Некоторые вопросы материаловедения

1. Высокопрочный чугун. Его свойства и метод получения. Маркировка по ГОСТ высокопрочных чугунов и применение их в автомобильной промышленности.



Модифицирование жидкого чугуна магнием или его сплавами приводит к получению шаровидной формы графита; одновременно значительно уменьшается содержание серы в чугуне (ниже 0,03%). Такой чугун обладает более высокими (в2-2,5 раза) механическими свойствами по сравнению с серым чугуном аналогичного состава, кроме того, может обладать различной степенью пластичности. Высокопрочный чугун является важным конструкционным материалом, в котором сочетаются многие ценные стали и чугуна.

Высокопрочные чугуны (ГОСТ 7293) могут иметь ферритную (ВЧ 35), феррито-перлитную (ВЧ45) и перлитную (ВЧ 80) металлическую основу. Получают эти чугуны из серых, в результате модифицирования магнием или церием (добавляется 0,03…0,07% от массы отливки). По сравнению с серыми чугунами, механические свойства повышаются, это вызвано отсутствием неравномерности в распределении напряжений из-за шаровидной формы графита.

Важнейшими особенностями высокопрочного чугуна являются: высокая прочность (σв = 45/80 кГ/мм2, иногда до 120кГ/мм2); высокое отношение пределов текучести и пропорциональности к пределу прочности; наличие пластичности, достигающей для отдельных марок этого чугуна значительных величин; меньшая, чем у стали (но большая, чем у серого чугуна), чувствительность к концентратам напряжений; хорошая восприимчивость к термической обработке, в результате которой можно существенно изменять структуру и свойства отливок; более медленное, чем у углеродистой стали, снижение прочности при нагреве до умеренно высоких температур (450-500 оС).

Коррозионные свойства высокопрочного чугуна (нелегированного) при комнатной температуре примерно аналогичны коррозионным свойствам литой углеродистой стали, а теплопроводность на 10-15% ниже, чем у серого чугуна.

Высокопрочный чугун обладает повышенной склонностью к объемной усадке при сохранении обычной(для чугуна) величины линейной усадки; удовлетворительной обрабатываемостью резанием; может подвергаться автогенной резке; легко сваривается газовой сваркой с применением стержней из чугуна, содержащего магний, и с получением шва, равнопрочного основному металлу.

Термическая обработка. Снятие напряжений происходит в результате низкотемпературного отжига. Для обычного чугуна эта обработка осуществляется при температуре 500-600о С. Дальнейшее повышение температуры нагрева приводит к понижению механических свойств, как это видно из следующих данных:

Температура отжига в оС 480 540 595 650 700

σв в кГ/мм 17,6 17,6 16,8 14,0 13,4

σви в кГ/мм 41,6 41,4 40,5 35,8 32,5



Для легированного чугуна с игольчатой структурой металлической основы при нагреве до 350 оС происходит повышение механических свойств на 20-35%.

Термическая обработка для снижения твердости применяется с целью улучшения обрабатываемости и достигается отжигом, режим которого зависит от состава и структуры чугуна. При этой обработке прочность чугуна понижается.

Повышение твердости с целью повышения износостойкости достигается закалкой с последующим отпуском или нормализацией. Когда необходимо местное повышение твердости, проводят или поверхностную закалку, или химико-термическую обработку (азотизацию). При термической обработке для повышения твердости имеет значение прокаливаемость чугуна, которая зависит от его состава.

Значения механических свойств после двойной термической обработке зависят от температуры отпуска, состава чугуна и толщины отливки. Применительно к высокопрочному чугуну с шаровидным графитом разработаны режимы термической обработки, дающие возможность в значительных пределах регулировать структуру и свойства этого чугуна.

Методы поверхностного упрочнения, разработанные применительно к стальным изделиям, эффективны и для отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Влияние поверхностного упрочнения на усталостную прочность характеризуется следующими данными : если, например, принять предел выносливости шлифованных, как гладкого, так и надрезанного, образцов за 100%, то после обкатывания роликами этот предел выносливости для гладкого образца будет равен 126%, а для надрезанного образца - 185%.

Маркировка: обозначаются индексом ВЧ (высокопрочный чугун) и числом, которое показывает значение предела прочности, умноженное на ВЧ 100.

Наиболее широко высокопрочный чугун применяется в автомобильной промышленности. Детали трансмиссии (шестерни, картера, зубчатки), ступицы колес, коленчатые валы, суппорта и детали рулевого управления для легковых и грузовых автомашин изготавливают из чугуна с шаровидным графитом.



2. Определите твердость латуни НВ мН/м² по методу Бринелля при толщине образца 15 мм, если при испытании шариком диаметра D = 2,5 мм получен отпечаток d = 0,7 мм. Нагрузка при испытании Р = 156 Н



Продолжительность выдержки : для стали и чугуна – 10 с, для латуни и бронзы – 30 с.

Полученный отпечаток измеряется в двух направлениях при помощи лупы Бринелля.

Твердость определяется как отношение приложенной нагрузки Р к сферической поверхности отпечатка F:



мН/м²







3. На полученную с нефтебазы пластичную смазку марки ШРБ – 4 был выдан паспорт:

Показатели качества Значение показателей

1. Содержание воды, % 0,08

2. Температура каплепадения, ˚С 225

3. Коллоидная стабильность, % 13

4. Предел прочности при 20 ˚С, Па с 150

5. Вязкость при 0 ˚С и 10 с , Па с

170

Поясните влияние отклонений каждого показателя от требований ТУ 38 УССР 201143-77 на работу смазываемых узлов и деталей в различных условиях эксплуатации.



Область применения смазки ШРБ - 4: Шаровые шарниры передней подвески, наконечники тяг рулевого управления автомобилей (на весь срок службы).

Основные эксплуатационные характеристики: Водостойкая, не вызывает набухания резиновых уплотнений, волокнистая текстура, высокие противозадирные свойства. Работоспособна в интервале температур от -40 °С до +130 °С.

Состав: Нефтяное масло, загущенное комплексным бариевым мылом кислот хлопкового масла, СЖК, гидроксистеариновой и уксусной кислот; Содержит антиокислительную присадку.

Воздействие показателей:

1. Вода и механические примеси вызывают повышенный износ двигателя, ускоряют окисление масла, увеличивают расход его и топлива. Наличие воды в масле значительно влияет на его антифрикционные свойства, снижает топливную экономичность двигателя.

Вода очень вредна для присадок, которые под ее действием гидролизуются и вымываются. Использование масел без присадок недопустимо.

В период хранения автомобиля в масле накапливается вода и происходит коррозионный износ двигателя, который в технике сезонного использования в 3...5 раз больше износа аналогичных двигателей всесезонного использования.' При большом содержании воды в масле часть ее попадает в подшипники коленчатого вала, где превращается в пар за счет теплоты нагретого подшипника. Пар, в свою очередь, смывает (срывает) масляную пленку с шейки и втулки, при этом неизбежен задир. Использование антифризов, обладающих высокой проникающей способностью, может отрицательно сказаться на работе масляной системы.

Механические примеси вызывают прежде всего механический и абразивный износ двигателя. К механическим примесям относятся песок (абразив), продукты износа и ржавения, распада присадок, неполного сгорания топлива, глубокого окисления масла и др. Повышенное содержание механических примесей в масле свидетельствует о неудовлетворительной работе фильтров (они перенасыщены). Обнаружить механические примеси даже в работающем масле очень легко: они видны в растекшейся капле масла, нанесенной на чистое сухое стекло. При обнаружении механических примесей следует в первую очередь проверить состояние системы фильтрации.

2. Одним из показателей качества масла является его вязкость (сила внутреннего трения). От ее значения зависят техническое состояние двигателя, расход топлива и масла. По вязкостным показателям подбирается масло для определенного двигателя в зависимости от конструкции, технического состояния, условий эксплуатации, сезонности и других факторов. Значение вязкости масла входит в его маркировку в виде цифрового индекса, например, M-8B-I, М-10Г2 где цифры 8 и 10 обозначают значение кинематической вязкости в мм2/с при 100°С. Использование маловязких масел (тем более загущенных — всесезонных) позволяет экономить топливо. Но, с другой стороны, использование маловязкого масла может стать причиной повышенного износа деталей, в том числе абразивного, увеличения расхода масла на угар. Например, расход масла М-5з/12Г1 на угар больше по сравнению с расходом на угар масла М-12Г1. Но применение масел с повышенной вязкостью связано с увеличением механических потерь, ухудшением пуска двигателя, увеличением пусковых износов. Масла подбирают такой вязкости, которая обеспечивала бы надежную смазку, небольшой расход на угар, легкий пуск двигателя, отвод теплоты и др. Оптимальное значение вязкости масла в каждом конкретном случае обеспечивает минимальный износ деталей двигателя, достаточную скорость подачи масла к цилиндрам, максимальный отвод теплоты (масло отводит 1,5...4,5% теплоты, выделяемой при сгорании топлива), уплотнение зазоров (это, в свою очередь, обеспечивает минимальный прорыв отработавших газов в масляный картер и расход масла на угар). Масла, в зависимости от вязкостных свойств, используются при зимней и летней эксплуатации. Использование зимой летних сортов масел ведет к дополнительному расходу топлива до 8%; использование зимних масел летом — к повышенному износу двигателя, 'увеличению расхода масла на угар.

От значения вязкости зависит прокачиваемость по масляной системе, отвод тепла от трущихся поверхностей, их чистота. Это обеспечивает масло с меньшей вязкостью. Для уплотнения зазоров в изношенных двигателях при работе с повышенными давлениями требуются масла с более высокой вязкостью.

3. Коллоидная стабильность характеризуется степенью отделения из смазки дисперсионной среды – масла. Ее определяют при отпрессовывании масла из смазки на приборе КСА (ГОСТ 7142–74). Коллоидная стабильность смазки существенно зависит от вязкости входящего в ее состав масла: чем больше вязкость, тем выше коллоидная стабильность. Смазки с чрезмерно высокой коллоидной стабильностью нежелательны, ибо они действуют неэффективно.

Коллоидная стабильность характеризует способность смазок при хранении и эксплуатации сопротивляться выделению масла (под действием т-ры, давления и др. факторов или самопроизвольному вследствие структурных изменений, напр. под воздействием собственной массы). Коллоидная стабильность смазок определяется степенью совершенства их структурного каркаса и вязкостью дисперсионной среды: чем выше вязкость масла, тем труднее ему вытекать из объема смазки.

4 . Предел прочности характеризует способность смазок не вытекать из узлов трения, противостоять сбросу с движущихся деталей (например, подшипников) под влиянием инерционных сил и удерживаться на наклонных и вертикальных поверхностях не стекая и не сползая. Когда напряжение сдвига превышает предел прочности, смазка начинает течь.

5. Температура каплепадения — это температура, при которой упадет первая капля смазки, помещенной в капсюле специального прибора, нагреваемого в стандартных условиях .

Температура каплепадения, зависящая в основном от вида загустителя и в меньшей степени от его концентрации, определяет подразделение смазок на низкоплавкие — Н (температура каплепадения до 65 °С), среднеплавкие — С (65... 100 °С) и тугоплавкие — Т (свыше 100 °С).

Во избежание вытекания смазки из узла трения температура каплепадения должна превышать температуру трущихся деталей на 15...20°С .



4. Классификация и обозначение моторных масел в соответствии с ГОСТ 17479.1.85, международной системой API и SAE.



Ориентировочное соответствие моторных масел по классам вязкости и группам по ГОСТ 17479.1– 85 системам SAE и API приведено в таблице:





В последней Международной классификации моторных масел SAE J300 от декабря 1995 г. для зимних масел установлены максимальные значения динамической вязкости при низких температурах и минимальные значения кинематической вязкости при 100 °С. Для летних масел установлены пределы кинематической вязкости при 100 °С и минимальные значения динамической вязкости при 150 °С и скорости сдвига 106 с–1. Каждый класс зимнего или всесезонного масла характеризуется двумя значениями динамической вязкости при температуре, отличающейся на 10 °С. Первое из них дает потребителю информацию о предельной температуре масла, при которой возможно проворачивание двигателя стартером, второе – о предельной температуре, при которой масляный насос будет прокачивать масло под давлением в процессе холодного пуска. Предельная температура прокачиваемости обязательно ниже, чтобы при холодном пуске избежать сухого трения в узлах, смазываемых под давлением.

В современной классификации моторных масел по API устаревшие классы за ненадобностью исключены. В настоящее время в США сертифицируют только масла с высшими уровнями эксплуатационных свойств, а именно: SH и SJ для бензиновых двигателей, CF, CF-2, CF-4, и CG-4 – для дизелей. В табл. 1 приводится современная классификация моторных масел по API. Моторные масла, сертифицированы на соответствие тем или иным классам по API, маркируются стандартным символом: в центре круга указывают класс вязкости по SAE. Категорию и класс по уровню эксплуатационных свойств указывают в верхнем полукольце, а наличие или отсутствие энергосберегающих свойств у данного масла указывают в нижнем полукольце. Если последнее не заполнено, то данное масло не относится к энергосберегающим.

В обозначениях универсальных масел могут встречаться упоминания исключенных классов API, например, CF-4/SG или SH/CD.

Международным комитетом по стандартизации и одобрению смазочных материалов (ILSAC) разработаны минимальные стандартные требования к моторным маслам для автомобильных бензиновых двигателей. Классификация ILSAC пока содержит два класса масел, обозначаемых GF-1 и GF-2.

По уровням эксплуатационных свойств они практически идентичны маслам классов SH и SJ по API, но обязательно имеют высокие энергосберегающие свойства.











5. Электризация топлива. Меры предупреждения возникновения взрывов и пожаров при транспортировке, проведении складских работ, заправка автомобилей жидким топливом.



Все топлива имеют способность не только воспламеняться от постороннего источника, но и самовоспламеняться. Так, температура самовоспламенения бензинов при соприкосновении с воздухом — около 480 °С, керосина — 430 °С. Чем тяжелее фракции нефтепродуктов, тем при более низкой температуре нагретого тела он способен самовоспламениться. Вязкие масла, например, самовоспламеняются уже при температуре 300 °С.

Пары топлив при смешении с воздухом в определенном соотношении могут образовывать взрывчатые смеси, воспламеняющиеся от искры или другого источника огня.

Бензиновая смесь с воздухом, опасна при концентрации бензина от 1,1 до 5,4 %, керосина — от 2 до 3 %. Если же паров бензина или керосина окажется больше или меньше, то такая смесь воспламеняться не будет.

При хранении топлива с температурой начала кипения 70—135 °С образование взрывоопасных смесей можно ожидать в диапазоне температур окружающего воздуха 0—30 °С.

Следовательно, бензин опаснее керосина и дизельного топлива в холодную погоду, а керосин и дизельное топливо опаснее бензина — в жаркую.

Масляные пары в смеси с воздухом при наличии искры или другого открытого источника огня также взрывоопасны. Известны случаи, когда масляные пары взрывались в картере двигателя.

В эксплуатационных условиях наибольшую опасность представляет пустая тара из-под бензина. Дело в том, что достаточно в 200-литровой бочке испариться 10—50 г бензина, чтобы получилась взрывоопасная смесь, а такое количество всегда может остаться даже при самом тщательном сливе из нее бензина. Вот почему запрещается отвинчивать ударами молотка пробку пустой стальной бочки из-под бензина или подходить к ней с огнем. Для предупреждения образования такой смеси пробку тары после слива из нее бензина следует завинчивать не плотно, чтобы по мере испарения пары бензина выходили наружу.

При хранении бензинов с температурой начала кипения 60 °С в плохо вентилируемом помещении взрывоопасная смесь может образовываться при температуре 0 °С и ниже. При более высокой температуре концентрация паров бензина увеличивается настолько, что выходит за пределы взрывоопасной смеси.

Реальная опасность образования взрывоопасных концентраций масел в закрытой емкости возникает при температуре 100 °С. Однако при наличии в масле топлива критическая температура может быть и ниже 100 °С, поэтому в картере двигателя, где всегда имеется топливо, взрывоопасная концентрация паров может образовываться практически при любой температуре.

Электризация топлив в условиях эксплуатации может наблюдаться в различных случаях: при прокачке по рукавам и топливопроводам; при разбрызгивании в воздухе, например при сливе, когда струя падает с большой высоты и, ударяясь о твердую поверхность, разбрызгивается; при прохождении через пористые и сетчатые перегородки (фильтры, капиллярные трубки); при пропускании воздуха или газов через всю толщу топлива; при перемешивании с водой; при подъеме механических примесей со дна цистерны.

Статическое электричество, как известно, накапливается на наружной поверхности емкости и, если емкость не заземлена, то на ее поверхности может скопиться статическое электричество с напряжением в несколько тысяч и даже десятков тысяч вольт. Для человека такое напряжение не опасно, так как сила тока ничтожно мала. В пожарном же отношении напряжение 300—500 В является опасным, поскольку возникшая при разрядке искра способна воспламенить смесь.

С увеличением скорости и продолжительности прокачки топлива его электризация увеличивается, а при увеличении влажности и температуры — уменьшается.

Бензины электризуются слабее, чем дизельные топлива. Наличие механических примесей к поплавков в емкости способствует электризации.

Опасность электризации эффективно устраняется введением в топливо антистатических присадок.

Меры предупреждения возникновения взрывов и пожаров при транспортировке, проведении складских работ, заправка автомобилей жидким топливом приведены Приказе МЧС РФ от 12 декабря 2007 г. N 645

"Об утверждении Норм пожарной безопасности "Обучение мерам пожарной безопасности работников организаций".

Важным условием для безопасности работы в помещениях зо¬ны текущего ремонта электрооборудования, а также противопожарной безопасности является неукоснительное исполнение правил:

- для защиты людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции электроустановок должна быть применена хотя бы одна из защитных мер: заземление, зануление, защитные отключения, малое напряжение, двойная изоляция;

- шины и провода защитного заземления (зануление) должны быть доступны для осмотра и окрашены в черный цвет;

- во всех защитных устройствах устанавливаются только комбинированные предохранители;

- оборудование должно устанавливаться так, чтобы на электродвигатель не попадали стружка, вода, масло и т.д.;

- в цехах, где возможно, выделение пыли должны применяться выключатели, рубильники, предохранители и т.п. закрытые кожухами из негорючего материала;

Не допускается:

- применять рубильники открытого типа или рубильники с кожухами, имеющими щель для рукоятки;

- устанавливать выключатели, рубильники, предохранители, распределительные щиты и др. оборудование, способное дать искру в помещениях, где находятся легковоспламеняющиеся, горючие вещества;

- применять самодельные предохранители;

- последовательно включать в заземление или зануление проводник электроустановок. Заземление должно быть только параллельным;

- навешивать на электропровода и выключатели какие-либо предметы, обертывать электролампы бумагой или тканью.

При работе с аккумуляторными батареями должны соблюдаться следующие правила:

- к самостоятельной работе допускаются лица, не моложе 18 лет, имеющие соответствующую квалификацию;

- для перемещения аккумуляторных батарей по территории следует пользоваться специальной тележкой или приспособлением для переноски;

- приготовлять кислотный электролит нужно в специальных сосудах. Переливать кислоту из бутылей только с помощью приспособлений (качалок);

- при работе с кислотой надевать защитные очки, резиновый фартук, сапоги, резиновые перчатки;

- зарядка аккумуляторных батарей производится только при открытых пробках и включенной вентиляции.

Не допускается: входить в зарядное помещение с открытым огнем; пользоваться электронагревательными приборами; переливать кислоту вручную, а также вливать ее в воду; проверять аккумуляторные батареи коротким замыканием; брать едкий калий без специальных щипцов; хранить продукты питания и принимать пищу в помещении аккумуляторного отделения.

На предприятии должны быть выполнены следующие противопожарные мероприятия:

- зоны ТО и ТР обеспечиваются средствами пожаротушения согласно действующим нормам. Первичные средства пожаротушения и пожарный инвентарь должны содержаться в исправном состоянии и находиться на видных местах. К ним должен быть обеспечен свободный доступ;

- огнетушители, ящики для песка, бочки для воды, ведра, футляры для кошм, топоры должны быть окрашены в красный цвет и должны находиться в производственных помещениях;

- запрещается использовать пожарный инвентарь и оборудование для нужд, не связанных с пожаротушением;

- пожарные краны во всех помещениях оборудуются рукавами и стволами, заключенными в шкафчики, которые должны легко открываться, но быть закрытыми и опломбированными;

- при каждом ящике с песком должны постоянно находиться две металлические лопаты. Ящики должны плотно закрываться крышками;

- огнетушители подвешиваются или устанавливаются на видном месте так, чтобы человек мог свободно, легко и быстро их снять (на высоте не более 1,5 м от пола до днища огнетушителя);

- для тушения электроустановок под напряжением могут использоваться огнетушители типа ОП-2, ОП-2Б, ОП-5, в которых используются сухие порошковые составы, или углекислотные типа ОУ-2, ОУ-5 и ОУ-8.

Всему личному составу необходимо хорошо знать правила пожарной безопасности и уметь пользоваться первичными средствами пожаротушения и противопожарным инвентарем. На каждом производственном участке вывешивается табличка, в которой указывается ответственный за пожарную безопас¬ность на данном участке.

В гараже составляется план противопожарных ме¬роприятий, в котором предусматривается: условный сигнал пожарной тревоги, порядок оповещения о пожаре и вызов по¬жарной команды, обязанности работников на слу¬чай пожара, порядок допуска в гаражи на вре¬мя пожара.

Для курения должно быть отведено специально место, оборудованное боч¬ками с водой и ящиками с песком.

Проходы, выходы, коридоры, тамбуры, лестницы, чердач¬ные помещения должны постоянно содержаться в исправном состоянии и не загромождаться.

Пролитые масла и топливо необходимо немедленно засы¬пать песком; ветошь и прочие обтирочные материалы хранят в металлических ящиках с крышками, в безопасном в пожарном отношении помещении. Необходимо строго соблюдать и другие правила техники без¬опасности и противопожарной защиты, изложенные в инструк¬ции и в руководствах предприятия .





Список литературы:



1. Бураев Ю.В. Безопасность жизнедеятельности на транспорте: учеб. Для студентов высших учебных заведений / Ю.В. Бураев – М.:Академия 2004.-288с.

2. Крамаренко Г.В., Барашков И.В., Техническое обслуживание автомобилей: Учебник для автотранспортных техникумов. – М.: Транспорт, 1982.-368с.,ил.

3. И.Д. Ландсберг Л.З. Соколин В.Н. Каманин, Ремонт электрооборудования автомобилей / И.Д. Ландсберг Л.З. Соколин В.Н. Каманин В.Н.-М.:Транспорт.1981.-317 с., ил.

4. Резник А.М. Электрооборудование автомобилей: Учебник для автотранспортных техникумов. – М.: Транспорт, 1990. – 256с.,ил.,табл.

5. Чернецкий Ю.Ф., Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию: Учеб. Пособие для вузов/ Чернецкий Ю.Ф.-М.:Лесная промышленность, 1983.-136.