Разработка модели технологического процесса получения ребристых труб и ее апробация

|№ |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-

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6