки и т.д.

7 МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ЧУГУНА

1 РАЗРАБОТКА СПОСОБА И МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ЧУГУНА

Разработка методики исследования герметичности чугуна велась в

направлении выбора типа проб, установлении целесообразной формы и размеров

темплета, определения метода испытаний, разработке оптимальных режимов

испытаний, а также выявления зависимости герметичности от химического

состава структуры и физического строения чугуна [24].

Известно, что подавляющее количество всех гидравлических устройств

работают при одностороннем давлении до 100-150 и более атмосфер. Это

условие явилось основанием для выбора метода испытания герметичности серых

чугунов, при котором образец испытывается под воздействием одностороннего

давления до 400 атмосфер.

При разработке методики испытания образцов на герметичность, кроме

того, были приняты во внимание следующие положения:

1. Испытания герметичности чугунов должны вестись на темплетах,

изготовленных как из стандартных образцов диаметром 30 мм и длиной

340 мм, так и непосредственно из готовых отливок.

2. Форма и размеры образца должны обеспечивать наиболее верные

показатели герметичности чугуна.

3. Оптимальное давление при испытании герметичности чугунов должно

составлять 150 - 350 атм., т.к. при более высоких давлениях имеют

место неточности в определении герметичности в связи с деформацией

образца.

4. Испытания герметичности чугунов должно производиться в течение

минимального промежутка времени, но это положение не должно

ограничивать время специальных целевых испытаний (например,

определение количества просочившейся жидкости в зависимости от

давления и времени).

5. В качестве жидкости для испытания принят керосин.

6. Контроль просачивания жидкости - визуальный.

Образцы или темплеты для испытания на герметичность вырезались из

средней части различных проб. На стандартных пробах предварительно

определяли твердость, предел прочности на изгиб и стрелу прогиба. Затем из

мест, указанных на рис.7-1, вырезались темплеты для определения удельного

веса чугуна и образцы для испытания их на герметичность.

[pic]

Рис.7-1. Места отбора проб из стандартного образца:

а - темплет для определения веса;

б - образцы для испытания на герметичность;

в - место определения твердости

Образец для испытаний чугуна на герметичность представляет собой (рис.7-

2) диск диаметром 29.5 мм и толщиной 3.5 мм. В нижней части образца

прорезается 3 - 4 кольцевые канавки на расстоянии 1 - 1.2 мм друг от друга,

служащих для лабиринтного уплотнения. В верхней части образца

предусматривается кольцевая фаска Б, предохраняющая контрольную поверхность

А от затекания жидкости. С целью лучшего обеспечения контроля за

просачиваемостью керосина поверхность А притирается до матового состояния.

Толщина рабочей части образца определяется глубиной канавки диаметром 14

мм.

Для сохранения постоянных условий испытания все образцы обрабатывали

одним и тем же режущим инструментом при одних и тех же режимах резания, а

именно:

число оборотов при обработке - 540 об/мин;

число оборотов при отрезании - 280 об/мин;

подача - 0.15 мм на 1 оборот.

[pic]

Рис.7-2. Образец для испытаний на герметичность

Схема установки образца для его испытания на герметичность показана на

рис.7-3.

[pic]

Рис.7-3. Схема для установки образца для испытаний его на

герметичность:

1- образец; 2- гайка; 3- прокладка; 4- корпус

Важным условием при проведении испытаний является предупреждение

просачивания жидкости между образцом и алюминиевой прокладкой, Для этой

цели при каждом испытании устанавливается новая прокладка и образец

зажимается гайкой посредством ключа с моментом 40-50 кгм.

Для испытания герметичности чугунов использовался специальный прибор -

герметометр.

2 КОНСТРУКЦИЯ ГЕРМЕТОМЕТРА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ЧУГУНА

Герметометр (рис.7-4) предназначен для определения плотности

(герметичности) серого чугуна различных марок, а также любых других

материалов при одностороннем давлением до 1000 атмосфер.

Рис.7-4. Внешний вид герметометра

На приборе можно подвергать испытанию на герметичность как образцы,

вырезанные из стандартных проб, так и образцы, взятые непосредственно из

отливок. Толщина образца, в зависимости от рода материала, может колебаться

от 3.5 до 5 мм.

Конструктивная схема герметометра приведена на рис.7-5.

Герметометр состоит из клапанной системы: всасывающих 3 и нагнетающих 7

клапанов; плунжерного насоса 4; аккумулятора 9. Все части прибора

смонтированы на основании.

[pic]

Рис.7-5. Схема герметометра

Образец для испытания 11 устанавливается вместе с алюминиевой

прокладкой в корпус аккумулятора 9 и плотно зажимается гайкой 10. Жидкость

для испытания находится в резервуаре 1. Давление жидкости измеряется

манометром 12. Повышение давления в герметометре осуществляется плунжерным

насосом 4, который приводится в действие рукояткой 6, при этом жидкость из

резервуара 1 по трубке 2 подается к плунжерному насосу. Сброс давления

осуществляется винтом 13.

При испытании на герметичность возможны разрывы образцов, поэтому

наблюдаемая поверхность образца должна быть ограждена прозрачным защитным

устройством.

Испытание образцов на герметичность должно производиться при выполнении

следующих условий:

. образец должен быть промыт в бензине;

. перед закреплением образца, с целью удаления воздуха, необходимо

произвести подкачку жидкости до появления ее под прокладкой;

. зажатие гайки производится ключом до отказа;

. контрольная поверхность образца снова промывается бензином и

высушивается;

. повышение давления должно осуществляться ступенями 10, 20, 30, 50, 75,

100, 125, 150 и затем через каждые 50 атмосфер. Для образцов с высокой

герметичностью допускается начинать испытания при более высоких

давлениях, но не менее, чем за две ступени до появления течи. Время

выдержки на каждой ступени - 15 мин;

. образец снимается после сброса давления, при испытании прибор должен быть

огражден защитным приспособлением.

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ЧУГУНА

1 ТВЕРДОСТЬ КАК ХАРАКТЕРИСТИКА СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ

Под твердостью (Т) понимают сопротивление материала местной

пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твердого

тела - индентора [31]. Твердость можно измерять вдавливанием наконечника

(индентора) - способ вдавливания, царапаньем поверхности - способ

царапанья, ударом или по отскоку наконечника - шарика. Наибольшее

распространение получил метод вдавливания. В результате вдавливания под

достаточно большой нагрузкой поверхностные слои металла, находящиеся под

наконечником и вблизи него, пластически деформируются. После снятия

нагрузки остается отпечаток. Таким образом, твердость характеризует

сопротивление пластической деформации и представляет собой механическое

свойство металла.

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ МЕТОДОМ БРИНЕЛЛЯ

Определение твердости металла методом Бринелля осуществляется по ГОСТ

9012-59. Метод основан на том, что в плоскую поверхность металла (или

другого материала) вдавливается под постоянной нагрузкой (Р) твердый

стальной шарик; по величине поверхности отпечатка, оставляемого шариком,

определяют значение Т. Диаметр отпечатка (в двух взаимно перпендикулярных

направлениях) измеряют с помощью лупы, на окуляре которой нанесена шкала с

делениями, соответствующими 0.05 мм. Для определения Т следует принимать

среднюю из полученных величин.

Число твердости по Бринеллю (НВ) определяется отношением нагрузки,

действующей на шарик к поверхности отпечатка:

[pic]

(7-1)

где Р - нагрузка на шарик, Н;

F - поверхность отпечатка, м2;

D - диаметр вдавливаемого шарика, м;

d - диаметр отпечатка, м.

Записывается твердость по Бринеллю в единицах НВ, например 300 НВ (3000

МПа). Получаемое число Т при прочих равных условиях определяется диаметром

отпечатка d. Последний тем меньше, чем выше твердость испытуемого металла.

Однако получение постоянной и одинаковой зависимостей между величиной

нагрузки и диаметром отпечатка, необходимы для точного определения

твердости, сравнительно надежно достигается только при соблюдении

определенных условий. При вдавливании шарика на разную глубину, т.е. разной

нагрузкой для одного и того же материала, не соблюдается закон подобия

между полученными диаметрами отпечатка.

Наибольшие отклонения наблюдаются, если шарик вдавливается с малой

нагрузкой и составляет отпечаток небольшого диаметра, или вдавливается с

очень большой нагрузкой и оставляет отпечаток большого диаметра,

приближающегося по величине к диаметру шарика. Поэтому твердость измеряют

при постоянном соотношении между величиной нагрузки Р и квадратом диаметра

шарика D2.

Это соотношение должно быть различным для металлов разной твердости.

Методом Бринелля измеряют твердость металлов до 450 НВ. Государственным

стандартом установлены нормы для испытаний по Бринеллю (таблица 7-1).

Измерения твердости по методу Бринелля производится на прессах -

гидравлических или механических.

3 ПОРЯДОК РАБОТЫ НА ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОМ ПРИБОРЕ 2109 ТБ

Подготовку прибора к работе по определению твердости металлов

проводится в такой последовательности:

. в зависимости от условий испытаний устанавливается соответствующий

наконечник в шпиндель, предварительно сняв упор;

Таблица 7-1

Условия испытания металлов на Т по Бринеллю

|Металлы |Твердос|Толщина |Соотноше|Диаметр |Нагрузка|Выдержка |

| |ть, НВ |образца, |ние |шарика D,|Р, кг |под |

| | |мм |между Р |мм | |нагрузкой |

| | | |и D2 | | |,с |

|Черные |140-450|6-3 |Р = 30D2|10 |30 |10 |

| | |4-2 | |5 |75 |10 |

| | |> 2 | |2,5 |187,5 |10 |

|Черные |( 140 |> 6 |Р = 10D2|10 |30 |10 |

| | |6-3 | |5 |25 |10 |

| | |> 3 | |2,5 |62,5 |10 |

. по таблице 7-1 выбирается нагрузка и соответствующий диаметр шарика,

устанавливается на подвеску набор грузов, учитывая, что рычажная система

с подвесками создает нагрузку 1.839 кН;

. на предметный стол устанавливается контролируемое по твердости изделие

так, чтобы оно лежало устойчиво и не имело возможности сместиться или

прогнуться во время испытаний;

. переключатель режима работ устанавливается в положение РУЧН. или АВТ.

Переключатель режима работы устанавливается в положение РАБОТА;

. реле времени устанавливается на заданное время;

. стол с изделием перемещается в верхнее положение маховиком до

соприкосновения с индентором и далее до запирания его механизмом останова

(щелчка электромагнита);

. если переключатель режима работ стоит в положении РУЧН., нажимается

кнопка ПУСК, а если в положении АВТ., нагрузка прикладывается

автоматически. Происходит внедрение индентора в испытуемое изделие;

. измеряется диаметр отпечатка с помощью микроскопа МПБ-2 и по стандартным

таблицам определяется значение твердости.

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКРОСТРУКТУРЫ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

1 МАКРОАНАЛИЗ СТРОЕНИЯ МЕТАЛЛОВ

Макроскопический анализ заключается в определении строения металла

невооруженным глазом или при небольшом увеличении (до 30 раз) [32]. Это

наиболее простой метод. Он позволяет сделать предварительную оценку

качества металла, а именно, определить плотность металла по наличию пор,

раковин и других дефектов, прочность по величине зерна, химическую

неоднородность по ликвации отдельных элементов и т.д.

Макроанализ особенно важен для литейщиков, поскольку по виду излома в

местах отделения от отливок питателей и других элементов литниковой системы

можно сделать первые выводы о качестве металла.

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.

2 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.

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

1 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.

2 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.

3 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.

4 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.

5 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.

8 ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

1 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,

(изг = 33.5 кг/мм2,

fпр = 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 (( = 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 таблицу

8-1. Время просачивания керосина на контрольной поверхности образца

определялось с момента воздействия на него критического давления.

Таблица 8-1

|№ |толщина |критичес|кол-во |площадь |время |гермет|удельная |

| |стенки,(|кое |просочивше|рабочей |просачив|ичност|герметично|

| |,см |давление|йся |поверхности|ания, |ь, кЕГ|сть,кЕГ/см|

| | |,Р,кг/см|жидкости,W|, см2 |мин. | |2 |

| | |2 |,см3 | | | | |

|1 |0.05 |15 |0.02 |1.5 |2 |18 |7200 |

|2 |0.05 |20 |0.02 |1.5 |2 |24 |9600 |

|3 |0.08 |25 |0.02 |1.5 |3 |48 |7500 |

|4 |0.1 |50 |0.02 |1.5 |2 |66 |6600 |

|5 |0.15 |70 |0.02 |1.5 |5 |160 |7100 |

|6 |0.15 |50 |0.02 |1.5 |7 |220 |9600 |

|7 |0.20 |100 |0.02 |1.5 |8 |520 |12600 |

|8 |0.20 |150 |0.02 |1.5 |5 |470 |10200 |

|9 |0.25 |400 |Просачивание не наблюдалось |

|10|0.25 |400 |Просачивание не наблюдалось |

|11|0.30 |400 |Просачивание не наблюдалось |

|12|0.30 |400 |Просачивание не наблюдалось |

[pic]

Рис.8-2

На рис.8-2 представлена кривая герметичности чугунных образцов в

зависимости от их толщины, построенная по данным таблицы 8-1.

В таблице 8-2 приведены результаты повторных испытаний чугунных

образцов на герметичность в зависимости от их толщины.

Таблица 8-2

|№ |толщина |критическо|кол-во |площадь |время |герметично|удельная|

| |стенки,(,с|е |просочивш|рабочей |просач|сть, кЕГ |герметич|

| |м |давление, |ейся |поверхност|ивания| |ность,кЕ|

| | |Р,кг/см2 |жидкости,|и, см2 |, мин.| |Г/см2 |

| | | |W,см3 | | | | |

|1 |0.06 |20 |0.02 |1.5 |2 |25 |7000 |

|2 |0.06 |15 |0.02 |1.5 |2 |19 |5200 |

|3 |0.1 |18 |0.02 |1.5 |1 |12 |1200 |

|4 |0.12 |30 |0.02 |1.5 |2 |38 |2700 |

|5 |0.12 |50 |0.02 |1.5 |2 |64 |4700 |

|6 |0.12 |50 |0.02 |1.5 |2 |64 |4700 |

|7 |0.16 |250 |0.02 |1.5 |1 |156 |6100 |

|8 |0.2 |150 |0.02 |1.5 |4 |390 |9900 |

|9 |0.25 |400 |Просачивание не наблюдалось |

|10|0.3 |400 |Просачивание не наблюдалось |

|11|0.3 |400 |Просачивание не наблюдалось |

|12|0.3 |400 |Просачивание не наблюдалось |

[pic]

Рис.8-3

На рис.8-3 представлена кривая герметичности чугуна в зависимости от

толщины стенки образца, построенная по данным таблицы 8-2.

Анализ экспериментальных данных, приведенных в таблицах 8-1 и 8-2,

показывает, что герметичность чугунных образцов очень быстро возрастает с

увеличением их величины.

Кривые на рисунках 8-2 и 8-3 построены по данным таблиц 8-1 и 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((2).

(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 ( = 2 мм; диаметр рабочей части d = 1.4 см; площадь рабочей части w

= 1.5 см2.

2 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 таблице 8-3:

Таблица 8-3

|№ |Лом чугунный, % |Ферросилиций 75%, % |Присадка сурьмы,|

| | | |% |

|1 |100 |0.5 |0.0 |

|2 |100 |0.5 |0.05 |

|3 |100 |0.5 |0.1 |

|4 |100 |0.5 |0.2 |

|5 |100 |0.5 |0.4 |

|6 |100 |0.5 |0.6 |

|7 |100 |0.5 |0.8 |

|8 |100 |0.5 |1.0 |

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].

[pic]

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

|№ |Химический состав, % |

| |Sb |C |Si |Mn |S |P |

|1 |0.0 |3.47 |1.18 |0.61 |0.083 |0.185 |

|2 |0.05 |3.47 |1.18 |0.61 |0.083 |0.185 |

|3 |0.1 |3.47 |1.18 |0.61 |0.083 |0.185 |

|4 |0.2 |3.47 |1.18 |0.61 |0.083 |0.185 |

|5 |0.4 |3.47 |1.18 |0.61 |0.083 |0.185 |

|6 |0.6 |3.47 |1.18 |0.61 |0.083 |0.185 |

|7 |0.8 |3.47 |1.18 |0.61 |0.083 |0.185 |

|8 |1.0 |3.47 |1.18 |0.61 |0.083 |0.185 |

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 таблице

8-4.

1 МАКРОСТРУКТУРА СУРЬМЯНИСТОГО ЧУГУНА

Присадка сурьмы существенно изменяет характер излома чугуна. На

фотографии (рис.8-5) 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 - 0(1 % (от массы металла).

Температура выпуска 1410(1420 °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 (рис.8-5).

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

0.1(0.2 мм.

2 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 ( 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.

3 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 ( = 2 мм при давлении 150 атм просачивание жидкости не

наблюдается. На образцах без сурьмы просачивание жидкости при таком

давлении имеет место.

3 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

|№ |Sb, % |Механические свойства |

| | |(изг, |(р, |(сж, |fпр, |HB |

| | |10-7( |10-7( |10-7( |10-3 м | |

| | |Н/м2 |Н/м2 |Н/м2 | | |

|1 |0.0 |33.5 |13.5 |66.2 |3.8 |220 |

|2 |0.05 |30.9 |13.3 |66.5 |3.7 |226 |

|3 |0.1 |28.3 |13.1 |66.3 |3.6 |239 |

|4 |0.2 |27.9 |12.9 |66.9 |3.5 |244 |

|5 |0.4 |23.8 |12.7 |67.3 |3.2 |267 |

|6 |0.6 |18.4 |9.1 |66.9 |2.5 |282 |

|7 |0.8 |18.0 |9.2 |67.5 |2.6 |299 |

|8 |1.0 |17.0 |7.3 |68.3 |2.4 |316 |

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.

[pic]

Рис.8-22

[pic]

Рис.8-23

[pic]

Рис.8-24

[pic]

Рис.8-25

[pic]

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.

9 ОХРАНА ТРУДА

1 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.

2 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:

1. оптимальные:

. Температура 20 - 22 (С;

. Относительная влажность воздуха не более 40 - 60%;

. Скорость движения воздуха 0.3 м/с.

5. допускаемые:

. Температура 15 - 21 (С;

. Относительная влажность воздуха не более 75%;

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

По вредным выбросам:

1. Цинка окись (не более) 5 мг/м3;

2. Кремния окись (не более) 1 мг/м3;

3. 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

|Рабочее место |Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц |

| |63 |125 |250 |500 |1000 |2000 |4000 |8000 |дБа |

|Допускаемые в |94 |87 |72 |78 |75 |73 |71 |70 |80 |

|лаборатории | | | | | | | | | |

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/с(10-2;

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 ( 4r), также необходимо

удалять вредные выбросы в виде окисла сурьмы.

h = 4(0.15 = 1.1 м.

Основные параметры зонта:

Rзонта = r+0.24(h = 0.414 м,

R1 = 0.8(R = 0.8(0.414 = 0.3312 м,

R2 = 0.6(Rзонта = 0.6(0.414 = 0.248 м,

R4 = 0.7(R3 = 0.7(0.15 = 0.105 м.

[pic]

Рис.9-1. Схема Зонта:

корпус зонта;

всасывающий конус.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

r = 0.15 (м),

Q = 50000(0.55 = 27500 (Вт); по [12] тепловыделение в воздух рабочей

зоны для печи мощностью 50 кВт составляет 55%,

[pic]

Рис.9-2. Схема местной вентиляции

wb = 0.05 (м/с),

h = 1.1 (м),

R = 0.414 (м),

Gsb = 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 UM И РАСХОД ВОЗДУХА В СТРУЕ НА УРОВНЕ

ВСАСЫВАНИЯ LСТР:

[pic] (9-1)

[pic] (9-2)

ОПРЕДЕЛЯЕМ ЗНАЧЕНИЕ ПОПРАВОЧНОГО КОЭФФИЦИЕНТА, УЧИТЫВАЮЩЕГО ПОДВИЖНОСТЬ

ВОЗДУХА В ПОМЕЩЕНИИ:

[pic] (9-3)

где F - площадь всасывающего отверстия, м2;

Fстр - площадь сечения затопленной струи, м2, на разгонном

участке Fстр = Fисточника;

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

[pic] (9-4)

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

[pic]

ВЫЧИСЛЯЕМ ПРЕДЕЛЬНЫЙ РАСХОД ОТСОСА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЙ ПОЛНОЕ УЛАВЛИВАНИЕ

СТРУИ ПРИ МИНИМАЛЬНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОТСОСА:

[pic] (9-5)

[pic]

НАХОДИМ МАКСИМАЛЬНУЮ И ОТНОСИТЕЛЬНУЮ ИЗБЫТОЧНУЮ КОНЦЕНТРАЦИИ ВРЕДНЫХ

ВЕЩЕСТВ В УДАЛЯЕМОМ ВОЗДУХЕ, СООТВЕТСТВУЮЩИЕ РЕЖИМУ ПРЕДЕЛЬНОГО

УЛАВЛИВАНИЯ:

[pic] (9-6)

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

Cпр - концентрация вредных примесей в приточном воздухе

общеобменной вентиляции, мг/м3;

Спред = 0, т.к. других источников выделения вредных веществ

нет.

[pic]

[pic] (9-7)

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

[pic]

ВЫЧИСЛЯЕМ ЗНАЧЕНИЕ БЕЗРАЗМЕРНОГО КОМПЛЕКСА М:

[pic] (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;

[pic]

НАХОДИМ КОЭФФИЦИЕНТ ЭФФЕКТИВНОСТИ УЛАВЛИВАНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ( = GУ/G

И КОЭФФИЦИЕНТ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТСАСЫВАНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ K( =

LОТ/LПР.ОТ.:

[pic] (9-9)

Методом подбора решаем систему уравнений, откуда находим k (.

k( = 1.12.

ОПРЕДЕЛЯЕМ ТРЕБУЕМУЮ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ОТСОСА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩУЮ

ОПТИМАЛЬНУЮ ЭФФЕКТИВНОСТЬ УЛАВЛИВАНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ:

[pic] (9-10)

[pic]

3 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ОТВАЛОВ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Литейное производство является основной заготовительной базой

машиностроения. Около 40% всех заготовок, используемых в машиностроении,

получают литьем. Однако, литейное производство является одним из наиболее

экологически неблагоприятных.

В литейном производстве применяется более 100 технологических

процессов, более 40 видов связующих , более 200 противопригарных покрытий.

Это привело к тому, что в воздухе рабочей зоны встречается до 50

вредных веществ, регламентированных санитарными нормами. При производстве

1т чугунных отливок выделяется:

. 10..30 кг - пыли;

. 200..300 кг - оксида углерода;

. 1..2 кг - оксида азота и серы;

. 0.5..1.5 г - фенола, формальдегида, цианидов и др.;

. 3 м3 - загрязненных сточных вод может поступить в водный

бассейн;

. 0.7..1.2 т - отработанных смесей в отвал [10].

Основную массу отходов литейного производства составляют отработанные

формовочные и стержневые смеси и шлак. Утилизация этих отходов литейного

производства наиболее актуальна, т.к. несколько сот гектаров поверхности

земли занимают вывозимые ежегодно в отвал смеси [10], в Одесской области.

В целях снижения загрязнения почв различными промышленными отходами в

практике охраны земельных ресурсов предусматриваются следующие мероприятия:

утилизация;

обезвреживание методом сжигания;

захоронение на специальных полигонах;

организация усовершенствованных свалок [11].

Выбор метода обезвреживания и утилизации отходов зависит от их

химического состава и степени влияния на окружающую среду.

Так, отходы металлообрабатывающей, металлургической, угольной

промышленности, содержат частицы песка, породы и механические примеси.

Поэтому отвалы изменяют структуру, физико-химические свойства и

механический состав почв.

Указанные отходы используют при строительстве дорог, засыпке котлованов

и отработанных карьеров после обезвоживания. В тоже время отходы

машиностроительных заводов и химических предприятий, содержащие соли

тяжелых металлов, цианиды, токсичные органические и неорганические

соединения, утилизации не подлежат. Эти виды отходов собирают в

шламонакопители, после чего их засыпают, утрамбовывают и озеленяют место

захоронения [12].

Фенол - наиболее опасное токсичное соединение, находящееся в

формовочных и стержневых смесях. В тоже время исследования показывают, что

основная часть фенолсодержащих смесей, прошедших заливку, практически не

содержит фенола и не представляет собой опасности для окружающей среды.

Кроме того, фенол, несмотря на его высокую токсичность, быстро разлагается

в почве [13]. Спектральный анализ отработанных смесей на других видах

связующего показал отсутствие особоопасных элементов: Hg, Pb, As, F и

тяжелых металлов [13]. Т.е., как показывают расчеты данных исследований,

отработанные формовочные смеси не представляют собой опасности для

окружающей среды и не требуют каких-либо специальных мероприятий по их

захоронению [13]. Негативным фактором является само существование отвалов,

которые создают неприглядный пейзаж, нарушают ландшафт. Кроме того, пыль,

уносимая с отвалов ветром, загрязняет окружающую среду [14]. Однако, нельзя

сказать, что проблема отвалов не решается. В литейном производстве

существует целый ряд технологического оборудования, позволяющего проводить

регенерацию формовочных песков и использовать их в производственном цикле

неоднократно. Существующие методы регенерации традиционно делятся на

механические, пневматические, термические, гидравлические и

комбинированные.

По данным Международной комиссии по регенерации песков, в 1980 г. из 70

опрошенных литейных предприятий Западной Европы и Японии 45 использовали

установки механической регенерации [15].

В тоже время, литейные отработанные смеси - хорошее сырье для

стройматериалов: кирпича, силикатного бетона, и изделий из него,

строительных растворов, асфальтобетона для дорожных покрытий, для отсыпки

полотна железных дорог [10].

Исследования Свердловских ученых (Россия) показали, что отходы

литейного производства обладают уникальными свойствами: ими можно

обрабатывать осадки сточных вод (для этого пригодны существующие отвалы

литейного производства); защищать стальные конструкции от почвенной

коррозии [16]. Специалисты Чебоксарского завода промышленных тракторов

(Россия) использовали пылевидные отходы регенерации в качестве добавки (до

10%) при производстве силикатного кирпича [10].

Многие литейные отвалы используются как вторичное сырье в самом

литейном производстве. Так, например, кислый шлак сталелитейного

производства и феррохромовый шлак применяются в технологии шликерного

формообразования при литье по выплавляемым моделям [17].

В ряде случаев отходы машиностроительных и металлургических производств

содержат значительное количество химических соединений, которые могут

представлять ценность как сырье и использоваться в виде дополнения к шихте

[18].

Рассмотренные вопросы улучшения экологической обстановки при

производстве литых деталей позволяет сделать вывод о том, что в литейном

производстве можно комплексно решать весьма сложные экологические проблемы.

10 ВЫВОДЫ

Результатом данной работы явилась разработанная технология получения

тонкостенных ребристых радиаторов в песчано-глинистые сырые формы, которая

имеет ряд особенностей:

. выбор разъема модели и формы по диагонали;

. применение при формовке пенополистироловых вкладышей, выжигаемых при

заливке;

. вентилирование полости формы через систему выпоров и газоотводные

наколы для каждого ребра;

. применение протяжного шаблона при извлечении модели из формы;

. совмещение функций выпора и прибыли.

Эти технологические особенности обеспечивают улучшение газового режима

формы, предотвращают засоры, а также полную проливаемость отливки.

Применение разработанной технологии практически полностью исключило брак

отливок по недоливам, газовым, усадочным и песчаным раковинам.

Разработанная математическая модель скорости затвердевания отливки

позволяет уже на стадии проектирования по химическому составу, механическим

свойствам, конфигурации, судить о возможной структуре будущей отливки. Что

позволяет конструктору-технологу своевременно вносить изменения и

коррективы в разрабатываемую технологию.

Так в результате просчета математической модели получено, что

структурой отливки теплообменник является феррит+графит с незначительными

включениями перлита. Это в последствии и подтвердилось на практике.

Для создания более плотной перлитной структуры необходимо изменить

скорость кристаллизации или химический состав металла. Изменение

химического состава металла по технологическим причинам в данном случае

более приемлемо. При изменении химического состава для создания более

плотной структуры применялась сурьма, т.к. присадка данного компонента в

металл (на дно ковша) не представляет собой никаких трудностей и возможна в

любом литейном цехе.

В результате проведенных экспериментов выявлено, что незначительная

присадка сурьмы изменяет его структуру. Преобладающей структурой становится

перлит+графит, причем графитовые включения измельчаются, более равномерно

распределяются по сечению отливки и стремятся к шаровидной форме. Все это

повышает герметичность получаемого чугуна, а следовательно и отливки.

По результатам экспериментов выявлена оптимальная в процентном

соотношении присадка сурьмы обеспечивающая герметичность данной отливки и

не ухудшающая ее механических свойств.

При получении отливок работающих при повышенном давлении для

обеспечения их герметичности необходимо произвести присадку сурьмы на дно

ковша 0.1 %-0.4 % от массы жидкого металла.

Рис.10-1. Годная отливка

По разработанной технологии отлита опытная партия радиаторов (рис.10-1)

с присадкой сурьмы 0.16 %. Полученные радиаторы успешно выдержали заводские

испытания давлением 11 кгс/см2, в отличии от отливок полученных без

присадок сурьмы, которые давали “течь” при 4-5 кгс/см2.

Исходя из результатов экспериментов и производственных испытаний можно

сделать вывод, что при литье тонкостенных чугунных отливок, работающих при

повышенных давлениях, можно использовать серый чугун с присадкой сурьмы

взамен высокопрочных чугунов, что значительно облегчает процесс

производства.

ЛИТЕРАТУРА

1. Волков В.И., Устинов М.А. Отливка чугунных радиаторов. -М.:

Гос.Издательство строительной литературы, 1946. -131 с.

2. Безмаслянный крепитель "БК" в радиаторном и котельном

производстве. -М.: Промстройиздат, 1954, -10 с.

3. Новый безмаслянный крепитель КО. -Таганрог, 1965. -7 с.

4. Методические указания по выполнению раздела "Охрана труда" в

дипломных проектах, Одесса 1986, А.К.Машков.

5. Методические указания и задания к самостоятельной работе студентов

по курсу "Охрана труда" для студентов специальности 12.03

А.К.Машков, ОПИ 1989.

6. В.Н.Иванов. Словарь справочник по литейному производству

7. Справочник Средства защиты в машиностроении, С.В.Белов,

А.Ф.Козьяков, О.Ф.Партолин и др., 1989, -М: Машиностроение -368 с.

8. Получение герметичных чугунных отливок гидроаппаратуры с литыми

каналами. Обзор. -М., 1973. -51 с.

9. Исследование герметичности чугунных отливок для компрессоров

холодильных машин. Отчет ОПИ. -Одесса, 1968.

10. Грачев В.А., Сосновский Е.Д. Улучшение условий труда и экологии в

литейном производстве // Литейное производство, 3, 1990. -с. 29

11. Охрана окружающей среды / С.В.Белов, Ф.А.Козьяков и др. -М: Всшая

школа, 1983. -264с.

12. Справочная книга по охране труда в машиностроении / Г.В.Бектобеков

и др. -Л: Машиностроение, 1989. -541с.

13. Токсичные вещества в твердых отходах Литейного производства

А.А.Ляпкин, Н.С.Чуракова, Т.В.Баталова // Литейное производство,

10, 1984. -с. 35-36.

14. О принципах захоронения отходов литейного производства.

А.А.Ляпкин, М.В.Пасынкова // Литейное производство, 5, 1987. -с.

9-11.

15. Регенерация песка из отработанных смесей. А.А.Шпектор,

В.С.Палестин, В.Н.Скорняков // Литейное производство, 5, 1987.

-с. 26-30.

16. Проблемы экологии и пути их решения в литейном производстве.

А.И.Корзон, А.А.Ляпкин, Р.И.Оглоблина // Литейное производство,

3, 1988. -с. 2-3.

17. Об экологичности шликерной технологии Л.А.Иванова, Л.В.Прокопович,

И.В.Прокопович /Сб. "Пути повышения качества и экономичности

литейных процессов". -Одесса: Совпин, 1994. -с. 37-38.

18. Техника защиты окружающей среды: Учебное пособие для вузов /

Н.С.Торочешников, А.И.Родионов и др. -М.: Химия, 1981. -368 с.

19. Исследования герметичности литейных сплавов. /Сб. "Труды первого

совещания по литейным свойствам сплавов". -Киев: Наукова думка,

1968.

20. Maschine Design, США, 1970, Т -29.

21. Влияние углерода и кремния на пористость чугунных цилиндровых

втулок для дизелей. // Вестник машиностроения, 1969, 10.

22. Свойства элементов. Справочник /Под редакцией М.Е.Дрица- М.:

Металлургия, 1985. -672 с.

23. Колесниченко А.Г., Дубинин А.В. О герметичности серых чугунов //

Литейное производство, 1979, 12 -с. 18-20.

24. Исследование процесса получения здоровых корпусных станочных

отливок и отливок гидравлических систем. -Очет ОПИ, 1962. -150 с.

25. Доценко П.В. Исследование некоторых свойств серых чугунов,

легированных сурьмой. - Диссертация ктн. -Одесса; ОПИ, 1967. -160

с.

26. ГОСТ 24812-81. Ипытание изделий на воздействие механических

факторов.

27. В.А.Рыбкин Ручное изготовление литейныХ форм. - М.: Высшая школа,

1986. -199 с.

28. Справочник молодого литейщика. - М.: Высшая школа, 1991. -319 с.

Абрамов Г.Г., Панченко Б.С.

29. Могилев В.К., Лев О.И. Справочник литейщика. - М.: Машиностроение,

1988. -272 с.

30. Куманин И.Б. Вопросы теории литейных процессов. - М.:

Машиностроение, 1976. -216с.

31. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине

"Литейное материаловедение". Раздел "Определение твердости

металлов и сплавов" для студентов специальности 12.03. /Сост.

В.Г.Борщ, В.И.Саитов. - Одесса: ОПИ, 1991. -20 с.

32. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине

"Литейное материаловедение". Раздел "Изучение макро- и

микроструктуры металлов и сплавов". для студентов специальности

12.03. /Сост. В.Г.Борщ, П.В.Доценко. - Одесса: ОПИ, 1990. -32 с.

33. Методические указания к выполнению лабораторным работам по

дисциплине "Теория формирования отливок". для

студентовспециальности 12.03. /Сост. Л.А.Иванова, Ю.Г.Баринов. -

Одесса: ОПИ, 1991. -28 с.

34. Баландин Г.Ф. Основы формирования отливки. Ч.1. Тепловые основы

теории. Затвердевание и охлаждение отливки. -М.: Машиностроение,

1976 -328 с.

35. Комаров О.С. Термокинетические основы кристаллизации чугуна. -

Мн.: Наука и техника, 1982. -262 с.

36. Сычев В.В. Дифференциальные уравнения термодинамики. -М.: Высшая

школа, 1991. -224 с.

37. Серебро В.С. Основы теории газовых процессов в литейной форме.

-М.: Машиностроение, 1991. -208 с.

38. Фельдман О.А. Microsoft Word для Windows 6.0. -М.: Евроиндекс ЛТД,

1994. - 176 с.