85217

ДОСЛІДЖЕННЯ СТРУКТУРИ І ПОШКОДЖЕНОСТІ ЧАВУННОГО СКЛОФОРМУВАЛЬНОГО ІНСТРУМЕНТУ

Дипломная

Производство и промышленные технологии

Деталі склоформувального інструменту руйнуються під впливом дії хімічно активної скломаси, термоциклічних та механічних навантажень. Температура робочої поверхні інструменту досягає 750 С, а частота термоциклів - до 60 за хвилину. У цих умовах матеріал склоформувального інструменту повинен бути хімічно інертним до скломаси і мати високі механічні властивості

Украинкский

2015-03-24

14.44 MB

0 чел.

ЗМІСТ.

ВСТУП.……………………………………………………………………..……...6

1.  КРИТИЧНИЙ ОГЛЯД ПРОБЛЕМНИХ ПИТАНЬ ВПЛИВУ СТРУКТУРИ  НА ВЛАСТИВОСТІ СКЛОФОРМУВАЛЬНОГО ІНСТРУМЕНТУ….......................................7

  1.     Вимоги і умови роботи склоформувального інструменту…….......................... 8
    1.    Матеріали, що використовуються для роботи в умовах циклічних змін температури і навантажень……………………………....................................…..10
    2.    Особливості структури матеріалів, що використовуються при виготовлені               склоформувального інструментів…........................................................................14
    3.    Вплив умови роботи на стабільність структури і процеси руйнування      інструменту під час експлуатації………………….………………. ………….….17
    4.   Мета роботи, завдання, об’єкт і методи досліджень……………….…….. …….23

2. МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ………………………..………………...............25

2.1   Вибір матеріалів і підготовки зразків для досліджень……………………….. .25

2.2. Визначення параметрів форми графітових включень і індексу графіту............25

2.2.1 Вивчення кількісних параметрів структури металічної матриці……..............29

2.2.2  Визначення твердості досліджених сплавів…………………………………...32

2.2.3 Аналіз пошкоджуваності матеріалів склоформувальних інструментів після експлуатації………………………………………………………………………….…36

3.   ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ СТРУКТУРИ  І ПОШКОДЖЕНОСТІ ЧАВУННОГО СКЛОФОРМУВАЛЬНОГО ІНСТРУМЕНТУ…………………………... 40

3.1  Металографічний аналіз  склоформ після експлуатації  в умовах циклічних змін  температури  і навантажень……………………………..……........................... 40

3.2  Дослідження  твердості  і  утворення тріщин  при експлуатації склоформ.......48

3.3 Модельні уявлення впливу структури на процеси руйнування  в зоні контакту матеріалу  форми – рідке скло……………………………………………………....51

3.4. Аналіз формування пошкоджень в склоформах при циклічних змінах температури і навантажень……………………………………………………..…..53

3.5.  Роль мікроструктури  процесах руйнування склоформ при експлуатації……60

3.6. Вибір оптимальних параметрів мікроструктури – резервів підвищення контактної довговічності матеріалів пресформ…………………………………....83

4.ОХОРОНА ПРАЦІ ТА ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ ……………………………………………….....88

4.1. Характеристика лабораторії з точки зору охорони праці…………………….....88

4.2. Виробнича санітарія…………………………………………………………….....88

4.2.1 Аналіз приміщення……………………………………………………………….88

4.2.2 Мікроклімат у виробничих приміщеннях……………………………………....89

4.2.3 Запиленість та загазованість виробничого середовища…………………….....90

4.2.4 Освітлення приміщень і робочих місць…………………………………….…...91

4.2.5 Захист від шуму та вібрації……………………………………………….……..94

4.2.6. Виробнича естетика……………………………………………………….…….95

4.2.7. Ергономічні вимоги до організації робочих місць. Робота стоячи…………..95

4.3. Електробезпека………………………………………………………………….…96

4.4.  Пожежна профілактика………………………………………………………...…97

5. ЕКОНОМІЧНА ЧАСТИНА…………………………………………………………….....99

5.1 Планування дипломної роботи…………………………………………………...100

5.1.1 Етапи планування роботи роботи……………………………………………...100

5.1.2. Виявлення і опис подій і робіт, необхідних для виконання мети…..……....102

5.2 Розрахунок витрат на виконання дипломної роботи…………………………...106

5.2.1. Визначення собівартості і ціни розробленого методу……………………….106

5.2.2.  Розрахунок витрат на оплату праці…………………………………………..106

5.2.3. Відрахування на соціальні заходи…………………………………………….108

5.2.4.  Розрахунок витрат на матеріали……………………………………………...108

5.2.5.  Накладні витрати……………………………………………………………...109

5.2.6.  Витрати на розробку проектного рішення…………………………………..110

5.2.7.  Витрати на відлагодження і дослідну експлуатацію проектного рішення..110

5.2.8. Витрати на розробку і впровадження проектного рішення…………………111

5.2.9.  Результати розрахунків………………………………………………………..112

5.3 Розрахунок експлуатаційних витрат……………………………………………..112

5.4 Визначення ціни споживання проектного рішення…………………………….114

6. БЕЗПЕКА У НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ……………………………………….118

 6.1 Аналіз небезпечних чинників на проектованому об’єкті……………………....118

 6.2 Техногенно-екологічна безпека у місті Городок………………………………..119

Висновки…………………………………………………………...…………..……....123  

Список використаної літератури…………………………………..……….………...125

ВСТУП.

     У останні роки значно розширився діапазон використання виробів із скла: скловолокна для композиційних матеріалів, хімічностійкі вироби для хімічної та харчової промисловості, скломатеріали з особливими оптичними властивостями для електронного приладобудування, вироби для ракетної та космічної техніки, вироби для вирішення екологічних проблем (зокрема, для поховання радіоактивних відходів) та ін. Успішне використання такого перспективного конструкційного матеріалу як скло у значній мірі залежить від надійної та тривалої експлуатації склоформувального устаткування та високої якості напівфабрикатів  і  виробів із скла. 

Деталі склоформувального інструменту руйнуються під впливом дії хімічно активної скломаси, термоциклічних та механічних навантажень. Температура робочої поверхні інструменту досягає 750С, а частота термоциклів - до 60 за хвилину. У цих умовах матеріал склоформувального інструменту повинен бути хімічно інертним до скломаси і мати високі механічні властивості, термостійкість, а також високу теплопровідність та малий коефіцієнт термічного розширення. Крім цього матеріал повинен добре оброблюватися різанням у зв’язку зі значною часткою ручної праці (гравіювання, карбування) при виготовленні багатьох деталей інструменту. Комплексне вирішення проблеми підвищення опору конструкційних  матеріалів руйнуванню в умовах дії в’язких агресивних середовищ, термоциклічних та механічних навантажень вимагає встановлення механізмів руйнування матеріалів і визначення впливу структури  на ці процеси. Успішне вирішення цієї проблеми пов’язане з необхідністю використання як стандартних, так і спеціально розроблених методів досліджень, розробки  їх апаратурно-технічного та метрологічного забезпечення.

1.  КРИТИЧНИЙ  ОГЛЯД  ПРОБЛЕМНИХ   ПИТАНЬ  ВПЛИВУ СТРУКТУРИ  НА  ВЛАСТИВОСТІ  СКЛОФОРМУВАЛЬНОГО                                         ІНСТРУМЕНТУ.

Не дивлячись на те, що багато деталей склоформувального інструмента (склоформ) працюють в контакті з хімічно активним розплавленим склом і піддаються  статичних, ударних і термоциклічних навантажень, основним конструкційним матеріалом, який застосовується для їх виготовлення, є сірий чавун, він має ряд переваг (низька стійкість, висока теплопровідність, хороша здатність до обробки різанням  і  т. д). В той же час внаслідок інтенсифікації виробничих процесів також росту механічних і теплових навантажень цей конструкційний матеріал у ряді випадків не влаштовує  вимогам експлуатації склоформ  [ 1 ].

Заміна сірого чавуну з компактною формою графіту, сталями  і сплавами кольорових металів не завжди забезпечують позитивний ефект, так як при цьому змінюються фізико-механічні, хімічні  і службові характеристики, змінюючи  надійність і довговічність склоформ. На ці  характеристики, поряд з механічними властивостями, випливають:

- теплопровідність, яка  мірі глубуляризації графітових включень понижується, що негативно впливає на працездатність склоформувального інструмента;                                                                                                                - термостійкість, яка підвищується при переході графіту в більш компактну форму (вермикулярну чи кулеподібну) із ростом ступеню легування чавуну;                      - термохімічна корозія в результаті взаємодії з розплавленим склом;                          - схильність скла до прилипання склоформ, яка залежить від температури і хімічного складу конструкційного матеріалу;                                                                 - здатність  конструкційного матеріалу до взаємодії розплавленого скла, з склоформою  і  повітрям створюють механічні і термічні плівки на робочих поверхнях склоформ  [ 1 ].

  1.    Вимоги і умови роботи склоформувального інструменту.

 Склоформа  є  основним елементом склоформувальних інструментів.

     В ній в умовах  підсиленого пресування відбувається формування виробу з розплавленого скла і фіксування його геометричних розмірів. Частина склоформ працює без захисних мастил, тобто має місце прямий контакт чавуну з агресивною скломасою.  Температура каплі розплавленого скла, яка поступає  в  склоформу,  залежить  від його складу  і  становить 1100 – 1480 С . В результаті циклічного нагрівання і охолодження на робочі поверхні склоформи  утворюється нестаціонарне теплове поле. В направлені від робочої поверхні існує квазістаціонарний потік, при цьому температура відходить в направленні до зовнішньої поверхні по експоненціальному закону [2].

В результаті взаємодії впливу різних факторів утворюються різні види пошкоджуваності склоформ: корозія робочої поверхні внаслідок зносу і розчинення металу в склі, тріщини термовтоми, наскрізні тріщини внаслідок високих термічних напружень. В період контакту між робочою поверхнею форми і склоформ температура спочатку збільшується  з 350–500 до 580-690С.  А при виробництві великогабаритних виробів із високотемпературного скла температура робочих поверхонь склоформ  досягає 750 – 900 С [ 2 ].

На робочих поверхнях склоформ відбуваються складні фізико-хімічні процеси окислення металу, його розчинення і зносу в результаті контакту з розплавленим склом.  Ці процеси пришвидшуються  в  результаті впливу  циклічних змін термічних напружень. До склоформувального  інструменту висувається  значні вимоги  по чистоті робочих поверхонь, що обмежує час його експлуатації до ремонту в періоді від декількох годин  до кількох діб.  

Це свідчить про  актуальність роботи по зниженню швидкості високотемпературної  корозії  матеріалів склоформ і показує, що для рішення поставлених  задач необхідне проведення комплексних досліджень, в  тому числі по аналізу швидкості розчинення металу в розплавленому склі, ступеню пошкоджуваності його поверхні, термостійкості, в’язкості розплаву. З метою дослідження процесів, які  проходять на поверхні склоформ, розроблено відповідне обладнання. Таке обладнання забезпечує можливість вивчення металургійних факторів на швидкість втрати маси  v  і  зменшення пористості  поверхні зразка при  його  взаємодії  із скломасою. Отримані результати пояснюють, перш за все, зменшення концентрації напруження у графітових включеннях, а також, в  певній мірі, зміну їх розмірів і розміщення [2].

Зменшення параметра форми  з  20-25 (пластинчастий графіт)  до 1-2  (кулеподібного  графіту ) призводить до зниження коефіцієнта напруження у включенні приблизно в 5раз. Отриманні результати дозволяють говорити  про пряму залежність між структурою і властивостями  [ 3 ].

 Для комплексної оцінки працездатності матеріалів розроблено нову методологію, яка містить використання як стандартних, так  і  заново запропонованих установок та методик. За  допомогою нової методології вивчено вплив хімічного складу та структурних факторів на критерії надійності та довговічності сплавів.  Показано  зв'язок між концентрацією напружень на кінцях графітових включень, утворенням мікрозон пластичної деформації та властивостями чавунів і графітизованих сталей. Встановлено, що сумісне легування чавуну хромом  та  алюмінієм  з додачею міді підвищує ресурс експлуатації матеріалу  в умовах підвищеної термохімічної  ерозії  [3].

Розроблено склади чавунів, графітизованих та швидкорізальних сталей для виготовлення склоформувального інструменту з підвищеним терміном експлуатації, а також, нікелеві та мідно-нікелеві сплави для відновлення і зміцнення інструменту  [ 3-4 ].

  1.    Матеріали, що використовуються для роботи в умовах циклічних змін температури і навантажень.

Для виготовлення склоформ широко використовують чавуни. Чавунами називають багатокомпонентні високо вуглецеві сплави на основі заліза, що містять понад  2,14%  С;  1,0 – 3,5% Si;  0,5 – 1,0 %  Mn;  до 0,3%  Р  та 0,2 % S.

Більшу частину виплавленого чавуну переробляють у сталь, однак не менше як 20%  його використовують для  виготовлення литих деталей. Через малу пластичність чавун не підлягає обробці тиском.  Чавуни відрізняються високими ливарними властивостями,вироби з нього виготовляють різними методами литва. Понад 75% всіх виливків отримують з чавунів.

Сплав є не тільки одним із основних ливарних матеріалів сучасності, але буде актуальним і в майбутньому  [4].

У чавуні більш низька, ніж у сталей, температура плавлення, висока рідкотекучість, мале  осадження, менша схильність до утворення усадкових тріщин, що дозволяє відливати деталі складної форми. Високоміцні чавуни за деякими службовими властивостями стоять поряд з багатьма кованими сталями.  З них  економічно вигідно отримувати вироби  завдяки формуванню деталі з розплаву, минаючи операцію обробки тиском.

Крім виготовлення в металургії та машинобудуванні для отримання виливків, станин верстатів та інших виробів з чавуну, виготовляють деталі машин, які повинні мати високу конструкційну міцність, підвищену твердість, зносостійкість,високу циклічну в’язкість, тобто здатність гасити вібрації  [5].

  Діаграма стану системи  FeC  характеризує стабільну рівновагу. Утворення графіту відбувається в чавунах, що містять значну кількість вуглецю. Вуглець у вигляді графіту виділяється безпосередньо  із розплаву або із  аустеніту, може також утворюватись внаслідок розпаду попередньо утвореного цементиту.

 В основу класифікації чавунів покладено  структурні ознаки і властивості.  В залежності від форми виділення  вуглецю розрізняють різні види чавунів:

Білий чавун, в якому весь вуглець знаходиться в зв’язаному стані у вигляді цементиту  Fe – С. Чавун на зломі  має  білий  колір і характерний  блиск.

Половинчастий чавун, в якому основна кількість вуглецю (понад 0,8%) знаходиться у вигляді цементиту. Чавун має структуру перліту, ледебуриту і пластинчастого графіту   [5].

Сірий чавун, в якому весь вуглець або його більша частина знаходиться у вільному стані у вигляді пластинчастого графіту, а вміст вуглецю  в зв’язаному стані у вигляді цементиту складає не більше 0,8 %.

Сірий чавун являється конструкційним матеріалом, в спільному балансі литих сплавів доля відливок із нього становить 70 – 75%.

При цьому сірий чавун використовується  не тільки для  мало відповідальних деталей, але  і для деталей, що  працюють  в  умовах циклічних і термічних навантажень. До числа таких деталей відносять форми, для розливу чорних  і кольорових металів, металічні  форми, склоформуючих інструментів [5 – 6].

Чавун з вибіленою поверхнею, в якому основна маса металу має структуру сірого  чавуну, а поверхневий шар – білого чавуну.

Вибілений шар отримують  з   товстостінних масивних деталях при розливанні  їх  в металічні форми.  При віддаленні від поверхні внаслідок зменшення швидкості охолодження, структура білого чавуну поступово переходить у структуру сірого.

Високоміцні чавуни, це сплави  в яких графіт має кулясту форму.  Чавуни з вермикулярним графітом, в яких поряд з кулястим графітом міститься деяка кількість  вермикулярного графіту,який від пластинчастого відрізняється округлими краями, меншими розмірами і меншим співвідношенням довжини і товщини (у вермикулярного графіту це співвідношення знаходиться  в  межах від  2-10, а  у  пластинчастого воно суттєво більше 10).

Ковкі чавуни, отримують з білих чавунів шляхом відпалу, при якому зв’язаний  у  залізі  вуглець переходить у вільний стан у вигляді пластівчастого графіту. Спеціальні чавуни, які додатково легують для підвищення антифрикційних властивостей, зносостійкості, жаростійкості та корозійної стійкості [ 6].  

Важливе значення для формування властивостей має процес графітизації чавунів. Графітизацією називають процеси які відбуваються при кристалізації або охолодженні сплавів заліза з вуглецем. Графіт може утворюватись як і з рідкої фази  при твердінні чавуну,так  і з твердої фази. Графітизація чавуну залежить від ряду факторів. До них відносять присутність  у  чавуні центрів графітизації, швидкість охолодження  і  хімічний  склад чавуну.

Вплив швидкості охолодження обумовлений тим, що графітизація чавуну є дифузійним процесом  і  відбувається повільно. Значить тривалість процесу графітизації обумовлена необхідністю реалізації кількох стадій:  утворення центрів графітизації в рідкій фазі або аустеніті, дифузії атомів  вуглецю  до центрів графітизації і ріст виділень графіту. Чим повільніше охолоджується чавун, тим більший розвиток отримує  процес графітизації [7].

В одній ті самій частині виливки  чавун може мати різну структуру. В тонких частинах виливки, де вище швидкість кристалізації  і  охолодження, чавун має меншу ступінь графітизації, ніж у масивних.   Швидке охолодження сприяє отриманню білого чавуну, повільне – сірого чавуну. В деяких випадках для досягнення високої твердості  й  опору зношуванню спеціально отримують вибілену зону   в чавунній виливці.

Для цього  в  ливарну форму  встановлюють металеві холодильники, що забезпечують високу швидкість твердіння   і   охолодження  з  утворенням  цементиту.  Так роблять  при виливці  чавунних елементів плугів  встановлюючи холодильники в тих місцях, де розташовані лезо і носик  [ 8 ].

Вплив на властивості має мікроструктура. Мікроструктура  чавуну  складається  із металевої основи і графітних включень. Властивості чавуну залежить від властивостей металічної основи  і  характеру  включень графіту. Металічна основа може бути перлітною, коли 0,8% С знаходиться у вигляді цементиту, а решта вуглецю – у вигляді графіту; ферито-перлітною. Структура металічної основи  визначає твердість чавуну [ 9 ].

Графіт чавуну буває пластинчастим  у  сірому  чавуні, пластівчастим  у  ковкому чавуні   і  кулястим  у   високоміцному чавуні. У порівнянні з металічною основою графіт має низьку міцність. Тому місце його знаходження можна вважати порушенням суцільності. Чавун можна розглядати як сталь, що містить включення графіту, які послаблюють металічну основу. Тому сірий чавун  має низькі характеристики механічних властивостей  при випробуваннях на розтяг. Включення графіту відіграють концентраторів напружень, в зв’язку з чим робота удару близька  до нуля. Разом з тим твердість і міцність при випробуваннях на стиск, що залежить від властивостей металічної основи, в чавуні достатньо висока  [ 10].

1.3  Особливості структури  матеріалів, що використовуються при виготовлені склоформуючих інструментів.

Для виготовлення склоформуючого інструмента знаходять застосування як і нелеговані, так  і леговані хромом, нікелем, молібденом,алюмінієм, кремнієм і другими елементами чавуни. Широке застосування  пояснюється не тільки різними умовами роботи  склоформ, але  і відсутністю достатніх відомостей про вплив хімічного складу чавуна на їх експлуатаційні властивості. В зв’язку з цим вивчення цього питання, а також впливу форми графіту на механізм  і робочу здатність склоформуючого інструмента представляє  теоретичний  і  практичний інтерес [ 11].

Ряд чавунних  деталей (склоформ  і  т. д) працюють при термоциклічних навантаженнях. Довговічність і надійність цих деталей визначають за стійкістю чавуну  до  зародження  і розвитку в ньому  мікротрішин. Тому важливе значення має вивчення зв’язку  між структурою металевої матриці, індексом графіту,  температурним термоциклюванням і довговічністю зразків і виробів.  В якості об’єктів вивчення  були прийняті феритні Ф,  феритно-перлітні Ф-П   і   перлітні П чавуни складу   %:     3,4 – 3,9  С;     2,2 – 2,8  Si; 0,6-1,0 Mn;    0,005-0,09  S;       0,1 P  і  Cr   до   0,09  Mg, модифіковані  зростаючими присадками залізо - кремнієво-магнієвими  лігатурами  ЖКМ-2.  Форма  графіту чавуна мінялася від пластинчастого (Гф1, Гф2)  до  кулеподібної  (Гф10-Гф13 по ГОСТ 3443 - 77), індекс графіту від 0,16 до 1,40. Перліту  і  ферито – перлітну  (55% фериту +45% перліту) матриці чавуну  у  литому стані отримували змінних швидкостей охолодження відливок, або  відпалом при  950 С   [ 12].

З метою дослідження  процесів, виникаючих на поверхні склоформи, розроблена установка  яка дозволяла  реалізувати з частотою 3 - 1 с змінний контакт  зразка розмірами 10х10х20см  з  розплавленою скломасою із повітрям,  моделювати  умови роботи деталі склоформуючого інструмент.  Самофлюсуючі сплави використовують для відновлення та зміцнення поверхонь  деталей склоформувального інструменту. Вивчено вплив на властивості сплавів на нікелевій основі, зростаючих до 5% концентрацій бору та кремнію, які забезпечують самофлюсування  [ 13 ].

Показано, що із збільшенням вмісту бору до  1,0%  термостійкість підвищується  на  29%.  Це пояснюється присутністю у структурі  боридної евтектики, яка зміцнює твердий розчин та підвищенням теплопровідності майже  на 7%.  Подальше підвищення вмісту бору на теплопровідність суттєво не впливає, а в результаті окрихчувальної дії знижує термостійкість. При збільшенні приблизно до 0,5%В підвищувався на 10% опір сплаву термохімічній ерозії, і у подальшому практично не змінювався  [ 14 ].

Із підвищенням концентрації бору монотонно погіршувався стан поверхні металу після контакту із скломасою і при 4,56 %  В шорсткість підвищувалась на 87 %.  Присутність до 1,0%  В  суттєвого впливу   на коефіцієнт адгезії не мала. З одного боку це обумовлено роз’єднанням ділянок боридної евтектики,  а  з другого – підвищенням теплопровідності сплаву. При вмісті понад  1,0…1,3 %  В  коефіцієнт адгезії різко зростав, що можна пояснити скелетоподібним станом евтектики.  При  4,56 % В коефіцієнт  адгезії збільшувався на 62 %  [15].

Встановлено, що в умовах підвищеної термохімічної ерозії вміст бору у сплаві не повинен перевершувати  0,5 %.  При термоциклічних та механічних навантаженнях вміст бору доцільно підвищувати до 1,0 % та 1,5 %  відповідно. З підвищенням вмісту бору дещо збільшувалося пошкодження оксидних шарів. Присутність боридної евтектики позитивно впливала на змочування чавуну нікелевим сплавом, яке при 4,56% В   підвищилось на 57%, що має важливе значення при відновленні та зміцненні деталей інструменту особливо зі складним рельєфом робочої поверхні   [16]. 

Присутність у нікелевому сплаві  0,89 %  В  справляла позитивний вплив на коефіцієнт термічного розширення, який при цьому вмісті бору зменшився  на  10 %  і  при подальшому збільшенні кількості бору не змінювався. Присадки бору підвищували міцність зчеплення нікелевого сплаву з чавуном, величина якої при  4,56 %  В  зростала  на 34 % внаслідок зниження температури наплавлення. Швидкість термохімічної ерозії при підвищенні  до  1,86 % В знизилась на 10 %  і  у  подальшому практично не змінювалась. Підвищення шорсткості поверхні нікелевого сплаву після контакту із скломасою при цій концентрації бору не перевищувало 31 %,  а при  4,56 %  В  підвищення шорсткості досягало 87 %   [ 17 ].

  1.   Вплив умови роботи на стабільність структури і процеси руйнування інструменту під час експлуатації.

Термоциклічні випробування  зразків  в  чавуні  проводили на установці типа ИМАШ 5С-65. Контроль температури робочої зони зразків виконували платино - платинорадієвими термопарами і потенціометрами ПСР1-01. По результатам  випробувань термоциклірованих зразків при постійному  навантажені 24,5 МПа  по режимах  300 = 700  С, 300 = 800  С, 300 = 900  С. виявили довговічність (число циклів до руйнування), відносно видовження і відносно звуження при термоциклюванні (розрахункова довжина зразка 10 мм, поперечного перерізу 3- 3 мм)  [18].

Характеристика особливостей розпаду  феритно - перлітних чавунів – появлення темно – сірі кайми через більше  приблизно у два рази число циклів ніж у перлітних чавунах (3-5 і 5-10 циклів відносно). У феритному чавуні кайма не виявлена на протязі всього періоду термоцикліровання, що може розглядатися як підтвердження раніше вираженої думки про те що причина утворення кайми-розпад  цементита при термоциклюванні. При наявності в чавуні  кулеподібного  і  вермикулярного графіту прошарками зародження мікротрішин  є  вермикулярні включення, шаровидні практично не впливали на процеси деформації і тріщино - утворення. Зі збільшеними степенями сфероідизації включень графіту, їх вплив на зародження і розвиток тріщин при  тероциклюванню зменшується  [ 19].

Появі  мікротрішин  в  перлітному чавуні незалежно від форми графіту передувала зміна мікроструктури поверхні зразків. В чавуні з вермикулярним графітом тріщини зароджуються, в основному, на включеннях витягнутих і направлених перпендикулярно до лінії  розтягуючих навантажень.

Вплив структури чавуну при експлуатації є  різний. Через те, що під час експлуатації,  на склоформи  діють різні фактори під час її експлуатації, які впливають на структуру  чавуна, та його експлуатаційні властивості [20].

Пошкоджуваність структури чавуну склоформи може виникнути через неправильне використання склоформи, нетехнологічне використання склоформа, зовнішніх факторів і тому подібне. Також великий вплив на склоформи, у формуванні пошкодження при експлуатації має вплив і пошкодження зовнішнього шару склоформи. При його пошкодженні, і  взаємодії з навколишнім середовищем, що призводить до попадання  різних чинників що провокують розтріскування склоформи, після чого вона  починає руйнуватися.

На підставі рішення аналітичної задачі в рамках лінійної механіки руйнування, встановлено зв’язок між концентрацією напружень біля гострих включень графіту та механізмами руйнування  залізовуглецевих сплавів залежно від кількості графітової фази. Висока збіжність аналітичних та експериментальних результатів підтвердила можливість розширення діапазону використання рішення аналітичної задачі для прогнозування границі міцності не тільки чавунів, але і графітизованих сталей  [21].

Відомо, що опір твердих тіл дії навантажень та їх руйнування суттєво залежить від дефектності (включень, пор, тріщин та ін.). Переважна кількість публікацій на цю тему присвячена крихкому та квазікрихкому руйнуванню, що вивчається у рамках теорії пружності. Одним з недоліків вирішення задач на підставі теорії пружності є не урахування явищ, які можуть виникати у зонах концентрації напружень у вигляді локальних пластичних ділянок.

Для експериментального визначення розмірів мікрозон пластичної деформації відпрацьована методика, яка передбачає нанесення на зразки – шліфи з перерізом 3х3 мм  за допомогою алмазної піраміди мірних сіток у вигляді квадратів з стороною 0,03 мм. Експериментально доведено, що при навантаженні залізовуглецевих сплавів біля загострених включень з підвищеною концентрацією напружень виникають мікрозони пластичної деформації  [22].

Доказано, що при загальній залишковій деформації зразків, яка не перевершувала 1,6%, у мікрооб’ємах металу біля графітових включень залишкова деформація досягає 23,8 %. З використанням числово-аналітичного методу скінчених елементів вирішена аналітична задача у рамках теорії пластичності, яка дозволяє визначати розміри мікрозон пластичної деформації метеріалу.

З урахуванням розмірів мікрозон пластичної деформації встановлена частка мікродеформованого металу у залізовглецевих сплавах при навантаженні, яка при підвищенні кількості графітової фази від 2,1 до 18,3 об’ємн% зростає в залежності від жорсткості включення у 12…19 разів.

Вивчено вплив форми графітових включень при зміні кількості графітової фази від 2,1 до 18,3 об’ємн. % на концентрацію напружень, величину мікрозон пластичної деформації, процес зародження мікротріщин, теплофізичні, фізико-механічні та службові властивості графітизованих сталей та чавунів. Показано, що із збільшенням кількості графітової фази, частка поверхневого руйнування по графіту зростає з 90,5 %  до  905 %  [ 23].

Доказано, що зі зростом параметра форми включень графіту г від 1,15 до 15,3 коефіцієнт мікродеформованого металу зростає за експоненціальним законом, що підтверджує вплив напружень на кінцях включень графіту на пошкодження металу: 

                                                         

де  А=0,0309, В=0,174 при =0,05; А=0,029, В=0,154 при =0,1;

г - параметр форми включення; ВМ - жорсткісь включення;

ЕВ – модуль пружності включення;

ЕМ – модуль пружності металевої основи.

Аналітичні та експериментальні дослідження підтвердили, що мікрозони пластичної деформації, які є додатковими осередками пошкодження матеріалу, сприяють розрихленню матеріалу біля загострених включень графіту і прискорюють руйнування залізовуглецевих сплавів [ 23].

З підвищенням у сплавах вуглецю з 2,48 % до 4,02 %, збільшенням розмірів графітових включень та зменшенням відстані між ними знижувались значення твердості з 220 НВ до 121 НВ. Між кількістю графітової фази та міцністю сплавів відзначена прямолінійна залежність; збільшення кількості вуглецю сприяло зниженню границі міцності з 652 МПа до 186 МПа при температурі 20С і з 511 МПа до 152 МПа та з 155 МПа до 48 МПа при температурах 500С та 700С відповідно.

При підвищенні вмісту вуглецю до 1,51% в’язкість руйнування при температурі 20С була незмінною, а при 500С трохи знижувалась. Вищі концентрації вуглецю призводили до різкого зниження цього показника. Це пояснюється тим, що поля напружень біля включень кулястої форми при малих концентраціях вуглецю не перекривають одне одного і внаслідок цього суттєво не впливають на процес розповсюдження тріщини та величину К. Коли відстані між включеннями достатні для взаємного накладання полів напружень, полегшується розповсюдження тріщини і знижується К. Різке зниження К з підвищенням кількості графітової фази при температурі 700С та у розплавленому склі відбувається внаслідок окрихчувальної дії розплавленої скломаси [24].

Кількість графітової фази суттєво впливає на зношування: з підвищенням вмісту вуглецю та зменшенням відстані між включеннями графіту зношування зменшувалось. При розташуванні графітової фази у вигляді міждендритних колоній, коли відстані між включеннями практично зведені до мінімуму, зношування було мінімальним, що обумовлено змащувальною дією графіту. Зі збільшенням вмісту вуглецю понад 2,5 %,  відзначено підвищення зношування, що пов’язане з викришуванням металевої основи біля великих включень графіту.   Із збільшенням у сплавах від 0,48 до 4,02 % С зменшився на 2,3 % коефіцієнт термічного розширення та підвищилась на 78% теплопровідність  [25].

При збільшенні в сплавах вмісту вуглецю до 4,02% знизився на 64% показник змочування кут , підвищились на 722% коефіцієнт адгезії, на 412% шорсткість та на 292 % швидкість термохімічної ерозії сплавів. Різке підвищення швидкості термохімічної ерозії було відзначено при вмісті вуглецю у межах 2,13...2,52 %. У цих межах вуглецю пластинки графіту вермикулярної та пластинчастої форми при їх міждендритному розташуванні наближені одна до одної, що сприяє накладанню полів напружень та підвищенню швидкості термохімічної ерозії залізовуглецевих сплавів.

З урахуванням результатів аналізу визначення закономірностей розподілу включень графіту в залізовуглецевих сплавах в залежності від параметру форми г встановлено, що найбільша щільність включень з достатньо великим параметром форми (г=10,9...15,3) має місце при 3,47...4,02%С, що, у свою чергу, підвищує імовірність руйнування сплавів при таких концентраціях вуглецю, як при механічних навантаженнях, так і під впливом силікатних розплавів [26].

Встановлено також, що ерозійні процеси руйнування діються не тільки в зоні контакта метала з силікатним розплавом, але і біля неї, що підтверджує високу хімічну активність силікатних розплавів та їх вплив, як основного фактора на стан та пошкодження поверхневих шарів матеріалів, що контактують із силікатними розплавами [27].

На підставі аналітичних та експериментальних результатів розширено уявлення про вплив кількості графітової фази на характер руйнування поверхневих шарів залізовуглецевих сплавів при періодичному контакті з розплавленою скломасою, що дозволило запропонувати схему термохімічної ерозії залізовуглецевих сплавів у в’язкому агресивному середовищі типу розплавленої скломаси, яка показує, що руйнування сплавів у першу чергу відбувається вздовж графітових включень незалежно від їх форми.     Результати досліджень використано при розробці раціональних складів графітизованих сталей  [28].

  1.    Мета роботи, завдання, об’єкт і методи досліджень.  

 Основними недоліками матеріалів, що використовують для виготовлення деталей інструменту є недостатній опір руйнуванню в умовах дії в’язкої хімічно активної скломаси, невисокі міцність, тріщіностійкість та пластичність, які обмежують термін експлуатації та надійність інструменту. Умови роботи та механізми пошкодження матеріалів при періодичному контакті з розплавленою скломасою вивчено недостатньо, що стримує розроблення нових конструкційних матеріалів з підвищеним опором руйнуванню в цих умовах, а також затруднює пошук перспективних напрямків підвищення надійності склоформувального устаткування.

Мета даної роботи полягає  у розвитку наукових основ створення конструкційних матеріалів з підвищеними службовими характеристиками для експлуатації в умовах дії в’язких хімічно активних силікатних розплавів при термоциклічних та механічних навантаженнях.  

Для досягнення цієї мети в роботі  вирішується наступні задачі.

  1.  Уточнити та узагальнити фактори, які впливають на пошкоджуваність конструкційних матеріалів склоформ , що використовуються при виготовленні ізоляторів.
  2.   З використанням  комплексної оцінки надійності та довговічності інструменту, що періодично контактує з в’язким силікатним середовищем, встановити вплив структури на утворення пошкоджень чавунів  при дії температур і навантажень.
  3.  Розробити моделі утворення пошкоджень в поверхневих та внутрішніх шарах  чавунів при періодичному контакті із в’язкими хімічно-активним середовищем. 
  4.  Встановити залежності показників механічних та службових властивостей чавунів від хімічного складу та структурних факторів на підставі чого розробити  технології отримання деталей склоформувального інструменту з підвищеними властивостями.

    Об’єкт дослідження – склоформувальний інструмент за умов дії в’язких хімічно-активних силікатних розплавів і термоциклічних та механічних навантажень.

Предмет дослідження – процеси руйнування та міцність конструкційних матеріалів, які періодично контактують із в’язкою агресивною скломасою.

  Методи дослідження. Фізико-механічні випробування матеріалів із різною структурою.

  Для визначення фізико-механічних характеристик конструкційних  матеріалів використано в основному стандартні методи випробувань та методи математичної обробки  їх  результатів.

2.     МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ.

2.1   Вибір матеріалів і підготовки зразків для досліджень.

Проводили дослідження зразків вирізаних із деталей чавунного склоформуючого інструменту. Досліджені зразки вирізались за допомогою абразивних кругів, щоб уникнути нагріву при відрізанні зразків проводили охолодження деталей. Після вирізання зразків виготовили шліфи за стандартною методикою (спочатку проводили підготовку за допомогою абразивного паперу, після цього  полірували зразки за використанням алмазних паст, травлення, підготовлених для дослідження  зразків, проводили за допомогою  4 %  розчину азотної кислоти  в  етиловому спирті.

Аналіз форми та розмірів графітових виключень проводити на натравлених зразках.

2.2.   Визначення параметрів форми графітових включень і індексу графіту.

 Однією із важливих характеристик, визначаючих фізико-механічні властивості чавуна, по праву слід назвати форму графітових включень при переході від пластинчастої форми графіту до шаровидимої  пластичності  чавуна підвищується в десятки разів, пружність – в декілька раз, значно міняються модулі нормальної пружності, коефіцієнт лінійного розширення,теплопровідності і других характеристик.  У ряді робіт  звертали  увагу, на  те що класифікація форм графітових  включень по ГОСТ – 3443-77 не охоплює всього багатоманіття цієї  форми і не дозволяє отримати достеменної залежності: форма графіту – властивості чавуна. В роботі  запропоновано оцінку графітових включень у високо пружнім чавуні проводити за допомогою двохкамерного фактора форми Ф, що представляє собою відношення периметра круга Р, рівновеликої площадки  досліджуваної фігури  F, до розмірів цієї фігури  Р.  Згідно    С.А Салтикову  [29].

Ф = 3,545   F / P.

Для включення правильної шаровидимої форми  Ф=1, для включення другої форми воно тим менше, чим більша форма включення відрізняються від ідеальної круглої. Іншими словами, параметр Ф показує, яка доля периметра фігури охоплює рівновеликий нею круг. О.В. Соценко, відмітив наглядність вказаної характеристики, рахує, що перевагам слід віддати другій характеристиці – фактору компактності Фк, представленим собою відношення площі  графітового включення  Fк  до площі описаного навколо його круга  Fо.

Фк = F / Fо.

   При певному вивченні Фк можна, у відношенні від Ф, визначати візуально, без будь яких інших еталонних шкал. Тим неменше їм, як і авторам роботи запропонована десятибальна шкала графітових включень з змінюючим від 1,0 до 0,1 параметром компактності  Фк.  Дві шкали призначенні для визначення степені сферидизації графіту (ССГ). З використанням методу випадкових січних в комбінації з точковим методом  В.І. Литовка розробив метод визначення степені і параметра включення графіту і побудував графічні залежності механічних властивостей чавуна  від ССГ. По думці автора, можливість отримання таких залежностей по результатам  металографічного аналізу визначають рівень  фізико-механічних властивостей чавуна. Серйозним недоліком  описоного методу  є  його висока трудоємність, так як отримання статичних достовірних даних потрібно змінити периметр і площу більшого числа графітових включень. Крім того, описані вище методи оцінки ССГ не враховуючи кількість графітових включень, які мають суттєвий вплив на весь комплекс властивостей чавуна. В.М. Юзваком і  І.П. Волчком запропонували метод визначення інтегральної характеристики – індексу графіту, враховуючи одночасно кількість і форму графіту і визначення як відношення суми максимальних розмірів врахованих  включень графіту до довжини випадковий січих, їх перетинів /164/, віднесеного до  ГОСТ 1778-70 як метод Л   [29].

                      Розробка методу проведена на чавуні, що містить  % :

3,00 -3,6 С;            2,5 – 2,9 Si;      0,55 – 0,85 Mn;          0,06 – 0,13 P;         0,006-0,040 S;          0,1 Cr;        0,05 Ni;      0 – 0,09 Mg,  

виплавленого в електродугові печі  ДСП-1,5  і  модифікованого зростаючими присадками лігатури  ЖКМ-2 (8,75 % Mg;  55% Si;  залишок  - Fe ).

      Індекс графіту визначали по формулі:       Jr = a I z /L,

Де   аі – сума максимальної довжини чи діаметра врахованих ( попавших в перехрестя ниток окуляра при переміщенні шліфа на предметним столиком оптичного мікроскопа ) включень графіту в деяких окулярах шкали; z – ціна одного ділення  окулярної шкали, мм; L – довжина підрахунку (випадковий сітчастий), мм.

     Із формули видно, що значення Jr буде тим вище, чим  більше графіту в чавуні і чим більше форма його включень відрізняється від кулеподібної.

     Представлена схема визначення графіту. У відношенню прийнятою методикою, при переміщенні шліфа (у нашому випадку горизонтально) на предметному столику мікроскопа на величину Lі будуть враховані три включення графіту пересічення перехресними нитками окуляра і  маючи максимальний розмір L1, L2,  L3,  відношення (L1, L2,  L3 )/L1. представляє собою індекс графіту  в  даному випадку   [29].

При розробці методу необхідно було вирішити три практичні задачі:  а) визначити розмірні групи графітових включень, забезпечуючи необхідну точність і оперативність розрахунків;  б) визначити об’єм аналізу (довжину підрахунку), що відповідає здатній заданою (+- 10%) точності визначення індексу графіта; в) забезпечити достатньо високу продуктивність аналізу.

Рис. 2.1.  Схема визначення індексу графіту.

Наявність в чавуні наростаючих концентрацій магнію забезпечило можливість отримати пластинчасту вермикулярну  і  шаровидну  форму графіту, при цьому по мірі його глобуляризації знизилися розміри графітових включень. Найбільша кількість включень пластинчастого (66,1%) вермикулярного (76,5%) і кулеподібного (84,7%)  графіту розмішувалися відповідно в розмірних групах 40-200,  40-120,  і  20-80 мкм. Тому кожна із вказаних груп  поділялася на 4-5 інтервалів, 3 інтервали відповідали більш малим  включенням  і  1-6  інтервалів більш великим.

Дослідами  було встановлено, що для визначення індексу графіту з точністю +-10%  довжина підрахунку Jr  повинна бути не менше 120, 90  і 45 мм відповідно для чавунів з пластинчастою, вермикулярною і кулеподібною формами графіту. Тривалість підрахунку  для цих  форм графіту  складає  відповідно  90-120,  60-90,  30- 60 хв  в  залежності від навиків оператора (підрахунок проводився при збільшені  х100 на нетравлених шліфах)  [30].

2.2.1  Вивчення  кількісних  параметрів структури металічної матриці.

Згідно ( І ) масова частка структурної складової (чи фази) в сплаві  рівна частині пересічній лінії, проходячи через цю складову в об’ємі  (чи на шліфі). Через це лінійний метод зводиться до вимірювання і сумування довжини відрізка  прямої лінії, проходячи через дану структурну складову  (чи фазу), на визначеній довжині січної прямої.  Перевага лінійного методу над планіметричним полягає в більшій простоті  і точності  [30].  

При використанні лінійного методу  видиму в мікроскоп чи на мікрофотографії структуру, що складається із будь якої кількості фаз, перетинають прямою лінією чи рядом ліній.  Контури  січення мікрочастин окремих фаз на шліфі розсічуть ці лінії на окремі відрізки. Якщо роздільно просумувати  довжини відрізків, потрапляючи на кожну із фаз структури, і розділити  суми на загальну довжину січних ліній, отримані частини будуть рівні часткам площині шліфа чи об’ємі сплаву, які займають кожна із цих фаз.

Лінії можна проводити довільно. Важливо лиш  те, що вони охоплювали всю  поверхню  і були рівномірні по ній розмішені.

При аналізі по мікроструктурі вимірювання проводять  методом нерухомого і рухомого шліфа. У першому випадку на нерухомому шліфі за допомогою  окуляр-мікрометра виміряють довжину відрізків ліній окуляра, пересікаючи  фазу, кількість якої визначається. Щоб отримати  надійні середні значення, вимірювання повторюють  в  ряді полів бачення, рівномірно розподілених  по площині шліфа. У процесі вимірювання користуються збільшеннями, при яких довжина одного відрізка рівна 50 діленням лінійки окуляра  [30].

Аналіз при рухомому шліфі  у  відношенні  від переглянутого проводять  у  процесі неперервного переміщення шліфа  в одному напрямі  при одночасному розгляданні структури   в окуляр  з  перехресними нитками. В даному випадку сумується довжина напрямку шліфа  при проходженні через  точку перехрестя окуляра кожної  із  структурних складових  по одинці.  Лінії переміщення шліфа можуть проходити в різних напрямках і не бути  взаємно паралельними.

Для використання описаного способу аналізу необхідні спеціальні предметні столики  з декількома  мікрометричними  гвинтами, перемішуючи шліфи незалежно один від одного  в одному і тому напрямі. Столики,  застосовуються  для визначення фазового складу лінійним методом, забезпечують послідовні  і  плавні переходи  шліфа  і реєстрацію  величини переходу роздільно  для кожної фази чи структурної складової  [31].

Для вимірювання безпосередньо на шліфі  часто користуються  окулярним-мікрометром (мікросхема  ПМТ-3). Поставивши перехрестя в початкову точку Хо  на границі  фаз так,  щоб фаза  А  була з права від неї, перехрестя перемішують вправо  і  записують стовпчиком координати Х усіх точок переміщення  границь А. Попарні різниці  Х10,  Х 3 2,   Х54   і т.д. дають довжину відрізків А,  а різниця між кінцевим Х  і  початковим  Х0n – Х0)=L.

 Сума               (Х2k+1X2k)=LA,

  звідси            LA=X2k+1 –  X2k.

Для визначення LA  достатньо скласти  парні  і  непарні  розрахунки  Хі (непогано їх записати зразу  у дві колонки), так як для результату важливо лише безрозмірне відношення  LA /L0.

При вимірюванні на мікрофотографіях  на них олівцем наносять квадратну сітку  перетину так, щоб їх загальна довжина була не менше L0, а крок – не  менше d. Вимірювальним циркулем  всі  відрізки  перетину переносять на  відображену на папері пряму  і  виміряють загальну довжину  відрізків і їх число М  [31].

Для вимірювання сум  довжини LA  на паретинаючу лінію наносять систему рівновідстоюючих  точок  і розраховують число точок  NA, припадаючих на фазу А.

При  L0 = const  і  N0 = ∞  можна знайти скільки завгодно точне значення LA. Однаково і при точному вимірюванні LA величина   n=    по старому відхиляється  від  V  із за  флуктуацій  числа частин А, попадаючих  на січну. Коли на довжину  L0  попадає  М частин, середній діаметр частин

d= .                                     

Погрішність лінійного методу залежить від числа ділянок фази А на  довжині  пересікаючи  L – М  і  зв’язана  з  цією величиною вираженням

Sv .                                 

Або через середній поперечник  частин

SV  =      

При любому використанні статичних методів обов’язково априорниє  планування досліду. Якою задати наперед бажану точність результату (де в точковий метод  визначення кількості фаз), визначають мінімально необхідний  об’єм  досліду.  Оцінивши на око  V  (кількість визначеної  фази)  і  задав середньоквадратичне  відхилення,визначають мінімальне число частинок  М для лінійного методу  [32].

2.2.2  Визначення  твердості  досліджених сплавів.

Метод полягає у втисканні на твердомірах у поверхню виробу (зразка) протягом певного часу під дією заданного навантаження P сферичного наконечника й вимірювання діаметра d відтиска після розвантаження (рис. 1). Застосовуються наконечники (індентори) у формі кульок різних діаметрів D (мм): 1; 2; 2,5; 5; 10. Для матеріалів, твердість яких не перевищує 450 одиниць, використовуються сталеві загартовані кульки. Твердість у цьому випадку позначається HB. Для твердіших матеріалів (твердістю до 650 одиниць) використовуються  кульки з твердого сплаву, а твердість позначається HBW.

Твердість визначається як відношення зусилля втискання  індентора в матеріал до площі поверхні відтиску (рис.1):

 

де Р – навантаження на індентор, Н; F – площа поверхні сферичного сегмента відтиска після розвантаження, мм2; D – діаметр кульки індентора, мм; h і d – відповідно глибина і діаметр відтиска після розвантаження, мм.

Діаметр відтиску вимірюється за допомогою відлікового мікроскопа в двох взаємно перпендикулярних напрямках з визначенням середнього арифметичного значення, за яким знаходять твердість. Значення твердості можна розрахувати за формулою (1) або визначити з таблиць, у яких для окреслених значень P і D заздалегідь обчислені значення НВ = f(d).

Щоб отримувати однакові значення твердості матеріалу при різних умовах вимірювання (D, Р), необхідно, щоб між діаметром відтиску й діаметром сферичного індентора зберігалося співвідношення: 0,25 D < d < 0,6 D і забезпечувалася геометрична подібність відтисків ( = const) вибором навантаження P за такою залежністю: 

 ,  

де K – постійна величина, значення якої вибирають залежно від твердості матеріалу.

Твердість за Брінеллем, що визначається при стандартних умовах  вимірювання (D=10мм, Р = 29400 H, тривалість витримування під навантаженням від 10 до 15 с), позначається цифрами, що характеризують величину твердості, та літерами НВ, наприклад, 65 НВ. При інших умовах вимірювання після букв НВ потрібно послідовно вказувати діаметр кульки, навантаження та тривалість витримки під навантаженням, наприклад, 280 НВ 5/750/20.

Найменша товщина зразка s повинна бути більшою від 10–разової глибини відтиска h, відстань між центрами двох сусідніх відтисків – не меншою від 4d, а відстань від центра відтиску до краю зразка — не меншою від 2,5d; для м’яких металів (<35НВ) ці відстані повинні бути менші відповідно від 6d i 3d.

За методом Роквелла  критерієм твердості є глибина відтиска індентора, яка під час випробування визначається автоматично на твердомірах типу ТР (подібної будови, що і твердоміри ТБ). Значення твердості відчитується зі шкали такого твердоміра.

При вимірюваннях використовуються стандартні наконечники  двох типів:

алмазний конус з кутом при вершині 120°;

–відполірована кулька діаметром 1,5875 мм (1/16") із загартованої сталі.

Загальне навантаження Р на індентор прикладають у такій послідовності (рис. 2.3):

  •  наконечник втискується в матеріал під дією початкового навантаження Р0 на глибину hо, з якої буде здійснюватися відлік твердості, щоб усунути вплив шорсткості поверхні, неоднорідності хімічного складу та структурного стану поверхневого шару й вібрацій твердоміра;

–  опісля плавно  протягом 2 – 8 с прикладається основне навантаження до свого номінального значення Р1;

–  наконечник певний час втискується в матеріал під дією загального навантаження (Р=Р0+Р1) на глибину ho+h1. Тривалість витримки під загальним навантаженням залежить від повзучості матеріалу і складає 2 с для матеріалів з незалежною та 5 – 8 с для матеріалів з залежною від часу пластичною деформацією;

– після витримки знімається основне навантаження й наконечник, продовжуючи перебувати під дією початкового навантаження Р0, витісняється матеріалом у положення, що характеризується величиною заглиблення ho+ h1 h2.

Різниця h1h2,  що характеризує твердість, визначається за допомогою індикатора годинникового типу. На циферблаті індикатора є три шкали, що мають 100 спільних поділок: суміщені ідентичні шкали А і С, позначені чорними цифрами, та зміщена відносно цих шкал на 30 поділок шкала В, позначена червоними цифрами [32].

Ціна поділки c шкали відповідає заглибленню індентора на 0,002 мм, а повний  оберт стрілки — на 0,2 мм.

Значення твердості за методом Роквелла визначається різницею параметрів K i e, виражених через кількість  поділок шкали:

НR = K е,

де  K = 0,2мм/0,002мм = 100 поділок шкали  при визначенні твердості алмазним наконечником за шкалами А і С  і K = 0,26мм/0,002мм = 130 поділок  при визначенні твердості сталевою кулькою за шкалою В, e = (h1h2)/0,002.

Отже, твердість за Роквеллом подається в умовних одиницях (міра одиниці — 0,002 мм) за відповідною шкалою індикатора твердоміра, наприклад, 58 НRC.

Умови застосування методу та режими вимірювання твердості наведені в табл. 3. При визначенні твердості HRB м'яких та середньої твердості матеріалів (<450 НВ) застосовується сталева кулька. Враховуючи  можливість проникнення наконечника в м'який матеріал під дією загального навантаження на глибину більшу, ніж 0,2 мм, шкалу.  В зміщують відносно шкал А і С на 30 поділок, розширюючи межі відліку в ній до 130 поділок. Верхня межа вимірювання складає 100 HRB, бо при більшій твердості матеріалу внаслідок можливої деформації кульки та незначної глибини проникнення її в матеріал (0,06 мм) втрачається точність вимірювань. Нижня межа вимірювання — 25 HRB, оскільки в матеріалах з меншою твердістю значно збільшується час пластичної деформації та площа поверхні дотику кульки з матеріалом, що вносить похибку у вимірювання [32].

  1.  Аналіз пошкоджуваності матеріалів склоформуючих інструментів після експлуатації.

Надійність деталей і конструкцій великою мірою визначається  опором матеріалів поширенню тріщин. Кількісна оцінка тріщиностійкості ґрунтуються на визначені напруження К1C поблизу вершини тріщини в момент нестабільного поширення.

Значення К  залежить від ступеня пластичної  деформації  у  вершині тріщин (її затуплення ) і характеризує опір розвитку в’язкі тріщині. Тому коефіцієнт інтенсивності напружень  Кназивають в’язкістю руйнування. Чим він більший, тим вище опір матеріалу в’язкому руйнуванню і його надійність.

Крім якісної характеристики надійності, К доповнює параметри   HB, б 0,2 і  Е у розрахунках на міцність деталей. Використання цього критерію дає змогу визначити безпечний розмір тріщин за відомого робочого напруження, або безпечне напруження, якщо відомий розмір дефекту  [34].

 Характеристики в’язкості руйнування отриманні для одних і тих самих матеріалів під час випробувань зразків різних розмірів і різної  форми  можуть суттєво відрізнятися  особливо для пластичних сплавів, і тому розрахунок  граничного стану деталей за характеристиками, що визначені на лабораторних зразках не завжди  є обґрунтованими. Все це примушує до пошуків інших критеріїв руйнування матеріалів з тріщинами, які були би інваріантними  до умов випробувань  [34].

  Щоб оцінити несучу здатності матеріалу, широко використовують показники в’язкості  руйнування, які відомі з вимірів фізичних параметрів тріщини: довжини, переміщення берегів у середній частині й у вершині тріщини, кута розкриття, а також швидкості збільшення тріщини, розміру пластичної зони біля вершини тріщини.

Стандартні методи визначення показників в’язкості руйнування доволі складні й під час пружно-пластичного поводження матеріалу із тріщиною не є ефективні. Їхнє використання для оцінювання несучої здатності пластичного листового матеріалу, може призвести до звичайного зниження у несучій  здатності.

Це зумовлено, насамперед, розходженням схем навантаженням, при визначенні параметрів в’язкості руйнування тонкої пластини й компактного зразка  [35].        

Оскільки в’язкість  руйнування чутлива до структурного стану матеріалу, зокрема до однорідності структури, то для оцінювання несучої здатності матеріалу як параметр, що контролює розвиток тріщини, можна прийняти стан пошкоджень матеріалу на ділянці вершини  тріщини, який досягається до моменту її старту.

Проте, методи визначення запропонованих параметрів оцінки стану пошкоджень не мають достатньо чіткого визначення. Крім того, слід врахувати той факт, що конкретним зразкам конструкційних матеріалів, а також виготовлених з них виробам властива індивідуальність характеристик міцності і пружності. Розкид їхніх значень для різних зразків, виготовлених з одного і того самого матеріалу, зумовлений статистичною природою міцності твердих тіл, відмінністю структур зовні однакових зразків  [35].

Невизначеність реальних механічних характеристик матеріалу і невизначеність деяких зовнішніх навантажень, що діють на технічний об’єкт, приводять до погрішностей розрахунків щодо працездатності проектованих конструкцій і вживання відповідних заходів безпеки.

За таку міру використання приймають пониження в n разів щодо небезпечного напруження матеріалу (межі міцності, межі текучості, межі витривалості або межі пропорційності) величини напруження, що максимально допускається, і яка використовується в умові міцності, що зумовлює збільшення матеріаломіцності виробів  [35].

Під дією навантаження матеріал на ділянці вершин тріщини пошкоджується й, досягнувши граничного рівня накопичених пошкоджень, тріщина стартує, ‘‘ впроваджується ’’  у цей ушкоджений матеріал.

Для пластичного матеріалу процес його пошкодження на ділянці вершини тріщини проявляться у вигляді візуального спостереження “ утягнення ” матеріалу по лінії поширення тріщини. Стан пошкодження матеріалу в межах шийки зразка, підданому одноосьовому розтягу, подібний до моменту її старту.

Цей факт було встановлено під час дослідження  пористості матеріалу  на ділянці вершини тріщини й на зламі в шийки зразка.  Виявлена адекватність   станів матеріалу в зоні вершини тріщини й у шийці одновісного розтягнутого зразка спричиняє можливість проведення оцінки несучої здатності пластини без залучення критеріїв в’язкості руйнування.

Непрямим підтвердженням висловлених міркувань  є  взаємозв’язок характеру розподілу напружень  у  вершини тріщини  із процесами нагромадження пошкоджень за простого розтягу зразка матеріалу  [36].

Розрахунок пошкоджуваності проводили в наступні послідовності: визначити розподіл Вейбулла(m) за формолою:

Р(σ)=І - ,

де  m, k – параметри розподілу, при цьому параметр m (коефіцієнт гомогенності, який відображає ступінь розсіяння характеристик досліджуваної властивості)

m – коефіцієнт гомогенності Вейбулла

 - середнє значення логарифма твердості.

3.   ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ СТРУКТУРИ І ПОШКОДЖЕНОСТІ ЧАВУННОГО СКЛОФОРМУВАЛЬНОГО ІНСТРУМЕНТУ.

3.1 Металографічний аналіз  склоформ після експлуатації  в умовах циклічних змін температури і навантажень.

Досліджували зразки, отримані із пресформ для виготовлення скляних ізоляторів, які були в роботі, мали різну стійкість і причини виходу із експлуатації. Зразки були вирізані із ступиці пресформ, а також із зон контактної взаємодії «пресформа – рідке скло». Загальний вигляд досліджених зразків представлено на рис. 3.1.

а

б

Рис. 3.1 Загальний вигляд зразків, вирізаних із пресформ для виготовлення
скляних ізоляторів: а – пресформа №112, б – пресформа №6112.

Із вирізаних зразків для аналізу мікроструктури були виготовлені шліфи. Після шліфування на абразивному папері різної зернистості проводили полірування шліфів за допомогою алмазних паст. Зразки досліджували на мікроскопі МЕТАМ-Р1, після полірування, а також після травлення реактивом (4% HNO3  у спирті C2H5OH). Структура досліджуваних зразків представлена на рис.3.2; рис. 3.5.

а

б

в

г

Рис. 3.2 Мікроструктура нетравлених зразків із пресформи №6112:

а, б – ступиця пресформи; в, г – зона контактної взаємодії (×100)

а

б

в

г

Рис. 3.3 Мікроструктура нетравлених зразків із пресформи №112:         а, б – ступиця пресформи; в, г – зона контактної взаємодії (×100)

а

б

в

г

Рис. 3.4 Мікроструктура нетравлених зразків із пресформи №40:            а, б – ступиця пресформи; в, г – зона контактної взаємодії (×100)

а

б

в

г

Рис. 3.5 Мікроструктура нетравлених зразків із пресформи №120:               а, б – ступиця пресформи; в, г – зона контактної взаємодії (×100)

а

б

в

г

Рис. 3.6 Мікроструктура зразків після травлення із пресформи №40:       а, б – ступиця пресформи; в, г – зона контактної взаємодії (×100)

а

б

в

г

Рис. 3.7 Мікроструктура зразків після травлення із пресформи №120:   а, б – ступиця пресформи; в, г – зона контактної взаємодії (×100)

Аналіз результатів, отриманих при металографічних дослідженнях показав, що при роботі пресформ в зоні контакту «пресформа – рідке скло» у порівнянні із ступицею збільшується кількість виділень графіту (рис. 3.2 а, в; рис. 3.3 а, в). Причому графіт виділяється у вигляді дрібних включень несферичної форми. Слід відмітити, що схильність до виділення графітних включень залежить від вихідної структури чавуну. В пресформі 40, де чавун у вихідному стані має кулястий графіт більших розмірів, в умовах циклічних навантажень, відбувається ріст великих включень графіту, форма яких стає несферичною, а виділень дрібних включень не спостерігається.

Дослідження шліфів після травлення 4 % розчином HNO3 в етиловому спирті виявили, що у пресформі №40 структура металічної матриці в зоні ступиці представляє собою феритні округлі ділянки, які розташовані в перлітній матриці. Кількість феритних ділянок складає 36…42 %. Графітні включення в ступиці пресформи розміщені в ділянках фериту (рис. 3.6  а, б).

Структура металічної матриці зони контактної взаємодії пресформи №40 представляє собою ферито-перлітні ділянки з кількістю фериту 65…70 %. Причому в структурі суттєво зростає кількість внутрішніх границь розділу. Зміна кількісного співвідношення між перлітом і феритом обумовлена впливом циклічних нагрівів і охолоджень. Утворення такої структури свідчить про те, що в зоні контактної взаємодії відбувається нагрів чавуну вище температури фазового перетворення перліт↔аустеніт. В результаті проходить ріст графітних включень, зменшення кількості перліту, подрібнення структури і накопичення зернограничної пошкодженості.

В ступиці пресформи №120 кількість перліту складає 42-46 %. В зоні контактної взаємодії після роботи в умовах циклічних теплозмін кількість перліту зменшується до 32-36 %. При цьому відбувається подрібнення структури металічної матриці.

В зв’язку із тим, що вирішальне значення в процесах руйнування пресформ мають характеристики графітних включень при виконанні роботи проводили аналіз індексу графітних включень. Індекс графіту визначали за формулою:

,

де сума максимальних довжин або діаметрів врахованих включень графіту в поділках окулярної шкали; z – ціна однієї поділки окулярної шкали, мм; L – довжина підрахунку (випадкової січної), мм.

Із представленої формули видно, що значення  буде тим вищим чим більше графіту в чавуні і чим більше форма його включень відрізняється від кулеподібної.

При дослідженнях виявлено, що під час циклічних нагрівів відбуваються також зміни індексу графітних включень і їх середніх розмірів. У всіх досліджених пресформах після циклічних нагрівів індекс графітних включень зростає. Найбільше зростання відбувається в пресформі 40. Для якої є характерним і більш високі значення середнього діаметра графітних включень (0,04∙10-3 м).

3.2  Дослідження  твердості  і  утворення тріщин  при експлуатації склоформ.

Твердість досліджуваних зразків вимірювали за методом Брінеля при навантаженні 750 кг з кулькою діаметром 5 мм.

Проведені дослідження (табл. 3.1) показали, що твердість пресформ чавунів змінюється в межах від НВ 206 до НВ 136. Така зміна твердості пов’язана із різною кількістю перліту в чавунах. Слід відмітити, що у всіх досліджених чавунах твердість в зоні контакту «пресформа – скло» є меншою ніж в ступиці, що вказує на суттєві зміни в співвідношенні фаз і складових, які відбуваються при циклічних нагрівах і охолодженнях. Причому найбільші зміни твердості відбуваються в пресформі 40 (твердість зменшилась майже на 34 %).

В той же час різниця в твердості ступиці зони контактної взаємодії  пресформ 120 і 112 є невеликою, що свідчить про більш високу структурну стабільність матеріалу цих пресформ.

Таблиця 3.1. Загальна характеристика зразків: твердість, індекс та середній діаметр графітних включень, параметри тріщин в контактній зоні досліджених пресформ.

№ зразка пресформи

Місце вирізки зразка

HB, кгс/мм2

Форма графітних включень

      Іг

       

      d, 10-3 м

Характеристика і довжина тріщин вздовж і поперек шліфів, 10-3 м

Довговічність пресформи

6112

ступиця

170

кулеподібний

0,135

0,025

 501480

контактна зона

163

кулеподібний

0,150

0,018

гостра

4/6

1/3

0,5/2

112

ступиця

152

кулеподібний + вермикулярний

0,202

0,035

 215736

контактна зона

145

кулеподібний + вермикулярний

0,260

0,025

притуплена

2/4

0,05/5

3/5

40

ступиця

206

кулеподібний

0,210

0,04

   387360

контактна зона

136

кулеподібний

0,294

0,018

гостра, нерівна

7/7

3/1,5

120

ступиця

144

кулеподібний + вермикулярний

0,239

0,018

     294840

контактна зона

141

кулеподібний + вермикулярний

0,292

0,015

притуплена

6,5/9

      Іг – індекс графітних включень, d – середній діаметр графітних включень.

Аналіз параметрів тріщин показав, що небезпечні гострі тріщини більшої довжини утворились в пресформах 6112 і 40. На утворення тріщин має суттєвий вплив структура матеріалу пресформ (рис. 3.8 а, б, в, г).

а

б

в

г

Рис. 3.8 Тріщини, що утворились в зоні контакту «пресформа-скло» пресформи 40, х100

 У всіх випадках утворення тріщин відбувається переважно по включенням графіту, які більш легко у порівнянні із металевою матрицею руйнуються механічно і окислюються. Присутність порівняно великих глобулів графіту (0,04∙10-3 м) в пресформі 40 полегшує процеси руйнування, за рахунок проходження тріщин по границям графіт-матриця (рис 3.8). Найбільший опір руйнуванню є характерний для пресформи120, в якій присутній вермикулярний графіт. Дрібні, ізольовані один від одного включення такого графіту є найбільш сприятливими при роботі в умовах циклічних нагрівів і термохімічної ерозії.

3.3 Модельні уявлення впливу структури на процеси руйнування  в зоні контакту матеріалу  форми – рідке скло.

На рисунку 3.9 схематично показано руйнування поверхні на яку виходять  включення  графіту пластинчастої, вермикулярної і кулеподібної форми. В усіх випадках корозія проходить переважно по включенням графіту, які швидше в  порівнянні з металевою матрицею руйнуються механічно і окислюються.  В першому випадку (при наявності пластинчастих включень) завдяки значному видовженні  пластин графіту  процеси руйнування легко  переміщуються  з поверхні  в глибину металу. У випадку кулеподібного графіту, відсутності  контакту між його включеннями,  перешкоджає  проходженню корозії  в глибину металу  [37].

Рис. 3.9 Схема руйнування робочої поверхні склоформи  виготовленої із чавуну з пластинчастим (а, г), вермикулярним (б, д), і кулеподібним графітом (в, е);    а, б, в – до початку експлуатації;  г, д, е – в процесі експлуатації;  

1- металічна матриця; 2 – графіт; 3- продукти високотемпературної корозії.

 

В той  же  час порівняно великі глобули  графіту сприяють створенню на поверхні  виробу тріщин великої глибини, що негативно відображається на шорсткості поверхні і зменшує її  корозійне руйнування. Таким чином, найбільшим супротивом  корозійному руйнуванню і  збільшенню шорсткості поверхні володіють чавуни з вермикулярним графітом,  малі і ізольовані  один  від одного  включенню якого являються найбільш придатними  при роботі в умовах високотемпературної термохімічної корозії [38].

3.4. Аналіз формування пошкоджень в склоформах при циклічних змінах температури і навантажень.

    Для оцінювання пошкоджуваності  матеріалу склоформ використовується метод  LM – твердості, що ґрунтується на методах математичної статистики, використанні параметричних неперервних розподілів. Згідно з цим методом більш представницькими щодо кореляції будь  якої механічної  характеристики   матеріалу  і  станом структури  є не абсолютні  їхні значення, а деякі похідні цих значень, зокрема розсіяння результатів вимірювань , виконаних однаковими приладами  в  ідентичних умовах.

За характеристику матеріалу вибирають розсіяння її значень за параметрами закону розподілу, що описує це розсіяння. Цей метод найпростіше реалізувати, використовуючи як механічну характеристику твердості, значення якої застосовуються для непрямої оцінки зміни властивостей матеріалів.

   Оскільки несуча здатність пружно – пластичного матеріалу під навантаженням  визначається поведінкою локальних областей поблизу концентраторів напружень, а будь-яке руйнування пов’язане  з  пластиною деформацією, та характеристиками твердості, їх можна застосувати  для  оцінки тріщиностійкості, оскільки вони також характеризують опір місцевого матеріалу   місцевої пластичної деформації  під час розклинення матеріалу  індентором приладу для вимірювання твердості.

Дослідження проводили на шліфах які були вирізані із склоформ, що працювали в умовах циклічних змін температури  та силових навантажень. Твердість вимірювали за методом Роквела  при діаметрі кульки 3,175мм  і навантаженні 588,4Н, при цьому кількість замірів складала  не  менше тридцяти. Коефіцієнт гомогенності, який відображає ступінь розсіяння характеристики досліджувань властивостей може визначатися за формулою Гумбеля, яка стосовно  випробувань на твердість має вигляд;

.

Тут  величина d(n)  визначається залежно від числа  n  вимірювань. У такому разі  n повинно бути не менше 15, а величину S(lgH) – за наслідками  n вимірювань.

S(lgH)= середнє значення логарифма твердості.

Великим значенням коефіцієнта  m відповідає низький рівень розсіяння характеристики твердості  і  отже, краща організація структури, низький ступінь пошкоджуваності, меншим значенням навпаки, вища ступінь пошкоджуваності. Коефіцієнт гомогенності Вейбула(m),  який подібний  до в’язкості   руйнування залежить від однорідності структури, і має стійку кореляцію  з  максимальним значенням щільності вірогідності, причому  коефіцієнт кореляції практично однаковий за всіма досліджуваними властивостями матеріалів. Це свідчить про можливість використання параметрів  кривих  щільностей розподілу характеристики  досліджені властивості  для оцінки ступеня  пошкоджуваності матеріалу.

Результати дослідження представлені у таблиці 3.2 і на рисунках 3.10, 3.11, 3.12, 3.13. як  видно коефіцієнт гомогенності Вейбула (m) є різними  у  досліджених пресформах.

Найбільше значення коефіцієнта гомогенності характерне  для пресформи №112, найменше для №6112. Для всіх досліджених пресформ  значення коефіцієнта Вейбула (m)  у зоні контактної взаємодії, є меншим ніж у ступиці, що є свідченням накопичення пошкоджень під час роботи пресформи.

Твердість і коефіцієнт розсіяння твердості досліджених зразків *  

Таблиця 3.2( зразок 40).

Місце вирізки..

 HRB (Р=588,4  Н,  D=3,175)

40

Ступиця

17; 17; 12; 17; 17,6; 17,5; 18; 17; 17,5; 18; 18,2; 17,8; 18,5; 18; 18; 17,9; 17,9; 17,5; 17,8; 17,9; 18; 18; 18; 18,5; 18,8; 18; 13; 15; 18,5; 18.

Область контактної взаємодії

11,25;  11,8;  8,5; 13; 13; 12; 13,2; 13; 13; 13,5 ; 11,5; 13; 13; 13; 13,9; 14; 13; 13,9; 16; 14,5; 14,3; 15; 15; 14,5; 14,5; 14;  14; 13; 13,5;  13.

*  m  розраховували за формулою m= де  m (коефіцієнт гомогенності, який відображає ступінь розсіяння характеристик досліджуваної властивості) при цьому значення      m 40с=11,51579;

                                                                                       m40к =9,864005.

Твердість і коефіцієнт розсіяння твердості досліджених зразків *  

Таблиця 3.2( зразок 112).

Місце вирізки..

 HRB (Р=588,4  Н,  D=3,175)

112

Ступиця

13,5; 15; 15; 16; 16; 15; 15; 16; 17; 15,8;16; 15,5; 15; 13,5,  14; 15; 16; 16,5; 15,5; 15; 14; 16; 15; 14,5; 14; 14,5; 14,5

Область контактної взаємодії

12,5; 15; 15,5; 14,5; 14,2; 14; 13,3; 13 ; 13,2; 13,5; 11,7;  11,8; 13; 12; 13; 14; 14,5; 13,9; 14; 14,5; 13,5; 13; 13,9; 14; 14,3; 14; 12;  13,5; 14,2; 14,5.

*  m  розраховували за формулою m= де  m (коефіцієнт гомогенності, який відображає ступінь розсіяння характеристик досліджуваної властивості)  при цьому значення    m112c =18,78936;

                                                                                      m112k=15,98437.

Твердість і коефіцієнт розсіяння твердості досліджених зразків *  

Таблиця 3.2( зразок 6112).

Місце вирізки..

 HRB (Р=588,4  Н,  D=3,175)

6112

Ступиця

14,5; 16,5; 17; 19; 17,5; 18;  16.5; 16,5; 16,2; 13,5; 16;  16,5; 17,5; 17,5; 18 ; 18,2; 17,5; 17,2; 17; 16,9; 17; 17; 16,8; 16,5; 17;  17,5; 17,8; 17,5.

Область контактної взаємодії

14,5 ; 16,5; 17,5; 17,5; 17; 18,3; 17,9; 17; 17,5; 16,5; 17; 17,5; 15,2; 17;  17;  16,5; 16,5; 17; 17,2; 17; 16,6; 17,9; 16,7; 17,5; 17,2; 16,9; 17; 16,5; 16,5; 15,3.

*  m  розраховували за формулою  m= де  m (коефіцієнт гомогенності, який відображає ступінь розсіяння характеристик досліджуваної властивості)  при цьому значення    m6112с = 23,38612;

                                                                                      M6112к =  17,76699.

Твердість і коефіцієнт розсіяння твердості досліджених зразків *  

Таблиця 3.2( зразок 120).

Місце вирізки..

 HRB (Р=588,4  Н,  D=3,175)

120

Ступиця

13; 13,5; 13; 14;13,5; 13; 13,5; 14; 12,5; 13; 14; 14; 13; 12,5;13; 13; 14; 13,5; 12; 12,3; 13; 13,5; 14; 13,2; 13; 13; 13,9 ; 14; 12,5;  13,2.

Область контактної взаємодії.

9,5; 5;  14;  13,9; 12,6; 12; 14; 13,5 ;14,5; 13,5; 13,9; 13,9; 14; 14,5; 14,5; 14,2; 13,9; 14;  14,5; 11; 15; 14; 12,5;  13,9; 15,9; 15; 17; 13,9;  13; 12,8.

*  m  розраховували за формулою  m= де  m (коефіцієнт гомогенності, який відображає ступінь розсіяння характеристик досліджуваної властивості) при цьому значення     m120с =21,99778;

                                                                                      M120к = 13,94241.

                                     

Рис. 3.10. Коефіцієнт гомогенності Вейбула (m)  зразків вирізаних із ступиці і області контактної взаємодії  зі склом пресформи №40.

Рис. 3.11. Коефіцієнт гомогенності Вейбула (m)  зразків вирізаних із ступиці і області контактної взаємодії  зі склом пресформи №112.

   

Рис. 3.12. Коефіцієнт гомогенності Вейбула (m)  зразків вирізаних із ступиці і області контактної взаємодії  зі склом пресформи №6112.

   

   

Рис. 3.13. Коефіцієнт гомогенності Вейбула (m)  зразків вирізаних із ступиці і області контактної взаємодії  зі склом пресформи №120.

Розрахунок пошкоджуваності контактної зони пресформ здійснюється за формулою:

W = 1 -   .                                        

де   – коефіцієнт гомогенності Вейбула в зоні контактної взаємодії  пресформи скло;

     – коефіцієнт гомогенності Вейбула в зоні ступиці.

Результати  подані у таблиці 3.3.

Визначення пошкоджуваності в зоні контактної взаємодії пресформ. Таблиця 3.3.

№ пресформи

Довговічність пресформ.

 

∆W

годин

циклів

6112

995

501480

17,76699

23,38612

0,2404

112

356

215736

15,98437

18,78936

0,1493

40

538

387360

9,864005

11,51579

0,1434

120

630

294840

13,94241

21,99778

0,3661

Як видно ступінь пошкоджуваності в зоні контактної взаємодії пресформ зростає із числом циклів до зняття з експлуатації пресформ.

При числі циклів 215736 (пресформи №112) величина пошкоджуваності, при якій її знімають з експлуатації майже на 60% є меншою ніж у (пресформі№6112),  яка була знята з експлуатації після 501480 циклів роботи.

Із збільшенням часу роботи пошкоджуваності пресформ, яка визначається  за методом  LM – твердості зростає (таблиця.3.3).

3.5.  Роль мікроструктури в  процесах руйнування склоформ при експлуатації.

  Проведені дослідження показали, що процеси  руйнування пресформ суттєво залежать  як  від вихідної структури  так і  від її зміни  при експлуатації.

Так у пресформи №40 в якій у вихідному стані зустрічаються графітні включення  кулястої форми  рис 3.14.   Після циклічної зміни температури  і  навантаження з’являється неглобулярні графітні включення рис 3.15   Причому  ці включення мають гострі кути, які є концентратором напружень. Від цих концентраторів утворюються  і  поширюються тріщини  в глибину металічної матриці  рис 3.15 – 3.16.

   Слід відмітити, що утворення  і  поширення тріщин відбувається досить швидко, продукти корозії  в  глибині  тріщини не встигають утворюватися. У той же час на початку тріщини виявляються продукти корозії  рис 3.17.  Причому вони виявляються тільки в тріщинах, а на поверхні в зоні контактної взаємодії  відсутні  рис 3.18. У випадку поширення тріщин через  локальні зони де відсутні гострокутні графітні  включення металева матриця гальмує їх рух  рис 3.19 – 3.20.  В тріщинах,  які виявляються паралельно  зоні контактної взаємодії,  високотемпературної корозії не виявлено  рис  3.21.

   Слід  відмітити, що основним джерелом утворення тріщин біля  зони  контактної взаємодії  є  гострі графітові  концентратори  напружень рис 3.22 , але спостерігаються також утворення тріщин  і  не біля графітових концентраторів напружень, а у металевій матриці, в локальних об’ємах виходу потрійних  зерених стиків в зону контактної взаємодії  рис 3.22 – 3.23. Дослідження шліфів після травлення показали,що у вихідному стані  кулеподібні графітні включення знаходяться в зонах  фериту, які оточені великими ділянками  перліту  рис 3.24.  Після роботи в умовах циклічних змін  і температурних навантажень ділянок перліту  у зоні контактної взаємодії не виявляються, а по феритних границях формуються тріщини, які поширюються  від потрійних зеренних стиків  рис 3.25.    

Рис 3.14  Мікроструктура нетравлених зразків ступиці пресформи №40 (х100).

Рис 3.15 Мікроструктура нетравлених зразків зони контактної взаємодії пресформи №40. (х100).

Рис 3.16 Мікроструктура нетравлених зразків зони контактної взаємодії пресформи №40, зони тріщини у якій відсутня корозія  (х100).

Рис 3.17 Мікроструктура нетравлених зразків зони контактної взаємодії пресформи №40, початок тріщини, в якому є присутні продукти корозії.(х100).

Рис 3.18 Мікроструктура нетравлених зразків зони контактної взаємодії пресформи №40, продукти корозії на початку тріщини, (х100).

Рис 3.19 Мікроструктура нетравлених зразків зони контактної взаємодії пресформи №40, гальмування тріщини на шляху якої відсутні графітні включення. (х100).

Рис 3.20 Мікроструктура нетравлених зразків зони контактної взаємодії пресформи №40, кінчик поздовжньої тріщини 1 розташованої на відстані 10мм від зони контакту, (х100).

Рис 3.21 Мікроструктура нетравлених зразків зони контактної взаємодії пресформи №40, кінчик поздовжньої тріщини 2 розташованої на відстані 10мм від зони контакту, (х100).

Рис 3.22  Мікроструктура нетравлених зразків зони контактної взаємодії пресформи №40, тріщини які утворюються від гострих графітових концентраторів напружень, (х100).

Рис 3.23  Мікроструктура нетравлених зразків зони контактної взаємодії пресформи №40, тріщини, що утворюються не біля графітових включень, (х100).

  

Рис 3.24 Мікроструктура ступиці пресформи №40, після травлення 4%HNO3, (х100).

Рис 3.25  Мікроструктура зони контактної взаємодії пресформи №40, після травлення 4%HNO3, (х100).

   Дослідження структури пресформи 120 показало, що у вихідному стані структура складається із металевої матриці і графітних включень розміри яких майже в 3-4 рази менші  від розміру графітних включень, які  зустрічаються  у пресформі №40, рис 3.26.  Крім  того поряд із включення кулястої форми зустрічаються включення ,що за формою наближається до вермикулярної, рис 3.27.

В зоні  контактної взаємодії кулясті включення стають меншими за  розмірами, а вермикулярні включення чітко не виявляються  рис 3.28. Тріщини, що утворюються в зоні контактної взаємодії  за своїми параметрами суттєво відрізняються від тріщин, що утворюються в зоні контактної взаємодії у пресформі №40.  Так  вони  мають менші розміри  і є тупими, їх відношення ширини до довжини є суттєво більшими  рис 3.29.

Слід відмітити, що біля кінчиків тріщин відбувається їх розчеплення рис 3.28, продукти високотемпературної корозії виявляються по всій довжині тріщин, а також на всій поверхні зони контактної взаємодії  рис 3.29; 3.30.  Слід відмітити, що сліди високотемпературної корозії з’являються  біля впадин поверхні зони контактної взаємодії, що свідчить про значний вплив  шорсткості поверхні зони контактної взаємодії  на процеси ерозійного зношування  рис 3.30.  В тріщинах, які утворюються поза зоною контактної взаємодії , у внутрішніх  об’ємах пресформи, також виявляються сліди  високотемпературної корозії  рис 3.31.

Дослідження мікроструктури після травлення показали присутність дрібних графітових включень  у  матриці рис 3.32. Утворюються  тріщини, в яких є розчепленні кінчики, причому  просування тріщин проходить  тільки по локальних зонах збагачення  графітовими  включеннями рис 3.33.

Рис 3.26  Мікроструктура нетравлених зразків ступиці пресформи №120, (х100).

Рис 3.27 Мікроструктура нетравлених зразків ступиці пресформи №120, (х100).

Рис 3.28  Мікроструктура нетравлених зразків зони контактної взаємодії пресформи №120, тріщини проходять через зони, в яких зустрічаються більші графітні включення, в кінчику тріщини виявлені продукти корозії, (х100).

Рис 3.29 Мікроструктура нетравлених зразків зони контактної взаємодії пресформи №120,початок тріщини і зони високотемпературної корозії, (х100).

Рис 3.30  Мікроструктура нетравлених зразків зони контактної взаємодії пресформи №120, зона високотемпературної корозії, що утворюється біля упадини зони контактної взаємодії, (х100).

Рис 3.31 Мікроструктура нетравлених зразків зони контактної взаємодії пресформи №120 тріщина, що утворюється паралельно на віддалі 12мм від поверхні зони контактної взаємодії, (х100).

Рис 3.32  Мікроструктура ступиці зразків пресформи №120 після травлення 4%HNO3, (х100).

Рис 3.33  Мікроструктура зразків пресформи №120 після травлення 4%HNO3 зони контактної взаємодії, тріщина з розчепленими кінчиками, (х100).

Рис 3.34   Мікроструктура зразків пресформи №120, після травлення 4%HNO3 на віддалі 12мм від зони контакту, тріщина розміщена паралельно зоні контакту, (х100)..

 Аналіз мікроструктури  зразків вирізаних  із пресформи №6112 показав присутність у ступиці графітних включень кулястої форми, які за розмірами відповідають розмірам включень пресформи №40, а також дрібних кулястих включень, розмір яких складає 0,02 ·  м, рис 3.35; 3.36. В зоні контактної взаємодії графітні включення більшого розміру мають форму, яка відрізняється від  форми кола, а більше наближається до пластівчастої.

    Слід відмітити, що при циклічній зміні температур відбувається не тільки зміна форми графітних включень, але  і  утворюються в них гострі кути, рис 3.37; 3.38. Тріщини, що утворюються при експлуатації містять у собі продукти корозії, по всій довжині,  просування  тріщин проходить вздовж  графітних включень великих розмірів рис 3.38;  3.39.  Зона високотемпературної корозії спостерігається по  всій довжині  контакту  і  її  утворення пов’язано  із присутністю в поверхневому шарі графітних включень.   

Дослідження мікроструктури після травлення показало, що металічна матриця складається  з фериту і перліту, частка якого складає 28 - 30%. В зоні контактної взаємодії частка перліту після циклічної зміни зменшується  до 15 – 18%.  рис 3.40; 3.41; 3.42..

Рис 3.35  Мікроструктура нетравлених зразків ступиці пресформи №6112, (х100).

Рис 3.36  Мікроструктура нетравлених зразків ступиці пресформи №6112, (х100).

Рис 3.37   Мікроструктура нетравлених зразків зони контактної взаємодії  пресформи №6112, тріщини вздовж графітних розмірів присутні продукти корозії по всій довжині, (х100).

Рис  3.38  Мікроструктура нетравлених зразків зони контактної взаємодії пресформи №6112, початок тріщини, (х100).

Рис 3.39  Мікроструктура нетравлених зразків зони контактної взаємодії пресформи №6112, початок тріщини і корозійна зона  в  області контакту, (х100).

  

Рис 3.40  Мікроструктура зразків ступиці пресформи №6112, після травлення  4 %HNO3  (х100).

Рис 3.41  Мікроструктура зразків ступиці пресформи №6112, після травлення  4%HNO3  (х100).

Рис 3.42  Мікроструктура зони контактної взаємодії пресформи №6112, після травлення  4%HNO3  , (х100).

Рис 3.43  Мікроструктура зони контактної взаємодії пресформи №6112, після травлення  4%HNO3  , (х100).

Металографічні дослідження нетравлених зразків пресформи №112 показали, що в структурі   у  вихідному стані виявляють графітні включення різних розмірів, зокрема зустрічаються включення розміром  0,12  м,  рис 3.44, а також дрібні  включення  розміром  0,01  м, причому частка включень великих розмірів є значною. Крім того графітні включення утворюють угрупування  рис 3.45.

В зоні контактної взаємодії поперечні тріщини поширюються  по графітних включеннях великих розмірів  рис 3.46., причому на початку тріщини  виявляються  сліди високотемпературної корозії рис 3.47.

Дослідження мікроструктури після травлення показали, що утворена металічна матриця є ферито – перлітною, причому частка перліту складає   42 – 46%, рис 3.48-3.49. В той же час частка перліту  після циклічної зміни температура зменшується до  18–22%,  рис 3.50.

Слід відмітити, що в зоні контактної взаємодії утворюються тупі тріщини,  з  великим відношенням  ширини  до довжини,  поширення  яких гальмується  у  феритній  матриці рис 3.51. Кінчики таких тріщин розчіплюються  і  їх утворення проходить по потрійним стикам, які формуються зернами фериту  і  графітними включеннями, далі такі тріщини з’єднуються з магістральною тріщиною по границям  фериту  рис 3.51.

Рис 3.44  Мікроструктура нетравлених зразків ступиці  пресформи №112, (х100).

Рис 3.45  Мікроструктура нетравлених зразків ступиці  пресформи №112, (х100).

          

                              а                                                                   б                           

Рис 3.46  Мікроструктура нетравлених зразків зони контактної взаємодії пресформи №112, (а, б – закінчення тріщин). (х100).

       

                              а                                                                        б

Рис 3.47  Мікроструктура нетравлених зразків зони контактної взаємодії пресформи №112,(а, б – початок тріщини), (х100).

   

Рис 3.48  Мікроструктура ступиці пресформи №112, після травлення  4%HNO3, (х100).

      

Рис 3.49  Мікроструктура ступиці пресформи №112, після травлення  4%HNO3  (х100).

Рис 3.50  Мікроструктура зразків зони контактної взаємодії пресформи №112, після травлення  4%HNO3  (х100).

Рис 3.51  Мікроструктура зразків зони контактної взаємодії пресформи №112, після травлення  4%HNO3 кінець тріщини. (х100).

3.6. Вибір оптимальних параметрів мікроструктури – резерв підвищення контактної довговічності матеріалів пресформ.

Комплексне вирішення проблеми підвищення опору конструкційних матеріалів руйнуванню в умові дії агресивних середовищ, циклічних змін температур і навантажень вимагає детального аналізу  впливу структури на механізм їх руйнування.

Проведенні дослідження показали, що матеріали пресформ виготовлені із чавунів, які суттєво різняться за індексом графітних включень і металічною матрицею. Про це свідчить твердість досліджених пресформ таблиця 3.1.  

Найвищу твердість у вихідному стані має пресформа № 40(HB 206),  а   най-нижчу пресформа №120(HB 136). Це вказує на різне співвідношення перліту і фериту у матеріалах пресформ. У досліджених пресформах  твердість зони контактної взаємодії, є меншою ніж твердість ступиці, що  свідчить, про зменшення кількості перліту в умовах циклічних змін температур і навантажень.

Форма і кількість графітних включень у пресформах також суттєво різняться, зокрема індекси графітних включень знаходиться  в  межах від  0,135 у пресформі №6112 до 0,294, а їх  діаметр змінюється від 0,03 м, до 0,018  м.

В усіх пресформах під час роботи в зоні контактної взаємодії індекс графітних включень зростає, що свідчить про додаткове виділення графіту, при роботі пресформ, причому як правило виділення графіту відбувається у вигляді окремих графітних включень малих розмірів, що вказує на  зменшення їх середнього діаметру в зоні контактної взаємодії.

Аналіз пошкоджуваності пресформ показав, що при наявності графітних включень великих розмірів значення кофіцієнта гомогенності Вейбула(m), зразків вирізаних із ступиці і області контактної взаємодії  із  склом, є менші ніж у пресформах, що мають менше значення розміру графітних включень (рис 3.10; 3.11; 3.12; 3.13).

В області контактної взаємодії значення кофіцієнта гомогенності Вейбула(m), є менші, ніж у ступиці для всіх пресформ, але для пресформ які мають менший розмір графітних включень, різниця в значенні кофіцієнта гомогенності Вейбула(m), в ступиці  і   зоні контактної взаємодії , є більшою, що свідчить про їх великий опір до утворення пошкоджень і руйнуванню  у процесі експлуатації.

Така роль  в процесах пошкодження структури підтверджується і характером тріщин, що утворюються  під час роботи.  Так  у  пресформах №40 і 6112, для яких характерні є графітні включення великих розмірів, при роботі утворюються гострі тріщини, що поширюються від включення до включення  (таблиця.3.1).  

В  пресформах 120 і 112, для яких характерні графітні включення невеликих розмірів, тріщини є притуплені і мають більше відношення ширини до довжини, поширюються на протязі більш тривалого часу в процесі експлуатації про, що свідчить присутність  в  цих тріщинах продуктів високотемпературної корозії.

Форма графітних включень, які виділяються  в  зоні контактної взаємодії скло-пресформа має суттєвий вплив на концентрацію напружень згідно робіт [39-40].  В процесі зміни форми включень відбувається зміна кофіцієнта концентрації нормальних напружень у вершині включення. Кофіцієнт концентрації  напружень описується наступним співідношенням:

 ασ =1+2   (1- ) /(Е(n) +2  (

де    - параметр форми включень і є рівний b/с >1.

Коефіцієнт концентрації напружень при зміні форми  від кулеподібної  до  пластинчастої  в  залежності параметра   ασ   зростає  рис. 3.52. і 3.53.

              

Рис 3.52. Еліпсолідальні включення:  ОА= а – велика напіввісь; ОВ= b – середня напіввісь; ОС= с – мала напіввісь еліпсоїда

Рис 3.53. Залежність коефіцієнта концентрації напруження від параметра форми графітних включень А: 1 с/в = 0,05;  2 с/в = 0,01; суцільні лінії без взаємного накладання  полів  напружень; штрихові – з накладанням.

Як  і  видно із зростанням параметра графітних  включень   ασ  змінюється  від 4 до 8  рис 3.53.

Виділення графітних включень  несферичної форми в зоні контактної взаємодії приводить до зростання  концентраторів напружень, сприяє  утворенню пошкоджень  і  поширенню тріщини в пошкодженому середовищі. Чим менш  стабільною є структура при нагріванні  вище  температурного переходу  перліту в аустеніт  тим більше виділяються графітні включення несферичної форми і сильніше зростає концентрація напружень. Таким чином стабільність структури металічної матриці  є  важливим чинником, який визначає здатність  до утворення пошкоджень  зони контактної взаємодії  пресформ.

Слід відмітити, що поширення тріщин відбувається по  графітним включенням великих розмірів, а утворення пошкоджень проходить по потрійним стикам графітних включенням несферичної форми,  які виділилися в процесі фазового переходу перліту в аустеніт при циклічних змінах температури, і  їх утворення відбувається на потрійних стиках, графітних включень і феритних зерен. Подальший розвиток цих пошкоджень відбувається по границях феритних зерен  рис 3.25.

Розвиток магістральних тріщин  відбувається, за рахунок  їх  просування по утвореним пошкодженням  і  виділенням графіту великих розмірів (0,04 м).

У випадку коли графітні включення виділяються в феритній матриці  з меншою кількістю  в  ній перліту утворення пошкоджень і тріщин  відбувається  за  рахунок  формування продуктів високотемпературної  корозії, що підтверджується їх присутністю по всій довжині трішин  і в ділянках утворення  пошкоджень  біля включень рис 3.33.

Зменшення кількості перліту в металевій матриці має позитивний  вплив на утворення  міжзерених пошкоджень , про це ж  свідчить зменшення кількості  міжзерених  тріщин  по границях фериту  зерен в матриці, що містить  мінімальну кількість  перліту  рис. 3.33.

Таким чином вирішальну  роль у поведінці чавунів, які  використовуються для виготовлення склоформуючого  інструменту  відіграють два фактори: а) форма і розміри  графітних включень; б) кількість перліту в металевій матриці.

У випадку присутності включень кулеподібного графіту розміром понад     0,04м, зростає схильність до утворення пошкодженнь  і  тріщин  в  зоні контактної  взаємодії  склоформувального інструменту, що підтверджується дослідженями  мікроструктури  так  і  кофіцієнтом гомогенності Вейбула.

Стабільність структури визначається кількістю  перліту  в металічні матриці: зменшення  кількості перліту знижує можливість утворення структурно вільного графіту  несферичної форми , при  циклічних змінах  температури  в  області  фазових перетворень.  Це в свою чергу  зменшує  схильність до утворення  пошкоджень  при роботі  пресформ, підвищує  їх  ресурс.

Результати вимірювання кофіцієнта гомогенності Вейбула  показали, що в пресформі №6112, яка до зняття з експлуатації пройшла 573120 циклів, ступінь пошкоджуваності (0,2404) є вищим ніж у пресформі №112, яка пройшла 205056 циклів, до зняття з експлуатації і має ступінь пошкоджуваності (0,1493).

Тобто пресформа, яка пройшла до зняття з експлуатації більшу кількість циклів, має вищу пошкоджуваність  ніж пресформа, що була знята з експлуатації за меншою кількістю циклів і має нижчу пошкоджуваність.

Пошкоджуваність, є пропорційною кількості циклів, до експлуатації, але  опір до утворення тріщин залежить в більшій ступені від розміру графітних включень ніж від утворення пошкоджень при циклічних змінах температури і напружень.

В пресформі №6112, тріщини критичних розмірів при експлуатації утворилися при пошкоджуваності, яка майже у два рази є вищою,ніж  у пресформі№ 112 .  

4. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ.

4.1. Характеристика лабораторії з точки зору охорони праці

 Забезпечення високої продуктивності та збереження здоровя працівників підприємств можливе завдяки створенню безпечних умов праці та дотримання санітарно-гігієнічних вимог. Виконання науково-дослідної роботи було повязане з дослідженнями структури чавуну для склоформи на стійкість до утворення пошкоджень та корозійну тривкість. Дослідження виконували на мікросконі МЕТАМ-1. Напруга змінного електричного струму, що використовується для живлення установки, є небезпечною для життя людини. При її експлуатації потрібно дотримуватися правил техніки безпеки при роботі з електричними установками напругою до 1000 В (ГОСТ 12.2.007.6-75). Працювати на установці дозволено особам, що вивчили правила техніки безпеки і пройшли відповідний інструктаж. Проведення діагностики, обслуговування та ремонту дозволяється тільки при повному відключенні її від мережі живлення. Забороняється працювати на установці при відсутності заземлення.

4.2. Виробнича санітарія

4.2.1 Аналіз приміщення

      Лабораторія  має розміри – 6х7м. Площа, яку займає обладнання – 10 м2 . Площа на одного працюючого – 10,5 м2. Об ‘єм приміщення – 126м3.  Кількість робочих місць – 4.

В лабораторії знаходяться:

  •  Мікроскоп МЕТАМ-1;
  •  Установка для вимірювання твердості за Роквелом;
  •  Аналітична електронна вага;
  •  компютери;
  •  столи – 5 шт;
  •  шафи – 2 шт.

Згідно санітарних норм в кімнаті встановлено умивальник.

Лабораторні приміщення повинні задовільняти  наступним вимогам:

  •  обєм приміщення, який припадає на одного працюючого, повинен становити 20 м3  (дійсне значення питомого обєму на одного працюючого становить 31,5 м2 );

– площа приміщення, яка припадає на одного працівника повинна складати не менше 4,5 м2 (дійсне значення площі при чотирьох працюючих дорівнює 10,5м2);

–  до устаткування повинен бути вільний підхід з усіх сторін шириною не менше  1 м зі сторони робочої зони і 0,6 м – зі сторони неробочої;

– підлоги приміщень повинні бути зносостійкими, теплими, неслизькими, щільними, легко очищуватись.

   – висота приміщення повинна бути не нижчою, ніж 3 м ( в дійсності - 3 м);

   – в атмосфері приміщення лабораторії не допускається наявності шкідливих для здоровя людини речовин в кількості вищій від допустимих норм;

  – освітлення приміщення, температура, відносна вологість, швидкість руху повітря в ньому повинні відповідати нормам щодо цих параметрів в робочій зоні виробничих приміщень згідно ДБН В 2.5.-28-2006 ( таблиці 2.1.та 2.2.).

4.2.2 Мікроклімат у виробничих приміщеннях

       Мікроклімат виробничого  приміщення – це клімат, який визначається дією на організм людини температури, швидкості руху середовища, температури навколишньої поверхні. Він залежить від періоду року, доби, умов опалення та вентиляції. Оптимальні умови праці – це умови, які при тривалій дії на організм забезпечують збереження нормального функціонального стану людини. Між середовищем людини і навколишнім середовищем відбувається постійний теплообмін, який полягає у регуляції тепла і його поглинанні. Величина тепловиділень організму залежить від тепловиділень за певних умов і складає 300 кДж/хв.  Мікроклімат впливає на  працездатність  людини. Оптимальні та допустимі значення температури, відносної вологості та швидкості руху повітря у робочій зоні виробничого приміщення повинні відповідати вимогам ГОСТ 12.1.005-88 (табл.2.1)

Оптимальні та допустимі норми температури, відносної вологості та швидкості руху повітря в робочій зоні виробничих приміщень . Таблиця 4.1  

Період року

Важливість робіт

Температура

Відносна   вологість, %

Швидкість руху повітря, м/с

Оптимальна

Допустима

Оптимальна

Допустима

Оптимальна

Допустима

Холодний

Середня

17

17-23

65

75

0,2

0,3

Теплий

Середня

23

18-27

60

65

0,3

0,2

Обігрів приміщення в холодний період року проводиться за рахунок водяного опалення, через чавунні батареї, які знаходяться в нішах під вікнами.

4.2.3 Запиленість та загазованість виробничого середовища

Для підтримання в приміщенні нормальних параметрів повітряного середовища, яке відповідає санітарно-гігієнічним і технічним вимогам, встановлюється вентиляція. Гігієнічне призначення вентиляції полягає в тому, щоб видалити шкідливі видалення в місцях їхнього утворення (місцева вентиляція) чи з всього обсягу приміщення чисте повітря.

Для очищення повітря в усьому приміщенні, а також для подачі чистого, згідно ГОСТ 12.3.008 – 75 у даному приміщенні  встановлена загально-обмінна вентиляція.

4.2.4 Освітлення приміщень і робочих місць.

Раціональне освітлення виробничих приміщень – один з найважливіших факторів у боротьбі з виробничим травматизмом і захворюваннями.

Приміщення має природне та штучне освітлення. Для роботи вдень передбачене природне освітлення, яке порівняно із штучним є більш економічно вигідним та менш негативно впливає на організм людини. Природне освітлення здійснюється через бокові отвори (2 вікна загальною площею 10.0 м2), які забезпечують коефіцієнт природної освітленості (КПО) рівний 1.5% у відповідності з ДБН В 2.5.-28-2006. Даний коефіцієнт враховує розміри віконних прорізів, вид скла і рам, їх забруднення, тобто здатність системи природного освітлення пропускати світло.

                                                      Таблиця 4.2 – Природне і штучне освітлення

Характеристика здорової роботи

Найменший розмір обєкта розпізнавання

Розряд здорової роботи

Підрозряд здорової роботи

Контраст обєкта розпізнавання з фоном

Характеристика фону

Штучне освітлення

Природне освітлення КПО ен, %

Суміщене освітлення КПО

ен, %

Верхнє, бічне нижнє

Верхнє, бічне верхнє і бічне

середня точність

вище

0,5до 1

IV

б

малий

серед.

серед.

темний

500

200

4

1,5

2,4

0,9

Вихідні дані для розрахунку штучного освітлення:

  •  розміри кімнати – 6 х 7 х 3 м;
  •  нормоване значення освітленості Eн = 500 лк;
  •  висота підвісу світильника над робочою поверхнею h = 2,8  м;
  •  коефіцієнт запасу k = 1,3;
  •  коефіцієнт, який враховує дію віддалених світильників, відбиття поверхонь приміщення та характер світлорозподілу μ = 1,1.

Сумарний світловий потік, лм

де  Ен   − нормована освітленість, лк;

    – площа приміщення, м2;     

    – коефіцієнт запасу;

 – коефіцієнт мінімальної освітленості, дорівнює відношенню середньої освітленості до мінімальної;

– коефіцієнт використання світлового потоку практично освітлювальної системи, який залежить від сили світла світильника, показника приміщення ί, коефіцієнтів відбитого потоку ρn , стін ρс , робочої поверхні ρрп

 

(4.2)

де А і В – відповідно довжина і ширина приміщення, м;

Н – висота підвісу світильника над робочою поверхнею, м.

Кількість ламп

(4.3)

де Фл  – світловий потік однієї лампи, лм.

500496

В роботі наведено розрахунок штучного освітлення. Розрахунок природного освітлення робимо згідно рекомендацій. Вихідні дані для розрахунку природного освітлення: розміри кімнати − 6х7х3 м; розміри вікна − 2,5х2,5 м

Для визначення розмірів світлових отворів при боковому освітленні використовується формула :  . (4.6)

звідси  ,                     (4.7)

де еIV – коефіцієнт природного освітлення для четвертого нормативного пояса:

. (4.8)

де еIII – коефіцієнт природного освітлення для третього нормативного пояса, з

табл.1 [22] еIII=1,5 %;

с – коефіцієнт сонячності клімату, при виборі враховують розташування будинку відносно сторін світу (для території України вибирається в межах с=0,7...1), с=0,7;

. (4.9)

Sn – площа підлоги приміщення, м2

. (4.10)

kз – коефіцієнт запасу; з табл. 2 kз=1,4;

η – світлова характеристика вікон; з табл. 3 η=11;

kσ – коефіцієнт, який враховує затемнення вікон будинками, які стоять навпроти; з табл. 4 [22] kσ=1,4.

τ0 – загальний коефіцієнт світлопроникання, визначається за формулою:

, (4.11)

де τ1, τ2, τ3 – коефіцієнти світлопропускання матеріалу вікна, виду вікна і його конструкції; з табл. 5 [22] τ1=0,8; τ2=0,7; τ3=0,8;

τ4 – коефіцієнт, який враховує витрати світла в сонцезахисних конструкціях; з табл. 6 [22] τ4=1;

τ5 – коефіцієнт, який враховує витрати світла в захисній сітці, яка встановлюється під фанарем, τ5=0,9.

τ0=0,8·0,7·0,8·1·0,9=0,40320,4. (4.12)

V1 – коефіцієнт, який враховує відбивання світла від поверхні;

з табл. 7 [22] V1=1,15.

Таким чином:

. (4.13)

кількість вікон становить:

. (4.14)

Таким чином, розрахунок показує, що у виробничому приміщенні площею 42 м2 для досягнення оптимального значення природного освітлення рекомендується зробити 2 вікна розмірами 2,5х2,5 м.

Під час проведення дослідження  у лабораторії вікна закриваються встановленими жалюзями, а при наступній обробці отриманих даних необхідне як природне так і штучне освітлення.

4.2.5 Захист від шуму та вібрації.

             Джерела шуму у лабораторії є дослідні установки. Фактичний рівень звукового тиску у приміщенні становить 50 ДБА, при допустимому рівні звуку по ДСН 3.3.6.037-99  у 85 ДБА

Таблиця 4.2.5

Перевищення нормативів вібрацій для робочих місць, не більше

Допустима тривалість вібраційного впливу при роботі на стаціонарних та трансидетних машинах, не більше, хв.

дБ

разів

0

3

6

9

12

1,0

1,4

2,0

2,8

4,0

480

120

60

30

15

Для зниження шуму можна запропонувати акустичну обробку приміщення, застосування звукоізолюючих екранів, кожухів. Джерела, які створюють вібрацію на робочих місцях відсутні.

4.2.6. Виробнича естетика

Зовнішній вигляд обладнання повинен підкреслювати прагнення до нового сучасного стилю оформлення, обтічна форма і, по можливості, відсутність виступаючих частин, повинні відповідати СН 181-70.

Важливе місце у виробничій естетиці займає питання кольорового оформлення приміщень. Науковими дослідженнями було встановлено, що колір навколишніх предметів діє на емоції та настрій людини. Також встановлено, що червоні, оранжеві, жовті кольори діють на людину збуджуюче і,тим самим, збільшують втому людини, а сині, голубі і зелені – заспокійливо.

  4.2.7. Ергономічні вимоги до організації робочих місць. Робота стоячи.

          Ергономіка - це наука, яка вивчає фізіологічні можливості людини в трудовому процесі з метою створення оптимальних умов праці, тобто таких, умов, які роблять працю високопродуктивною і водночас забезпечують робітнику необхідні вигоди, зберігають його сили, здоров'я і працездатність.

   При організації робочого місця, визначенні робочих операцій, виборі управління машинами, приладами і апаратами необхідно керуватися принципами економії рухів, які сприяють підвищенню продуктивності праці і зниженню втоми, зменшують кількість помилок і травматизму (ГОСТ 22269-79).

Для цього враховують такі критерії:

енергетичний - граничні норми підіймання і перенесення вантажів, максимальні зусилля, що прикладаються до засобів управління машинами і механізмами;   

антропометричний - врахування розмірів і форми тіла;

гігієнічний - допустимий рівень мікроклімату, шуму, вібрацій, освітлення та ін.

 техніко-естетичний - колір і форма обладнання, приміщення;

             психологічний - швидкість реакції людини на сигнали, швидкість оброблення  інформації.

Ергономіка має у своєму розпорядженні специфічні методи дослідження, серед котрих найбільше поширеними с методи:  

1) антропометричного дослідження;

2) оцінка робочої пози, робочих місць і процесів інформаційної взаємодії;

3)  визначення  кількості,  швидкості   і  траєкторій  робочих  рухів.

    Робоче місце для виконання робіт стоячи організують при фізичній роботі середньої важкості і важкої, а також при технологічно обумовленому розмірі робочої зони, що перевищує її параметри при роботі сидячи. Категорія робіт визначається відповідно до ГОСТ 12.1.005-76.

          

4.3. Електробезпека

Ступінь небезпеки обслуговування електроустановок  в значній мірі залежить від умов середовища в приміщенні, пил, волога, висока температура, які пошкоджують електроізоляцію установок і одночасно зменшують опір організму людини. Згідно ПВЕ 1.1.13 приміщення належить до приміщень без підвищеної небезпеки, тому що:

    підлога паркетна;

    вологість менше 70 %;

    відсутня можливість одночасного дотику людини до металоконструкцій з одної сторони і до металевих корпусів з другої;

 Для уникнення ураження персоналу електричним струмом перед роботою необхідно перевірити чи не пошкоджена ізоляція. Металеві частини установки , що можуть опинитися під напругою внаслідок порушення ізоляції заземлюють. Електричний опір заземлення із захоплюючим пристроєм не повинен перевищувати 4,0 Ом. Послідовне підключення до дроту заземлення установки проводиться при умові забезпечення електричного опору розтікання струму захисного заземлення не більше 4,0 Ом ( ГОСТ 12.1.030.-81).

                     4.4.  Пожежна профілактика

Пожежна профілактика являє собою комплекс організаційних і технічних заходів, спрямованих на попередження і локалізацію пожеж і вибухів. До таких належать:

  •  заходи пожежної безпеки, які здійснюються при веденні будь-якого виробничого або дослідницького процесу;
  •  заходи пожежної безпеки, що використовуються на стані проектування і будівництва підприємств і споруд.

Статистичним методом дослідження встановлено, що головними і найбільш типовими причинами виникнення пожеж є :

  •  порушення елементарних правил пожежної безпеки;
  •  порушення режимів ведення технологічних процесів;
  •  несправності електрообладнання, електричних мереж та правил експлуатації електроустановок;
  •  самозапалювання, статична електрика, тощо.

Згідно НАПБ Б.03.002-2007, дана лабораторія по вибуху- і пожежонебезпеці відноситься до категорії  Д  −  виробничих приміщень, в яких використовуються негорючі речовини і матеріали в холодному стані.  Під вогнестійкістю розуміють здатність матеріалів, виробу, конструкції будівель чинити опір дії вогню і високим температурам. Будівлі і споруди за степенем вогнестійкості відповідно до ДБН В.1.1.-7-2002 поділяють на 5 груп. Згідно вище приведеного ДБНу дана будівля відповідає ІІ ступеню вогнестійкості. Первинні засоби пожежогасіння застосовуються для боротьби з початковим вогнищем. До них належать пожежні крани, вогнегасники, ручні насоси, резервуари з водою, ящики з піском, а також різний пожежний інвентар (пожежні відра, лопатки, сокири, ломи тощо). В даному приміщенні є вогнегасник (1 шт).

Для гасіння електрообладнання можна скористуватися  вуглекислотним  ВВ – 5  вогнегасником.

Для швидкого повідомлення  служби пожежної охорони про виникнення пожару в приміщеннях  знаходиться електропожежна сигналізація. Система електропожежної сигналізації складається з повідомляючи  датчиків, встановлених в захисних від пожежі приміщеннях пожежної  команди, джерел живлення, в електричній мережі, і зв´язані з приймальною станцією.

       В даному приміщенні застосовуються запобіжні заходи ручної та автоматичної дії.

         Шляхи евакуація людей з лабораторних приміщень показані на рис. 4.1.

                  Рисунок 4.1- План евакуації при пожежі

5. ЕКОНОМІЧНА ЧАСТИНА

Вступ

 Кваліфікаційна робота має науково-дослідний характер. Розглядаються питання дослідження скловолокна для композиційних матеріалів, хімічностійкі вироби для хімічної та харчової промисловості, скломатеріали з особливими оптичними властивостями для електронного приладобудування, вироби для ракетної та космічної техніки, вироби для вирішення екологічних проблем (зокрема, для поховання радіоактивних відходів) та ін. Успішне використання такого перспективного конструкційного матеріалу як скло у значній мірі залежить від надійної та тривалої експлуатації склоформувального устаткування та високої якості напівфабрикатів  і  виробів із скла. 

  В кваліфікаційній дипломній роботі деталі склоформувального інструменту руйнуються під впливом дії хімічно активної скломаси, термоциклічних та механічних навантажень. Температура робочої поверхні інструменту досягає 750С, а частота термоциклів - до 60 за хвилину. У цих умовах матеріал склоформувального інструменту повинен бути хімічно інертним до скломаси і мати високі механічні властивості, термостійкість, а також високу теплопровідність та малий коефіцієнт термічного розширення. Крім цього матеріал повинен добре оброблюватися різанням у зв’язку зі значною часткою ручної праці (гравіювання, карбування) при виготовленні багатьох деталей інструменту. Комплексне вирішення проблеми підвищення опору конструкційних  матеріалів руйнуванню в умовах дії в’язких агресивних середовищ, термоциклічних та механічних навантажень вимагає встановлення механізмів руйнування матеріалів і визначення впливу структури  на ці процеси. Успішне вирішення цієї проблеми пов’язане з необхідністю використання як стандартних, так і спеціально розроблених методів досліджень, розробки  їх апаратурно-технічного та метрологічного забезпечення.

5.1 Планування дипломної роботи

5.1.1 Етапи планування роботи роботи.

Для забезпечення більш чіткого планування дипломної роботи, використаємо систему сіткового планування і управління (СПУ). Основа системи СПУ полягає в побудові графічних моделей процесів, забезпеченні можливості оцінки поточного стану і прогнозування подальшого ходу розробки.

Перевагами методів СПУ є: чітке узгодження всіх робіт в часі, виявлення вирішальної (критичної) за термінами послідовності робіт від початку до кінця розробки і зосередження уваги керівників на цих роботах, оптимізація розробок по вартості (забезпечення мінімуму витрат), можливість оперативного коректування складних планів за допомогою електронно-обчислювальної техніки та ін.

Для розрахунку оптимального терміну завершення дипломної роботи розділимо комплекс робіт на окремі етапи і опишемо події та роботи на цих етапах.

В основу сіткового планування покладено зображення плануючого комплексу робіт у вигляді сіткового графіка.

Кваліфікаційна дипломна робота складається з таких етапів:

1.  підготовчий;

2. теоретичні дослідження (аналіз поломок склоформ );

3. опис та аналіз існуючих методів та способів відновлення склоформ;

4. розробка та конструювання склоформувальних металевих матриць, проведення експериментальних досліджень;

5. обробка експериментальних даних, та встановлення можливості заміни традиційного методу виготовлення металевої матриці для склоформуйочого інструменту;

6. оформлення кваліфікаційної дипломної роботи.

     Тривалості етапів кваліфікаційна дипломна робота роботи    Таблиця 5.1

№ п/п

Найменування етапів робіт

Виконавці

Кількість виконавців

Тривалість етапу (дні)

1

2

3

4

5

1

Підготовчий

студент, керівник

2

1

1

2

Теоретичні дослідження

студент, керівник

2

9

2

3

Опис та аналіз існуючих методів та способів виготовлення склоформ

студент,

керівник

2

7

2

4

розробка та конструювання склоформувальних металевих матриць, проведення експериментальних досліджень;

студент,

керівник

2

14

6

5

обробка експериментальних даних, та встановлення можливості заміни традиційного методу виготовлення металевої матриці для склоформуйочого інструменту;

студент, керівник

2

8

4

6

Оформлення дипломної роботи

студент, керівник

2

6

1

Всього:

45 + 16 = 61

5.1.2. Виявлення і опис подій і робіт, необхідних для виконання
поставленої  мети.

Графічна модель всього процесу виконання дипломної роботи (сітковий графік) складається з робіт і подій. Кількість робіт у сітковому графіку залежить від степені його деталізації, яка визначається обсягом і складністю розробки. Межі деталізації подій і робіт визначаються технологією робіт і межами відповідальності виконавців. Чим більше деталізована сітка, тим конкретніше визначена кожна робота, тим простіше її оцінити і проконтролювати в ході виконання розробки. Всі події і роботи, що входять в комплекс робіт, зведемо в таблицю в порядку їх послідовності. Цей список включатиме перелік подій та їх індексацію, а також перелік робіт та їх коди (табл. 5.2).

Перелік подій та робіт                               Таблиця 5.2

Номер події

Найменування події

Код роботи

Зміст роботи

Кіль-кість днів вико-нання

1

2

3

4

5

0

Завдання дипломної роботи отримано

0-1

Складання плану виконання дипломної роботи

1

1

План виконання дипломної роботи складено

1-2

Аналіз поставленої задачі на виконання плану дипломної роботи

2

2

Поставлену задачу на виконання плану дипломної роботи проаналізовано

2-3

2-10

2-17

2-22

Перегляд періодичних видань.

Отримання завдання з економічної частини

Отримання завдання з охорони праці

Отримання завдання з цивільної безпеки

4

1

1

3

Періодичні видання переглянуто

3-4

Опис та аналіз існуючих методів та виготовлення металевої матриці склоформ

3

4

Опис та аналіз існуючих методів та способів виготовлення металевої матриці склоформ

4-5

Побудова математичної моделі нового пристрою для нарізання синусоїдальних пресформ із чавуну

3

5

Побудова математичної моделі нового пристрою для нарізання синусоїдальних пресформ із чавуну

5-6

Вибір та обґрунтування методів та способів дослідження пресформ металевої матриці склоформа.

4

6

Вибір та обґрунтування методів та способів дослідження гібридних пресформ

6-7

Розробка та конструювання гібридних синусо-евольвентних пресформ

3

7

Розробка та конструювання гібридних синусо-евольвентних пресформ із чавуну

7-8

Проведення експериментальних досліджень синусо-евольвентного пресформ із чавуну

6

8

Проведення експериментальних досліджень синусо-евольвентного пресформ із чавуну

8-9

Обробка експериментальних даних. Побудова графічних залежностей

4

9

Обробка експериментальних даних та побудова графічних залежностей проведена

9-27

Підготовка графічної частини дипломної роботи

5

10

Завдання з економічної частини отримано

10-11

Побудова сіткового графіка виконання науково-дослідної роботи

1

11

Сітковий графік виконання науково-дослідної роботи побудовано

11-12

Розрахунок витрат на виконання дипломної роботи

1

12

Розрахунок витрат на виконання дипломної роботи проведено

12-13

Розрахунок експлуатаційних витрат

1

13

Експлуатаційні витрати розраховано

13-14

Визначення ціни споживання проектного рішення

1

14

Ціну споживання проектного рішення розраховано

14-15

Написання економічного розділу

2

15

Економічний розділ дипломної роботи написано

15-16

Перевірка економічного розділу дипломної роботи консультантом з економіки

1

16

Економічний розділ консультантом з економіки перевірено

16-28

Внесення доповнень, поправок та виправлення помилок

2

17

Завдання з охорони праці отримано

17-18

Розрахунок штучного освітлення лабораторії

1

18

Штучне освітлення лабораторії розраховано

18-19

Розрахунок заземлення лабораторії

1

19

Заземлення лабораторії розраховано

19-20

Написання розділу з охорони праці

2

20

Розділ з охорони праці написано

20-21

Перевірка розділу охорони праці консультантом з охорони праці

1

21

Розділ з охорони праці дипломної роботи перевірено

21-28

Внесення доповнень, поправок та виправлення помилок

2

22

Завдання з цивільної безпеки отримано

22-23

Огляд екологічної ситуації в м. Новий Розділ

1

23

Огляд екологічної ситуації в м. Новий Розділ зроблений

23-24

Аналіз небезпечних ситуацій, які можуть виникнути при роботі обладнання, яке використуоваєтсья для проведення дослідів

1

24

Аналіз небезпечних ситуацій, які можуть виникнути при роботі обладнання, яке використуоваєтсья для проведення дослідів проведено

24-25

Написання розділу з цивільної безпеки

2

25

Розділ з цивільної безпеки написано

25-26

Перевірка розділу цивільної безпеки консультантом з цивільної безпеки

1

26

Розділ з цивільної безпеки дипломної роботи перевірено

26-28

Внесення доповнень, поправок та виправлення помилок

1

27

Підготовку графічної частини дипломної роботи завершено

27-28

Внесення доповнень, поправок та виправлення помилок

3

     28

Помилки виправлено. Поправки та доповнення внесено

28-29

Підготовка до захисту дипломної роботи

3

      29

Підготовка до захисту дипломної роботи завершена

Сітковий графік, побудований відповідно до визначених у таблиці 4.2 подій та робіт, зображений на рис. 5.1. 

Рис. 5.1. Сітковий графік процесу виконання дипломної роботи.

5.2 Розрахунок витрат на виконання дипломної роботи

5.2.1. Визначення собівартості і ціни розробленого методу

Витрати на розробку включають:

- витрати на оплату праці розробників ();

- відрахування на соціальні заходи ();

- витрати на матеріали ();

- накладні витрати ();

- інші витрати ();

- витрати на енергію для наукових цілей ();

- витрати на спецустаткування для наукових цілей ();

   - витрати на роботи, які виконують сторонні організації ();

5.2.2.  Розрахунок витрат на оплату праці.

Заробітну плату всіх працівників, зайнятих виконанням даної розробки, визначаємо виходячи з їх посадових окладів та трудомісткості робіт, виконаних кожним працівником згідно з даними укрупнених етапів табл. 4.1.

У розробці проектного рішення беруть участь керівник і студент. Денна заробітна плата розробника дорівнює відношенню його заробітної плати до кількості робочих днів у місяці.

Заробітна плата керівника, доцента складає 1990,0 грн.; стипендія підвищена студента-магістра - 700 грн. Денну ставку їх оплати визначатимемо за формулою:

                                             ,                             

де Соі – основна місячна зарплата розробника і-тої спеціальності, грн.;

h – коефіцієнт, що визначає розмір доплат до зарплати, h = 0,2;

p – кількість робочих днів за місяць, р = 22.

Денна ставка доцента:

Денна ставка студента-магістра:

Розрахунок витрат на оплату праці проводимо у табл. 5.3:

                               Розрахунок витрат на оплату праці                    Таблиця 5.3

п/п

Найменування етапів робіт

Виконавці

Денна зарплата розробника, грн.

Час розробки, дні

Витрати на зарплату,грн.

1

2

3

4

5

6

1

Підготовчий

керівник, студент

108,55;  31,82

1

1

108,55

31,82

2

Теоретична розробка теми

керівник, студент

108,55;   31,82

2;  9

217,1; 286,38

3

Опис та аналіз існуючих методів та виготовлення  склоформи

керівник, студент

108,55; 31,82

2

7

217,1

222,74

4

Розробка та конструювання проведення досліджень

керівник,

студент

108,55;  31,82

6; 14

651,3; 445,48

5

Обробка експериментальних даних, дослідження матриці

керівник, студент

108,55;   31,82

4; 8

434,2; 254,56

6

Оформлення дипломної роботи

керівник, студент

108,55; 31,82

1; 6

108,55; 190,92

Всього:

3168,7

Отже, всього витрат на заробітну плату:  грн.

5.2.3. Відрахування на соціальні заходи.

Згідно чинного законодавства розмір відрахувань в цільові фонди (на соціальні заходи) складає 36,2 % від фонду оплати праці працівників, зайнятих при проведенні досліджень.

До цієї статті витрат належать:

а) відрахування на державне обов’язкове соціальне страхування ( ) - 2,9%;

б)  відрахування на державне обов’язкове соціальне страхування на випадок безробіття () - 1,3%;

в) відрахування на державне обов’язкове пенсійне страхування () - 31,8%;

г) відрахування на страхування від нещасних випадків () - 0,2%.

               ,                                          (5.1)

де - витрати на зарплату.

(грн.)

5.2.4.  Розрахунок витрат на матеріали.

До даного пункту належать витрати на:

а) основні та допоміжні матеріали ();

б) куповані інструменти, пристрої та інші засоби та предмети праці ();

в) куповані напівфабрикати та комплектуючі вироби (), які використовуються для проведення дипломної роботи в кількості визначеній програмою дослідження.

Результати розрахунків зведені в табл. 5.5.

Зведена відомість витрат на матеріальні ресурси.          Таблиця 5.5

№ з/п

Назва і марка

ресурсу

Один. вим.

Витрати

на тему

в натур.

одиницях

Ціна за

одиницю,

грн

Вартість основних  матеріалів,

грн

Вартість  матеріалів, з урахуванням  транспортно-заготівельних витрат, грн.

1.

Креслярський

папір

шт

12

2,0

24,00

26,0

2.

Папір А4

пачка

3

40,00

120,00

132,0

3.

Олівці

шт

4

1,50

6,00

6,6

4

Ручка гелева

шт

2

5,00

10,00

11,0

6.

Флешка

шт

1

120,00

120,00

132,0

7

Диски СD-RW

шт

4

5,0

20,0

22,0

Разом

329,6

*Транспортно-заготівельні витрати - 10%

Транспортно-заготівельні витрати становлять 10% від суми витрат на куповані вироби.

Отже,  грн.

Розрахунок витрат на придбання спецобладнання для проведення експериментальних робіт проводиться у тому випадку, коли для розробки та впровадження проектного рішення необхідне придбання додаткових технічних засобів. У даному випадку .

5.2.5.  Накладні витрати.

 До складу накладних витрат () відносяться:

  1.  витрати пов’язані з управлінням організацією, де проводиться НДР;
  2.  витрати на науково-технічну інформацію;
  3.  витрати на забезпечення нормальних умов праці і техніки безпеки;
  4.  витрати на інші загальногосподарські потреби тощо.

Накладні витрати розраховуються за встановленими відсотками від витрат на оплату праці, зокрема для НУ Львівська політехніка-25%.

                                           ,                                      (5.2)

де  - середньостатистичний відсоток накладних витрат в організації.

(грн.)

Інші витрати відображають видатки, які не враховані в інших пунктах витрат. Вони становлять 10% від витрат на оплату праці:

                                                                                           (5.3)

(грн.)

5.2.6.  Витрати на розробку проектного рішення.

Витрати на розробку проектного рішення складають:

                                    ,                            (5.4)

(грн.)

5.2.7.  Витрати на відлагодження і дослідну експлуатацію
проектного рішення.

Витрати на відлагодження і дослідну експлуатацію проектного рішення розраховуються за формулою:

                                                  ,                              (5.7)

де  - вартість 1 машино-години роботи ЕОМ конкретного типу,, грн./год.;

- машинний час, витрачений на відлагодження і дослідну експлуатацію проектного рішення, год.

Згідно з етапами робіт виконання проектного рішення робота на ЕОМ складається з наступних періодів:

  •  Розробка та конструювання металевої матриці склоформа, проведення експериментальних досліджень - 5 днів;

-  проведення експериментальних досліджень ВБЖ з гіперболоїдним торсіоном, обробка експериментальних даних, побудова графічних залежностей - 18 днів.

Загальна кількість днів роботи на комп’ютері:

14 + 8 = 22 (днів).

Середній щоденний час роботи на комп’ютері  - 5 год., тому

 (год.)

За даними НУ Львівська політехніка вартість 1 машино-години роботи комп’ютера = 5,5 грн.  

                                        Отже,  (грн.)

  5.2.8. Витрати на розробку і впровадження проектного рішення

Витрати на розробку і впровадження проектного рішення () включають:

                                                        ,                                   (5.9)

де  - витрати на розробку проектного рішення, грн.;

- витрати на відлагодження і дослідну експлуатацію проектного рішення, грн.;

(грн.)

5.2.9.  Результати розрахунків.

Результати розрахунків занесені у таблицю 5.6      

Результати розрахунку витрат на розробку, відналагодження і на проведення експерементів                                                                  Таблиця 5.6

№ п/п

Найменування елементів витрат

Сума витрат, грн.

1

2

3

1

Витрати на оплату праці

3168,7

2

Відрахування на соціальні заходи

1147,07

3

Витрати на матеріали

329,6

4

Накладні витрати

792,18

5

Інші витрати

316,87

6

Витрати на відлагодження і дослідну експлуатацію проектного рішення

605

Всього:

6359,42

5.3 Розрахунок експлуатаційних витрат.

Експлуатаційні одноразові витрати () для проектного рішення включають вартість підготовки даних () і вартість машино-годин роботи зубофрезерного верстату ():

                                                                                   (5.10)

Річні експлуатаційні витрати:

                                                 ,                                    (5.11)

де - періодичність експлуатації проектного рішення, раз/рік.

=12 раз на рік (в середньому проектне рішення буде використовуватись один раз в місяць), тому що в середньому хоча б раз в місяць студент, аспірант чи викладач під час огляду періодичних видань чи для конкретних розрахунків звернеться до вказаного вище способу нарізання зразків для дослідження із металевої матриці склоформа ступиці і  зони контактної взаємодії.

 Вартість підготовки даних для роботи на ЕОМ (E1) визначають за формулою:

                                                            ,                             (5.12)

де  - чисельність співробітників, які підготовлюють дані, чол.,  = 1;

t - час роботи співробітників по підготовці даних ( перегляд програм, дослідних даних, запис на дискети), год., t = 2,5 год.;

c - середньо-годинна ставка співробітника з врахуванням додаткової заробітної плати та відрахувань у спеціальні державні фонди, грн./год.

                                                          ,                               (5.13)

де  - місячна стипендія студента, грн.;

- коефіцієнт, який враховує додаткову заробітну плату, = 0,25;

- кількість робочих годин у місяці (= 22 * 8 = 176 год.).

грн./год.

(грн.)

 Витрати на експлуатацію ЕОМ (E2) визначаються за формулою:

                               ,                           (5.14)

де t - машино-години роботи ЕОМ для одноразової експлуатації проектного рішення, год., t= 1,0 год.;

- вартість 1 машино-години роботи ЕОМ, грн./год.;

(грн.)

Отже,

       (грн.)

Річні експлуатаційні витрати:

(грн.)

                   5.4 Визначення ціни споживання проектного рішення.

Ціна споживання - це витрати на придбання і експлуатацію проектного рішення протягом всього терміну його експлуатації:

                                                ,                        (5.15)

де - ціна придбання проектного рішення, грн.;

- теперішня вартість витрат на експлуатацію проектного рішення (за весь час його експлуатації), грн.;

- термін служби проектного рішення;

p - періодичність експлуатації, раз/рік.

Ціна продажу проектного рішення для організації-розробника:

                                                 ,                                (5.16)

де - витрати на розробку і впровадження;

- розмір прибутку проектної організації (25% від витрат ).

(грн.)

Ціна придбання проектного рішення для організації-покупця:

                                                  ,                                       (5.17)

де - витрати на прив’язування та освоєння проектного рішення на конкретному об’єкті, грн.;

- витрати на доукомплектування технічних засобів на об’єкті, грн.

Витрати на прив’язування та освоєння проектного рішення на даному об’єкті () включають ряд супутніх підготовлень. Дані підготовлення має провести спеціально підготовлений працівник Центру САПР. На 2010 рік розцінки на дані послуги наступні:

  •  інсталяцію програмного забезпечення на ЕОМ (240 грн.);
  •  інсталяцію додаткових спеціалізованих довідників на ЕОМ (200 грн.)
  •  проведення короткого курсу навчання (1200 грн.);

Загальна сума витрат на прив’язування та освоєння проектного рішення:

(грн.)

Оскільки даний продукт не потребує спеціального обладнання, то = 0.

Отже, ціна придбання проектного рішення для організації-покупця становить:

(грн.)

Зважаючи на актуальність такого методу, дане проектне рішення НДР буде використовуватись 5 років ( = 5). На даний момент підприємства України переживають тяжкий і затяжний етап виходу з кризи, тому все більшої актуальності набуває не купівля нового обладнання, а саме ремонт вже встановленого. Дана розробка спрямована на те, щоб здешевити процес ремонту обладнання. За найоптимістичнішими прогнозами відновлення обсягів виробництва та кількості робітників до колишнього рівня відбудеться не скоріше, ніж за 5 років.

Теперішня вартість витрат на експлуатацію проектного рішення (за весь час його експлуатації) визначається за формулою:

                                             ,                   (5.18)

де - річні експлуатаційні витрати в - тому році, грн.;

- річна ставка проценту банків (приймається  = 0,15).

pV =  1/1,15 + 1/(1,15)2 + 1/(1,15)3 + 1/(1,15)4 + 1/(1,15)5 = 0,87 + 0,756 + 0,658 + + 0,572 + 0,498 = 3,354.

Ве = грн.

(грн.)

Ціна споживання проектного рішення для організації-розробника:

(грн.)

Ціна споживання проектного рішення для організації-покупця:

(грн.)

Результати проведених обчислень наведені в таблиці 5.7.

                               Результати проведених обчислень                   Таблиця 5.7

№ п/п

Найменування показників

Одиниці виміру

Значення показників

1

2

3

4

1

Термін розробки та впровадження проектного рішення

дні

61

2

Витрати на розробку і впровадження проектного рішення

грн.

6359,42

3

Одноразові витрати на розробку і впровадження проектного рішення

грн.

17,93

4

Річні витрати на експлуатацію проектного рішення

грн./рік

215,16

5

Ціна споживання проектного рішення для організації-розробника

грн.

144,52

6

Ціна споживання проектного рішення для організації-покупця

грн.

170,18

6. БЕЗПЕКА У НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ

6.1 Аналіз небезпечних чинників на проектованому об’єкті.

Дипломна кваліфікаційна робота має науково-дослідний характер. Розглядаються питання впливу структури на утворення пошкоджень при роботі склоформуючого інструменту, фізичних властивостей металевої матриці склоформи із чавуну.

Сьогодні, як ніколи, існує проблема заощадження матеріалу для виготовлення пресформ, у зв’язку із складним становищем в країні. В дипломній кваліфікаційній роботі проведені теоретичні та експериментальні дослідження структури металевої матриці склоформи та дослідження на розкид твердості, на основі яких було встановлено, що існує можливість застосування зразків в якості резистивного матеріалу, щоб забезпечити довговічність пресформи.

Такі пресформи дозволяють ефективне і довговічне використання високовольтних ліній електропередач. Також вони маю більший термін експлуатації порівняно із існуючими. Що в свою чергу відображається на економічній ефективності.

Такі ізолятори застосовуються за високих температур (800 ºС і вище). Причому, такий ізоляційний матеріали працюють від мережі змінного та постійного струму.

Скляні ізолятори застосовують для передачі струму на великі відстані. Вони застосовуються у високовольтний ліній і основна причина виходу їх з ладу це перегрівання, яке може призвести до його розплавлення. Також негативно впливає на експлуатаційні властивості ізоляторів замикання, перебійна подача струму. І найголовнішою проблемою всіх ліній передач є кліматичні умови, а саме намерзання льоду на дротах. Це призводить до обривання ліній передач, що в свою чергу може призвести до  надзвичайної ситуацій наслідками якої може бути смерть людини.

Усі ізолятори працюють у колі змінного та постійного струму 1000 В, 50 Гц та застосовуються у таких приладах як високовольтні лінії, ізолятори на електростанціях, генератори електричного струму з теплової енергії і т.д. Під час їх експлуатації, може виникнути коротке замикання, яке може призвести до пожежі в приміщенні в наслідок займання пристрою. Коротке замикання може статись внаслідок неправильної експлуатації приладу, або ж неналежного виготовлення ізолятора.

Для запобігання виникненню несправностей у пристрою, які можуть спричинити надзвичайну ситуацію, потрібно в першу чергу дотримуватись умов експлуатації. Безпека експлуатації забезпечувалась наступними захисними засобами: застосуванням ізоляції, неприступністю струмоведучих частин, блокуваннями безпеки, застосуванням малих напруг, ізоляцією електричних частин від землі, компенсацією ємнісної складової струму замикання на землю, вирівнюванням потенціалів.

Також на етапі виготовлення самого термоелектричного матеріалу не потрібно допустити жодної конструкторської помилки. Лише за належної термічної обробки та хімічного складу пристрій буде працювати безперебійно і не спричинить жодної надзвичайної ситуації.

6.2 Техногенно-екологічна безпека у місті Городок.

Надзвичайна ситуація є наслідком сукупності виняткових обставин, що склалися у відповідній зоні в результаті надзвичайної події техногенного, природного, антропогенного та воєнного характеру, а також під впливом можливих надзвичайних умов.

Таким чином, надзвичайна ситуація є наслідком надзвичайної події і можливих надзвичайних умов.

Місто Городок розташоване у Львівській області, в західному напрямку від міста Львів. До кордону із Польщею місто Городок відділяє лише 57 кілометрів, тому існує ймовірність проведення терористичних актів на території Городоцького району, внаслідок несанкціонованого проникнення на територію України сторонніх особистостей. Щоб цього уникнути, прикордонна служба України виконує ряд засобів по патрулювання державного кордону.

Через велику територію Городоцького району, і міста Городок зокрема, тече річка Верещиця, яка є руслом однієї із найбільших річок України – Дністер. Тому, кожної весни виникає небезпека паводків у прибережних районах річки.

Для захисту населення від затоплення їхнього майна кожного року служби ДСНС та добровольці займаються розчищенням русла ріки Верещиця та спеціальних відтічних ровів, які ведуть до штучно створених водосховищ для швидкого відходу води із населених пунктів. Також  періодично потрібно проводити укріплення берегу річки з допомогою мішків з піском. У деяких місцях прибережна зона обтягується спеціальними металевими сітками для запобігання розмиву берегів річки Верещиця. Також відбувається укріплення штучно створених дамб, руйнування яких може призвести до затоплення значної території.

Також для території  Городоцького району актуальна проблема лісових пожеж, адже значна територія району покрита лісами. Особливо це стосується літньої пори року, коли внаслідок дії високих температур з’являється можливість самозапалення сухої трави в лісах. Лісові пожежі становлять небезпеку для лісового хазяйства, для сільських жителів, чиї місця проживання розташовані в лісистій місцевості.  Для протидії даному типу НС проводиться навмисне контрольоване випалювання сухої трави. Також проводиться значна робота з інформування населення про можливі наслідки лісових пожеж та про методи поводження з відкритим вогнем, особливо в межах лісу.

На території Городоцького району розташована велика кількість промислових підприємств, таких як ІнсталПластХв, ТзОВ Озон, TB FRUIT і т.д. Підприємство ІнсталПластХв – це одне із найбільших в Україні підприємств по виробництву метало-пластикових труб. Пожежа на підприємстві такого роду може призвести до техногенної катастрофи місцевого масштабу. Як відомо продуктами згоряння пластикових матеріалів є складні токсичні органічні сполуки, які несуть велику шкоду організму людини. Тому на такому підприємстві повинні виконуватись особливі вимоги, щодо пожежної безпеки. У випадку пожежі на таких підприємствах потрібно проводити екстрену евакуацію людей і зони у яку рухається хмара токсичного диму.

Інші великі промислові підприємства району виготовляють продукцію на основі нешкідливих природних матеріалів і не несуть небезпеки для навколишнього середовища.

На території Городоцького району, а саме селище Угри – знайдене одне із найбільших родовищ природного газу на території західної України. На таких бурових підприємствах існує велика небезпека вибуху або пожежежі. Результатом газопрояву є виникнення надзвичайно сильної і стійкої пожежі, гасіння якої може тривати тижнями, навіть місяцями. Небезпеку саме вибуху становлять склади паливо-мастильних матеріалів, де зберігаються великі запаси дизельного пального (якщо бурова установка має дизельний привід) та мастила.

Також, через місто Городок проходить один із найбільших залізничних транспортних потоків. Залізницею перевозять різного роду матеріали, в тому числі і небезпечні хімічні речовини, такі як фосфор, аміак, дизельне паливо, бензин, зріджені гази і т.д. Для уникнення аварій на кшталт техногенної катастрофи у місті Ожидів, потрібно проводити службами Укрзалаізниці періодичні перевірки транспортних шляхів, електровозів, ємностей для перевезення небезпечних речовин. Також потрібно контролювати температуру, як в середині так і ззовні таких ємностей в залежності від умов зовнішнього середовища.

Місто Городок і Городоцький район в цілому є відносно безпечним місцем для проживання у порівнянні з іншими промисловими районами України. Основну загрозу для населення несуть весняні паводки річки Верещиця, та небезпека виникнення пожеж на підприємстві виготовлення метало-пластикових труб та газовій свердловині.

Можна зробити висновок, при належній термічній обробці та хімічному складу зразків ізоляційний матеріал можна виготовити цілком безпечний термоелектричний ізолятор, який за дотримання умов експлуатації не призведе до надзвичайних ситуацій.

Рис 2.2 — Схема визначення твердості за методом Брінелля (після припинення дії прикладеного навантаження )

 

 а б

а – алмазний конус; б – сталева кулька

Рис 2.3 — Схеми вимірювання твердості за методом Роквелла


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

3548. Основные пути увеличения прибыли на предприятии ООО Гриант 114.5 KB
  Основную цель деятельности любого производителя (фирмы, делового предприятия) составляет максимизация прибыли. Возможности её получения ограничены, во-первых, издержками производства и, во-вторых, спросом на произведенную продукцию. Произво...
3549. Понятие социальной группы. Классификация групп 77 KB
  Понятие социальной группы. Классификация групп Общество – это не просто совокупность отдельных людей. Среди больших социальных общностей классы, социальные слои, сословия. Каждый человек принадлежит к какой-либо из этих социальных групп или мож...
3550. Теории экономического цикла и их эволюция 136 KB
  Новые реалии экономики побуждают к некоторому переосмыслению многих, казалось бы, вполне устоявшихся трактовок теоретических проблем. Одна из них циклы и кризисы. Сегодня их объяснение освобождается от политизированных оценок, в частности о...
3551. Технология машиностроения 43.5 KB
  Технология машиностроения Введение Технология машиностроения как отрасль науки. Особенности технологии машиностроения как учебной дисциплины. Содержание дисциплины "Основы технологии машиностроения". Перспективы развития технологии машиностроения. П...
3552. Интерпретатор введенного кадра или УП 67 KB
  Программа интерпретатор Блок – схема алгоритма Kadr: ClearScreen белый фон PrintXY 0,0,WW Locate 0,2 CursorOn ввод кадра mov di, OFFSET BuferData mov...
3553. Реконструкция слесарно-механического участка в условиях ПЧ-4 1.1 MB
  Автомобили работают 365 дней в году, в две смены, 8 часов в смену. Климат умеренно холодный, рельеф слабохолмистый, дорожное покрытие преимущественно асфальтобетон. КУЭ – III. Осуществление такого рода услуг возможно благодаря универсальному подвижному составу и хорошей производственной базе
3554. Аерологія виробок 1.92 MB
  Модуль 1. Шахтне повітря, кліматичні умови, пилогазовий режим та його контроль. Вступ. Призначення та задачі шахтної вентиляції по створенню безпечних умов праці шахтарів. Мета та задачі дисципліни. Тема 1.1 Шахтне повітря. Поняття «шахтне повітря»....
3555. Сутність цивільного та земельного законодавств, їх компетенція у вирішенні питання набуття права приватної власності на земельні ділянки громадянами України 315.5 KB
  Актуальність даної теми обґрунтовується постійно зростаючою зацікавленістю встановлення режиму власності на землю, з метою здійснення господарської діяльності фізичними і юридичними особами на земельних ділянках. З утворенням України як незале...
3556. Історія економічних вчень 144.69 KB
  Предмет і завдання курсу Історія економічних вчень Економічне життя суспільства вивчається системою економічних наук - це науки про загальні закони экономічного розвитку, галузеві економічні науки: науки, шо відмічають конкретні процеси і яв...