Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Государственное предприятие «Научно-технологический парк БНТУ «Политехник» НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ ИХ ОБРАБОТКИ Сборник научных работ XI Республиканской студенческой научно-технической конференции Минск БНТУ 2010 2 УДК 669 (082) ББК 34.3 Н 76 ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Иваницкий Н.И., декан механико-технологического факультета, канд.техн.наук., доцент; ЧЛЕНЫ ОРГКОМИТЕТА: Белявин К. Е., д-р.физ.наук., профессор; Пантелеенко Ф.И., д-р.техн.наук., профессор; Константинов В.М. ., д-р.техн.наук, доцент; Кукуй Д.М., д-р.техн.наук., профессор; Немененок Б.М., д-р.техн.наук., профессор; Лазаренков А.М., д-р.техн.наук., профессор; Яглов В.Н., д-р.хим.наук., профессор; Трусова И.А., д-р.техн.наук., профессор; Алексеев Ю.Г., канд.техн.наук., в.н.с.; Слуцкий А.Г., канд.техн.наук., с.н.с.. РАБОЧАЯ ГРУППА Ложечников Е.Б., д-р.техн.наук., профессор; Рафальский И.В., канд.техн.наук., доцент; Хренов О.В., канд.техн.наук., доцент; Вейник В.А., старший преподаватель; Одиночко В.Ф., канд.техн.наук., доцент; Науменко А.М., канд.техн.наук., доцент; Проворова И.Б., старший преподаватель; Ратников П.Э., канд.техн.наук., доцент. ОТВЕТСТВЕННЫЙ СЕКРЕТАРЬ: Арабей А. В. В настоящий сборник включены материалы докладов XI Республиканской студенче- ской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии их обработки», участники которой выступали по следующим направ лениям: «Литейное производство чер- ных и цветных металлов», «Материаловедение в машиностроении», «Машины и технология литейного производства», «Машины и технология обработки металлов давлением», «Метал- лургические процессы», «Охрана труда и промышленная безопасность», «Порошковые и композиционные материалы, покрытия и сварка», «Химические технологии». ISBN 978-978-525-476-9 ©БНТУ, 2010 3 Литейное производство черных и цветных металлов 4 УДК 621.745.32 Анализ влияния технологии плавки алюминиевых сплавов на состав и количество пылегазо- вых выбросов Студенты гр.104126 Козлова О.Е., Вольский Е.А. Научный руководитель – Немененок Б.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является анализ влияния технологии плавки алюминиевых сплавов на со- став и количество пылегазовых выбросов. Анализ плавильного оборудования цветнолитейного производства показывает, что на ряду с индук- ционными печами для плавки литейных сплавов широко используются отражательные пламенные и элек- трические печи. Большое количество применяемых алюминиевых литейных сплавов, видов плавильных аг- регатов и типов технологических процессов обуславливает широкое разнообразие вредных выбросов в ат- мосферу плавильных отделений цветнолитейных цехов. При производстве отливок из сплавов цветных металлов используются вещества и реагенты, которые в исходном состоянии обладает токсичными свойствами по отношению к человеку и окружающей среде. Наиболее часто встречающимися токсичными выделениями при производстве алюминиевого литья являют- ся пары металлов, газы и мелкодисперсная пыль. При полном сгорании органического топлива в дымовых газах образуются CO2, H2O, N2, SO2 и SO3, а в ядре факела горелок при высоких температурах происходит частичное окисление азота топлива и воздуха с образованием NO и NO2. Для приготовления сплавов, осо- бенно сложнолегированных, используются легкоокисляемые металлы, такие как Mg, Zn, Ti и другие. Во время плавления шихтовых материалов происходит интенсивное капельное окисление, испарение и унос с потоком отходящих газов оксидов металла. Для получения расплава требуемого качества применяются раз- личные рафинирующие вещества (гексахлорэтан, флюсы, хлориды и фториды), которые при взаимодейст- вии с металлами образуют вещества, легко уносимые дымовыми газами. Особенно осложняется ситуация при расположении цветнолитейных цехов непосредственно в городской черте, так как требования к допус- тимому содержанию вредных веществ в воздухе населённых пунктов постоянно ужесточаются и для их со- блюдения существующие способы очистки становятся экономически неоправданными. Вместе с тем, в со- временной технической литературе отсутствуют систематизированные данные по количеству и составу вы- делений, образующихся при плавке и рафинировании литейных алюминиевых сплавов, что затрудняет не только их оценку, но и разработку методов очистки и сокращения объёмов путём изменения технологиче- ских процессов. Для оценки интенсивности пылегазообразования, состава и свойств вредных выбросов, были иссле- дованы выделения пыли и газов от различных плавильных печей, характеристики которых приведены в таб- лице 1. Замеры запылённости и содержания хлоридов проводили в объёме печи в периоды загрузки, расплав- ления шихты и рафинирования. На основании полученных данных оценивали зависимости изменения запы- лённости газов и удельных выбросов при расплавлении шихты и рафинировании расплава. Удельные вы- бросы рассчитывали исходя из количества отходящих газов и запылённости газового потока, а также произ- водительности плавильного агрегата. Данные по удельным выбросам приведены в таблицах 2-4. Таблица 1 - Общая характеристика обследованных плавильных агрегатов Тип печи Марка печи Ёмкость, т Производитель-ность, т/час Удельный рас- ход электро- энергии, кВт час/т Расход топли- ва (природно- го газа), м3/т AR 60000 27,0 5,0 - 60 Пламенные отражательные AR 40000 18,0 - - 55 CAH-2,5 2,5 0,5 550 - Электрические отражательные CAH-2 2,0 0,3 600 - ИАТ-2,5 2,5 1,25 595 - Электрические индукционные ИАТ-6 6,0 1,95 550 - 5 Таблица 2 – Удельное количество вредных выбросов, образующихся при плавке в газовых пламенных печах и в процессе рафинирования 0,03%C2Cl6 Удельные вы- бросы при плавке, кг/ч Удельные выбросы на 1тонну жидкого ме- талла, кг Наименова- ние агрегата Объём выбра- сывае-мых га- зов, м3/ч Запылённость газов, г/м3 Содержа- ние хлори- дов, мг/м3 пыль хлориды пыль хлориды Печь AR60000 25000 0,02 - 0,5 - 0,1 - Печь 40000 20000 0,02 - 0,4 - 0,08 - Стенд 40000 0,29 8 - - 0,3 0,01 Итого: 0,48 0,01 Таблица 3 – Удельные выбросы, образующиеся при плавке в печи САН-2,5 и рафинировании 0,05 %ZnCl2 Удельные выбросы на тонну жидкого металла, кг/т При рафинировании Расход газа, м3/час Средняя запы- лённость при загрузке и плав- лении, г/м3 Средняя запылён- ность при рафини- ровании, г/м3 Содержание хлоридов, мг/м3 Пыль при загрузке и плавлении Пыль Хлориды 13400 0,03 0,91 7 0,9 1,82 0,01 Таблица 4 – Удельные выбросы при плавке сплава АК9 в индукционных печах и рафи- нировании 0,05% С2Cl6 Состав газов Удельные выбросы на 1т жид- кого металла, кг Наимено- вание аг- регата Наимено- вание операции Расход газов, м3/ч За-пылён- ность газов, г/м3 Углево- дороды нефти, мг/м3 СО, мг/м3 Хлори- ды, мг/м3 пыль Угле- во- доро- ды неф- ти СО Хлори-ды Загрузка 8500 0,17 - - - 1,45 - - - ИАТ-2,5 Рафини- рование 8500 0,35 - - 25 0,15 - - 0,005 Загрузка 4600 0,4 150 20 - 1,28 0,51 0,077 - ИАТ-6 Рафини- рование 4600 7,8 - - 20 0,23 - - 0,002 Анализ приведенных данных показывает, что основная масса загрязняющих веществ образуется в процессе рафинирующей обработки или при завалке шихты на жидкий остаток металла. УДК 669.1:662.654 Использование металлургических агрегатов для утилизации промышленных отходов Студент гр.104116 Петрович В.В. Научный руководитель – Немененок Б.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Мировая практика показала, что основная масса всех образующихся техногенных отходов не может 6ыть переработана (утилизирована) на тех предприятиях, где эти отходы образуются. Все большее распро- странение получает практика использования отходов смежных отраслей. При решении этой проблемы осо- 6 бая роль отводится черной металлургии. Все большее распространение получает мнение, что предприятия черной металлургии в состоянии утилизировать (с высокой степенью эффективности) подавляющее боль- шинство отходов самых разных отраслей, включая даже бытовые отходы. Комплекс современных предприятий черной металлургии включает перечень агрегатов и производств с полным набором возможных технологических характеристик: 1) возможность создавать низкие, высокие, очень высокие температуры; 2) возможность поддерживать окислительную, нейтральную, восстановитель- ную атмосферу; 3) диапазон давлений от 1 МПа и более (от 10 ат и более) до технического вакуума; 4) пол- ный набор оборудования для помола, измельчения, дробления материалов; 5) полный набор оборудования для сушки и нагрева материалов в разных агрегатах, в том числе в таких энергоэкономных, как шахтные печи; 6) полный набор оборудования для улавливания всевозможных выделений и очистки выделяющихся газов (что важно при обработке отходов). В металлургической практике большую роль по переработке отходов играет их добавление в шихту. Этот прием используется практически на всех звеньях технологической цепочки: агломерационная установ- ка — доменная печь — сталеплавильный агрегат. Это лучший вариант использования отходов. Однако он может быть применен только тогда, когда это экономически и технологически оправданно. Если рассматривать переработку промышленных отходов в отдельных металлургических агрегатах, то доменная печь практически идеально приспособлена для этого. Это определяется следующим: - наличием в горне печи высокотемпературной зоны с окислительным потенциалом газовой фазы и температурами 2000-2400 0С, что обеспечивает практически полное сгорание всех горючих составляющих отходов; - наличием восстановительной атмосферы, что препятствует образованию оксидов азота; - наличием многометрового, достаточно плотного слоя твердой шихты, который затрудняет интен- сивный вынос твердых частиц, как бы «процеживая» поднимающиеся вверх газы; - наличием высокой (30 м и более) шахты, что обеспечивает почти полную утилизацию в самой шахте тепла отходящих газов (температура отходящих из печи газов всего 100-200 0С при температуре газов в гор- не 2000° С и более); - высокой производительностью современных крупных доменных печей. При годовой производи- тельности одной доменной печи 3,5 млн. т чугуна введение в шихту 5 % отходов позволяет перерабатывать ежегодно более 150 тыс. т отходов на одной печи. В настоящее время во многих странах ведутся исследования в опытно-промышленных масштабах по переработке в них ряда отходов химических производств, отходов пластмасс, отработавших свой срок авто- мобильных покрышек, замасленной окалины и т. п., вплоть до переработки твердых бытовых отходов. На- пример, в ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат» утилизируется более 95% отходов. Таблица 1 – Химический состав отходов ОАО ЗСМК, % Материал Feобщ FeO SiO2 Al2O3 Mn MgО CaO S P 65,6 56,2 1,76 0,56 0,89 2,12 1,77 0,021 0,011 65,8 53,8 1,58 0,39 0,72 2,98 1,65 0,012 0,013 Окалина: Газорезательная ма- шина Плазморезательная машина Кузнечно-прессовый цех 60,3 45,7 2,16 2,52 0,86 2,78 2,32 0,04 0,03 Шлак ЛЦ 57,6 45,1 2,98 3,12 2,44 4,12 3,96 0,05 0,05 На данном комбинате для улучшения работы горна и газопроницаемости нижней части доменной пе- чи кусковые отходы подавали в количестве 0,3-2,5% от общего расхода железной части шихты. Отходы от- личались повышенной концентрацией железа (до 70 %) в виде монооксида (до 57%), низким содержанием вредных примесей, хорошей восстановимостью (около 50%), основностью по CaO/SiO2 (0,2-0,4) и крупно- стью (5-100мм). Промышленные исследования на печи свидетельствуют об улучшении основных технико- экономических показателей плавки, в частности об увеличении производительности за счет выравнивания хода печи и сокращения удельного расхода кокса. Благодаря загрузке кусковых отходов крупностью 5-100 мм, с повышенной механической прочностью (800 - 1300 МПа) и с содержанием монооксида железа 45 – 55 % в центральную зону печи улучшились газодинамический режим плавки (снизилась газодинамическая напряженность низа печи) и работа горна. Также большой проблемой является утилизация. Компания «Миттал Стил Темиртау» провела опыты по внедрению угольного шлама на различных ТЭЦ в качестве топлива и вместе с углем. При испытаниях на Карагандинской ТЭЦ-3 были отмечены более высокая теплота сгорания и реакционная способность уголь- ного шлама по сравнению с экибастузским углем, что обеспечивает устойчивое его горение в топке котла. 7 Повышенное содержание железа в шламах от газоочисток доменных печей и конвертеров АО " Мит- тал Стил Темиртау" (до 60 %) и стремление к созданию безотходной технологии делают очевидным целесо- образность их утилизации. Между тем широкое использование шламов сдерживается повышенным содер- жанием в них цинка, попадающего в печи с шихтой. Повышенная концентрация цинка в шламе ведет к раз- рушению кладки футеровки, большему расходу кокса и увеличению содержания цинка в чугуне. Идеальным решением проблемы утилизации шламов является создание системы их рециклинга, но использование шла- мов в СНГ остается низким из-за отсутствия рентабельных, эффективных и отработанных в промышленном масштабе технологий их подготовки, в том числе обесцинкования, обезвоживания, окомкования и сушки. Полное же вовлечение в производство доменных и конвертерных шламов в таких странах, как Герма- ния и Япония, видимо, связано не только с разработкой эффективной технологии обесцинкования, но и с высокими экологическими требованиями. В этих странах наибольшее распространение получили пироме- таллургические методы, сочетающие процессы восстановления соединений цинка с возгонкой восстанов- ленного цинка и получением на основе железа металлизованного продукта. Установлено, что доменный шлам (если не принимать во внимание избыточный цинк) в количестве 80 кг/т агломерата в целом положительно влияет на качество агломерата. Добавка конвертерного шлама в количестве менее 40 кг/т улучшает спекание. Увеличение доли доменного шлама снижает индекс прочности на истирание и удар на 18,7 и 1,2 % соответственно и увеличивает расход кокса на 1 %. Поэтому для утили- зации в аглопроизводстве доменного шлама (при отсутствии в нем избыточного цинка) нет затруднений. Широко используются в сталеплавильном производстве такие отходы, как шлак производства вто- ричного алюминия, который содержит, %: Аl2О3 50-70; SiО2 до 8; СаО 4-6; FeO 6-8; (К2О + Na2О) 2-4. В слу- чае присадки такого шлака имеют место: а) кратковременное снижение скорости обезуглероживания вслед- ствие раскисления сталеплавильного шлака алюминием по реакции 3(FeO) + 2А1 = (А12О3) + 3Fe; б) нагрев шлака, так как окисление алюминия сопровождается выделением тепла; в) снижение температуры плавле- ния шлака и повышение его жидкоподвижности вследствие влияния А12О3; г) ускорение усвоения шлаком извести вследствие повышения температуры шлака и снижения его вязкости, что сопровождается улучше- нием условий десульфурации. В зарубежных странах разрабатывается большое количество методов по утилизации угольной мело- чи. Она может быть реализована процессом REDS MELT (от англ. REDuction + SMELTing — восстановле- ние + плавление), разработанным фирмой Mannesmann Demag (Германия). Процесс проводится в двух агрегатах: на первой стадии в огромные роторные печи (диаметром до 60 м) загружают железорудно-угольные окатыши с целью их металлизации до 85 %; затем металлизованные окатыши поступают в электропечь, где получают полупродукт, содер- жащий, %: С 2-4; Si до 0,3; S менее 0,05. При двух роторных печах и одной электропечи мощностью 60-65 МВт производительность комплек- са около 1 млн.т полупродукта (синтетического чугуна) в год стоимостью 90-130долл./т. Далее полученный полупродукт используют в качестве ме-таллошихты. Определенное распространение получает способ совместной переработки оксидных железосодержа- щих отходов, доменной и сталеплавильной пыли, угольной мелочи и коксика. Процесс восстановления осу- ществляют в печи с вращающимся подом. Полученный продукт со степенью металлизации 85-92 % и со- держанием 2-4 % С в виде окатышей или брикетов используют в шихте металлургических агрегатов. Разра- ботавшие этот способ американские и японские фирмы назвали его FASTMELT-процессом. Получаемый при этом синтетический чугун, названный FASTIRON, содержит, %: С 3,0-5,0; Si 0,2-0,5; Mn 0,8-1,2; S<0,05; P<0,05. такой материал может считаться чистой металлошихтой, содержащей мало примесей цветных ме- таллов. Стоит отметить утилизацию в металлургических агрегатах не только таких привычных отходов, как углеродная пыль предприятий по производству электродов, но и таких «экзотических» отходов как катали- заторы, применяемые в нефтехимической промышленности. Такие катализаторы содержат до 20% триокси- да молибдена, до 6% оксида никеля и некоторые другие полезные компоненты. Использование такого мате- риала (его можно вводить в завалку при выплавке стали соответствующих марок) весьма эффективно. Сей- час, например, автомобиль полностью подлежит переработке, что существенно улучшает экологическую ситуацию в мире. Страны СНГ должны перенимать опыт высокоразвитых стран по применению металлур- гических агрегатов для утилизации промышленных отходов. 8 УДК 621. 179 Диагностика и контроль качества отливок из алюминиевых сплавов с использованием методов частотно-амплитутдного анализа акустических характеристик Студентка гр.104126 Шестюк И.В. Научный руководитель – Рафальский И.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Диагностика и контроль качества литых изделий представляет важнейший элемент в комплексной системе управления качеством литейной продукции (КС УКЛП), охватывая процессы контроля материа- лов, технологических процессов и готовой продукции. Неразрушающие методы контроля качества отливок акустическими методами обеспечивают возможность во многих случаях проводить сплошное обследова- ние литейной продукции с минимальными затратами времени. Достоинства этих методов заключаются в том, что они позволяют обнаруживать как явные, так и скрытые дефекты в материалах, предотвращая по- явление брака в процессе производства, а также установку бракованных изделий в выпускаемую готовую продукцию. В соответствии с принятой классификацией различают следующие группы дефектов отливок: несо- ответствие по геометрии; дефекты поверхности; несплошности в теле отливки; включения; несоответствие по структуре. В зависимости от полноты охвата техническим контролем производимой продукции устанавливают следующие виды контроля: сплошной, выборочный, непрерывный, периодический, летучий. Для изделий ответственного назначения выборочный контроль отдельных изделий недостаточен, так как не позволяет полностью оценить качество продукции. Достаточно надежный результат дает только полный (100%-ный) контроль с применением современных методов неразрушающего контроля (НК). Использование НК по- зволяет повысить надежность и качество продукции, предотвращает аварии сложных агрегатов, обеспечи- вает значительный экономический эффект. НК в зависимости от физических явлений, положенных в его основу, подразделяется на следующие виды: магнитный, электрический, вихретоковый, радиоволновой, тепловой, оптический, радиационный, проникающими веществами, акустический. Из неразрушающих методов контроля наибольшее развитие получила акустическая дефектоскопия. Акустические свойства изделий из металлов и сплавов в значительной степени определяются особен- ностями их структуры. Анализ этих свойств проводят после возбуждения акустических колебаний и изме- рения их частотно-амплитудных параметров. Акустические колебания возбуждаются либо путем механиче- ского воздействия на объект исследования либо с помощью пьезоэлектрического преобразователя сухим контактным, контактным через жидкую среду или бесконтактным способом через воздушный зазор с помо- щью электромагнитно-акустического преобразователя. С помощью акустических методов измеряют толщи- ны стенок изделий, выявляют разнообразные дефекты и неоднородности структуры, определяют геометри- ческие характеристики изделий. Акустические методы широко применяют в НК благодаря ряду их преимуществ перед другими вида- ми НК: акустические колебания легко возбуждаются в контролируемых изделиях; хорошо распространяют- ся в металлах и сплавах; эффективны при выявлении дефектов с малым раскрытием, чувствительны к изме- нению структуры и физико-механических свойств материалов, не представляют опасности для персонала. Известно много акустических методов неразрушающего контроля, некоторые применяются в не- скольких вариантах. Их делят на две большие группы – активные и пассивные методы. Активные методы основаны на излучении и последующем приёме отражённых или прошедших упругих волн, пассивные - только на приёме волн, источником которых служит сам контролируемый объект. В настоящей работе был проведен анализ зависимостей затухающих акустических колебаний отливок из алюминиевых сплавов от характеристик их структуры. Для снятия акустических характеристик была ото- брана партия типовых производственных отливок из алюминиевого сплава АК5М2. Акустические характе- ристики обрабатывали в электронной форме в виде массивов значений свободных затухающих акустических колебаний возбуждённого образца, полученную за определённый период времени, путём оцифровывания сигналов датчика акустических колебаний, установленного на поверхность возбуждённого образца или на небольшом расстоянии от неё. Функциональная схема стенда для получения акустических характеристик литых образцов представ- лена на рисунке 1. Акустические колебания, возбуждённые в образце 1, поступают в датчик 2, в котором преобразуются в пропорциональный электрический сигнал. Электрический сигнал поступает в измерительный блок 3, в котором преобразуется в цифровой код. Цифровой код поступает в персональный компьютер 4. 9 Рисунок 1- Стенд для получения акустических характеристик литых образцов. Схема функциональ- ная. 1 – образец; 2 – датчик акустических колебаний; 3 – измерительный блок; 4 – персональный компьютер На первом этапе исследования проводилась запись акустических колебаний, полученных внешним воздействием по телу отливки. Спектр звучания отливки обрабатывался в диапазоне частот от 3000 до 7000 Гц и на каждой части спектра находился максимум значений амплитуды звучания. При этом определя- ли максимальные значения частот акустических колебаний отливок в исходном (литом) состоянии и после проведения термической обработки (выдержка в печи – 4 часа при температуре 525°С с последующим ох- лаждением в воде). В результате проведенного анализа были выделены спектры частот акустических колебаний, обеспе- чивающие идентификацию отливок из алюминиевого сплава марки АК5М2 после термической обработки. УДК 669.715 Анализ способов рафинирования алюминиевых расплавов инертными газами Студент гр. 104126 Вольский Е.А. Научный руководитель – Немененок Б.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск При производстве алюминиевых сплавов на всех стадиях процесса происходит насыщение расплава водородом и неметаллическими включениями. Металлографические исследования показывают, что большая часть твёрдых неметаллических включений в алюминиевых сплавах представлена оксидами алюминия раз- личных модификаций глинозёма размером до 80 мкм, частицами оксида магния и карбида алюминия разме- рами до 20 мкм, различных нитридов размером порядка 10 мкм и др. Несмотря на множество способов снижения содержания водорода в расплаве, лишь некоторые нахо- дят применение на практике. Наилучшим способом очистки расплава от растворённого водорода и неметал- лических включений считается отстаивание в вакууме, в том числе с одновременной продувкой инертными газами, но данный способ очень дорог в условиях массового производства, и поэтому он не нашел широкого применения. Обработка расплава газообразным хлором или его смесью с инертным газом негативно сказывается на здоровье людей и состоянии окружающей среды, поэтому применение данного способа очень ограниче- но, несмотря на то, что он позволяет получить металл с высокой степенью очистки от водорода и неметал- лических включений. Основополагающими факторами процесса рафинирования металла газами (газовыми смесями) являются размер, количество и распределение внутри расплава газовых пузырьков. Размер пу- зырька определяет величину площади контакта на границе газ-примесь, от которой зависят коэффициент использования рафинирующего газа и эффективность процесса. В зависимости от способа введения газа в расплав размер эффективной поверхности можно увеличить в десятки раз, уменьшая размер газовых пу- зырьков и не изменяя объёма вдуваемого газа. Пузырьковый режим эффективнее струйного при введении газа в расплав. Количество газа, продуваемого через расплав в струйном или пузырьковом режиме, также влияет на эффект дегазации, так как от него зависят всё та же площадь контактной поверхности и распреде- ление газа в объёме расплава. Не все способы дегазации позволяют менять объем подаваемого газа без по- тери эффективности процесса. Регулирование степени дисперсности пузырьков газа, вдуваемого в расплав, при установке требуемых режимов очистки - одно из неоспоримых преимуществ процессов роторной дега- зации. Бурление на границе расплав-атмосфера, происходящее при дегазации, приводит, во-первых, к актив- ному окислению металла с замешиванием в расплав оксидных плен и, во-вторых, к повторному насыщению водородом. Применение выносной камеры с герметичной крышкой, внутренним пространством, заполнен- ным инертным газом, и системами подачи-отвода металла облегчает дегазацию расплава. Принцип действия данной системы основан на подаче в ванну (определенной вместимости и геомет- рии), заполненную расплавом металла, инертного газа (смеси) через быстро вращающийся ротор специаль- ной конструкции. За счёт высокой скорости вращения вокруг ротора создаётся слой расплава активно пере- 10 мешиваемого и насыщенного газом, причём высокая скорость вращения ротора позволяет получить размер пузырька в расплаве <1 мм. Данные полученные при применении этого метода, указывают на высокую эффективность данного способа очистки расплава от неметаллических включений и водорода. Анализ содержания неметаллических включений в расплаве показал, что при применении аргона эффективность очистки составляет от 60 до 76% в зависимости от исходной концентрации примесей. Эффективность очистки расплава от водорода состави- ла от 67 до 78% при различных его (водорода) концентрациях. Поскольку при уменьшении диаметра пузырька в 8 раз суммарная поверхность такого же количества пузырьков увеличивается в 64 раза, особенно важна способность роторного импеллера создавать вихрь мельчайших пузырьков. Эффективность дегазации достигается значительно меньшим размером и большим количеством пузырьков рабочего газа, распыляемого по объёму рафинируемого расплава. Установка обес- печивает большую скорость дегазации, чем при существующих способах продувки. Так, продувка рабочего газа через трубку даёт минимальную эффективность дегазации. Продувка через пористый насадок обеспе- чивает достаточно глубокую дегазацию, но за время примерно в 5 раз большее чем при дегазации через ро- торный импеллер. На основе анализа литературных данных установлено: 1) Струйная дегазация в ванне печи - малоэффективна для большинства силуминов, а при содержании в сплаве магния более 1%(мас.) нежелательна и вредна без использования дополнительных мер по защите поверхности расплава. 2) Продувка расплава газом через пористые насадки (камни) в потоке металла имеет эффективность не более 20% (отн.). Кроме того, повышенное шлакообразование требует последующей двух- или трёх ста- дийной фильтрации. 3) Эффективность продувки расплава газом через пористые насадки (камни) в выносной ванне во время слива металла выше, чем при продувке в потоке, но обеспечивает не более 30% очистки. 4) Эффективность очистки порядка 60% даёт продувка через вращающееся сопло с большой частотой (до 700 мин-1) в герметичной выносной камере. Избыточное давление инертного газа над расплавом позво- ляет вести процесс с малым образованием шлака, что положительно сказывается на чистоте металла. УДК 669.2:621.746 Использование САПР для оптимизации работы прибылей стальной отливки Студент гр.104125 Максимик М.Ю. Научные руководители – Розум В.А., Бежок А.П. Белорусский национальный технический университет г.Минск При разработке технологии литейной формы для стальных отливок необходимо учесть большое ко- личество факторов, влияющих на получение плотной, без усадочных дефектов отливки – правильно выбрать положение отливки в форме для обеспечения направленного затвердевания, определить количество, место установки прибылей, рассчитать их радиус действия, определить модуль отливки либо теплового узла и прибыли, объем прибыли, геометрию литниковой системы. При этом следует учитывать, чтобы объем ме- талла в прибыли обеспечивал компенсацию усадочной раковины, образующейся при затвердевании отлив- ки, и сама прибыль затвердевала в последнюю очередь. Существующие методы расчета прибылей основаны на экспериментально полученных зависимостях различных параметров затвердевания и позволяют достаточно точно определять их размеры. Однако при расчете сложных по конфигурации отливок достаточно сложно точно определить параметры расчета. Не имея общей картины роста твердой фазы в отливке во время кристаллизации жидкой фазы трудно предпо- ложить возможность формирования дефектов в различных ее частях и, следовательно, подобрать оптималь- ную конструкцию прибыли и всей литниковой системы. Отработка технологии литейной формы проводилась в условиях ОАО «Белоозерский энергомехани- ческий завод» при изготовлении отливки «Било» из стали 110Г13Л. Данная отливка работает в жестких ус- ловиях ударно-абразивного износа и, соответственно, не должна иметь раковин и усадочной пористости. Была проанализирована заводская технология получения отливки и выданы рекомендации по изме- нению размера прибылей. Опытные заливки металла показали, что увеличение размеров прибыли приводи- ло к формированию усадочных раковин в объеме отливки. С целью оптимизации конструкции ЛПС была создана трехмерная модель отливки и ЛПС и промоделирован процесс заливки и кристаллизации отливки в системе анализа. Результаты компьютерного моделирования показали, что для всех трех вариантов размеров прибыли возможно образование усадочных раковин в теле отливки, причиной которого является быстрое перемерза- 11 ние шейки прибыли, в то время когда в теле отливки и прибыли остаются зоны жидкой фазы. Устранение этого дефекта возможно за счет увеличения объема прибыли и площади поперечного сечения шейки при- были. Однако оба эти варианта не приемлемы для данных условий. Увеличение объема прибыли резко снижает выход годного литья, а увеличение размера шейки затрудняет обрубку отливок, что скажется в ко- нечном счете на их стоимости. Решение данной проблемы заключается в использовании экзотермических вставок для повышения коэффициента полезного действия прибыли. УДК 669.715 Анализ влияния ультразвуковой обработки расплава на структуру и свойства алюминиевых сплавов Студент гр. 104116 Крук Д.С. Научный руководитель – Немененок Б.М. Белорусский национальный технический университет г.Минск Обработку расплава алюминиевых сплавов ультразвуком применяют с целью рафинирования, из- мельчения структуры слитков и фасонных отливок, улучшения механических свойств деформированных полуфабрикатов, а также для получения недендритной структуры слитков. Этот вид воздействия следует отнести к новым и экологически чистым технологиям. Как правило, понятие рафинирование включает в себя проведение двух самостоятельных операций – дегазации и тонкой фильтрации. Ультразвуковая обработка (УЗО) расплава превосходит по степени удаления водорода один из самых эффективных методов дегазации - вакуумную обработку. После ультразвуковой дегазации расплава в от- ливках максимально уменьшается концентрация водорода, увеличивается плотность, снижается пористость и заметно повышаются механические свойства (табл. 1) Таблица 1 - Промышленные методы дегазации расплава сплава АК9 Метод Н2, см3/100 г ρ, г/см3 Балл пористости σв, МПа δ,% Исходный расплав (без рафинирования) 0,35 2,660 4 200 3,8 Ультразвук 0,17 2,706 1-2 245 5,1 Вакуум 0,20 2,681 1-2 228 4,2 Аргон 0,26 2,667 2-3 233 4,0 Гексахлорэтан 0,30 2,665 2-3 212 4,5 Флюс 0,26 2,663 3-4 225 4,0 Природа интенсификации процесса дегазации расплава в поле ультразвука связана с возникновением и развитием за счет кавитации аномально быстрого диффузионного роста зародышей газовых пузырьков. При ультразвуковой дегазации расплава алюминия и его сплавов, как правило, одновременно с пу- зырьковым удалением водорода идет очистка от твердых оксидных включений. Так, опыт применения ульт- развуковой дегазации в фасонном литье точных отливок ответственного назначения показал, что обработан- ный ультразвуком расплав имеет заметно, более высокую подвижность (жидкотекучесть) и тем самым улучшает заполнение тонких каналов литейной формы (табл. 2). Таблица 2 – Влияние ультразвуковой дегазации расплава на жидкотекучесть (длина спирали, мм) промыш- ленных литейных сплавов Марка сплава Способ дегазации АК7ч АК5М2 АЦР-1 Контрольный (без дегазации) 500 500 600 Путем продувки аргоном 550 600 660 Ультразвуковая 670 670 720 12 Анализ свойств слитков из сплава АК6 диаметром 460 мм после применения ультразвуковой дегаза- ции показал заметное повышение механических свойств. Так, σв повысился с 160—183 МПа до 185— 210 МПа, δ – с 4,8-6,4 до 6,5-9,5 %. При прокатке листов из слитков сплава АД, обработанного ультразвуком, было получено подтвер- ждение того, что наряду с процессом дегазации происходит очистка металла от неметаллических включе- ний. Среди простых и надежных методов фильтрования алюминиевых сплавов самое широкое применение нашли сетчатые фильтры, изготовленные из бесщелочного алюмоборосиликатного стекла. Однако примене- ние достаточно грубых фильтров из стеклоткани с ячейкой 1x1 мм не позволяет очистить расплав от дис- персных включений, а использование более тонких фильтров с ячейкой 0.4х0.4 мм и переход на многослой- ные фильтры лимитируется возможностью прохождения расплава через капиллярные каналы фильтра. Си- туация коренным образом меняется, если перед поверхностью многослойного фильтра создать кавитационное поле и использовать так называемый звукокапиллярный эффект. Этот эффект состоит в сня- тии за счет действия кавитации при УЗО капиллярных ограничений и аномально глубоком проникновении расплава в тонкие капилляры. В результате снижается поверхностное натяжение, улучшается смачиваемость расплавом материала фильтра и облегчается свободное проникновение расплава через капиллярный лаби- ринт фильтра. Технология получила название УЗФИРАЛС-процесс, то есть ультразвуковая фильтрация лёг- ких сплавов. При УЗО расплав спокойно проходит через лабиринт капиллярных каналов многослойного сетчатого фильтра, а дисперсные частицы оксидов последовательно осаждаются на поверхности фильтра и стенках капилляров. Исследования показывают, что, наряду с фильтрацией, УЗФИРАЛС-процесс позволяет провести и эффективную дегазацию расплава. После фильтрации через 3-5 слоев фильтра число включений по техноло- гической пробе Добаткина снижается на два порядка, а концентрация водорода уменьшается вдвое. Это приводит к существенному повышению усталостной долговечности горячепрессованных полуфабрикатов. Известно, что обычно в слитках и отливках из цветных и черных металлов формируется дендритная структура. Исследования показали, что при ультразвуковой обработке (УЗО) в режиме кавитации и ком- плексном модифицировании возможно получение принципиально новой структуры недендритного типа. Если УЗО в режиме кавитации многократно увеличивает число зародышей кристаллизации перед фронтом затвердевания, то точно так же, как и размеры дендритного параметра, в зависимости от скорости охлажде- ния расплава, при кристаллизации будут меняться размеры предельно измельченных недендритных зерен. Преимущество недендритной структуры состоит главным образом в повышении пластичности метал- ла в литом состоянии без потери его прочности, что означает, прежде всего, способность противостоять рас- трескиванию. Переход на недендритную кристаллизацию с УЗО позволяет повысить почти в два раза отно- сительное удлинение отожженного крупногабаритного слитка. Повышенная пластичность литого металла с недендритной структурой сохраняется не только при комнатной температуре горячей деформации и, что особенно ценно, наследуется в деформируемом металле независимо от схемы горячей деформации. Другим существенным преимуществом литого металла с предельно измельченной недендритной структурой является возможность значительно (в 2-3 раза) снизить продолжительность гомогенизирующего отжига слитков перед пластической деформацией без потери пластичности (табл. 3). Предельно измельчен- ные зерна и увеличение межфазных поверхностей раздела между зернами ускоряют диффузию и тем самым снижают продолжительность процесса гомогенизации литого металла. Ударная вязкость слитка с недендритной структурой также более чем в 2 раза превышает ударную вязкость слитка с дендритной структурой в интервале температур горячей деформации. Таблица 3 - Влияние недендритной структуры слитка сплавов типа 1973 (7050) на снижение длитель- ности гомогенизации δ, %, в интервале температур горячей деформации (350 – 400 °С) в зависимости от типа структуры τ, ч недендритная дендритная 6 75-80 60-65 16 75-80 60-65 32 ≥80 7-75 Таким образом, УЗО расплава оказывает комплексное воздействие на структуру и механические свойства литых заготовок. 13 УДК 621.74.021 Изучение влияния некоторых модифицирующих солей на пористость сплава АК5М2 Студент гр. 104126 Шахлович И.Г. Научный руководитель – Задруцкий С.П. Белорусский национальный технический университет г. Минск С целью модифицирования зерна алюминия и зерна α - твердого раствора кремния в алюминии, дос- таточно широко применяются солевые системы, содержащие гексафторцирконит дикалия, гексафтортитанат дикалия, тетроборат калия (K2ZrF6, K2TiF6, KBF4 ). Их модифицирующее действие основано на образова- нии в расплаве алюминидов титана, алюминидов циркония и диборидов титана, являющихся подложками для кристаллизации первичного зерна алюминия и его α-твердого раствора. Представляло интерес изучение влияния добавок указанных солей на пористость сплава. Исследование влияния добавок K2ZrF6 и KBF4 на газовую пористость проводилось на сплаве АК5М2. Указанные соли в таблетированном виде в количестве 0,05% от массы жидкого металла вводи- лись в расплав при помощи погружного колокольчика при температуре 750 C˚. Обработка проводилась в печи типа САТ. Количество обрабатываемого расплава составляло 250 кг. В процессе обработки оценива- лись интенсивность и время бурления расплава, дымовыделение, наличие пироэффекта в шлаковой фазе, содержание алюминия в скачиваемом шлаке. После окончания разложения таблетки и десятиминутной изо- термической выдержки расплава при 750 C˚ для удаления продуктов реакции из металла, проводилось ска- чивание шлака и заливка образцов на газовую пористость. Основные результаты экспериментов приведены в таблице. Таблица 1 – Результаты обработки расплава K2ZrF6 и KBF4 Балл пористости образцов № Соль До- бав- ка, % от мас- сы рас- плава Интен- сивность бурления Вре- мя бурле ния, мин. Пироэф- фект в шлаковой фазе Ды- мовы деле- ние Шлак Содер- жание алюми- ния в шла- ке,% Ис- ход- ный После об- работки 1 K2ZrF6 0,05 Высокое 1 нет нет Сухой, сыпучий 7 2 1 2 KBF4 0,05 Очень высокое 7 Через 5 минут на- чинается бурление нет Сухой, сыпучий 10 2 3 Из таблицы видно, что наилучшей совокупностью рафинирующих и технологических свойств обла- дает K2ZrF6, применение которого обеспечивает как значительное снижение газовой пористости, так и об- разование сухого, сыпучего, хорошо скачиваемого шлака при отсутствии пироэффекта в шлаковой фазе и дымовыделения в процессе обработки металла. Данную соль можно рекомендовать к использованию в каче- стве рафинирующего реагента, эффективно уменьшающего газовую пористость в отливках. Однако, для снижения интенсивности барботажа, в состав таблетированного препарата с K2ZrF6 целесообразно вво- дить «балластные» вещества, самым оптимальным из которых является гексафторалюминат натрия, кото- рый считается классическим рафинирующим реагентом. Таким образом, введение натриевого криолита в состав таблеток обеспечит дополнительный рафинирующий эффект. Необходимо отметить значительное повышение газовой пористости в образцах, чрезмерную интен- сивность и высокую длительность бурления при обработке расплава KBF4 , что делает неприемлемым ис- пользование указанной соли для рафинирующей обработки расплава. Дальнейшие исследования будут направлены на создание высокотехнологического рафинирующего таблетированного препарата обладающим высоким дегазирующим действием на основе гексафторалюмина- та натрия и гексафтрорцирконата калия. 14 УДК 669.715.018 Совершенствование состава рафинирующих препаратов на основе серы Студенты гр. 104125 Полуян М.О. , Зенько П.В., гр. 104126 Шахлович И.Г. Научные руководители – Чайкина Н.В., Задруцкий С.П. Белорусский национальный технический университет г. Минск Несмотря на высокую токсичность процессов рафинирования расплавов на основе алюминия препа- ратами, содержащими серу и ее соединения, указанные материалы в таблетированном виде достаточно ши- роко используются в настоящее время в современных литейных цехах, что связано с высокими технологич- ностью, эффективностью и экономичностью процесса. Необходимо так же отметить повышение жидкотеку- чести алюминиевых сплавов после обработки их серой, что, безусловно, позитивно сказываются на качестве отливок. Однако, есть еще один существенный недостаток использования серы для обработки алюминиевых сплавов- образуется сметанообразный шлак с высоким (30…70%) содержанием алюминия в нем. В связи с выше сказанным была поставлена задача изучения возможности снижения содержания алюминия в шлаке, получаемом после обработки расплава серосодежащими таблетированными препаратами при сохранении высокой эффективности последних. В качестве базового серосодержащего препарата был выбран таблетированный материал состава 70 % S+30% Na2CO3, который промышленно выпускается и используеся в ряде цветнолитейных производств. Для решения поставленной задачи, в состав указанных таблеток вводился ряд веществ: NaCl; КСl; MgCO3; C2Cl6 и др. в концентрациях от 3 до 30% от массы таблетированного препарата. Исследования проводились на сплаве АК5М2. Обработка расплава осуществлялась в печи типа САТ емкостью 250 кг. по алюминию. До- бавка рафинирующего препарата составляла 0,05% от массы расплава. Определение содержания алюминия в снимаемом шлаке осуществлялось путем металлургического переплава шлака в смеси солей 40 % NaCl+40%KCl+20%Na3AlF6 при соотношении одна часть шлака на четыре части солей. В процессе исследований было обнаружено, что добавки NaCl и KCl в указанном диапазоне концен- траций незначительно снижает содежание алюминия в шлаке (с 65 % без добавок, до 53 и 43 % при добавке 30 % NaCl и KCl соответственно). Введение в сотав таблетированного препарата карбонатов К и Mg по- влекло за собой увеличение содержания Al в снимаемом шлаке до 70 % при 30 % карбонатов в составе таб- леток. Эффективное снижение содержания алюминия в шлаке (до 10 %) обеспечила добавка гексохлорэтана в количестве 30% от массы таблетки. Балл пористости образцов при вводе указанных добавок в рафини- рующий препарат не изменялся. Время барботажа возрастало при вводе : NaCl; КСl; CaCO3; MgCO3 и сни- жалось при добавке С2Сl6. Оптимальным представлялся состав, содержащий в качестве добавки к композиции 70% S + 30%Na2CO3 гексохлорэтана в количестве 25% от массы таблетки. С использованием указанного состава в условиях СООО «Антонар» была изготовлена опытная партия отливок. Содержанием алюминия в шлаке при использовании разработанного препарата в промышленных условиях составила 10…15%. Механиче- ские и эксплуатационные свойства отливок опытной партии соответствуют требуемым. УДК 658.567 Селективное извлечение цветных металлов и сплавов из отходов металлургического производства Магистрант ПСФ Шуст А. С. Научный руководитель – Андриц А.А. Белорусский национальный технический университет г. Минск Всю тяжесть разворачивающегося экономического кризиса металлургия почувствовала одной из пер- вых среди остальных отраслей. Экспортная ориентация и неустойчивость внутреннего спроса особенно не- гативно сказались на участниках рынка металлов. При сохранении сложившихся экономических условий, когда рентабельная деятельность требует привлечения новых более дешевых ресурсов, переработка отходов может стать одним из основных факто- ров роста промышленных предприятий. Необходимо отметить, что из всех видов отходов промышленные отходы составляют примерно 95%. Более 90% от объема промышленных отходов составляют отходы добычи и обогащения полезных ископае- 15 мых и являются твердыми металлсодержащими отходами металлургического производства, сосредоточен- ные в техногенных образованиях и отходах, образуются на всех металлургических предприятиях. На сегодняшний день в результате работы металлургических предприятий накоплены многочислен- ные отвалы техногенного сырья, перерабатывать которые нет объективной заинтересованности в связи с отсутствием экономически эффективных процессов переработки отходов. Разработанный в Белорусском национальном техническом университете процесс и созданная на его основе инновационная технология позволяет осуществить экологически безопасную и экономически эффек- тивную переработку большого количества отходов металлургического, гальванического и термического производства, бытовых отходов, отработанных катализаторов химической промышленности, т.е. тех отхо- дов, прямая металлургическая переработка которых не эффективна или вообще невозможна. Реализация технологии позволит обеспечить извлечение цветных, драгоценных и сопутствующих металлов до уровня 95%, снизить суммарные энергетические затраты на единицу продукции по сравнению с производством аналогичной продукции на действующих металлургических предприятиях, вовлечь в переработку дополни- тельные источники цветных, драгоценных и сопутствующих металлов, обеспечить импортозамещение ме- таллопродукции, получить дополнительную продукцию для других отраслей, создать дополнительные ра- бочие места, снизить экологическую нагрузку на окружающую среду за счет высвобождения для рекульти- вации площадей, занимаемых экологически опасными техногенными образованиями и отходами на территориях густонаселенных, индустриально развитых районов. Разработанный процесс основан на избирательном переводе в растворимое состояние цветных метал- лов, находящихся в отходах производства: металлургических шлаках, окалине, электролитных шламах при содержании до нескольких процентов. При этом обеспечивается инертное состояние основы сырья, что по- зволяет ограничить количество реагентов, расходуемых на извлечение ценных металлов. Схема процесса зависит от фазового и химического состава исходного сырья. В общем случае вклю- чает: окислительный или восстановительный обжиг в контролируемой атмосфере; выщелачивание ком- плексных солей индивидуальных элементов; восстановление и отделение металлов или их соединений от оборотного раствора; получение металлов в компактном состоянии. Реализуемыми продуктами являются компактные металлы и сплавы; порошки металлов; соединения металлов в виде солей, окислов, сульфидов. Совокупность технологических процессов, используемых для решения поставленной задачи, реали- зована практически при селективном извлечении меди, цинка и свинца из металлургических шлаков; про- цессы использованы при снятии цинка с отходов жести. Это позволяет говорить о полной готовности разра- ботки к внедрению в производство. В частности, из металлургического железистого шлака с содержанием меди в форме соединений на уровне 19% в лабораторных условиях удалось получить медный сплав с содержанием Сu 96%, пригодный для переработки на электротехническую медь. Из отходов переработки кабельной продукции, представляющих из себя полимеры различного соста- ва с содержанием металлов до 20% в виде вкраплений в полимерную основу, выделяется вся медь чистотой 98% и раздельно олово и свинец, входившие в состав защитного покрытия. Свинцовое сырьё было представлено отфильтрованной пылью от процесса рафинирования сложного состава, включающего до 10 элементов. В результате выделены: свинец чистотой 97%, олово чистотой 91%, цинк чистотой 93% и сурьмянистый концентрат с содержанием Sb 86%. Цинксодержащие отходы, независимо от происхождения (отходы вискозного производства, пыль от плавильных печей, гартцинк), успешно перерабатываются в промышленный продукт с содержанием цинка до 96%. Все полученные металлы пригодны для рафинирования до значений, соответствующим ГОСТ по тра- диционной методике. Таким образом, в условиях ограниченности сырьевых ресурсов, а также постоянного роста цен на них, разработка и внедрение инновационных процессов переработки отходов является одним из перспек- тивных направлений развития науки и промышленности. В общем случае внедрение инновационных процессов переработки отходов позволит, во-первых, снизить экологическую нагрузку на окружающую среду за счет уменьшения количества отходов, а во- вторых, получить значительный экономический эффект. 16 УДК 621.745.669.13 Исследование процесса восстановления легирующих элементов из соединений Студент гр.104115 Луцкий В.С., гр. 104125 Скуратович О.В., гр. 104126 Мурашко В.Н. Научный руководитель – Слуцкий А.Г. Белорусский национальный технический университет г.Минск Большинство металлов в природе существуют в виде оксидов. Одной из характеристик прочности ок- сидов металлов является стандартное изменение энергии Гиббса (Gо). На рисунке 1 представлена зависи- мость энергии Гиббса образования оксидов от температуры. Видно, что положительное значение G имеет при достаточно высоких температурах (порядка 2000К), а это означает, что получение в промышленных условиях металлов путем термической диссоциации затруднительно. 2Me+O2 →2MeO Рис.1. Зависимость Gо от Т для реакции образования оксидов металлов В промышленных условиях металлы и лигатуры получают с использованием восстановительных процессов. Одним из методов извлечения легирующих элементов из соединения является металлотермиче- ское восстановление. В качестве восстановителей используются элементы, имеющие более высокое сродст- во к кислороду (алюминий, магний, кальций и др. Процесс сопровождается выделением значительного ко- личестве тепла, за счет которого обеспечивается формирование слитка восстановленного металла либо сплава. Проведенные термодинамические расчеты и экспериментальные исследования показали реальную возможность получения алюмотермическим способом безжелезистых лигатур содержащих в своем составе хром, медь, никель и др.элементы. В металлургии широко используется процесс восстановления металлов твердым углеродом, который протекает через газовую фазу по следующим реакциям: MeO+CО=Me+CO2 (1) СO2+C+2CO (2) MeO+C=Me+CO (3). Температура, при которой реакция (9) находится в равновесии имеет строго определенное значение. Она называется температурой начала восстановления (Тнв) металла из оксида твердым углеродом. Один из методов расчета основан на том, что температура начала восстановления металла соответствует температу- ре, при которой химическое сродство восстанавливаемого металла углерода к кислороду одинаковы. 2Ме+О2=2МеО GоМеО = М1+N1T (4) 2С+О2 = 2СО GоC/CO=M2+N2T (5) При условии, когда GоМеО=GоC/CO температура начала восстановления металла (Тнв) определяется по формуле Тн.в. = (М2-М1)/(N1-N2) (6) Значения коэффициентов М1, М2, N1 и N2 берутся из таблиц температурной зависимости Gо для соответствующих реакций. В таблице 1 представлены результаты расчета температуры начала восстановления (Тнв.) ряда леги- рующих элементов твердым углеродом. Таблица 1 Легирующий элемент Медь Никель Цинк Олово Хром Тнв, К 363 748 1210 945 1505 500 1000 1500 2000 2500 Gо + 0 _ _ 2MeO → 2Me+O2 17 Железоуглеродистые сплавы содержат в своем составе активные к кислороду элементы (С, Si, Mn) которые могут эффективно восстанавливать в ходе плавки легирующие элементы из шлаковой фазы.по схеме представленной на Рис.2 Рис. 2. Схема процесса легирования через шлаковую фазу По данной методике, были проведены термодинамические расчеты процесса восстановления, через шлаковую фазу хрома, никеля, меди, титана и ванадия из оксидов при получении легированных чугунов для температуры 1673 К (табл. 2). Таблица 2 №, п\п Реакция восстановления элемента через шлаковую фазу G, дж/моль Константа реакции, К Коэффициент распределе- ния, L Степень вос- становления Ф, % 1. Cr2O3тв + 3[C]Fe = 2[Cr]Fe +3CO г 753783-448Т 0,041 25 37,0 2. NiOтв + [C]Fe = [Ni]Fe +CO г 98186-173Т 8,9.105 3,2.10-6 99,9 3. CuOтв + [C]Fe = [Cu]Fe +CO г 8197-179Т 5,7.107 5,7.10-5 99,9 4. TiO2 тв + 2[C]Fe = [Ti]Fe +2CO г 608038-301Т 0,005 568 2,5 5. V2O3тв + 3[C]Fe = 2[V]Fe +3CO г 753783-448Т 0,69 3,6 73,5 Анализ полученных результатов свидетельствует, что в процессе плавки чугунов можно осуществ- лять эффективное легирование через шлаковую фазу такими элементами, как никель, медь, ванадий, хром. Расчетная степень восстановления этих элементов составляет от 30 до 100%. Таким образом, проведенные термодинамические исследования позволяют разработать способы вос- становления металлов для получения на их основе лигатур и экономнолегированных сплавов. УДК 621.745 Пути повышения качества корпусных отливок из низкоуглеродистой стали Студенты гр. 104125 Гралько В.В., Зайцев А.В., Скуратович О.В., гр. 104126 Юхо Д.В. Научный руководитель – Слуцкий А.Г. Белорусский национальный технический университет г. Минск Низкоуглеродистая сталь – наиболее распространенный материал для изготовления корпусных дета- лей большегрузных автомобилей. Ее широкому применению способствует высокий уровень механических и эксплуатационных свойств. В литом (сыром) состоянии такая сталь имеет перлито-ферритную струк- туру Необходимым условием создания качественных конструкций при экономном использовании мате- риала является учет дополнительных критериев, влияющих на конструкционную прочность. Этими крите- риями являются надежность и долговечность. Критериями, определяющими надежность крупногабаритных корпусных отливок, являются ударная вязкость, температурные пороги хладоломкости, сопротивление распространению трещин, характеристики пластичности. Неметаллические включения играют важную роль в формировании структуры и свойств литых спла- вов. Управление природой неметаллических включений позволяет получать сплавы с заданными свойства- ми, улучшать их качество, повышать надежность и долговечность литья. Для улучшения качества отливок Плавильная печь Жидкий шлак (МеО) CFe=MeFe+C O Железоуглероди- стый расплав 18 снижают общее количество включений и проводят их глобуляризацию путем модифицирования. Установ- лено, что в литой стали зарождение трещин независимо от степени дисперсности структуры и соотношения между ферритом и перлитом в 80-100 % случаев происходит у неметаллических включений. Наиболее вред- ные неметаллические включения – это сульфидные соединения, силикаты, алюмосиликаты, которые распо- лагаются по границам зерен. Загрязненность неметаллическими включениями является одним из важных факторов, определяющих сопротивляемость литейной стали хрупкому разрушению. Хладостойкость литейных сталей обеспечивается, если при температурах эксплуатации разрушение развивается по вязкому механизму, который на микроско- пическом уровне осуществляется путем роста и коалесценции микропустот, зарождающихся на неметалли- ческих включениях. В первом приближении энергоемкость разрушения тем выше, чем больше расстояние между неметаллическими включениями, способными служить центрами зарождения пор. Неглобулярные включения обычно резко снижают энергетические затраты на зарождение и рост микропустот и способст- вуют их ранней коалесценции. Поэтому важной задачей современного материаловедения является управле- ние природой включений с целью получения заданных механических характеристик стали. В значительной мере это достигается применением модификаторов - глобуляризаторов. Таким образом, роль неметаллический включений в зарождении микротрещин в литой конструкци- онной стали велика. С понижением температуры влияние включений усиливается, причем особенно заметно с повышением общей загрязненности металла. В этом случае увеличивается число одновременно возни- кающих микротрещин и облегчается их слияние, так как уменьшается расстояние между включениями, что приводит к уменьшению энергии распространения трещин. При повышении чистоты стали температуры максимального трещинообразования сдвигаются в область более низких температур. Величина макро- и микрозерна также влияет на качество отливок. Чем меньше зерно, тем выше свой- ства стали. Основной вид брака отливок из низкоуглеродистой стали – горячие и холодные трещины. Они со- ставляют порядка 70% от общего брака. На трещинообразование стали влияют следующие факторы: химсостав (особенно С, Si и P), степень раскисленности, температура и скорость разливки по формам, неметаллические включения, условия кри- сталлизации, температура отливок в момент их выбивки из форм, режим термической обработки. В целом образованию горячих трещин в стальных отливках способствуют следующие факторы: - Повышенное содержание серы. Сера образует с железом сульфид FeS и легкоплавкую эвтектику Fe- FeS по границам зерен, что вызывает снижение пластических характеристик стали в отливках. - Протяженный температурный интервал кристаллизации. С уменьшением эффективного интерва- ла кристаллизации трещиноустойчивость сталей возрастает. - Геометрический или размерный фактор. Трещины возникают, когда значительно различаются ско- рости охлаждения в разных сечениях отливки. Градиент скоростей охлаждения увеличивается в тех облас- тях конструкции, где происходит переход от массивной части к тонким перегородкам. - Малая теплопроводность. Низкие теплофизические характеристики стали способствуют увеличе- нию температурного градиента по сечению отливки, и как следствие, к утолщению и упрочнению наружной корочки металла. - Затрудненная усадка. Усадка металла в присутствии жестких и прочных стержней увеличивает уро- вень напряжений и способствует образованию трещин. На основании проведенного анализа особенностей выплавки низкоуглеродистой стали и основным фактором, влияющим на качественные характеристики корпусных отливок применительно к условиям дей- ствующего производства на заводе ОАО «БелАЗ» планируется разработать комплекс мероприятий вклю- чающих: 1) эффективное раскисление и модифицирование стали комплексной присадкой на основе алюминия и РЗМ, позволяющее не только снизить содержание кислорода в отливке, но и измельчить первичную структуру сплава, а также сфероидезировать неметаллические включения по границам зерен; 2) совершенствование технологии литья, обеспечивающую максимальное удаление газов из полости литейной формы в процессе заливки; 3) оптимизацию скорости разливки металла по формам; 4) увеличение податливости формовочной смеси за счет применения специальных добавок; 5) оптимизацию конструкции отливки, с целью снижения ее разностенности, способствующей в процессе кристаллизации снижение внутренних напряжений. В настоящее время большое внимание уделяется применению ультрадисперсных порошков химиче- ских соединений (нитриды, карбиды, оксиды, карбонитриды и др.) при получении новых материалов и сплавов. Размер частиц таких нанопорошков не превышает 100 нм. Обладая уникальными физико- химическими и механическими свойствами, они могут влиять на качество стальных отливок. В лабораторных условиях проведены предварительные исследования по процессу получения моди- фикатора – раскислителя на основе алюминия и РЗМ с добавками различного количества ультрадисперсного 19 порошка нитрида титана. Изготовлены образцы такого модификатора в виде брикетов, а также слитков, по- лученных с использованием специальных флюсов, обеспечивающих в процессе плавки модификатора мак- симальный металлургический выход. Испытания технологии модифицирования стали, проведенные на ли- тейном участке УП «Идея», показали положительные результаты по структуре и свойствам сплава. УДК 669.714 Электронно-лучевой способ получения сплавов Студенты гр.104125 Глушаков А.Н., Гралько В.В. гр. 104126 Молочко В.А. Научный руководитель – Слуцкий А.Г. Науный консультант – Лущик Т.Н. Белорусский национальный технический университет г. Минск Электронно-лучевая плавка (ЭЛП), широко применяется при изготовлении чистых металлов и спла- вов. Имеются исследования по улучшению механических и технологических характеристик жаропрочных сплавов. Повышение целого комплекса характеристик материалов связаны с рафинированием путем удале- ния неметаллических включений, вредных примесей, газов, а зачастую измельчением структуры. Такие пре- имущества делают электронно-лучевую обработку перспективной при переработке отходов механической обработки и обработки давлением, бракованных поковок и изделий. Актуальность применения ЭЛП возрас- тает, принимая во внимание высокую стоимость сплавов и повышенные требования к функциональным свойствам изделий из них. Например, стоимость сплавов на основе кобальта, при изготовлении деталей ме- дицинских имплантатов, составляет около 200 €. При горячей штамповке и механической обработке деталей имплантатов отходы в виде облоя и стружки составляют от 10 до 30 %. Кроме того, поскольку сплав Со-Сr– Мо относится к труднодеформируемым, велика вероятность получения брака во время штамповки. В связи с этим, возможность вторичного использования отходов Со-Сr–Мо путем переплава и последующей дефор- мации приобретает значительную экономическую эффективность. Схема установки для электронно-лучевого переплава показана на рис. 1. Процесс плавки проводится в промежуточной емкости (3). Луч расфокусирован на всю поверхность промежуточной емкости. Мощность нагрева составляет 1200 Вт. Длительность воздействия электронного луча при переплаве 5 мин. Этого вре- мени достаточно для диссоциации присутствующих в расплаве окислов и для удаления примесей. Рисунок 1– Схема оснастки для переплава и литья в кокиль 1 – электронно-лучевая пушка; 2 – Со-Сr-Мо скрап; 3 – промежуточная емкость; 4 – шайба; 5 – механизм поворота; 6 – кокиль После полного расплавления материала в промежуточной емкости электронный луч фокусируется для проплавления шайбы, (4) закрывающей сливное отверстие. Расплав из промежуточной емкости сливает- ся в кокиль (6). Шайба изготавливается из того же сплава. Отливки получаются конической формы. Для повышения производительности применяется четыре промежуточных емкости и четыре кокиля. Термодинамические исследования показали реальную возможность металлотермического восстанов- ления большинства металлов за счет алюминия. На рис. 2 представлены результаты расчетов термичностей смесей на основе различных оксидов. Для успешного протекания процесса без внешнего подогрева приход тепла должен составлять не ме- нее 2300 Дж/гр. На основе полученных расчетов были подобраны составы смесей для получения образцов сплавов хрома с никелем и молибденом. Методика восстановительной плавки и образец полученной лигатуры Cr–Ni представлены на рис. 3 (а,б). 20 Рисунок 2 –Термичность смесей на основе различных оксидов а) б) Рисунок 3 – Методика проведения восстановительной плавки а) и образец полученной лигатуры б). 1 – запальная смесь; 2 – исходная смесь; 3 – тигель с отверстием;4 – алюминиевая пластина; 5 – из- ложница; 6 – полученная лигатура Полученные по такой методике лигатуры могут быть использованы в качестве шихты для последую- щего переплава на электронно-лучевой установке в заготовки нужного размера. Литература Казачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов. – М.: Металлургия, 1988. – 288 с. УДК 669.714 Моделирование процесса затвердевания кольцевой крупногабаритной отливки из стали 35НМФЛ Студенты гр.104125 Зайцев А.В., Глушаков А.Н. Научный руководитель – Слуцкий А.Г. Белорусский национальный технический университет г. Минск Цель данной работы – оптимизация литниково-питающей системы для изготовления кольцевой от- ливки из стали 35НМФЛ. Особенностью технологии получения таких отливок является использование су- хих песчано-смоляных форм, которые имеют невысокую газопроницаемость и теплопроводность, что при- водит к образованию усадочных раковин и пористости в отливках. К отливке предъявляются повышенные требования по плотности, т.к. из неё впоследствии изготавливаются зубчатые колеса. Для решения данной задачи использовали лицензионную систему имитационного моделирования «Полигон». На первом этапе провели расчет процесса затвердевания отливки без прибыльной части. На рисунке 1 видно, что отливка практически на всю глубину поражена усадочной пористостью. 21 Рисунок 1 – Характер распределения усадочной раковины и пористости в отливке без прибылей Далее в расчетах были использованы различные виды прибылей (рис. 2). а) б) в) г) Рисунок 2 – Варианты прибылей для питания отливки Наилучший результат показали прибыли со сложной конфигурацией рис.2 в, хотя отливка в неболь- шой степени была поражена пористостью. С целью исключения этого явления несколько увеличили высоту данных прибылей. Процесс затвердевания по такому варианту представлен на рис 3. Рисунок 3 – Характер затвердевания отливки с увеличенными прибылями Видно, что пористость лишь немного касается отливки и ее можно было бы снять механической об- работкой, но для этого необходимо заложить эту мех. обработку в исходную технологию. С этой целью бы- ла изменена высота отливки на 15 мм. На рис. 4 представлены результаты расчета затвердевания отливки по такому варианту. Рисунок 4 – Характер затвердевания отливки с увеличенным припуском на мех. обработку прибылями На основании проведенного моделирования с использованием виртуальной системы «Полигон» изу- чен характер затвердевания стальной отливки и подобрана оптимальная конфигурация прибылей, обеспечи- вающих формирование плотной структуры. В дальнейшем планируется проведение заводских испытаний технологии по разработанному ва- рианту. 22 УДК 539; 537.8 Взаимодействие атомов железа и углерода в системе «Fе - C (графит)» в литейных сплавах Студенты гр. 641251 Рогов И.С., гр. 631251 Прохоров И.В. Научный руководитель – Вальтер А.И. Тульский государственный университет Россия, Тула Природа полиморфизма железа является до настоящего времени сложной проблемой, несмотря на большую изученность двойных металлических систем «железо - элемент». Механизм физико-химического взаимодействия легирующих элементов с железом остается по многим параметрам не ясным, особенно в области атомно-электронного взаимодействия элементов в условиях сильного отклонения от равновесия. Современная теория динамических систем, а также физика неравновесных состояний позволяет по- новому взглянуть на процессы, происходящие в металлических системах на атомно-электронном уровне. Атом углерода характеризуется электронной конфигурацией 1s22s22p2, существует несколько поли- морфных модификаций углерода. Между атомами углерода в графите действуют сильные ковалентные свя- зи, атомы располагаются в углах правильных шестиугольников, расстояние между центрами атомов равно 1,415 Å. В ковалентных связях заняты три валентные электроны каждого атома, четвертые валентные элек- троны коллективизированы и это придает графиту высокую электропроводность, непрозрачность. Оценку энергетического взаимодействия элементов в системе «Fe - C (графит)» проводили на основе расчета энер- гии электронных уровней атомов железа и углерода по следующим соотношениям: 2 2 1 mEn  ; (1) Эту величину можно выразить также через R- радиус атома (иона), подставив соотношение  2 0 2  k ze mRn в выражение E m     1 2 2 , что дает: E K e R K e Rn n    0 2 0 2 2 2 ; (2) Энергии электронных уровней атомов железа и углерода в металлической системе «Fe – C» (графит) выразим также через R - радиусы ионов в виде суммы энергий электронных уровней атомов. Для двухком- понентной системы уравнение (2) принимает следующий вид: E E E K e R K e R K e R Rn n               1 2 0 2 1 0 2 2 0 2 1 22 2 2 1 1 ; (3) где R1, R2 - радиусы атомов (ионов) компонентов, составляющих сплав; Ко - постоянная Больцмана; e - заряд электрона. Уравнение (3) позволяет рассчитать энергию электронных уровней взаимодействующих атомов в ме- таллической системе и на основе этого определить температуру сплава, так как энергия системы эквива- лентна ее температуре. Исходя из условия известных межатомных расстояний в графите (1,415 Å), можно определить кова- лентный радиус атома углерода, который будет равен 0,7075 Å. Исследование электронного строения спла- вов системы «Fe-C (графит)» позволило построить диаграмму, которая представлена на рис.1. Как видно из рис.1, линия ликвидус АВD имеет минимум в точке В. Точке В соответствует температура 1428 оС и кон- центрация 2,012 % (вес.). На линии ликвидус АВ атомы углерода находятся в ионизированном состоянии; при концентрации углерода 1,210-4, 0,026, 0,134, 0,168 % (вес) атомы углерода находятся в состоянии ионизации Ся. (ядро), Ся.о. (ядерное облако), С6+, С5+. С повышением концентрации до 0,56, 0,69, 0,85 % атомы углерода переходят в состояние ионизации С4+, С3+, С2+. Далее, с увеличением концентрации до 1,07, 1,3, 1,5, 1,7, 1,9 % иониза- ция атомов углерода уменьшается до уровня С1+, С0,76+, С0,54+, С0,.33+, С0,12+. При концентрации 2,012 % и тем- пературе 1428 оС атомы углерода находятся в расплаве в состоянии ионизации С0 (нулевая ионизация). Ато- мы железа в области сталей, на линии ликвидус АВ, не ионизированы и находятся в состоянии Fe0, т.е. име- ют нулевую ионизацию. Межатомное взаимодействие осуществляется за счет перекрытия электронных оболочек атомов железа и углерода. С увеличением концентрации углерода более 2,012 % (вес.) на линии ликвидус ВD происходит ионизация атомов железа до уровня Fe1+, Fe2+, Fe3+, Fe4+ при содержании углерода 23 2,78, 3,28, 4,07, 4,27 %. При дальнейшем повышении концентрации до 4,75, 5,03, 5,24, 5,71, 6,60, 6,67 % (вес.) ионизация атомов железа растет до уровня Fe5+, Fe6+, Fe7+, Fe8+, Fe9+, Fe10+. 0 2 4 6 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 Т(765о) Е(С4-) 1207о С2- 4,27 С, % (вес.) Т,оС Cи(2-) a 1,98 Си(3-)Cи(4-) Q(707o) 656o AII + графит а + графит а Ж + графит а + графит AII + графит a+ AII AII Си(2-)Си(2-)Cи(2-) 732 o 775o L Z KSP 1219o M FС Си(2,2-) Си(3-) Си(4-) Си(3-) Си(2-) Си(1-) Си(0,2-) Cи(0,3-) AI + AII E'(1152o) AI + Ж + С(гр.)Ж + АI Ж Fe1-Fe2-Fe3- Fe4- 0,69 C4- C0 C4-C4-C4-C4- C3- C1- C3- C2- C1- 1489 1463oFe10+Fe8+Fe7+Fe5+Fe3+Fe2+Fe1+ D С0 С0,5+ С1+С 2+С4+ С5+ B(1428o) G N А 910 1390 1539 6,67 Рис.1. Диаграмма состояния сплавов «Fe - C (графит)» с ионными связями атомов углерода в графите на линии ZQTL Минимум температуры в точке В (1428 оС) при концентрации 2,012 % (вес.) углерода можно объяс- нить различным межатомным взаимодействием элементов в области сталей и в области чугунов. С изменением радиуса атома происходит также изменение энергии электронных уровней взаимодей- ствующих атомов и, соответственно, температуры сплава. УДК 621. 179 Изучение способов производства поршней Магистрант Сошенко А.А. Научный руководитель – Довнар Г.В. Научный консультант – Арабей А.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск В конструкции поршня принято выделять следующие элементы: головку 1 и юбку 2. Головка включа- ет днище З, огневой (жаровой) 4 и уплотняющий 5 пояса. Юбка поршня состоит из бобышек и направляю- щей части (рисунок 1). Сложная конфигурация поршня, быстро меняющиеся по величине и направлению тепловые потоки, воздействующие на его элементы, приводят к неравномерному распределению температур по его объему и, как следствие, к значительным переменным по времени локальным термическим напряжениям и деформа- циям рисунок 2. Для изготовления поршней в настоящее время в основном используют алюминиевые сплавы, реже серый или ковкий чугун, а также композиционные материалы. 24 Рисунок 1 – Основные элементы поршня Алюминиевые сплавы имеют малую плотность, что позволяет снизить массу поршня и, следователь- но, уменьшить инерционны нагрузки на элементы цилиндропоршневой группы. При этом упрощается также проблема уменьшения термического сопротивления элементов поршня, что в сочетании с хорошей тепло- проводностью, свойственной данным материалам, позволяет уменьшать теплонапряженность деталей поршневой группы. К положительным качествам алюминиевых сплавов следует отнести малые значения коэффициента трения в паре с чугунными или стальными гильзами. Однако поршням из алюминиевых сплавов присущ ряд серьезных недостатков, основными из кото- рых являются невысокая усталостная прочность, уменьшающаяся при повышении температуры, высокий коэффициент линейного расширения, меньшая, чем у чугунных поршней, износостойкость, сравнительно большая стоимость. В настоящее время при изготовлении поршней используют два вида силуминов: эвтектические с со- держанием кремния 11...14% и заэвтектические – 17...25%. Увеличение содержания Si в сплаве приводит к уменьшению коэффициента линейного расширения, к повышению термо- и износостойкости, но при этом ухудшаются его литейные качества и растет стоимость производства. Заготовки поршней из алюминиевых сплавов получают путем отливки в кокиль или горя- чей штамповкой. После механической обработки они подвергаются термической обработке для повышения твердости, прочности и износостойкости, а также для предупреждения коробления при эксплуатации. Кова- ные поршни пока используются реже, чем литые. Материал поршня должен быть малой плотности, иметь низкий коэффициент линейного расширения, обладать износостойкостью, высокой теплопроводностью, в том числе при повышенных температурах, иметь хорошую обрабатываемость. При этом важными являются комплексные характеристики материала, а не только отдельные его свойства. Для улучшения физико-механических свойств силуминов в них вводят различные легирующие до- бавки. Добавка в алюминиево-кремниевый сплав до 6% меди приводит к повышению усталостной прочно- сти, улучшает теплопроводность, обеспечивает хорошие литейные качества и, следовательно, меньшую 25 стоимость изготовления. Однако при этом несколько снижается износостойкость поршня. Использование в качестве легирующих добавок натрия, азота, фосфора увеличивает износостойкость сплава. Легирование никелем, хромом, магнием повышает жаропрочность и твердость конструкции. Чугун в качестве материала для поршней по сравнению с алюминиевым сплавом обладает следую- щими положительными свойствами: более высокими твердостью и износостойкостью, жаропрочностью, одинаковым коэффициентом линейного расширения с материалом гильзы. Последнее позволяет существен- но уменьшить и стабилизировать по режимам работы зазоры в сочленении юбка поршня — цилиндр. Одна- ко большая плотность не позволяет использовать его широко для поршней высокооборотных автомобиль- ных двигателей. Данный недостаток может быть частично нивелирован включением в структуру чугуна ша- ровидного графита, что позволяет отливать элементы поршня существенно меньшей толщины. В настоящее время на производстве поршни изготавлявают следующими способами: 1. Литье в оболочковые формы. Оболочковые формы (разъемные, тонкостенные), изготовляют следующим образом: металлическую модельную плиту, нагретую до температуры 200—250 °С, закрепляют на опрокидывающем бункере с фор- мовочной смесью и поворачивают его на 180°. Формовочная смесь, насыпается на модельную плиту и вы- держивается 10—30 с. От теплоты модельной плиты термореактивная смола в пограничном слое переходит в жидкое состояние, склеивает песчинки с образованием песчано-смоляной оболочки толщиной 5—20 мм в зависимости от времени выдержки. Бункер возвращается в исходное положение, излишки формовочной смеси ссыпаются на дно бункера, а модельная плита с полутвердой оболочкой снимается с бункера и нагре- вается в печи при температуре 300—350 °С в течение 1—1,5 мин, при этом термореактивная смола перехо- дит в твердое необратимое состояние. Твердая оболочка снимается с модели специальными толкателями. Аналогично изготовляют и вторую полуформу. Готовые оболочковые полуформы склеивают быстротвердеющим клеем на специальных прессах, предварительно установив в них литейные стержни, или скрепляют скобами. Заливка форм производится в вертикальном или горизонтальном положении. При заливке в верти- кальном положении литейные формы помещают в опоки-контейнеры и засыпают кварцевым песком или металлической дробью для предохранения от преждевременного разрушения оболочки при заливке распла- ва. Литье в оболочковые формы обеспечивает высокую геометрическую точность отливок, так как фор- мовочная смесь, обладая высокой подвижностью, дает возможность получать четкий отпечаток модели. Точность отпечатка не нарушается потому, что оболочка снимается , с модели без расталкивания. Повы- шенная точность формы позволяет в 2 раза снизить припуски на механическую обработку отливок. Приме- няя мелкозернистый кварцевый песок для форм, можно снизить шероховатость поверхности отливок. Высо- кая прочность оболочек позволяет изготовлять формы тонкостенными, что значительно сокращает расход формовочных материалов. 2. Литье по выплавляемым моделям. Этим способом отливки получают путем заливки расплавленного металла в формы, изготовленные по выплавляемым моделям многократным погружением в керамическую суспензию с последующими обсып- кой и отверждением. Затем модельные блоки сушат 2 – 2,5 ч на воздухе или 20—40 мин в среде аммиака. На модельный блок наносят четыре – шесть слоев огнеупорного покрытия с последующей сушкой каждого слоя. Модели из форм удаляют выплавлением в горячей воде. Для этого их погружают на несколько минут в бак, наполненный водой, которая нагревается до температуры 80—90 °С . После охлаждения отливки форма разрушается. Отливки на обрезных прессах или другими способа- ми отделяются от литников и для окончательной очистки направляются на химическую очистку. После травления, отливки промывают проточной водой, сушат, подвергают термической обработке и контролю. 3. Литье в кокиль При литье в кокиль отливки получают путем заливки расплавленного металла в металлические фор- мы. По конструкции различают кокили: вытряхные; с вертикальным разъемом; с горизонтальным разъемом и другие. Полости в отливках оформляют песчаными, оболочковыми или металлическими стержнями. Кокили с песчаными или оболочковыми стержнями используют для получения отливок сложной конфигурации из чугуна, стали и цветных сплавов, а с металлическими стержнями — для отливок из алюминиевых и магние- вых сплавов. Для получения сложной полости отливки используют разъемные стержни, состоящие из нескольких частей. Рабочую поверхность кокиля и металлических стержней очищают от ржавчины и загрязнений. Затем на рабочую поверхность кокиля наносят теплозащитные покрытия для предохранения его стенок от воздей- ствия высоких температур заливаемого металла, для регулирования скорости охлаждения отливки, улучше- ния заполняемости кокиля, облегчения извлечения отливки. Заливку металла осуществляют разливочными 26 ковшами или автоматическими заливочными устройствами. Затем отливки охлаждают до температуры вы- бивки, составляющей 0,6—0,8 температуры солидуса сплава, и выталкивают из кокиля. После этого отливки подвергают обрубке, очистке и в случае необходимости – термической обработке. Кокильные отливки имеют высокую геометрическую точность размеров и малую шероховатость по- верхности, что снижает припуски на механическую обработку вдвое по сравнению с литьем в песчаные формы. Этот способ литья высокопроизводителен. Недостатки кокильного литья: высокая трудоемкость изготовления кокилей, их ограниченная стой- кость, трудность изготовления сложных по конфигурации отливок. 4. Литье под давлением. Литьем под давлением получают отливки в металлических формах (пресс-формах), при этом заливку металла в форму и формирование отливки осуществляют под давлением. Изготовляют отливки на машинах литья под давлением с холодной или горячей камерой прессования. В машинах с холодной камерой прессо- вания камеры прессования располагаются горизонтально или вертикально. На машинах с горизонтальной камерой прессования порцию расплавленного металла заливают в ка- меру прессования, который плунжером под давлением 40—100 МПа подается в полость пресс-формы, со- стоящей из неподвижной и подвижной полуформ. Внутреннюю полость в отливке получают стержнем. По- сле затвердевания отливки пресс-форма раскрывается, извлекается стержень и отливка толкателями удаля- ется из рабочей полости пресс-формы. Перед заливкой пресс-форму нагревают до 120—320 °С. После удаления отливки рабочую поверхность пресс-формы обдувают воздухом и смазывают специальными мате- риалами для предупреждения приваривания отливки к пресс-форме. Воздух и газы удаляют через каналы, глубиной 0,05—0,15 мм и шириной 15 мм, расположенные в плоскости разъема пресс-формы, или вакууми- рованием рабочей полости; перед заливкой расплавленного металла. Такие машины применяют для изго- товления отливок из медных, алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов массой до 45кг. 5. Изготовление отливок специальными способами литья. Точность геометрических размеров, шероховатость поверхности отливок, полученных в песчаных формах, во многих случаях не удовлетворяет требованиям современной техники. Поэтому быстрыми тем- пами развиваются специальные способы литья: в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, кокиль- ное, под давлением, центробежное и другие, позволяющие получать отливки повышенной точности, с малой шероховатостью поверхности, минимальными припусками на механическую обработку, а иногда полностью исключающие ее, обеспечивают высокую производительность труда и т. д. УДК 669.715.018 Изучение влияния карбонатных композиций на пористость сплава АК5М2 Студенты гр. 104125 Полуян М.О., Зенько П.В., гр. 104126 Шахлович И.Г. Руководители – Чайкина Н.В., Задруцкий С.П. Белорусский национальный технический университет г. Минск Вопросы экономической безопасности рафинирующей обработки силуминов приобретают все боль- шую значимость в современных производственных условиях. В связи с этим, перспективным представляет- ся проведение рафинирующей обработки с использованием карбонатных композиций, претерпевающих термическую диссоциацию в расплаве алюминия с образованием большого количества высокодисперсных пузырьков рафинирующего газа. Термодинамические расчеты показывают непрерывное протекание МеСО3 МеО + СО2 в интерва- ле температур 700…800ºС при условии нахождения разлогающегося карбоната в расплаве и обеспечения отвода образующегося углекислого газа из зоны реакции. Учитываю то, что реакция разложения карбоната интенсиво идет на поверхности раздела фаз расплав-карбонат, регулируя дисперсность последнего, можно обеспечить требуемую интенсивность термической диссоциации и время ее протекания. На основе проведенных термодинамических расчетов и экспериментальных работ был создан эколо- гически безвредный рафинирующий карбонатный препарат обеспечивающий умеренное бурление расплава и время разложения 5…7 минут. Промышленные испытания препарата проводились в условиях предприятия СООО «Антонар». Сни- жение пористости сплава АК5М2 при обработке в печи типа САТ разработанным препаратом в количестве 0,05% от массы расплава составило 1 балл( с 2 до 1-ого) по ГОСТ 1583. Из обработанного металла была из- готовлена опытная партия отливок. Механические и эксплуатационные свойства отливок опытной партии соответствуют требуюмым. 27 УДК 621.74 Оптимизация процесса получения отливки «Коллектор» Минского моторного завода с исполь- зованием средств имитационного моделирования литейных процессов ProCAST Студент гр.104115 Цуканов С.В. Научный руководитель – Немененок Б. М. Научный консультант – аспирант Лущик П.Е. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью работы являлось исследование технологии получения отливки 245-1003033Д «Коллектор», а также оптимизация ее изготовления с использованием современных средств моделирования технологиче- ских процессов. С «Минского моторного завода» была получена готовая трехмерная модель (рисунок 1). Рисунок 1 – Отливка 245-1003033Д «Коллектор» Технология предусматривает литье в кокиль. Внутренняя полость выполняется стержнем, который крепится вакуумным присасыванием в полости формообразующей с помощью специальных знаковых час- тей. Дефектность отливки выпускаемой в заводских условиях состоит в непригодности по герметичности в области прибылей. Для выявления этого дефекта был проведен расчет виртуального заполнения полости формы. В результате моделирования были получены данные о распределении потоков металла внутри коки- ля. Анализ полученных данных показал наличие нескольких мест слияния потоков, которые образуют ок- сидные плены на их границах и впоследствии не полностью удаляются из тела отливки по причине некор- ректного подвода металла в тело отливки и расположения прибылей по отношению к питателям (рисунок 2). Рисунок 2 – Слияние потоков металла в теле отливки Оставшиеся в теле отливки плены с наибольшей вероятностью локализуются в месте наибольшего перегрева формы (рисунок 3). Данный тип дефектов может критично сказываться при прохождении испыта- ний на герметичность, что подтверждается натурным экспериментом. 28 Рисунок 3 – Зоны локального перегрева По результатам анализа были сделаны предложения по изменению геометрии и расположения литни- ково-питающей системы и проведение повторного анализа в ProCAST. Отливки с измененной геометрией литниково-питайщей системы представлена на рисунке 4. Рисунок 4 – «Коллектор» с изменой геометрией литниково-питающей системы В результате анализа оптимизированной технологии можно сделать следующее заключение: Изменение положения и геометрии ЛПС привело к более равномерному заполнению отливки метал- лом и уменьшению зон слияния потоков (рисунок 5), Отсутствие препятствий для выведения шлаковых включений и оксидных плен, а также отсутствие зон локального перегрева и наличие направленного затвер- девания в проблемных участках (рисунок 6) позволит получить отливку с заданными эксплуатационными свойствами. Рисунок 5 – Заполнение оптимизированной отливки «Коллектор». 29 Рисунок 6 – Равномерное, направленное затвердевание в оптимизированной отливке. УДК 621.74 Компьютерное моделирование технологии изготовления отливки «Дифференциал», изготавливаемой литьем по газифицируемым моделям Студенты гр.104125 Калошин К.Л., Князев А.Г. Научный руководитель - Рафальский И.В. Научный консультант - аспирант Лущик П.Е. Белорусский национальный технический университет г. Минск Литьё по газифицируемым моделям по качеству фасонных отливок, экономичности, экологичности и высокой культуре производства наиболее выгодно. Мировая практика свидетельствует о постоянном росте производства отливок этим способом, которое в 2007 году превысило 1,5 млн т/год, особенно популярна она в США и, где всё больше льют отливки без ограничений по форме и размерам. Чаще всего форма из сухого песка вакуумируется на уровне 50 кПа, но также применяют формовку в наливные и легкоуплотняемые пес- чаные смеси со связующим. Отсутствие традиционных форм и стержней исключает применение формовоч- ных и стержневых смесей, формовка состоит из засыпки модели песком с повторным его использованием на 95-97 %. Целью данной работы было проведение компьютерного моделирования технологии изготовления от- ливки «дифференциал» (Рис. 1), изготавливаемой литьем по газифицируемым моделям для оценки наличия усадочных дефектов. Рисунок 1 – Общий вид отливки «Дифференциал» Для моделирования заливки были выбраны 3 вида литниковых систем: сифонная, боковая, и комби- нированная. После создания модели необходимо сгенерировать двухмерную сетку. Это наиболее быстро и удобно можно сделать в программе Visual Mesh, который является хорошим дополнением к ProCAST. В Visual Mesh необходимо сгенерировать сетки не только для отливки, но и для формы. А также про- верить на ошибки в построении, что бы не было разломов, пересечений и других дефектов. Готовую двух- мерную сетку, после проверки надо экспортировать для работы с ней в ProCAST. После того как сетка готова, открывается следующий модуль программы PreCAST. В нём задаются все условия и параметры моделируемого процесса. Геометрия должна содержать 3 элемента: часть пустого стояка, полость заполненную пеной и песчаную форму. Для материала отливки каких-либо специфических 30 характеристик нет. У материала пены должны быть заданы теплопроводность, плотность, удельная тепло- емкость и скрытая теплота (горения). Для песка необходимо дополнитнльно задать его газопроницаемость. Типичный диапазон значений от 1e-6 до 1e-7 cm2. Назначение коэффициентов теплообмена между материалами отливки, пены, формы и внешней сре- ды. В дополнение к обычному граничному условию "Heat" (для описания охлаждения формы внешней сре- дой) и температуры впуска необходимо установить давление. Одно для верха вертикального литника и вто- рое для внешней поверхности формы. Рекомендуется устанавливать значение в 1 атм. снаружи формы и значение несколько большее (т.е. 1.05 атм) на верхней поверхности литника. Параметры запуска должны быть сконфигурированы как для задачи гравитационного заполнения с давлением на впуске и дополнены особыми параметрами, которые определяют перенос тепла между жидким металлом и пеной и объём фракции пены, превратившейся в газ. Рисунок 2 – Вероятность образования пористости при различных вариантах подвода металла При оценке вероятности возникновения пористости (рис. 2) можно увидеть, что на внутренней части отливки может образоваться раковина, это наблюдается при использовании всех видов литниковых систем и вызвано тем что массивная часть отливки находится очень близко к стояку. Если посмотреть на образование пористости в сечении, то видно, что дефект достаточно большой. Можно сделать несколько выводов и приемлемости использования того или иного способа подвода металла. При использовании сифонной заливки свежий металл, поступающий снизу, подогревает массивную часть отливки, которая затвердевает в последнюю очередь, в результате чего пористость появляется не только со стороны стояка, но и с противоположенной стороны. Использование комбинированной литниковой систе- мы дало лучший результат, однако из-за подвода металла сверху увеличивается пористость в верхней части отливки. Подвод металла сбоку, на мой взгляд, показал лучшее результаты и был выбран для модификации и дальнейшего исследования. По результатам расчетов было выявлено направление для проведения работ по оптимизации техноло- гии изготовления отливки дифференциал, которая предусматривает подвод металла в проблемные зоны и установку прибылей на этих участках. 31 УДК 621.74 Моделирование процесса получения отливки «КОРПУС» методом литья под давлением с использованием ProCAST Студент гр.104125 Субота А.А. Научный руководитель – Михальцов А. М. Научный консультант – аспирант Лущик П.Е. Белорусский национальный технический университет г. Минск Для построения 3D модели отливки и технологической оснастки использовался пакет компьютерного проектирования UNIGRAPHICS. Рисунок 1 – трехмерная модель отливки «Корпус 007» В первую очередь при моделировании литья под высоким давлением необходимо провести термо- циклирование. Задачей термоциклирования является тепловой анализ нескольких циклов, для определения тепловых полей в системе отливка-форма и количества циклов, необходимых для выхода на стационарный режим. Были выбраны следующие временные параметры термоциклирования:  Количество циклов – 10  Длительность одного цикла – 100 с.  Раскрытие формы на 50 с.  Извлечение отливки через 55 с.  Начало опрыскивания полуформ через 70 с.  Окончание опрыскивания полуформ через 75 с.  Закрытие формы через 90 с. Материалом отливки был выбран алюминиевый сплав АК9М3, формообразующие плиты из стали H13 (европейский аналог стали 4Х5МФС). Распределение температурных полей по сечению пресс-формы после 10-го цикла и температурно- временной график представлены на рисунке 3. Рисунок 2 – Распределение температуры в заданной точке 32 На следующем этапе проводился гидродинамический и тепловой расчет с целью выявления дефектов, возникающих во время заливки металла и усадочных дефектов соответственно. При анализе процесса заполнения было отмечено, что в некоторых областях полости формы воздух не успевает выйти из нее. Эти области будут впоследствии захлопнуты жидким металлом и при охлаждении образуют газовую пористость (рис. 3). Рисунок 3 – Зоны возможного образования газовых раковин и пористости При заливке происходит схождение двух струй жидкого металла. Окисные пленки не удаляются, т.к. к этому времени промывники уже забиты, в результате может образоваться дефект – плена. При анализе результатов расчета заполнения формы можно использовать функцию Parameters→Particle Tracking. Она позволяет проследить траекторию движения частиц. Рисунок 4 – Траектории движения частиц при заливке После расчета получили следующее распределение пористости. Рисунок 8 – Распределение пористости в отливке По результатам расчета можно сделать вывод, что технология требует серьезной доработки. При за- ливке, в месте подвода металла возникает тепловой узел, который является концентратором усадочной по- ристости. Для его устранения должна быть проведена работа по корректировке каналов охлаждения пресс- формы и создания условий для направленного затвердевания. При заполнении полости формы промывники забиваются до того как из неё выйдет весь воздух, поэтому возможна корректировка положения средних промывников. Может быть изменен технологический режим литья, а также изменена марка сплава на более технологичную. 33 УДК 621.74 Оптимизация процесса получения стержня отливки «Коллектор» Минского моторного завода с использованием ProCAST Студент гр.104115 Цуканов С.В. Научный руководитель – Немененок Б. М. Научный консультант – аспирант Лущик П.Е. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью работы являлось исследование технологии получения стержня, выполняющего внутреннюю поверхность отливки 245-1003033Д «Коллектор» (Рис.1), а также оптимизация его изготовления с учетом изменения производственного процесса. Рисунок 1 – Стержень для отливки «Коллектор» 245-1003033Д На Минском моторном заводе стержень для производства данной отливки изготавливается методом «горячих ящиков». Этот процесс трудоемок и опасен для здоровья, т.к. вещества, используемые в качестве связующих - токсичны для человека. Для оптимизации процесса получения стержня было предложено использовать пескодувные маши- ны и ХТС-процесс. Данный процесс позволяет существенно сократить техпроцесс и энергозатраты на про- изводство одного стержня. Этот процесс не токсичен и не требует длинных конвейеров для охлаждения. Рисунок 2 – 4 экспериментальных вариантa по моделированию процесса получения стержня 34 Каждый вариант был промоделирован с одинаковым давлением прессования в 4 Бар. Результаты за- прессовки стержня можно видеть на рисунках 3, 4, 5 и 6. Рисунок 3 - Заполнение полости формы стержневой смесью (способ 1) Рисунок 4 - Заполнение полости формы стержневой смесью (способ 2) Рисунок 5 - Заполнение полости формы стержневой смесью (способ 3) Рисунок 6 - Заполнение полости формы стержневой смесью (способ 4) При заполнении полости формы первым способом получается брак в месте подвода струи и в знако- вой части стержня. При изменении расположения вентов, значительных улучшений наполняемости не на- блюдается. Было предложено изменить количество подводящих каналов (способы 2 и 3). Во втором способе была решена проблема со знаковой частью, но осталась полость в области подвода струи песка. Третий способ обеспечивает наилучшую наполняемость полости формы, следовательно, решались обе проблемы. Был рассмотрен вариант с горизонтальным подводом струи к стержневому ящику (способ 4). При ра- циональном расположении вент (в области стержневых знаков, крепящихся в форме с помощью вакуума) наполнение полости формы происходит на 100 %. Таким образом, наиболее рациональным из рассмотренных способов является 4-ый. Происходит рав- номерное заполнение полости формы при малом количество подводящих каналов, что снижает время и стоимость на обработку готового стержня. Время запрессовки данным способом составляет 0,21 сек. 35 УДК 621.74.043 Особенности формирования структуры и свойств отливок, получаемых литьём под высоким давлением Студент гр.104116 Зорик А.С. Научный руководитель – Михальцов А.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Технологический цикл литья под давлением состоит из процессов заполнения и подпрессовки. Ос- новными недостатками процесса литья под давлением являются повышенное газосодержание и пористость изготавливаемых отливок. Наилучшие условия формирования отливки – заполнение с наименьшим захва- том газов из полости формы с последующим уплотнением при направленном затвердевании отливки. Про- цесс передачи давления на металл, находящийся в полости формы, в период от окончания заполнения до полного затвердевания отливки называется подпрессовкой. В процессе подпрессовки осуществляется сжа- тие газовых включений, уменьшается усадочная пористость и улучшается структура металла. Однако не следует считать, что с помощью подпрессовки можно полностью устранить газовую пористость. Пористость отливок при литье под давлением обусловлена не только усадкой, но также механиче- ским запутыванием газов в запрессовываемом металле. Количество газов, замешиваемых металлом в про- цессе запрессовки, определяется рядом факторов, среди которых следует выделить скорости прессования и впуска, характер заполнения, наличие и действенность вентиляции, а также газотворность используемых смазок. Для удаления газов из полости формы используют вентиляционные каналы, располагаемые, в основ- ном, по разъёму формы. Расположение вентиляционных каналов определяется характером заполнения по- лости формы. Если полость формы заполняется сплошным ламинарным или турбулентным потоком, то вен- тиляционные каналы располагаются в местах, которые заполняются в последнюю очередь. При заполнении дисперсным потоком вентиляционные каналы рекомендуется располагать на всех участках заполнения. Одной из причин пористости и повышенного газосодержания в отливках является газовыделение смазок, наносимых на рабочую поверхность пресс-форм, камеры прессования и прессующего поршня. Ана- лиз смазок показывает, что в своём составе большинство из них содержат в качестве смазывающего компо- нента минеральные масла, парафин, воск, жиры, и растительные масла. При контакте с металлом указанные материалы подвергаются термической деструкции с образованием большого количества газообразных про- дуктов, что и обуславливает их отрицательное влияние на газосодержание и пористость отливок. Для снижения пористости и газосодержания отливок с использованием мер технологического поряд- ка (вентиляции, подпрессовки, низкогазотворные смазки) применяют также специальные мероприятия: ли- тьё сплавов в твёрдо-жидком состоянии, кислородный способ литья, а также литьё под давлением с вакуу- мированием полости формы и камеры прессования. УДК 621.74.699 Анализ процесса затвердевания пробы расплава с использованием компьютерного термического анализа кривых охлаждения литейных сплавов Студент гр.104126 Шестюк И.В. Научный руководитель – Рафальский И.В. Научный консультант – аспирант Лущик П.Е. Белорусский национальный технический университет г.Минск Использование компьютерных систем проектирования и моделирования литейных процессов при создании технологического процесса обеспечивает разработку оптимальной и экономичной технологии из- готовления отливок. Использование таких систем в производстве дает возможность минимизировать затра- ты уже на стадии подготовки технологического процесса за счет построения возможных технологических решений на компьютере. Процесс построения компьютерных моделей отливок состоит из четырех основных этапов: проекти- рование трехмерных моделей отливки; построение конечно-элементной сетки на основе созданной трех- мерной модели; задание свойств материалов, начальных и граничных условий; расчет заполнения, затвер- девания отливки и анализ полученных результатов. Этап задания свойств материалов, начальных и граничных условий наиболее важен для получения адекватных моделей. На практике программы численного компьютерного моделирования, как правило, ис- 36 пользуют необходимые для расчета данные (в том числе о температурах фазовых превращений, зависимости выделения твердой фазы и др.) из встроенных в них баз данных, либо рассчитываются с помощью так назы- ваемых «термодинамических калькуляторов» на основе равновесных диаграмм состояния. В связи с этим полученные данные в большинстве случаев характеризуют свойства сплавов в равновесном состоянии и, к сожалению, вне связи с реальным технологическим процессом получения отливок. Однако затвердевание литейных сплавов представляет собой весьма сложный процесс, протекающий при неравновесных условиях, под влиянием целого комплекса металлургических факторов, которые значительно, а часто решающим об- разом, влияют на результаты компьютерного моделирования. Динамика процессов формирования структуры отливок в условиях неравновесного затвердевания, использование операций модифицирования и рафинирования, применение вторичных материалов для про- изводства отливок, разнообразие составов литейных сплавов и особенностей технологических процессов их получения приводят во многих случаях к невозможности использования «термодинамических калькулято- ров» для практических расчетов. Единственно возможным методом получения достоверных значений выде- ляющейся твердой фазы и теплофизических свойств сплавов, необходимых для адекватного моделирования литейных процессов, остается получение экспериментальных данных. Решение указанных проблем может быть получено при использовании методов компьютерного тер- мического анализа (КТА) тест-пробы расплава. Идентификация фазовых превращений при неравновесной кристаллизации (определение температур ликвидус и солидус), а также расчет зависимости выделения твер- дой фазы при использовании методов КТА проводится на основе полученных экспериментальных данных (кривых охлаждения сплава) с использованием математических моделей, являющихся решениями уравне- ний теплового баланса системы «расплав-форма». В настоящей работе был выполнен анализ экспериментальных данных, полученных при термическом анализе алюминиевых сплавов в стандартизованные тест-стаканчики. Было установлено, что определение начала кристаллизации сплава и расчет функции выделяющейся твердой фазы осложняются наличием ин- тенсивных «шумовых» помех на участке жидкофазного состояния сплава. Тем не менее, полученные в работе математические соотношения, связывающие теплофизические свойства сплава с температурно-временными зависимостями, позволяют проводить вычисления выделяю- щейся в интервале кристаллизации твердой фазы литейного сплава и идентифицировать момент начала кри- сталлизации сплава по кривым охлаждения сплавов с использованием стандартизованных наливных изме- рительных тест-стаканчиков при проведении термического анализа. Полученные результаты обеспечивают возможность корректной оценки значений коэффициента теплоотдачи при расчетах процесса выделения твердой фазы в литейных сплавах и использовании данных термического анализа кривых охлаждения спла- вов с применением наливных тест-проб для получения адекватных компьютерных моделей литейных про- цессов. 37 Материаловедение в машиностроении 38 УДК 669.58 Анализ перспективных технологий цинкования в условиях современного производства Студент гр. 104215 Булойчик И.А. Научный руководитель – Константинов В.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Современные условия производства диктуют определенные требования к параметрам технологиче- ских процессов, заключающиеся в снижении энергоемкости и повышении экологической безопасности про- изводства. Существует множество видов и технологий нанесения коррозионностойких цинковых покрытий и диффузионных слоев. Однако большинство из них характеризуется значительной степенью энергоемко- сти, что в условиях современного производства требует замены на экономически более выгодный процесс. В связи с этим возникает необходимость поиска новых путей в сфере нанесения защитных цинковых покры- тий, повышающих эксплуатационные свойства изделий с учетом вышеперечисленных требований. При изучении методов цинкования следует обратить внимание на процессы термодиффузионного цинкования в порошковых средах [1]. Данный метод позволяет получать коррозионностойкие диффузион- ные слои на изделиях практически любых форм и размеров, является экологически безопасным и, в допол- нение к этому, перспективен с точки зрения совершенствования технологических параметров процесса. В частности, с целью сокращения времени цинкования и снижения расхода насыщающих компонентов иссле- дуется влияние различных защитных атмосфер, вакуума и применения псевдоожиженных насыщающих сред [2,3]. Существенное внимание уделяется повышению технологичности насыщающих смесей и сниже- нию в их составе вредных активаторов [4]. Анализ свойств цинковых покрытий (диффузионных слоев) и условий их применения в различных областях промышленности показывает, что цинковые покрытия должны обладать не только повышенной коррозионной стойкостью, но также быть устойчивыми к абразивному изнашиванию и иметь высокую сте- пень сцепления с поверхностью защищаемого изделия. С учетом этого, следует принять во внимание и дан- ные источника [5,6], где авторы приводят примеры многокомпонентного цинкования с добавлением различ- ных примесных элементов. Присутствие Al, Cu, Ti, Mg и других элементов оказывает положительное влия- ние на механические характеристики диффузионных слоев и, что наиболее важно, на коррозионную стойкость слоя в целом. Такие слои обладают в 2 – 2,3 раза более высокой коррозионной стойкостью по сравнению с однокомпонентными цинковыми слоями [5]. При легировании цинковых слоев алюминием, медью и титаном наблюдалось уменьшение хрупкости цинковых слоев в 1,1 – 1,3 раза, а так же повышение их износостойкости в 1,2 – 1,3 раза [5]. В последнее время все большую актуальность приобретает цинкование длинномерных изделий [7]. К одним из перспективных направлений в данной сфере промышленности, помимо термодиффузионного цин- кования, следует так же отнести процессы газотермического напыления цинка в совокупности с последую- щей термообработкой, что позволит получать слои повышенной прочности и износостойкости. Предполага- ется, что данный метод цинкования будет наиболее перспективен при обработке длинномерных изделий с большой площадью поверхности. Основными направлениями, касающимися интенсификации процессов цинкования, является исполь- зование высокопроизводительных методов нагрева (индукционный нагрев), возможность применения ин- дукционного нагрева на всем протяжении процесса цинкования (особенно актуально для длинномерных изделий) а так же создание технологий, позволяющих выгодно применять рекристаллизационные процессы (предварительный наклеп металла, прокатка, дробеструйная обработка). Таким образом, исследование и совершенствование данных методов цинкования представляет наи- больший интерес с точки зрения создания высокоэффективных, энергосберегающих и экологически безо- пасных технологий защиты металлов от коррозии. Литература 1. Е.В. Проскуркин, Н.С. Горбунов, Диффузионные цинковые покрытия, Москва, Металлургия 1972, 248с. 2. Ю.А. Баландин, А.С. Колпаков, Е.В. Жаров, Диффузионное комплексное цинкование в виброкипящем слое как способ повышения коррозионной стойкости деталей машин. // Автомобильная промышленность, 2006, №11 С. 31-32. 3. В.И. Муравьев, П.В. Бахматов, А.А. Евстегнеев, А.А. Дебеляк, Интенсификация процессов диффузион- ного легирования металлами и металлоидами поверхностных слоев деталей из конструкционных материа- лов. // Упрочняющие технологии и покрытия. 2009, №6 С. 28-38. 4. Р.Г. Галин, А.Л. Ворошнин, Новая технология изготовления порошковых насыщающих смесей для диффузионного цинкования. // Металловедение и термическая обработка металлов, 1996, №1 С. 21-25. 5. Ю.А. Баландин, А.С. Колпаков, Е.В. Колпаков, Диффузионное многокомпонентное цинкование стали 40Х в виброкипящем слое // Металловедение и термическая обработка металлов, 2009, №1 С. 46-49. 39 6. Itzhak Rosenthul, Коррозионностойкое диффузионное полиметаллическое покрытие и метод его нанесе- ния, Патент, US, 7241350 С23С2/00, 10.07.2007. 7. Е.В. Проскуркин, И.В. Петров, Инновационная технология цинкования “Неоцинк” – новые возможно- сти для защиты от коррозии длинномерных металлических изделий и конструкций. // Национальная метал- лургия, 2009, С. 72-77 621.735.042 Исследование окалинообразования в процессе изготовления поковок при различных типах нагрева Магистрант Гуринович А.С. Научный руководитель – Михлюк А.И. Белорусский национальный технический университет г. Минск В целях снижения образования окалины, влияющей на качество и стоимость выпускаемой продукции, в условия кузнечно-штампового производства ОАО «МАЗ» были проведены исследования по определению величин её образования при различных типах нагреве. Исследования проводились на следующем оборудовании: - газовая печь для нагрева заготовок перед ковкой без автоматизированной системы управления рабо- ты горелок 1975 г. выпуска производства «МАЗ»; - газовая печь для нагрева заготовок перед ковкой ПНП-300 с автоматизированной системой управле- ния горелок 2009 г. выпуска; - кузнечной индукционный нагреватель (КИН) для нагрева заготовок Ø40…60 мм. Нагреву подвергались заготовки из углеродистой стали Ст3, содержащей 0,02% Сr, 0,05 % Ni, 0,02 % Cu и хромоникелевой стали 20ХН3А, содержащей 0,78 % Сr, 2,88% Ni, 0,14% Cu. Во время нагрева в газовых печах определялся коэффициент избытка воздуха(1,05; 1,25; 1,45), темпе- ратура (1250-1300 С0), продолжительность нагрева заготовки (3 часа). Следует отметить, что регулировка соотношения газ-воздух (коэффициент избытка воздуха) в газовой печи для нагрева 1960 г. выпуска затруднительна. Газовая печь для нагрева заготовок перед ковкой ПНП-300 оснащена автоматизированной системой управления газовыми горелками, архивом режима нагрева заготовок, автоматизированной системой подачи заготовок. В кузнечном индукционном нагревателе одновременно находится 12 заготовок, расположенных одна за другой. Темп нагрева заготовки – 14 сек. Время нагрева одной заготовки осуществляется в течение 168 с. Время нахождения заготовки в интервале температур более 570 0С составляет 70 сек. Результаты исследований При нагреве в газовых печах производства «МАЗ» и ПНП-300 на поверхности углеродистой стали образуемая окалина не сохраняется при всех значениях коэффициента избытка воздуха. Толщина отделив- шейся окалины на углеродистой стали максимальна. При нагреве в газовых печах производства «МАЗ» и ПНП-300 на поверхности легированной стали образовалась плотная «прилипшая» окалина. При коэффициенте избытка воздуха 1,45 толщина окалины минимальна. При одинаковых режимах нагрева толщина образовавшейся окалины в печи производства «МАЗ» превышает значения образовавшейся окалины при нагреве в печи ПНП-300 в 1,6 раза. Это связано с тем, что регулировка и поддержание требуемых параметров печи производства «МАЗ» осуществляется вручную и требует постоянного контроля со стороны рабочих-кузнецов. Коэффициент избытка воздуха 1,45 способствует уменьшению потерь металла на окисление на 20 и 40% для углеродистой и легированной сталей соответственно по сравнению с потерями при нагреве с коэф- фициентом избытка воздуха 1,25. Наименьшая толщина образовавшейся окалины была получена при нагреве заготовок в КИН-е, что связано с ускоренным нагревом. Заключение: Установлено, что автоматизация процессов нагрева в газовой нагревательной печи позволяет умень- шить величину окалины до 30 %. Также величина коэффициента воздуха 1,45 снижает окалинообразование на 20 % для углеродистой и на 50 % для хромоникелевой стали по сравнению с коэффициентом избытка воздуха 1,25. Наименьшая толщина окалины была получена при нагреве заготовок в КИН-е. 40 УДК 621.78 Исследование структуры, механических свойств и обрабатываемости поковок из хромоникелевых сталей после термической обработки с регулируемыми режимами нагрева Магистрант Яковчик А.И. Научный руководитель – Гурченко П.С. Белорусский национальный технический университет г. Минск Обрабатываемость материала является комплексной характеристикой и определяется силой и скоро- стью резания, качеством обрабатываемой поверхности, видом стружки и т.д. При выбранных условиях реза- ния и типе инструмента обрабатываемость определяется исходной структурой и твердостью, сформирован- ными в процессе предварительной термической обработки, а также устойчивостью структуры и ее способ- ностью претерпевать фазовые превращения при резании. Подготовка структуры поковок в процессе предварительной термической обработки является сложной задачей, т.к. для каждой операции резания су- ществует своя оптимальная структура. При предварительной термической обработке по серийной технологии вместо твердости 156-229 НВ по ТУ, фактическая твердость для стали 20Х2Н4А составляла 248-315 НВ, а для стали 20ХНЗА - 241-255 HB. Микроструктура поковок соответствовала трооститу, троостосорбиту или типу структур, ухудшающих обрабатываемость: сорбитообразному перлиту, ферриту игольчатого строения или неравномерного распре- деления. Ухудшение обрабатываемости поковок из сталей 20ХНЗА и 20Х2Н4А связано также с наличием ма- лоуглеродистого мартенсита, имеющего высокую твердость. Установлено, что после предварительной термической обработки поковок из стали 20Х2Н4А и 20ХН3А по технологии МАЗ наблюдаются существенные колебания твердости в пределах 187-285 НВ и нестабильность структуры поковок. Показано, что для поковок с неудовлетворительной обрабатываемостью характерны типы микроструктур: - перлито -мартенситная структура с преобладанием малоуглеродистого мартенсита (твердость 318- 397 НV0,2), неравномерно расположенного в полосчатой структуре с содержанием близким к 100% в одних строчках и перлито-мартенситной структуре в других. Неудовлетворительная обрабатываемость поковок с такой структурой обусловлена наличием малоуглеродистого мартенсита и повышенной твердостью; - выраженная полосчатая структура зернистого перлита и феррита с твердостью 187-225 HV0,2,с не- равномерным распределением перлита в смежных полосах (строчках); - относительно однородная сорбитообразная структура с твердостью 212-222 HV0,2 с незначительной полосчатостыо. На основании проведенных исследований можно сделать вывод, что хорошей обрабатываемостью ре- занием обладают поковки с дифференцированной структурой феррита и перлита. Микротвердость феррита должна быть в пределах 140-220 - Н50, перлита - менее 300 Н50. Абсолютная разность величин микротвердо- сти феррита и перлита должна быть менее 70Н50. По границам зерна допускается разорванная сетка коагу- лированных карбидов размером менее 1 мкм и не допускается сплошная сетка карбидов. Полосчатая неод- нородность не допускается. УДК 621.78.066.6 Оптимизация режимов отпуска быстрорежущей стали Магистрант Базылик Д.В. Научный руководитель – Стефанович В.А. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является усиление внимания к проблеме энергосбережения, а также оценка твердости, ударной вязкости и теплостойкости при термической обработке быстрорежущих сталей с исполь- зованием пониженного и изосклерного отпуска. По литературным данным [1,2] использование двукратного изосклерного отпуска после закалки (по- вышение температуры отпуска с уменьшением времени выдержки) обеспечивает аналогичные свойства бы- строрежущей стали, как и после широко используемого трехкратного отпуска при 560 °С, использование пониженного отпуска непосредственно после закалки повышает ударную вязкость. Образцы из стали Р6М5 размером 10х10х55мм были подвергнуты термическим операциям:  Закалка с 1220°С в масло; 41  Предварительного отпуска 250…450°С с выдержкой 0,5…1,5 часа;  Изосклерному отпуску при температурах 580…620°С и времени выдержки 0,3…0,8 часа. После закалки отпуск проводился в различной последовательности и при различных температурно- временных параметрах. Твердость, теплостойкость и ударная вязкость полученные после предлагаемых видов ТО сравнива- лись со значениями после стандартной термической обработкой tзак=1220°С, трехкратный отпуск по 1 часу при 560°С. В результате исследований установлено, что использование изосклерного отпуска позволяет повы- сить твердость на 1…1,5 HRC, теплостойкость сохраняется на уровне стали подвергнутой термической об- работке по стандартному режиму. Применение предварительного низкотемпературного отпуска перед изо- склерным позволяет повысить ударную вязкость на 23…46% в зависимость от температурно-временных параметров. Экономия энергии при использовании изосклерного отпуска образуется за счет уменьшения тепловых потерь печью-ванной при сокращении времени нагрева со 180 мин. при трехкратном отпуске до 20-50мин. Дополнительный расход энергии возможен за счет излучения зеркалом ванны при повышении температуры расплава. Тепловой баланс печи-ванны при обработке 1 кг режущего инструмента показывает, что энергозатра- ты при использовании изосклерного отпуска позволяют сэкономить 6-8 кДж. Выводы: 1. Изосклерный отпуск не снижает твердость и теплостойкость быстрорежущей стали по сравнению со стандартными режимами ТО. 2. Оптимальные температурно-временные режимы предварительного и изосклерного отпуска позво- ляют повысить ударную вязкость на 23-46%. Литература 1.Смольников Е.А. Термическая и химико-термическая обработка инструментов в соляных ваннах. – Москва: Машиностроение, 1989. 2.Геллер Ю.А. Инструментальные стали. – Москва: Металлургия, 1968 УДК 669.041 Исследование процессов окисления и обезуглероживания при форсированном нагреве проволоки из высокоуглеродистой стали Студенты гр.104215 Серегин А.Ю., Муравейко А.С., гр. 104517 Зданович О.В. Научный руководитель – Стефанович В.А. Белорусский национальный технический университет г. Минск Цель работы: Исследование процессов окисления и обезуглероживания при форсированном нагреве проволоки из высокоуглеродистой стали. Нагрев проволоки под патентирование осуществляется в многозонной топливной печи без муфели- рования продуктов сгорания топлива. Сжигание топлива осуществляется с коэффициентом расхода воздуха α = 0,9, что обеспечивает создание защитной атмосферы. Для установления возможности сжигания газа с коэффициентом расхода воздуха α = 1,05 - 1,10 в первых зонах, с температурой проволоки не превышающей 800-900оС, и временем прохождения 13 - 18 с, были выполнены исследования по обезуглероживанию и окислению поверхности проволоки при температурах 600оС, 1070оС и времени выдержки при 600 оС τ = 10 секунд, 1070 оС τ = 6; 13; 18; 23 с. в окислительной атмосфере. Данные температурно-временные параметры соответствуют процессу нагрева под патентирование. В результате исследования установлено, что при выдержке 10 с в печи с температурой 600 оС на по- верхности проволоки отсутствуют следы окисления. При нагреве проволоки в течение 10 с в печи с темпе- ратурой 600оС + 6 с при температуре 1070 оС на поверхности проволоки появляются цвета побежалости. Металлографические исследования показали отсутствие обезуглероживания и окисления. При увеличении времени выдержки в печи до 13 с при температуре τ = 1070 оС на поверхности формируется слой окалины толщиной 0,8 - 1, обезуглероживание отсутствует (рисунок 1, а). Увеличения времени выдержки при 1070 оС до 18 с приводит к росту слоя окалины до 1,4 - 1,8 мкм. И образованию обезуглероженного слоя толщиной 6 - 7 мкм. Дальнейшее увеличение выдержки до 23 с. Приводит к увеличению толщины окисленного слоя до 10 - 20 мкм. Таким образом, в результате исследова- ний установлено, что при нагреве проволоки в течение 10 сек с температурой печи 600 оС и 13 с с темпера- турой 1070 оС окисление и обезуглероживание отсутствует; при выдержке 18, 23 с с температурой печи 42 1070оС обезуглероживание и окисление поверхности недопустимо для процесса патентирования проволоки из углеродистой стали. В начальных зонах печи атмосфера может быть окислительной, топливо сжигаться с коэффициентом расхода воздуха α = 1,05 – 1,10. а б Рисунок 1: а – микроструктура проволоки при выдержке 13с, х1000; б – микроструктура проволоки при выдержке 18с, х1000 УДК 621.9.048.7 : 533.9 Плазменная резка углеродистых сталей Магистрант Назарова О.И., студент группы 104515 Кирильчик А.А. Научный руководитель – Крылов-Олефиренко В.В. ГНУ «Физико-технический институт НАН Беларуси» Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью данной работы является определение влияния условий плазменной резки на изменение свойств сталей разной толщины. В качестве материала исследования были использованы низкоуглеродистая сталь 20 с толщиной лис- та 40 мм и высокоуглеродистая сталь У8А с толщиной листа 25 мм. Плазменная резка проводилась с тремя скоростями, значения которых выбирались в зависимости от типа стали и толщины листа. Задача плазменной разделительной резки - вырезка контуров с перпендикулярными кромками в соот- ветствии с заданными размерами. Предполагается, что поверхности резов должны быть ровными и гладки- ми, а качество металла у кромок равноценно качеству основного металла. Однако из-за несовершенства процессов резки не всегда удается выполнить указанные требования. Наиболее характерными отклонениями от этих требований являются неплоскостность и неперпенди- кулярность поверхностей реза из-за непостоянства сечения плазменно-дугового реза по высоте. Это вызвано тем, что различные участки режущей дуги вводят в разрезаемый металл неодинаковое количество теплоты, а следовательно, на различной глубине реза расплавляется неодинаковое количество металла. В верхней части реза, в которой металл может расплавляться за счет излучения столба разряда, теп- лопередача равномерна и рез имеет параллельные кромки. Тепловую энергию в нижнюю часть реза может вводить факел дуги. Температура плазмы в факеле и интенсивность теплопередачи постепенно уменьшают- ся по высоте к нижней части реза, поэтому кромки реза на этом участке сходятся книзу. Наиболее интен- сивно передает тепловую энергию активное пятно дуги. В зависимости от его расположения по глубине реза или зоны его перемещения, а также от толщины разрезаемого металла рез может получиться уширенным кверху, книзу или иметь бочкообразную форму. Расположение активного пятна дуги в полости реза зависит от параметров дуги, характера ее формирования, скорости резки, толщины и свойств разрезаемого металла. При изменении этих параметров изменяется и форма сечения реза. Так, при уменьшении скорости резки 43 общая ширина реза увеличивается, особенно в нижней его части, поверхности реза становятся почти парал- лельными относительно друг друга, при очень малых скоростях в нижней части рез расширяется. Быстрое перемещение теплового источника (режущей дуги) существенно уменьшает передачу тепло- ты в металл от поверхности реза. Это в свою очередь ограничивает протяженность участков зоны термиче- ского влияния и изменение структуры металла в них, а, следовательно, уменьшение термических напряже- ний и деформаций в вырезанных заготовках. Ограниченный по времени нагрев и более «короткий» терми- ческий цикл плазменной резки при обработке слабозакаливающихся сталей сопровождается минимальными изменениями металла у поверхности реза. Характер и размеры зоны термического влияния зависят от состава и толщины разрезаемого металла, рабочего тока и скорости резки. Перекристаллизация с изменением фазового состава и структуры сопрово- ждается появлением напряжений, которые могут в некоторых случаях привести к образованию трещин в поверхностных слоях зоны термического влияния Проведено исследование упрочнения низкоуглеродистой стали 20 толщиной 40 мм и высокоуглеро- дистой стали У8А толщиной 25 мм при плазменной резке. Резка осуществлялась с тремя скоростями, раз- личными для каждой стали. Размеры зоны термического влияния и степень упрочнения определялись по изменению твердости. Измерения проводились непосредственно на поверхности реза и перпендикулярно к поверхности реза. На поверхности реза устанавливалось изменение значений твердости по толщине метал- ла, перпендикулярно к поверхности реза – в зависимости от расстояния до поверхности реза. Установлено, что наибольшее упрочнение соответствует средней по толщине зоне листа для обеих сталей. Определено распределение твердости по толщине листа. Установлена зависимость упрочнения от расстояния от поверхности реза. Показано, что наибольшее упрочнение соответствует поверхности реза, с увеличением расстояния от поверхности оно убывает. Отме- чено наличие участков с аномальными значениями твердости. УДК 621.9.048.7: 533.9 Перспективы развития плазменной технологии резки Магистрант Назарова О.И. Научный руководитель – Соколов Ю.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является обоснование перспективного развития плазменных технологий резки, описание ее преимуществ перед другими способами резки листового металлического материала Плазменная резка – успешно развивающееся направление в области плазменных технологий. На се- годняшний день это наиболее эффективный способ резки листового металлического материала по сравне- нию с газокислородной, лазерной, гидроабразивной резкой. Применение технологических процессов плазменной резки обусловливает высокие скорости резки и высокое качество поверхности реза цветных металлов, углеродистых и легированных сталей. Так, с помо- щью лазерного излучения возможна резка листов толщиной до 8–10 мм. По сравнению с лазерной преиму- ществом плазменной резки является возможность обработки значительно более широкого по толщине диа- пазона листов (до 100 мм) при хорошем качестве реза. При малых и средних толщинах металла газокисло- родная резка значительно уступает плазменной. Особенно проявляются достоинства плазменной резки при изготовлении из листового материала де- талей сложной геометрической формы. В данном случае производительность резания в несколько десятков раз превышает производительность фрезерования. При этом точность размеров и формы вырезаемых изде- лий может быть достаточно высокой, что для некоторых деталей исключает необходимость их дополни- тельной механической обработки. Путем соответствующей установки сопла можно резать листы под углом, что осуществляется весьма эффективно. Плазменная резка относится к способам тепловой резки металлов и характеризуется сложными явле- ниями преобразования электрической энергии источника тока в тепловую энергию плазменной дуги, интен- сивным сжатием ее столба в формирующей камере плазмотрона и сквозным проплавлением плазменной дугой разрезаемого металла с выдуванием расплава из полости реза. При этом температура прилегающих к линии реза микрообъемов убывает от температуры плавления на границе до комнатной температуры на не- котором расстоянии, называемом зоной влияния. После завершения резки металл остывает. Фактически происходит локальная термообработка металлов в зоне влияния. Соответственно изменяются структура и механические свойства металла. Плазменно-дуговые процессы протекают при наличии газовой плазмообразующей среды. В качестве плазмообразующих газовых сред применяют аргон, азот, воздух, смеси аргона и азота с водородом, аммиак. 44 Воздух как плазмообразующий режущий газ наряду с очевидными экономическими преимуществами обла- дает наиболее высокими теплофизическими показателями. Наибольшая возможная скорость плазменной резки зависит от толщины разрезаемого металла, мощ- ности режущей дуги, вида плазмообразующего газа, а также расстояния от среза сопла до обрабатываемого изделия. Немаловажным фактором при плазменной резке являются точность и качество поверхности дета- лей, вырезаемых плазменной резкой, которые определяются следующими основными показателями: соот- ветствием заданных размеров вырезаемых деталей или заготовок фактическим размерам вырезанных конту- ров; шероховатостью поверхности реза; зоной термического влияния. Полученная заготовка подвергается, как правило, дальнейшей механической и/или термической об- работке, т.к. неоднородность распределения механических свойств по ее сечению (вблизи поверхности реза) может оказаться причиной снижения эксплуатационных характеристик и работоспособности готовых изде- лий. Разделительная плазменная резка широко применяется в промышленности и строительстве в качестве как предварительной, так и окончательной операции изготовления деталей. УДК 699.041 Оценка увеличения производительности печи для нагрева под патентирование в защитной атмосфере Студенты гр.104215 Серегин А.Ю., Муравейко А.С., гр. 104517 Зданович О.В. Научный руководитель – Стефанович В.А. Белорусский национальный технический университет г. Минск Цель работы: оценить увеличение производительности печи для нагрева под патентирование в за- щитной атмосфере. При нагреве проволоки под патентирование атмосфера печи является защитной, предотвращая окисление и обезуглероживание. Толщина окисной пленки и шероховатость её поверхности определяют степень черноты нагреваемого тела, которая оказывает влияние на коэффициент теплоотдачи и скорость нагрева проволоки. Степень черноты нагреваемого тела изменяется в широких пределах: Е= 0.52..0.61 для стали не окисленной, шлифованной; Е=0,77 – 0,79 для стали окисленной при 600оС; Е=0.94..0.97 для стали окисленной шероховатой. Для оценки изменения производительности печи использовали программу для расчета температур- но-временных параметров при нагреве проволоки в агрегате патентирования [1]. Переменными при расчете являлись степень черноты тела Е, которая изменялась от 0.7 до 0.95, и скорость движения проволоки. Ско- рость движения проволоки для каждого значения Е подбиралась таким образом, чтобы температура прово- локи по рабочему пространству была одинаковой (таблица 1). Таблица 1. Распределение температур проволоки (диаметр 1,78 мм) по зонам печи Е=0,7 Е=0,78 Е=0,85 Е=0,9 Е=0,95 Температура печи по зонам, оС Температура проволоки по зонам, оС Зона 0= 600 202 201 198 198 196 Зона 1=1050 596 599 596 602 597 Зона 2=1020 820 824 823 828 823 Зона 3= 990 906 909 908 912 910 Зона 4= 990 946 948 948 951 949 VD 70 76 82 86 90 Производительность, тонн/час 1,8 1,98 2,13 2,23 2,34 Время, сек. 33,7 31,1 28,8 27,4 26,2 Расчет производился для проволоки диаметром 1.78мм. Результаты показывают, что время нагрева проволоки при Е = 0,7 составляет 33,7 с, а при Е = 0,95 – 26,2 с, т.е. время нагрева сократилось в 1,22 раза. Расчет производительности (рис.1) показывает, что увеличение коэффициента черноты с 0,7 до 0,95 увели- чивает производительность на 30%. 45 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 E=0.7 E=0.78E=0.85 E=0.9 E=0.95 Производительность тонн/час Рисунок 1. Зависимость производительности печи от степени черноты тела. Литература 1. Савенок А.Н., Стефанович В.А., Игнатенко О.И. «Форсированный нагрев – эффективный способ повышения производительности термического оборудования». – Минск: БНТУ, 2008г. УДК 621.785.797 Влияние режима непрерывного отжига на механические свойства стали 70 Студент гр. 104515 Кирильчик А.А. Научный руководитель – Крылов-Олефиренко В.В. Физико-технический институт НАН Беларуси г. Минск В производстве металлокорда сильнодеформированную высокоуглеродистую сталь подвергают не- прерывному патентирующему отжигу для восстановления пластических свойств и способности к дальней- шей пластической деформации. Эту операцию проводят на гальванотермическом агрегате непрерывного действия. Длительность этой термообработки составляет 30 – 50 с в зависимости от диаметра проволоки. В данной работе проведено исследование влияния скорости нагрева, температуры нагрева, длитель- ности изотермической выдержки, скорости охлаждения до температуры изотермической закалки на полу- чаемые свойства стали при такой термообработке. В качестве материала исследования использовалась проволока-заготовка после среднего волочения диаметром 1,5 мм из стали 70. Нагрев образцов проводился на установке электроконтактного нагрева УКН – 3. Каждый образец снабжался термопарой ХА, диаметр проволоки 0,2 мм. Запись и регистрация температу- ры осуществлялась с помощью быстродействующего потенциометра КСП – 4 со временем пробега всей шкалы 1 с. Для исключения окисления и обезуглероживания поверхности термообработка проводилась в инертной атмосфере. Полученные результаты свидетельствуют о том, что. влияние температуры нагрева различно при на- греве без изотермических выдержек и с изотермическими выдержками. При отсутствии выдержки пределы текучести и прочности имеют минимальное значение при температуре 900 оС, затем возрастают до макси- мального значения при температурах 925-950 оС. Предел прочности остается практически постоянным при дальнейшем повышении температуры, а предел текучести понижается при нагреве до 975 оС и далее почти не изменяется до температуры 1050 оС. Величина относительного удлинения также больше для 925 оС по сравнению с величиной для 900 оС, она остается почти постоянной для температур 925-975 оС и снижается при более высоких температурах. С увеличением скорости нагрева от 50 до 200 оС/с возрастают все иссле- дованные механические свойства, причем наиболее активно в интервале 100-200 оС/с. Зависимость механических свойств от длительности изотермической выдержки различна для разных температурных интервалов нагрева. Для температуры 900 оС свойства возрастают с увеличением длительно- сти выдержки, для температур 925-950 оС практически одинаковы для режимов нагрева с выдержками и без выдержек, для более высоких температур свойства при нагреве с выдержками немного выше, чем при на- греве без выдержки. Показано, что увеличение скорости охлаждения приводит к повышению прочностных характеристик материала. Температура изменения скорости нагрева оказывает немонотонное влияние как на структуру, так и на механические свойства исследуемой стали. Наиболее высокие прочностные свойства получены для темпе- ратур перегиба 575 и 700 оС. Однако наиболее стабильные значения достигаются в области температур 600- 650 оС. 46 УДК 621.72.011 Особенности структрообразования при нормализации поковок из хромоникелевых сталей в условиях ОАО «МАЗ» Студентка гр.104215 Михлюк М.А., инженер-технолог КЦ ОАО «МАЗ» Яковчик А.Н. Научный руководитель – Пучков Э.П. Белорусский национальный технический университет г.Минск Целью настоящей работы является изучение процесса нормализации поковок из хромоникелевых сталей в условиях ОАО «МАЗ». Хромоникелевые стали, в частности стали 20ХН3А и 20Х2Н4А, предназначены для изготовления тяжелонагруженных зубчатых передач различных машин, например шестерен главной передачи автомобиля МАЗ. Технологический процесс их изготовления состоит из следующих стадий: получение поковки, пред- варительная термическая обоработка, механическая обработка, в первую очередь зубонарезка, окончатель- ная термическая обработка (ХТО) и механическая обработка. Предварительная термическая обработка дан- ных поковок играет решающую роль в формировании микроструктуры, обеспечивающей наилучшие режи- мы механической обработки. Поэтому к их микроструктуре предьявляются особые требования, а именно: наилучшей структурой поковок по обрабатываемости является дифференцированная феррито–перлитная с баллом зерна 5-8, при твердости в интервале 156 – 241 НВ. Ухудшение обрабатываемости поковок из сталей 20ХНЗА и 20Х2Н4А связано с наличием малоугле- родистого мартенсита или бейнита, имеющих повышенную твердость. Известно, что переохлажденный ау- стенит хромоникелевых сталей с содержанием 3–4 % никеля весьма устойчив до температуры 650°С. При дальнейшем понижении температуры, в зависимости от скорости охлаждения, происходит его распад как в интервале перлитного превращения, так и бейнитно-мартенситного. Поковки из кострукционных легированных и углеродистых сталей, в зависимости от требований тех- нической документации, подвергаются следующим видам предварительной термической обработки: изо- термическому отжигу, нормлизации, улучшению. Для хромоникелевых сталей 20ХН3А или 20Х2Н4А с целью достижения наилучшей обрабатываемо- сти резанием оптимальным является проведение изотермического отжига по следующему режиму: нагрев до температуры 920-950 °С, далее охлажение с печью до t = 700 – 600 0С выдержка (6–8 часов) для полного распада переохлажденного аустенита и охлаждении на воздухе. Одно из преимуществ изотермического от- жига состоит в получении однородной структуры, т.к. при длительной выдержке превращение по всему объему поковки происходит при одинаковой степени переохлаждения. Однако определяющим недостатком этой операции является ее энергоемкость и длительность. Кроме того, для её осуществления требуется специальное дорогостоящее оборудование. Поэтому поиск оптималь- ных режимов нормализации с получением структуры, обеспечивающей хорошую обрабатываемость, для данного класса поковок, является задачей актуальной как с научной, так и практической точки зрения. Су- ществующее современное термическое оборудование для нормализации поковок позволяет проводить по- добные работы и достигать положительного результата. Так на ОАО «МАЗ» в агрегате для нормализации АРN-1800 (Польша) проводится нормализация по- ковок из хромоникелевых сталей. Данный агрегат кроме камеры нагрева (нормализации) имеет камеру под- стуживания, время нахождения в которой и температуру в ней можно регулировать в определенных преде- лах. Это позволяет регулировать скорости охлаждения поковок и соответственно достигать опреденной микроструктуры. Была проведена нормализация нескольких опытных партий поковок с последующим охлаждением в камере подстуживания с различной температурой и длительностью выдержки. Температура в камере под- стуживания изменяли в интервалле от 550 до 700 0С, время выдержки от 0,4 до 1,2 часа. Установлено что оптимальным режимом охлаждения поковок из хромоникелевых сталей в камере подстуживания после нормализации является температура 650–680 0С с длительностью выдержки 0,5–0,6 часа. В результате формируется микроструктура феррит и перлит пластинчатый 1-2 балла по ГОСТ 823356, которая является приемлимой для последующей механической обработки, в первую очередь для операци зубонарезки как наиболее трудоемких и высокоточных. 47 УДК 621 Технология термической и химико-термической обработки на агрегате «SOLO» Студент гр.104515 Щурский П.А., гр.104215 Босовец А.Н. Научный руководитель – Щербаков Э.Д. Белорусский национальный технический университет г. Минск В универсальном агрегате швейцарской фирмы “SOLO”,элеваторного типа, возможно проведение различных видов ТО и ХТО: закалки, отпуска, отжига, цементации, нитроцементации, азотирования, карбо- нитрирования. На передней панели расположены два разных расходометра и манометр. Газом-носителем служит технический азот. Он переносит пары спирта в рабочее пространство печи из специального бака. Когда метанол (этанол) вводится в нагретую печь, то он расщепляется на H2 + CO. Образуется кон- тролируемая атмосфера с регулируемым углеродным потенциалом. Метанол расщепляется на водород и оксид углерода по реакции: %33%65%100 2 23   COHOHCH В создавшейся атмосфере также присутствует небольшое количество испарений воды и карбоновый диоксид CO2,которые являются вредными примесями - окислителями. Их количества меньше 1%. Полученная атмосфера служит защитной атмосферой при нагреве под закалку, отпуск, а также пайку твердыми припоями. Она служит также несущим газом в процессах цементации, нитроцементации и карбо- нитрирования. Перед началом процессов ТО и ХТО производят продувку рабочей камеры азотом. Для увеличения углеродного потенциала в рабочее пространство печи вводят CH4(при нагреве под цементацию или закалку высокоуглеродистых сталей). Углеродный потенциал: 0,8–1,0% При нитроцементации кроме природного газа (CH4) дополнительно вводят аммиак(NH3). Для карбонитрирования используют аммиак с добавкой спирта и природного газа. Азотирование проводят при использовании только аммиака. Автоматический контроль углеродного потенциала осуществляется по точке росы, содержанию CO2 и кислородному потенциалу. Преимущества: надежность, универсальность. УДК 669,72,011 Преимущество карбонитрации над другими процессами ХТО Студенты гр.104515 Щурский П.А., гр. 104215 Босовец А.Н. Научный руководитель – Щербаков Э.Д. Белорусский национальный нехнический университет г. Минск Карбонитрация является одним из методов химико-термической обработки стали. Применение кар- бонитрации для обработки деталей повышает усталостную прочность на 50-80%, резко увеличивает износо- стойкость по сравнению с цементацией, нитроцементацией, газовым азотированием, обеспечивает мини- мальные величины деформаций в пределах допуска чертежа. Технология применима для упрочнения дета- лей из любых марок сталей и чугуна обеспечивает микронную точность. При этом практически отсутствует хрупкость карбонитрированного слоя. Применение карбонитрации для изделий из быстрорежущих сталей позволило добиться высоких результатов в повышении твердости и - сохранении ее при повышенных тем- пературах – красностойкости. Высокие технико-экономические показатели получают и при упрочнении де- талей. При карбонитрации аустенитных и нержавеющих хромистых сталей повышается твердость, износо- стойкость, подавляется эффект «заедания» при контактном трении. Коэффициент трения снижается с 0,7-0,8 до 0,04-0,15. При толщине слоя 0,1мм, можно достичь 1100HV. Обработка стали в порошковых средах является, достаточно перспективным методом карбонитриро- вания, так как позволяет добиться хороших результатов насыщения при минимальных затратах, простоте в обслуживании и экологической безвредности. В настоящее время процесс порошкового карбонитриования получает еще большее распространение из-за возможности многократного использования порошковых сме- сей. 48 Процесс карбонитрирования осуществляется в смеси древесного угля с железосинеродистым калием, для более полного протекания реакций еще возможно добавление карбоната калия. Железосинеродистый калий не токсичен, не взрывоопасен и не пожароопасен. Температура плавле- ния K4Fe(CN)6 около 630 °С. Используется технический железосинеродистый калий кристаллогидрат – K4Fe(CN)6 *3Н2О. При нагреве до 150 °С происходит отщепление воды: K4Fe(CN)6*3 Н2O -> K4Fe(CN)6+ 3 Н2O. Образование углерода и азота происходит за счет взаимодействия K4Fe(CN)6 и древесного угля. Совмещение процесса карбонитрации с отпуском после закалки является очень технологичным про- цессом, но из-за возможности разрушения инструмента, вследствие действия остаточных напряжений, и из- за неполного превращения при отпуске аустенита остаточного в мартенсит, этого не делают. Заточку инст- румента выполняют после закалки и отпуска непосредственно перед процессом карбонитрации. Необходи- мость подготовки инструмента перед карбонитрацией заключается в шлифовке, обезжиривании, промывке и сушке, для тщательного контакта металла со средой. Можно избавиться от шлифовки, но в этом случае по- является необходимость в дополнительной выдержке инструмента при температуре процесса. Использование древесного угля в качестве насыщающей среды, должно регламентироваться дисперс- ностью взвеси. Наилучший результат достигается при диаметре зерна 3-7мм. Возможно использование кок- са и других углеродсодержащих веществ. Для упаковки инструмента и смеси применяют стальные контейнеры. После упаковки контейнеров их закрывают крышками, а стыки промазывают огнеупорной глиной и просушивают. Удобными и надежными для сохранения активных газов в ящичке являются песочные затворы. Контейнеры загружают в печь с тем- пературой 200°С, предварительно перевернув их вверх дном. При этом выделяющиеся из смеси газы под- нимаются вверх, но выйти наружу не могут и поэтому остаются в ящичке. Насыщение проводят при темпе- ратурах 550-560 °С в течение 1-4 ч. Время выдержки (1,5-2,0 ч) отсчитывается с момента прогрева кон- тейнера. Процесс карбонитрации, как правило, является окончательной операцией. Гетерофазная зона облада- ет повышенной травимостью и на шлифе выглядит темной, карбонитридные зоны – светлые. Пример мик- роструктуры стали приведен на рисунке 1. а) б) Рисунок 1 – Микроструктуры стали: а) Х12МФ, б) 4Х5МФС, подвергнутой карбонитрации (Т = 500 С, 4 ч) после закалки и высокого отпуска, x200. УДК 621.793.7 Термическая обработка покрытий применительно к плазменному формообразованию Студент гр. 104515 Дулебенец А.В. Научный руководитель – Соколов Ю.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Термообработка напыленных покрытий сводятся, в основном, к оплавлению [1], изотермическому отжигу [2], термоциклической обработке [3]. Цель - очистка слоёв покрытий от кислорода и азота, снижения количества пор и оксидов в покрытии, увеличения прочности сцепления покрытия с основой. Оплавление покрытий проводится как после напыления, так и при напылении путём совмещения операций. Процесс оплавления осуществляют на открытом воздухе, в инертной атмосфере, вакууме. В каче- 49 стве источника энергии используют плазму, газ, лазерный луч, переменное магнитное поле индуктора. Оп- лавление обеспечивает повышение уровня свойств напыленных покрытий. Происходит снижение пористо- сти, увеличение износо- и коррозионной стойкости оплавленных покрытий. Структура покрытий после оп- лавления, становится химически более однородной. Включения упрочняющих фаз равномерно распределя- ются по объёму покрытия, причём, размер включений зависит от способа оплавления. Оплавление лазерным лучом обеспечивает более заметное диспергирование частиц упрочняющих фаз, чем оплавление плазменной струёй или пламенем газовой горелки. Тем не менее применительно к процессу плазменного формообразования оплавление покрытий не всегда приемлемо поскольку это может привести к частичному «привариванию» покрытия к основе и как следствие препятствовать последующему его отделению от модели-подложки. В случае формообразования для снятия термических напряжений и снижения ликвации по химическим элементам в объеме покрытия чаще используют изотермический отжиг и термоциклическую обработку (ТЦО). Под ТЦО понимают про- цесс термического воздействия, осуществляемого путём циклического изменения температуры и сопровож- дающегося многократными структурными или фазовыми превращениями при нагревах и охлаждениях. Па- раметрами ТЦО являются температурный интервал циклирования, количество циклов, скорость нагрева и охлаждения. Результатом термоциклирования являются измельчение зерна, диспергирование структурных составляющих, гомогенизация, дробление эвтектик и карбидных ячеек, формирование фрагментированной субзеренной структуры. Термоциклическая обработка проводится с целью достижения конечного результа- та – повышения физико-механических свойств покрытий. Перспективным в направлении структурообразования напыленных покрытий является электрокон- тактный нагрев, сущность которого состоит в нагреве металла за счет пропускания через него электрическо- го тока. Каждый металл имеет свое электрическое сопротивление. Степень разогрева зависит от значения удельного электросопротивления каждого сплава. Кроме того достигаемая температура при одном и том же значении силы тока и электрического напряжения зависит от поперечного сечения образца и его длины. В работе исследовано влияние электроконтактного нагрева на структуру и свойства покрытий, полу- ченных напылением порошков на основе железа. Показано, что характер структурообразования покрытий после термообработки электроконтактным нагревом аналогичен изотермическому отжигу при более высо- ких температурно-временных режимах. Литература 1. Спиридонов Н.В., Панков А.Б., Опекунова Т.Э. Влияние лазерного оплавления на структуру, фа- зовый состав и эксплуатационные свойства покрытий // Машиностроение (Минск). – 1988. - №13. – С.86-90. 2. Борисов Ю.С., Фишман С.П. Влияние высокотемпературного отжига на структуру металлизаци- онных плазменных покрытий // Защит. покрытия на металлах (Киев). – 1974. - №8. – С.118-121. 3. Федюкин В.К., Смагорский М.Е. Термоциклическая обработка металлов и деталей машин. – Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1989. – 225 с. УДК 639.5:681.3 Особые способы построения диаграмм в Excel Студентка гр. 104518 Жуковская А. В. Научный руководитель – Мельниченко В. В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является обучение особым способам построения диаграмм. Добавление в диаграммы горизонтальной и вертикальной линий. Как показывает практика, часто для акцентирования отображаемых данных, необходимо добавление дополнительных линий. Для начала рассмотрим добавление горизонтальной линии. В качестве примера рас- смотрим выпуск продукции за 10-дневный период. Горизонтальная линия будет показывать запланирован- ный уровень. Добавить горизонтальную линию можно введя дополнительный ряд данных. А сама диаграмма стро- ится, как смешанная. На рисунке 1 показан результат применения этой технологии. Добавление вертикальной линии сложнее. Продемонстрируем это на примере выпуска продукции предприятием до и после объединения. Дату объединения покажем в виде вертикальной линии. Для этого необходимо выполнить следующие действия. 1. Вначале на основании данных строим обычную гистограмму. В данном примере это клетки A2:B10. 50 2. Теперь выделяем дополнительный диапазон клеток для вертикального ряда D2:E4. Выбираем меню Правка и команду Копировать. 3. Щелкаем на диаграмме и затем в меню Правка выбираем Специальная вставка. Устанавливаем переключатели Данные в столбцах и Заголовки в первой строке и левом столбце и нажимаем кнопку Ok. 4. Выделяем новый ряд и меняем для него тип диаграммы на точечный без маркеров. В диаграм- ме появятся две вспомогательные оси – сверху и справа со своими шкалами. 5. Теперь настроим эти шкалы для правильного размещения вертикальной линии. Начнем с верх- ней. Выделим ее и установим минимальное значение 0, а максимальное 100. Линия конечно сместится. Так как в нашем случае слияние произошло меду апрелем и маем, выставляем значения 50 в клетках D3 и D4. После настройки положения линии можете отключись отображение верхней оси. 6. Теперь настроим длину вертикальной линии. Можно взять значения шкалы такие же как и ле- вой. Затем отключите отображение правой оси. На рисунке 2 видим конечный результат. Рисунок 1 – Добавление горизонтальной линии Наверное более элегантным является следующий способ отображения смешанной диаграммы из двух рядов данных с дополнительной заливкой области после объединения предприятий. Для построения исполь- зуем те же данные, что и в предыдущем примере. Рисунок 2. Диаграмма с вертикальной линией. 1. Строим гистограмму на основе данных клеток A2:B10. 2. Рядом создаем дополнительный ряд для столбиков, которые создадут фоновую заливку. Количе- ство столбиков такое же как и в соседнем ряду. Высоту дополнительного столбика берем 0, если заливки нет, максимальное значение – для заливаемых фоном. 3. Выделяем клетки D2:E10 и выбираем меню Правка и команду Копировать. 4. Щелкаем на диаграмме и затем в меню Правка выбираем Специальная вставка. Устанавливаем переключатели Данные в столбцах и Заголовки в первой строке и левом столбце и нажимаем кнопку Ok. 5. Выделяем столбцы, отображающие производство. Вызываем контекстное меню, выбираем Фор- мат рядов данных…, активизируем закладку Ось, и делаем отметку по вспомогательной оси. Нажимаем Ok. 6. Выделяем второй ряд, входим в контекстное меню и на закладке Параметры ширину зазора ста- вим равной 0. Переходим на закладку Вид, устанавливаем невидимую границу и способ заливки и нажимаем Ok. 7. Отключите отображение правой оси. 8. Добавьте заголовки и легенду. 9. Результат на рисунке 3. 51 Рисунок 3 - Смешанная диаграмма с фоновой зали УДК 669.292.5.621 Радиационностойкие материалы Студентка гр. 104216 Никитина А.М. Научный руководитель – Пучков Э.П. Белорусский национальный технический университет г. Минск В результате облучения нейтронами, ионами и другими частицами в конструкционном мате- риале накапливаются радиационные точечные дефекты, их скопления и продукты ядерных реакций. Изме- нение его состояния приводит к изменению физических и физико-механических свойств (упрочнение, ох- рупчивание, ускорение ползучести), к формоизменению вследствие распухания и радиационного роста (из- менение линейных размеров), к возникновению в материалах наведенной активности и накопленной внутренней энергии. На процесс образования радиационных дефектов можно повлиять изменением энергии связи атомов, например, путём легирования на твёрдый раствор и изменением энергии первично-выбитых атомов посред- ством изменения энергии первичной частицы, например нейтрона, т.к. снижении энергии нейтронов вызы- вает и снижение радиационных дефектов, и изменение типа продуктов ядерных реакций. Таким образом, накопление тех или иных продуктов ядерных реакций можно регулировать в основном выбором состава материала и изменением спектра нейтронов. Повышенные требования к условиям эксплуатации составных частей активных зон реакторов на бы- стрых нейтронах (рабочие температуры оболочек твэлов выше 750 °С при уровне накопления радиационных повреждений более 180 с.н.а.), с учетом возросших требований безопасности и экологии, предъявляемых к действующим установкам, ставят задачу разработки новых конструкционных материалов, которые должны оптимально обеспечивать работоспособность деталей и узлов этих установок. При выборе конструкционных материалов главные требования предъявляются как к их исходным технологическим, физическим, механическим, так и к радиационным и коррозионным свойствам. Выпол- нение этих требований снижает потенциальную опасность реактора, облегчает его эксплуатацию и допуска- ет многократное использование материалов. Рассмотрим материалы для твэлов в реакторах на быстрых нейтронах, которые работают в условиях высокой энергонапряженности. В настоящее время для их изготовления используются аустенитные и фер- ритно-мартенситные стали. В качестве конструкционных материалов для реакторов БН наиболее перспективными являются сплавы на основе ванадия с титаном и хромом. По сравнению со сталями аустенитного и ферритно-мартенситного классов сплавы системы V - Ti - Сr обладают рядом преимуществ, среди которых высокие прочностные свойства вплоть до температуры 800 °С , низкий уровень наведенной радиоактивности и быстрый ее спад, низкое остаточное тепловыделе- ние, высокое значение параметра термостойкости (термопрочности), высокая радиационная стойкость, от- сутствие высокотемпературного радиационного охрупчивания и распухания. Проведём сравнительную оценку существующих конструкционных материалов оболочек твэлов. Ра- ботоспособность оболочек твэлов и чехловых шестигранных труб из штатных реакторных материалов вы- зывает серьезные опасения в случае их использования в активной зоне будущих промышленных реакторов на быстрых нейтронах, в первую очередь, в связи со значительной радиационной повреждаемостью аусте- нитных, ферритно-мартенситных сталей и никелевых сплавов. Многолетний опыт показал, что успех создания конструкционных материалов для оболочек твэлов достигается при обеспечении высокого уровня трёх основных факторов: комплекса физических, механи- ческих и технологических свойств (включая свариваемость); радиационной стойкости; совместимости с те- плоносителем и топливным материалом. 52 Наиболее важным критерием при оценке конструкционных материалов для рассматриваемых условий является жаропрочность, поскольку она определяет при проектировании установки соответствие материала предъявляемым требованиям, включающим высокую температуру и приложенные механические напряже- ния. В свое время наиболее предпочтительными материалами оболочек твэлов были стали аустенитного класса благодаря удовлетворительному сочетанию служебных свойств: прочности, жаропрочности, корро- зионной стойкости, хорошей технологичности и освоенности промышленностью. При длительных испыта- ниях аустенитные стали имеют преимущество и перед высоконикелевыми сплавами. Однако склонность аустенитных сталей к высокотемпературному радиационному охрупчиванию и, главное, к вакансионному распуханию существенно сужает возможность достижения необходимой степени выгорания ядерного топлива. При переходе от экспериментальных к промышленным сборкам стойкость аустенитной стали 06Х16Н15М2Г2ТФР к распуханию снизилась в связи с технологическими особенностя- ми плавки слитка и изготовления труб. Даже с учетом того, что критерий напряженно-деформированного состояния (распухание 15 – 18 %) не лимитирует достижение дозы ~ 100 с.н.а., максимальное достигнутое выгорание топлива при использовании стали 08Х16Н15МЗБР составляет 11,2 % т.а. при повреждающей дозе до 93 с.н.а. Хромистые ферритно-мартенситные стали хорошо зарекомендовали себя, когда температура эк- сплуатации установок не превышает 550 °С . Основными недостатками 12%-ных хромистых сталей являют- ся низкая жаропрочность при температурах выше 550 – 600 °С, склонность к низкотемпературному радиа- ционному охрупчиванию и существенное разупрочнение в процессе нейтронного облучения при температу- рах выше 550 °С. Кроме того, при температурах до 500 °С в этих сталях также проявляется склонность к вакансионному распуханию. Таким образом, в связи с ужесточением требований по надежности, безопасности и экологическим характеристикам в реакторах нового поколения и существенным повышением рабочих параметров оболочек твэлов (рабочие температуры 320 - 710 °С; достигаемые повреждающие дозы 140 - 180 с.н.а.; окружные на- пряжения до 80- 120 МПа; увеличение ресурса до 5 - 7 лет ) стали аустенитного и ферритно-мартенситного классов, разработанные на сегодняшний день, не могут обеспечить надежную работу твэлов перспективных ядерных установок. Исследованиями последних лет показана перспективность использования в установках с реакторами БН с повышенной рабочей температурой и флюенсом нейтронов, а также в термоядерных энергетических реакторах сплавов на основе ванадия. Они обладают хорошими ядерно-физическими свойствами, такими как быстрый спад наведенной радиоактивности и низкий ее уровень, радиационная стойкость и высокая длительная прочность при 750 °С , в то время как стали ферритно-мартенситного класса разупрочняются при температурах выше 600°С , а аустенитные стали — при 650 °С. Сплавы на основе ванадия с титаном и хромом имеют в температурном интервале 550 -700 °С высокие показатели по времени до разрушения. Удовлетворить повышенным эксплуатационным требованиям могут сплавы на основе ванадия с ти- таном и хромом при условии защиты их от коррозионного воздействия теплоносителя и топлива ферритной нержавеющей сталью. Решением проблемы использования сплавов на основе ванадия может быть плакирование оболочки ферритной нержавеющей сталью. Получен новый радиационностойкий конструкционный материал для оболочек твэлов реакторов на быстрых нейтронах, высокая радиационная стойкость и прочностные свойства которого обеспечиваются сплавом ванадия V - 4Ti - 4Сг, а коррозионная стойкость — нержавеющей ферритной сталью 12X17. Задачей дальнейших исследований является выбор оптимального состава сплавов системы V - Ti - Сr, отработка технологии и изготовление тонкостенных плакированных оболочек и постановка их на облучение в реактор. УДК 621.78 Закономерности деформаций наружных и внутренних поверхностей при индукционной термообработке деталей автотехники ОАО «МАЗ» Магистрант МТФ Бабук Е.П., Научный руководитель – Гурченко П.С. Белорусский национальный технический университет г. Минск Долговечность деталей машин чаще всего определяется прочностными характеристиками рабочих поверхностей. В результате упрочнения деталей термической обработкой неизбежно происходят изменения геометрических размеров, что может приводить к браку в процессе изготовления. При индукционной закал- 53 ке неизбежны остаточные изменения первоначальных геометрических размеров деталей. Это связано как с тепловым расширением детали при нагреве, так и с объёмными изменениями при фазовых (структурных) превращениях, что характерно для всех видов термической обработки. Установлены закономерности коробления различных типовых поверхностей деталей простой формы автотехники при одновременной и непрерывно-последовательной закалке с нагревом токами высокой час- тоты. Закономерности коробления деталей сложной формы рассмотрены путем разложения их на простые поверхности. Установление закономерностей проводилась при термообработке опытных партий. Установлено, что деформации при непрерывно-последовательной закалке цилиндрических деталей являются легко прогнозируемыми и компенсируются введением промежуточных технологических разме- ров. Для оптимизации величин деформаций наружных шлицевых поверхностей при закалке ТВЧ приме- няется способ прерывистого управляемого охлаждения, который обеспечивает необходимую твердость и глубину закалки при минимальных закалочных деформациях. При непрерывно-последовательной закалке цилиндрических поверхностей с выходом на галтель из легированных сталей типа 40Х и 30ХГСА, оптимизация величин деформаций достигается применением специального индуктора с магнитопроводами и выбором оптимального расстояния между индуктором и торцом детали, скорости перемещения детали или индуктора и расхода охлаждающей жидкости. При закалке наружных цилиндрических поверхностей с выходом зоны закалки на галтель из стали 50 при поддержании температуры охлаждающей воды в интервале 24-28 0С и дозировании времени охлаждения с точностью до ± 0,1 с обеспечивается твердость поверхности в интервале 760-800 HV, при минимальной деформации упрочняемых поверхностей составляющей не более 35% от поля допуска. В результате проведенных опытно-экспериментальных работ установлены закономерности деформа- ций целого ряда типовых поверхностей деталей мобильных машин. Полученные результаты исследований позволили оптимизировать режимы индукционной термообработки и повысить конструкционную проч- ность деталей и узлов мобильных машин. УДК 621.791.92 Исследование износостойкости наплавленных покрытий из отходов инструментальных сталей, подвергнутых диффузионному легированию Студент гр. 104515 Алисиевич С.А. Научный руководитель – Стефанович А.В. Белорусский национальный технический университет г.Минск Целью данной работы является исследование износостойкости наплавленных покрытий из отходов инструментальных сталей подвергнутых диффузионному легированию. В промышленности используется широкий перечень наплавочных материалов для повышения стой- кости изделий против абразивного и ударно-абразивного износов. При абразивном износе без ударных на- грузок рекомендуется использовать наплавленные покрытия высокой твердости и с большим количеством твердых частиц: карбидов, боридов и нитридов. Для покрытий, работающих в условиях ударно-абразивного износа, необходимо использовать материалы, которые содержат 20–30% твердых частиц, равномерно рас- пределенных в аустенитно-мартенситной матрице. При этом содержание аустенита должно быть 30–40%. Были разработаны недорогие электроды для наплавки, в состав которых входят отходы штамповой и бы- строрежущей стали, подвергнутые дуффузионному насыщению азотом, углеродом и бором. Износостойкость наплавленных покрытий при нагрузке 100Н обеспечивающей абразивный износ без динамических нагрузок. Износостойкость наплавленных покрытий полученных из отходов стали Р6М5 подвергнутых ХТО при температурах 700, 860, 1050◦С и комплексном насыщении углеродом, азотом и бо- ром в 1,48 – 1,69 раза выше износостойкости широкоиспользуемого наплавочного материала Т590 (твер- дость после наплавки 59 – 62 HRC). Высокая износостойкость наплавленных покрытий из разработанных материалов объясняется морфологией структуры: наличие повышенного количества твердых частиц в структуре и вязкой основы в виде аустенита остаточного уменьшает выкашивание в процессе абразивного изнашивания. При температуре 550 и 600◦С износостойкость имеет невысокие значения из-за вязкой основы и недостаточного количества твердых частиц. Покрытия полученные из отходов стали Х6ВФ имеют значи- тельно меньшую износостойкость в 1,6…2,1 раза по сравнению с покрытиями полученными из отходов ста- ли Р6М5. Такая низкая износостойкость данных покрытий обусловлена их меньшей твердостью и меньшим содержанием твердых частиц в структуре. Покрытия полученные из отходов стали Х6ВФ имеют и прибли- зительно равную износостойкость покрытия из Т590. 54 При ударно-абразивном износе в зоне трения наблюдается интенсивное выкрашивание твердых час- тиц. Степень выкрашивания зависит от пластичности матрицы, которая определяется количеством аустени- та в структуре. Наименьшее выкрашивание обеспечивается определенным содержанием аустенита в струк- туре. Кроме того аустенит при деформации в зоне трения может превращаться в мартенсит, что резко по- вышает износостойкость. Наибольшую ударно-абразивную износостойкость имеют наплавленные покрытия полученные из отходов стали Р6М5 и Х6ВФ предварительно подвергнутых насыщению азотом, углеродом и бором. При этом износостойкость покрытий из отходов стали Р6М5 в 2,2; 3,1 раза выше эталона Т590. Аналогично и для покрытий, полученных из отходов стали Х6ВФ, только повышение износостойкости в 1,6 – 1,7 выше этало- на. Такая высокая износостойкость данных покрытий обусловлена значительным содержанием твердых час- тиц высокой твердости и аустенита в структуре. Наплавленные покрытия, полученные из отходов стали Р6М5 подвергнутые цементации имеют изно- состойкость близкую к эталону Т590, так как структура данных покрытий близка к структуре эталона. Ана- лиз поверхностей трения наплавленных покрытий при ударно-абразивном износе показывает, что у эталона Т590 имеются значительные очаги выкрашивания (рис. 1, а). У разработанных покрытий, имеющих макси- мальную износостойкость очагов выкрашивания не наблюдается (рис. 2, б). Покрытия полученные из отхо- дов стали Х6ВФ предварительно подвергнутых ступенчатому насыщению азотом – углеродом – бором име- ет большую износостойкость в 1,6 – 2,2 раза большую, чем эталоны. а) б) Рисунок 1 – Поверхность трения после ударно – абразивного износа эталона Т590 (а) и покрытия, полученного из отходов стали Р6М5, подвергнутых насыщению азотом-углеродом-бором. ×200 УДК 669.018.2 Интеллектуальные металлические материалы Студентка гр.104216 Федорова И.В. Научный руководитель – Пучков Э.П. Белорусский национальный технический университет г.Минск Интеллектуальный – это слово часто можно услышать в рекламе новых товаров. Но зачастую интел- лектуальным называют любое сложное высокотехнологичное изделие. Между тем устройство является дей- ствительно интеллектуальным, лишь если оно способно реагировать на изменение внешних условий. Под изменением внешних условий, мы понимаем изменение природных условий, условий эксплуатации или пе- ремещение конструкций в пространстве. А реакцией является изменение характеристик устройства. Устройства, чувствующие внешние условия и способны изменять свои характеристики, имеют мно- жество преимуществ по сравнению с обычными устройства-ми: они эффективнее, медленнее изнашиваются и имеют меньшие эксплуатационные затраты. Рассмотрим один вид интеллектуальных металлических материалов – сплавы с эффектом памяти формы (ЭПФ). Сплавы с памятью формы – это сплавы, которые имеют необычное свойство помнить о деформациях. Этот эффект состоит в каучукоподобном поведении, при котором восстанавливаются большие деформации при постоянной температуре (эффект суперупругости), а также в полном восстановлении деформации в ре- зультате изменения температуры. 55 В основе ЭПФ большинства сплавов лежат термоупругие мартенситные превращения (ТУМП). Тео- рия мартенситных превращений основывается на изменении структуры кристаллической решетки, состоя- щая в появлении микрокристаллов мартенситной фазы. Такие переходы не связаны с диффузией или изме- нением химического состава и являются основой высокотемпературных методов обработки металлов. Для полного восстановления формы необходимо, чтобы мартенситное превращение являлось кри- сталлографически обратимым. Кристалллографическая обратимость превращения предполагает не только восстановление кристаллической структуры, зависящей от обратного превращения, но и восстановление кристаллографической ориентировки исходной фазы перед превращением. Кроме того, необходимо, чтобы деформация осуществлялась без участия скольжения, так как скольжение является необратимым процессом и при нагреве деформация не устраняется. При охлаждении материала из аустенитного состояния мартенсит начинает образовываться с некото- рой температуры Мн. При дальнейшем охлаждении количество мартенситной фазы увеличивается, и полное превращение аустенита в мартенсит заканчивается при некоторой температуре Мк. Ниже этой температуры термодинамически устойчивой остается только мартенситная фаза. При нагреве превращение мартенсита в аустенит начинается с некоторой температуры Ан и полностью заканчивается при температуре Ак. При полном термоциклировании получается гистерезисная петля. Шири-на гистерезисной петли по температур- ной шкале Ак–Мн или Ан–Мк может быть различной для разных материалов: широкой или узкой. Важно отметить, что при ТУМП (в отличии от обычных мартенситных превращений, например в ста- лях) межфазные границы между А и М сохраняют когерентность и являются легко подвижными. При охла- ждении (прямое превращение) в интервале температур (Мн–Мк) зарождаются и растут кристаллы мартен- сита, а при нагреве (обратное превращение) в интервале температур (Ан–Ак) кристаллы мартенсита исчеза- ют (превращаются в аустенит) в обратной последовательности. Для изотропного материала при отсутствии внешних напряжений мартенситные пластины, обра- зующиеся при прямом превращении, не имеют преимущественной ориентировки, и локальные сдвиговые деформации в среднем по объему компенсируются. В процессе обратного превращения (М в А) перестройка решетки в исходную протекает строго в обратной последовательности. При этом не наблюдается макроско- пического изменения формы материала, за исключением небольшого изменения объема (например, для сплава на основе TiNi изменение объема составляет около 0,34 %, что на порядок меньше, чем для сталей (» 4 %)). В случае наличия в материале ориентированных напряжений (например, действие внешней нагрузки) мартенситные пластины приобретают преимущественную ориентировку, и локальные сдвиговые деформа- ции приводят к макроскопическому изменению формы образца. В процессе обратного превращения (М в А) перестройка ре-шетки происходит по принципу «точно назад», при этом локальные сдвиговые деформации исчезают и, следовательно, устраняется макроскопическое изменение формы. Внешнее проявление такого поведения материала интерпретируется как ЭПФ. Сплавы с ЭПФ позволяют создавать принципиально новые конструкции и технологии в различных отраслях машиностроения, авиакосмической и ракетной техники, приборостроения, энергетики и т.д. Ши- роко применяются в медецине для соединения костных фрагментов, при лечении сколиоза и костных сосу- дов. Из большинства сплавов с ЭПФ наиболее перспективными для практического применения являются сплавы Ni Ti эквиатомного состава (примерно 50:50 % (ат.)), обычно называемые никелидом титана или ни- тинолом. Изменение состава лишь на 0,1 атомный процент может изменить температуру перехода на 20 и более градусов. По этой причине технологические условия получения сплавов Ni Ti должны выполняться очень строго. Для обеспечения однородности сплава, позволяющей контролировать температуру перехода в пределах 5°С, часто используют индукционное плавление металла. Хотя он дорогой, но имеет наибольшую восстанавливаемую деформацию. Реже используют более дешевые сплавы на основе меди – Cu – Al – Ni и Cu – Al – Zn. Их недостат- ком является то, что у них высокая хрупкость. В космосе необходимо создание орбитальных станций. Например, антенна саморазворачивающейся конструкции. Она состоит из листа и стержня из сплава Ti - Ni, которые свернуты в виде спирали и помеще- ны в углубление в искусственном спутнике. После запуска спутника и выведения его на орбиту антенна на- гревается с помощью специального нагревателя или тепла солнечного излучения, в результате чего она вы- ходит в космическое пространство, так же создана уникальная технология соединения элементов в откры- том космосе и использованием муфты из сплава ТН-1. В интеллектуальных структурах материалы с ЭПФ используют двумя способами. Во-первых, в каче- стве механических и силовых преобразователей создающих движение. Они заменяют сложные механиче- ские устройства приведения в движение, в этом случае движение задается электрическим сигналом системы управления, действующей на основании показания датчиков. К ним относятся, например, летательные аппа- раты с изменяемой геометрией крыла. В этих механизмах активаторы из материалов с ЭПФ изменяют гео- метрическую форму ”гибких” структур подобно действию человеческих мускул. Действие силового преоб- 56 разователя из сплава с ЭПФ состоит в постепенном изменении размеров в процессе нагрева вследствие фа- зового перехода. Второй подход использования сплавов с ЭПФ в интеллектуальных структурах – силовые преобразо- ватели из сплава с ЭПФ распределяют по объему или по поверхности конструкции. Например, силовые пре- образователи в виде проволоки из сплава с ЭПФ вводят в структуру композиционных материалов. Они эф- фективно демпфируют вибрацию и изменяют форму деталей из композиционных материалов. УДК 669.14.018.29 Применение новых высокопрочных и сверхпрочных материалов с высокой пластичностью (ТRIP – стали) в современной промышленности Студент гр. 104216 Удот А. Ю. Научный руководитель – Пучков Э. П. Белорусский национальный технический университет г. Минск В данной статье рассмотрены вопросы получения ТRIP – сталей, а также примеры применения их в автомобилестроении и некоторых других отраслях (авиастроение, медицина). ТRIP – стали по сравнению с обычными (конструкционными низколегированными) сталями облада- ют повышенной прочностью и одновременно пластичностью, т.е при равной прочности (пределом текуче- сти) обладают в 2-3 раза большей пластичностью, что обеспечивают им преимущества в процессе штампов- ки и формования. Применяется для изготовления высоконагруженных деталей: проволоки, тросов, крепеж- ных деталей. В наибольшей степени данные свойства стали востребованы в современной автомобильной промышленности так как может быть использована для производства более сложных деталей, обеспечивая большую свободу инженерам при выборе дизайна, оптимизации (снижении) веса и общей технологии про- изводства автомобиля. Метастабильные высокопрочные аустенитные стали называют ТRIP – сталями (TRIP – от на- чальных букв слов Transformation Induced Plasticity) или ПНП – сталями (пластичность, наведенная превращением). Эти стали содержат 8…14% Cr, 8…32% Ni, 0,5…2,5%Mn, 2…6%Mo, до 2% Si. При- мер марочного состава: 30Х9Н8М4Г2С2, 25Н25М4Г1. Отличительной особенностью сталей является то, что после аустенизации при 980…1200ºС температуры мартенситного превращения МН и МД (на- чало образования мартенсита деформации), находятся ниже 20ºС, т.е. стали имеют аустенитную структуру. Для придания стали высоких механических свойств после аустенизации ее подвергают 80%- ной деформации (прокатка, волочение, гидроэкструзия и т.д.) при 250…550ºС (ниже температуры рек- ристаллизации). При деформации аустенит претерпевает наклеп и обедняется углеродом, что приво- дит к повышению точек МН и МД. При этом точка МД становится выше 20ºС. При охлаждении, следовательно, аустенит становится метастабильным и при его дальнейшем деформировании происхо- дит мартенситное превращение. Поэтому при испытании на растяжение участки аустенита, где лока- лизуется деформация, претерпевают мартенситное превращение, что приводит к местному упрочне- нию, и деформация сосредотачивается в соседних (неупрочненных) объемах аустенита. Следователь- но, превращение аустенита в мартенсит исключает возможность образования “шейки”, что объясняет высокую пластичность ПНП-сталей. Механические свойства ПНП-сталей: σ0.2 = 1400 – 1500 Мпа; σв = 1500 – 1700 Мпа; δ = 50 – 60 %. Характерным для этой группы сталей является высокое значение вязкости разрушения и пре- дела выносливости σ-1. При одинаковой или близкой прочности ПНП-стали пластичнее, а при равной пластичности имеют более высокий предел текучести, чем мартенситно-стареющие стали или легиро- ванные высокопрочные стали. Эти стали, используют для изготовления высоконагруженных деталей: проволоки, тросов, кре- пежных деталей и др. Известна новая высокопрочная сталь с нестабильным аустенитом 23Х15Н5СМ3Г, микролегирован- ная Ti, измельчающим зерно аустенита, для изготовления холодного проката, используемого для ответст- венных деталей авиатехники, работающих в условиях воздействия циклических нагрузок, также различных типов труб с целью транспортировки газа или нефти т.д. Применительно к высокопрочным коррозионностойким сталям с аустенитной структурой, исполь- зуемым в производстве тонкого стержневого медицинского инструмента и упругих элементов, была разра- ботана практически безуглеродистая (С< 0,03%) высокопрочная коррозионностойкая аустенитная сталь на 57 Fe-Cr-Ni основе, дополнительно легированная Co, Mo, Ti и Al, предназначенная для изготовления высоко- прочной проволоки тонких и тончайших сечений (сталь 03Х14Н11К5М2ЮТ). Рассмотрим изменение механических и физических свойств аустенитной стали 03Х14Н11К5М2ЮТ на всех этапах обработки. На первом этапе рассматриваемой технологии – аустенитизации – установлено, что микроструктура исследуемой стали 03Х14Н11К5М2ЮТ после закалки от температур 800-1300 °С состоит практически из 100% аустенита. Наилучшей температурой нагрева под закалку с точки зрения оптимального сочетания прочностных и пластических свойств является температура 1000 °С. Механические свойства после закалки составляют: σв = 540 МПа, σ0,2 = 245 МПа, δ = 65 %, ψ = 85 %. Дальнейшей технологической операцией является деформирование волочением. Особенностью леги- рования исследуемой аустенитной стали является низкое содержание углерода и легирование такими эле- ментами как, Ni и Co, уменьшающее степень закрепления дислокаций, что позволяет проводить высокие суммарные пластические деформации. Наличие деформационно-метастабильного аустенита, протекание мартенситных превращений и ТРИП-эффекта позволило проводить холодную пластическую деформацию с чрезвычайно высокими степенями обжатия (е = 2,32; 3,20; и порядка 5) и получать в структуре нанокристал- лическое состояние. Электронно-микроструктурные исследования метастабильной аустенитной стали по- зволили установить причину её высокой пластичности, обусловленную совместным действием равномерно- го скольжения, микродвойникования и мартенситных превращений с интенсивностью, обеспечивающей образование субмикрокристаллов мартенсита. Так, исследуемая сталь была протянута с диаметра 14,3 мм на диаметр 2,77 мм; с диаметра 7,0 мм на диаметр 0,5 мм; с диаметра 3,0 мм на диаметр 0,15 мм без промежу- точных смягчающих обработок, при этом прочностные свойства составляли:  σв = 1480 МПа σ0,2≈ 1200 МПа, δ ≈ 4% на диаметре 2,77 мм;  σв ≈ 2000-2150 МПа, σ0,2≈ 1000-1400 МПа, δ ≈ 2% на диаметре 0,5 мм;  σв ≈ 2200-2150 МПа, Рузл ≈ 50% на диаметре 0,15 мм. Таким образом, интенсивной холодной пластической деформацией удаётся повысить прочностные свойства более чем в 4 раза. Дополнительно увеличить прочностные свойства и сформировать высокий комплекс физикомеханических свойств на проволоке или готовых изделиях позволяет последеформацион- ное старение. Старение деформированной стали вызывает дополнительное повышение механических свойств, которое связано с процессами распада мартенсита деформации. Получение повышенного количества аустенитной фазы в образцах исследуемой стали может привес- ти к занижению степени упрочнения при последующем старении. Естественно изменение твердости связано в первую очередь с процессом распада пересыщенных твердых растворов. После закалки, деформации е = 2,32 и старения при 500°С механические свойства составляют: σв = 2480 МПа, σ0,2 = 1900 МПа, ψ = 45%, δ = 2% на диаметре 2,77 мм; σв = 2850-3000 МПа, Рузл > 50% на диа- метре 0,15 мм. УДК 669:620.18 Определения балла зерна стали компьютерными методами Студент гр.104215 Бислюк Л.В. Научный руководитель – Анисович А.Г. Белорусский национальный технический университет г.Минск Цель работы: проанализировать этап определения размера зерна стали и оценить эффективность ме- тодики определения балла зерна стали компьютерными методами. За последнее десятилетие разрешены основные проблемы полной автоматизации количественного микроанализа с использованием принципа сканирования структуры и телевизионной техники. Созданы на- дежно работающие промышленные устройства, автоматически анализирующие структуру, с использовани- ем методов стереометрической металлографии. Это открывает весьма широкие перспективы дальнейшего развития и распространения методов. Стандартной методикой определения размера и балла зерна стали является ГОСТ 5639-82 Методы выявления и определения величины зерна.  Визуального сравнения видимых под микроскопом зерен с эталонами шкал;  Подсчета количества зерен, приходящихся на единицу поверхности шлифа, с определением сред- него диаметра и средней площади зерна;  Подсчета пересечений границ зерен отрезками прямых с определением среднего условного диа- метра в случае равноосных зерен, количества зерен в 1 мм3 в случае неравноосных зерен; 58  Измерение длин хорд под микроскопом или с использованием микрофотографий с определением относительной доли зерен определенного размера;  Ультразвуковым; Указанные методы применяются для оценки величины зерна, имеющего форму, близкую к равноос- ной. Существующие программы обработки изображений и их возможности Назначение и возможности программы ВидеоТесТ – Размер 5.0 Программа ВидеоТесТ – Размер 5.0 предназначена для работы с изображениями, а также сериями изображений в составе одного документа. Программа обеспечивает широкие возможности для проведения измерений, редактирования и преобразования изображений Назначение и возможности программы Autoscan Areas Программа Autoscan Areas (AS Areas) предназначена для измерения площадей определенных зон на изображении. Она позволяет производить ручное выделение требуемых зон по их яркостным и цветовым характеристикам с одновременным автоматическим вычислением их площадей. Назначение и возможности программы Autoscan Objects Программа Autoscan Objects предназначена для морфологического анализа изображений. Она позво- ляет производить ручное, полуавтоматическое и автоматическое выделение объектов на полутоновых и цветных изображениях и их автоматическую классификацию по заданным параметрам. №1 №2 №3 №4 №5 59 Назначение и возможности программы SIAMS 700™ предназначена для анализа макро- и микро- структуры материалов: металлов и сплавов, стекла, керамики и др. Новая табличная технология обеспечивает определение количественных характеристик макро- и мик- роструктур материалов; статистический анализ и автоматическое создание отчетов по результатам исследо- вания; составление атласов цифровых эталонных изображений. Система содержит готовые модули для ав- томатизированного решения типовых задач материаловедения. Программный пакет ImageSP предназначен для сканирования изображений при помощи электрон- ных микроскопов и научных камер, а также последующей обработки полученных изображений и серий изо- бражений. Определение балла зерна Ст0 в специализированном модуле программ обработки изображений «IMAGE – SP». Для получения результатов измерений в реальных единицах измерения была произведена калибровка системы. Все образцы были исследованы при увеличении 100. Таблица1 – Подсчет количества зерен №образца Ст0 N Внутр. Пересеч. Кол-во в 0.5 мм^2 Кол-во в 1 мм^2 Ср. пло- щадь Ср. диа- метр №1 1(G = 8) 986 77 1023 2046 0,00049 0,0221 №2 1(G = 7) 377 49 400 800 0,00125 0,035 №3 1(G = 5) 108 36 125 250 0,004 0,063 №4 1(G = 3) 26 23 36 72 0,0139 0,118 №5 1(G = 1) 8 5 9 18 0,056 0,236 Результаты значений стали Ст0 соответствуют значениям шкал ГОСТ 5639-82 Методы выявления и определения величины зерна. УДК 621.785 Структурная наследственность сталей Студент гр. 104216 Рысенков А.И. Научный руководитель – Пучков Э.П. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является усиление внимания к проблеме наследования размера зерна у ста- лей при термической обработке Структурная наследственность для сталей играет очень важное значение. В современном мире мало какая деталь, изготовленная из сталей и цветных металлов, не подвергается термической обработке. Но мало её провести, нужно знать правильные режимы, исходя из химического состава и требуемых свойств мате- риала, а также иметь понятие о тех превращениях, которые протекают в материале детали. Одна из главных задач проведения термической обработки – получение требуемого уровня механиче- ских свойств, и, в свою очередь, фактор который оказывает на это существенное влияние это размер зерна матрицы металла, полученный в ходе проведения термической обработки. Иногда получение требуемого балла зерна вполне предсказуемо и не составляет никакой сложности, но также имеет место, когда вместо ожидаемых размеров зерна стальной матрицы бываю получены совсем иные результаты. Учёными были исследованы такие моменты и выяснилось, что стали способны наследовать не только размер, но и форму зёрен, которую они имели до начала проведения термической обработки, несмотря на то, что исходя из хи- мического состава стали, при данной термической обработке должны быть получены иные результаты. Вот некоторые существенные аспекты проявления и удаления структурной наследственности сталей: 1) Все проявления структурной наследственности существенно зависят от исходной структуры ста- ли; трудности с исправлением структуры и вида излома возникают при исходных структурах кристаллогра- фически упорядоченного типа. Нельзя рассчитывать в этом случае на обязательное или полное исправление структуры доэвтектической стали в результате нагрева лишь незначительно выше точки Ас3 – исправление структуры и излома может быть только частичным или совершенно отсутствовать. 2) Существенное значение для успеха исправляющей структуру обработки имеет скорость нагрева в температурном интервале образования аустенита. Ускоренный нагрев способствует получению более мел- козернистой структуры; медленный нагрев может и совсем не изменить величину зерна аустенита по срав- нению с исходной структурой. 3) Химический состав также оказывает большое влияние на размер зерна аустенита, а значит и са- мой стали после термической обработки. Так содержание, главным образом, алюминия в стали делает её 60 наследственно мелкозернистой, также, в свою очередь, все легирующие элементы, за исключением марган- ца и бора, в большей или меньшей степени уменьшают склонность роста зерна аустенита при нагреве. 4) Особый случай представляет очень быстрый нагрев закалённой стали, когда непосредственно выше Ас3 получается зерно аустенита, равное исходному, т.е. также отсутствует фазовая перекристаллиза- ция. Повышение температуры или некоторая выдержка в надкритической области приводят к резкому из- мельчению зерна аустенита и полному исправлению вида излома. Дело в том, что в сталях повышенной легированности восстановление зерна аустенита наблюдается уже совсем не при экзотических условиях нагрева, и восстановленное зерно устойчиво в течении несколь- ких часов. 5) Когда измельчения зерна и исправления вида излома нельзя достигнуть нагревом непосредствен- но выше Ас3 может потребоваться нагрев до более высоких температур в аустенитной области. 6) Наилучшим и наиболее эффективным способ устранения последствий перегрева в структуре и изломе остаётся полный отжиг с распадом аустенита при охлаждении на структуры перлитного типа. Жела- тельно, чтобы скорость нагрева под отжиг не был слишком малой. В противном случае, и при отжиге может не получиться ожидаемого эффекта. Нормализация или тем более закалка легированных сталей может привести к получению кристалло- графически упорядоченных структур. Исправление структуры достигается скорее и лучше, если охлаждение ведётся так, чтобы обеспечивался распад аустенита в структуры перлитного типа. 7) Восстановление крупного исходного зерна при медленном нагреве стали с кристаллографически упорядочен- ной структурой может повлечь за собой замедление распада переохлажденного аустенита вследствие его крупно- зернистости. Это означает, что время для полного распада аустенита при изотермическом отжиге может оказаться недостаточным, если не будет учтена возможность замедления превращения из-за влияния исходной крупнозерни- стости, сохранившейся после нагрева выше точки Ас3. 8) Ускорение процесса образования аустенита достигается и предварительной пластической дефор- мацией. Наклёп в α-состоянии препятствует появлению всех разновидностей структурной наследственности и, вообще, приводит к измельчению зерна аустенита, образующегося при нагреве. 9) Цементуемые заготовки необходимо нормализовать перед проведением операции химико- термической обработки. 10) Возможность перлитного распада при остывании отливки должна рассматриваться как положи- тельное качество стали, предотвращающее резкие проявления структурной наследственности. При термиче- ской обработке быстрорежущих сталей нужно избегать повторной закалки, а если уже необходимость в по- вторной закалке возникла, то обязательно подвергать сталь перед новой закалкой смягчающему отжигу. 11) Повышенная прочность, приобретённая в результате термомеханической обработки или даже просто холодного наклёпа, может сохраняться полностью или частично после новой закалки. Аустенит в некоторых высоколегированных сплавах может быть незаметно упрочнён путём прямого или обратного мартенситных превращений. 12) Восстановленное зерно аустенита несколько отличается от исходного по форме в связи с возник- новением при восстановлении своеобразной зубчатости границ. Это относится, по-видимому, почти в рав- ной мере к восстановлению при быстром и медленном нагревах. Вероятно, в этом случае изменение формы границ повлечёт за собой изменение ударной вязкости и характера разрушений. В результате двойной закалки получается зубчатая форма зерен, что приводит к повышению ударной вязкости стали. Приведенный, далеко не полный, конечно, ряд примеров показывает, что закономерности проявления структурной наследственности могут иметь существенное значение для практики термической обработки стали. УДК 621.793.7 Получение конгломерированных композиционных порошков для плазменного напыления Студент гр. 104515 Тимошенко Н.П. Научный руководитель – Соколов Ю.В. Белорусский национальный технический университет г.Минск Целью настоящей работы является усиление внимания к проблеме получения конгломерированных композиционных порошков NiCr-Ti в смесителе шнекового типа для плазменного напыления. 61 Для получения композиционных порошков методом конгломерирования используют исходные по- рошковые дисперсные материалы с различными физико-механическими свойствами. При получении конг- ломератных гомодисперсных порошков используют тонкодисперсные порошки фракцией 1—10 мкм, при получении гетеродисперсных порошков применяют порошки разных фракций: 5—10 и 60—100 мкм. В ряде случаев целесообразно введение в состав для конгломерации веществ, обладающих восстановительной спо- собностью, например галогенидов, присутствие которых в порошке при напылении обеспечивает очистку контактирующих поверхностей и повышение реакционной способности компонентов порошка [1]. Конгломератные частицы можно получить следующими методами: 1) спекания механических смесей с последующим измельчением; 2) совместной деформации; 3) самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС); 4) восстановительного отжига смеси; 5) электрофоретический; 6) с использованием органических и нетрагических связок. В настоящее время наиболее широко используется метод получения композиционных порошков для газотермического напыления с применением связующих веществ. Использование данного метода позволяет создать композиции на основе комбинаций практически любых компонентов, при этом технологические варианты его осуществления отличаются простотой и экономичностью. Композиционные порошки на связках получают путем образования конгломератов из исходной сме- си. Соединение составляющих конгломератов между собой осуществляется с помощью связующих веществ в смесителях или распылительных устройствах. Дальнейшее использования данного конгломерата для газо- термического напыления предъявляет некоторые требования к порошку: порошок должен иметь ограничен- ный гранулометрический состав, определенные физико-механические свойства и химический состав. На качество получаемых композиционных порошков оказывают влияние свойства материалов (для исходных порошков: гранулометрический состав, форма частиц, шероховатость поверхности, плотность, химический состав; для связующих веществ: температура сушки, способность смачивать порошки, прочность высушен- ной связки), конструкция перемешивающего устройства и технологические параметры проведения процесса конгломерирования. Для осуществления взаимного однородного распределения компонентов принудитель- ная взаимная конвективная диффузия создается в результате вращения лопастей смесителя. Поэтому боль- шое значение имеет режим работы перемешивающего устройства [2], к которому предъявляют следующие требования: 1) смесительный орган должен обеспечивать перемещение отдельных слоев относительно друг дру- га, в объеме смесителя должна быть исключена мертвая зона; 2) смеситель должен обеспечивать ведение процесса при определенном температурном режиме, ко- торый обусловлен необходимой скоростью сушки или затвердевания связующего вещества. В качестве возможных связующих веществ используются: акрилаты, поливинилхлорид, полиуретан, поливиниловый спирт, силикаты щелочных металлов и др. При выборе, связующего вещества необходимо учитывать эксплуатационные свойства покрытия. В работе исследовали процесс получения конгломерированных композиционных порошков NiCr-Ti в смесителе шнекового типа. Состав композиций в объеме каждой частицы соответствовал 3,0; 4,0; 6,0 % ти- тана. Шнековый смеситель (рисунок 1) для получения конгломерированных композиционных порошков содержит привод 1 осевого вращения вертикальной смесительной камеры 2, размещенной в теплоизоли- рующем сосуде 3 с нагревателем 4, автономный привод, образованный зубчатыми парами 5 и 6 червячного редуктора 7, приводимого от двигателя 8, рабочий орган, образованный двумя шнеками 9 и 10, размещен- ными в смесительной камере 2 эксцентрично относительно вертикальной оси вращения смесительной каме- ры 2 и коаксиально друг относительно друга. Шнеки 9 и 10 выполнены с различным направлением их винтовых образующих. В донной зоне смесительной камеры 2 размещены скребки 11. Автономный привод-червячный редуктор 1 осевого вращения смесительной камеры 2 приводится во вращение от двигателя 12. Зубчатые пары 5 и 6 автономного привода шнеков 9 и 10 обеспечивают их однонаправленное вращение. Планетарное вращение шнеков 9 и 10 происходит за счет их расположения в смесительной камере 2 эксцентрично относительно вертикальной оси вращения смесительной камеры 2 [3]. 62 Установлено, что вращение шнеков должно осуществляться в противоположном направлении. Высокий выход годной фракции композиционного порошка (63…100 мкм) получается в том случае, если оба шнека одновременно подают смесь к поддону смесителя. При этом выход годной фрак- ции на 5…10 % выше по сравнению со случаем, когда каждый из шнеков подает смесь в противо- положном направлении. Выход годной фракции определяли из соотношения массы отбора к массе всего полученного конгломерата в процентах. От- бор годной фракции производили с помощью сит. Состав композиций контролировали методом хи- мического анализа отобранных проб. Литература 1. Кулик, А.Я., Борисов Ю.С. Газотермиче- ское напыление композиционных порошков. – Л.: Машиностроение, 1985. – 199 с. 2. Калиновский, В.Р. Конгломерированные композиционные порошки для газотермического напыления / В.Р. Калиновский [и др.] // Перспек- тивы развития поверхностного и объемного уп- рочнении сплавов: сб. тр. – Минск: БНТУ, 2004. – С. 124-133. 3. Соколов, Ю.В. Получение и использова- ние конгломерированных композиционных порошков для плазменного формообразования / Ю.В. Соколов [и др.] // Материалы пятой международной научно-технической конференции: сб. тр. – Минск: БНТУ, 2009. - С.287-291. УДК 669.58+621.785.3 Преимущества и недостатки горячего цинкования Студент гр. 104216 Галимский А.И. Научный руководитель – Константинов В.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Среди многочисленных процессов нанесения защитных покрытий на стальные и чугунные изделия цинкование занимает одно из ведущих мест. По объему и номенклатуре защищаемых от коррозии изделий цинковым покрытиям нет равных среди других металлических покрытий. Это обусловливается многообра- зием технологических процессов цинкования, их относительной простотой, возможностью широкой меха- низации и автоматизации, высокими технико-экономическими показателями. На рисунке 1 представлена схема расположения слоев (фаз) цинкового покрытия, полученного горя- чим цинкованием. В горячецинковом покрытии присутствует 5 фаз (α, γ, δ, ζ, η), последовательность распо- ложения которых находится в точном соответствии с диаграммой состояния системы Fe—Zn по линии тем- пературы цинкования. Рассмотрим расположение слоев покрытия в направлении от стального основания покрываемого изделия к поверхности (краю) покрытия. Переходной фазой от основного металла к слою по- крытия является α-фаза. Она имеет вид светлой полосы в структуре основного металла. Особенно ярко вы- является на диффузионно цинкованной в порошковой смеси стали. Растворимость цинка в α-фазе при 250 °С составляет 4,5%. Непосредственно на поверхности стали (покрываемого изделия) находится γ-фаза, ко- торая выглядит в виде очень узкой (1—3 мкм) темной полосы. Она содержит от 28 до 21% железа и является поставщиком для процесса диффузии. После зоны γ-фазы в цинковом покрытии следует слой δ-фазы с со- держанием железа от 11,5 до 7%. При травлении δ-фаза обнаруживает две зоны: компактную, примыкаю- щую к γ-фазе, и столбчатую (волокнистой структуры). Следующая за δ-фазой ζ-фаза обычно имеет ярко вы- раженную столбчатую структуру. Содержание железа в ζ-фазе составляет 6,2—6,0%. Верхний слой покры- тия (η-фаза) представляет собой твердый раствор железа в цинке. Максимальная растворимость железа в цинке равна 0,008%, но с повышением температуры до 400 °С она возрастает до 0,028%. В зависимости от режима цинкования этот верхний слой цинковых покрытий, полученных в расплаве цинка, может состав- 63 лять от 1/3 до 1/2 и более толщины слоя покрытия (рис. 1). В основном состав этой фазы соответствует со- ставу расплава цинка, однако иногда в верхнем слое может быть обнаружено повышенное содержание желе- за, например, когда в этот слой внедряются кристаллы ζ-фазы. Рисунок 4 – Схема расположения слоев цинкового покрытия Как отмечалось выше, структура цинкового покрытия, полученного в расплаве цинка, неоднородна и состоит из нескольких последовательно расположенных слоев (фаз), обладающих различными свойствами и содержащих различные количества цинка и железа. Структурная неоднородность и различие в химическом составе по толщине покрытия отрицательно сказывается на коррозионной стойкости и других его свойствах. Наиболее хрупкими фазами в диффузионном цинковом покрытии являются γ- и ζ-фазы, а наиболее коррози- онностойкой и достаточно пластичной является δ-фаза. Известно, что скорость роста отдельных фаз может меняться в зависимости от температуры процесса цинкования и, кроме того, каждая фаза в соответствии с диаграммой состояния системы Fe—Zn устойчива в определенном температурном интервале. Исходя из этого и учитывая, что наиболее коррозионностойкими и прочными являются покрытия с однородной струк- турой, целесообразно создавать такие условия образования покрытия, при которых в нем преимущественно развивались бы пластичные, наиболее коррозионностойкие фазы и подавлялось образование хрупких. И это реализуется путем термической обработки горячеоцинкованных изделий. При этом существенно изменяют- ся структура и фазовый состав горячецинкового покрытия, и оно превращается в диффузионное, полностью состоящее из железоцинкового сплава. По данным компании «Скандинавиан Лед Зинк Асс» (Швеция), по- сле термической обработки горячецинковое покрытие полностью состоит из интерметаллического соедине- ния FeZn7 (δ-фаза) и имеет повышенную стойкость в атмосфере, содержащей SO2. Одним из важнейших свойств является прочность сцепления с поверхностью покрываемого изделия. При соблюдении технологии нанесения сцепление цинкового покрытия, полученное в расплаве цинка, оп- ределяется, главным образом, температурой расплава цинка и продолжительностью взаимодействия рас- плавленного цинка с поверхностью покрываемого изделия, например, трубы. Эти параметры определяют степень проникновения атомов цинка в стальную подложку покрываемого изделия и, в конечном итоге, сте- пень сцепления покрытия с подложкой. Известно, что время контакта стальных изделий, например, труб при горячем цинковании составляет от 30—45 секунд до 1,0—2,0 минут (в зависимости от вида и сортамента труб), при этом атомы цинка не глубоко проникают в покрываемое изделие, и степень сцепления образую- щегося цинкового покрытия с подложкой невелика. Следует отметить такие достоинства горячего цинкования, как надежность, простота процесса, отсут- ствие необходимости использования специального оборудования, невысокая стоимость, легкость примене- ния, время выполнения, прочность, надежность системы и постоянство результатов. Недостатками этого метода являются необходимость предварительной обработки поверхности детали перед цинкованием, большое количество образующихся фаз, не очень прочное сцепление покрытия с по- верхностью изделия, неравномерность толщины покрытия, требуется специальная высадка под толщину покрытия, внешний вид покрываемых изделий. С учетом всех достоинств и недостатков горячее цинкование является одним из наиболее актуальных методов защиты металлов от коррозии и широко применяется на предприятиях для покрытия всевозможных изделий. 64 УДК 669.14-156 Использование аморфных материалов в технике Студентка гр.104216 – Валуй А.А. Научный руководитель – Пучков Э.П. Белорусский национальный технический университет г. Минск Аморфное состояние – это предельный случай термодинамической нестабильности твердых металлов и сплавов, для которых характерна как атомно-структурная однородность, так и идеальная фазовая и хими- ческая однородность. Аморфноые сплавы представляют собой однофазную систему – пересыщенный твердый раствор, атомная структура которого аналогична атомной структуре переохлажденного расплава. Они обладают вы- сокой микро- и макрооднородностью, в них отсутствуют такие источники фазовой неоднородности, как из- быточные фазы и ликвации. С помощью рентгеновской, нейтронной, электронной дифракции было показано, что в аморфных ме- таллических сплавах (АМС) имеется более или менее четко определяемый на расстоянии двух-трех сосед- них атомов так называемый ближний порядок. Ближний порядок, лежащий в основе структуры аморфных сплавов, является системой метастабильной. При нагреве до температуры кристаллизации Тх он перестраи- вается в обычную кристаллическую структуру. В среднем для большинства аморфных сплавов Тх находится в пределах 650-1000 К. К счастью, при комнатной температуре аморфные сплавы могут сохранять структуру и свойства в течение 104 – 105 лет. На рисунке 1 представлено схематическое изображение ТТТ-диаграммы( начальные буквы англий- ских слов температура-время-превращение), которая показывает характер фаз, образующихся при различ- ных скоростях охлаждения .При переохлаждении жидкой фазы ниже равновесной температуры Тпл скорость кристаллизации достигает максимума при температуре Тп. Если жидкость закалить со скоростью выше кри- тической до температуры стеклования Тд, то система будет заморожена и образуется аморфное состояние. Рисунок 1.Схема диаграммы процесса образования фаз в переохлажденном расплаве: а) критическая скорость охлаждения с получением аморфного состояния; б) изотермический отжиг, приводящий к кристал- лизации в период времени τx; в) медленный нагрев, ведущий к кристаллизации при температуре Тх. Аморфная структура характеризуется отсутствием дальнего порядка в расположении атомов, благо- даря чему в ней нет кристаллической анизотропии, отсутствуют границы блоков, зерен и другие дефекты структуры, типичные для поликристаллических сплавов. Следствием такой аморфной структуры являются необычные магнитные, механические, электриче- ские свойства и коррозионная стойкость аморфных металлических сплавов. Существуют следующие методы получения аморфных металлов: 1. Осаждение металла из газовой фазы: вакуумное напыление, распыление и химические реакции в га- зовой фазе. 2. Затвердевание жидкого металла. К этой группе относятся различные методы закалки из жидкого со- стояния. 3. Введение дефектов в металлический кристалл. Сюда можно отнести методы облучения частицами поверхности кристалла, воздействия ударной волной и ряд других. 4. Имеется также одна особая группа методов, где речь идет об электролитическом осаждении аморф- ных пленок из растворов электролитов, главным образом водных. В промышленном производстве аморфные металлы получают:  катапультированием капли на холодную пластину;  распылением струи газа или жидкости;  центрифугированием капли или струи; 65  расплавлением тонкой пленки поверхности металла лазером с быстрым отводом тепла массой ос- новного металла;  сверхбыстрым охлаждением из газовой среды. Аморфные сплавы на основе металлических систем характеризуются специфичными физико- химическими, механическими и технологическими свойствами, существенно отличающимися от свойств тех же сплавов в моно- и поликристаллическом состоянии. К преимуществам аморфных материалов относятся: малая чувствительность магнитных параметров к внешним механическим воздействиям, большое удельное электросопротивление, наличие сплавов с хоро- шими свойствами, не содержащих дефицитных элементов, меньшая трудоёмкость изготовления. Для боль- шинства аморфных сплавов характерна квадратная форма петли гистерезиса, и они относятся к классу само- защищающихся сплавов, т.к. могут самопроизвольно пассивироваться как в атмосферных условиях, так и в различных агрессивных средах. Применение аморфных сплавов напрямую связано с их уникальными свойствами. Высокие прецизионные и пружинные свойства позволили использовать аморфные материалы для из- готовления пружин, мембран манометров, датчиков скорости, ускорения, крутящего момента, пружин часо- вых механизмов, весов, индикаторов часового типа и других прецизионных пружинных устройств. Аморфные материалы используют для армирования трубок высокого давления, изготовление метал- локорда шин и др., что связано с их высокой прочностью. Высокая прочность в сочетании с коррозионной стойкостью позволяют использовать аморфные спла- вы для изготовления кабелей, работающих в контакте с морской водой, а также изделий, условия эксплуата- ции которых связаны с воздействием агрессивных сред. Из аморфной ленты изготавливают предметы быто- вого назначения – бритвенные лезвия, рулетки и др. Аморфные высокоуглеродистые сплавы, содержащие Cr, Mo, W, обладают высоким сопротивлением разрушению и термической стабильностью, такие сплавы используются в высокопрочных композитах. Аморфные сплавы Fe-Si-B с высоким магнитным насыщением были предложены для замены крем- нистых сталей в сердечниках трансформаторов. Экономия энергии вследствие снижения гистерезисных по- терь составила только в США 300 млн./ долл. Из-за высокой начальной проницаемости, а также нулевой магнитострикции эти материалы находят применение в звуко-, видео-, компьютерном и другом записывающем оборудовании. Известно применение аморфных сплавов в качестве катализаторов химических реакций, специальных припоев, сверхпроводящих кабелей и др. Аморфные металлы часто называют материалами будущего, что обусловлено уникальностью их свойств, не встречающихся у обычных кристаллических металлов. Широкому применению аморфных металлов препятствуют высокая себестоимость, сравнительно низкая термическая устойчивость, а также малые размеры получаемых лент, проволоки, гранул. Кроме того, применение аморфных сплавов в конструкциях ограничено из-за низкой свариваемости. УДК 669.018.8 Экономнолегированные коррозионно-стойкие стали Студентка гр.104216 Белько О.С. Научный руководитель – Пучков Э.П. Белорусский национальный технический университет г. Минск Одним из основных направлений в разработке экономнолегированных нержавеющих сталей является создание безникелевых и малоникелевых сталей, в которых аустенитная структура обеспечивается легиро- ванием азотом и марганцем. Коррозионно-стойкие Сг-Мn-стали могут вполне конкурировать с Cr-Ni- сталями, если учесть различие мировых цен на никель и марганец, а также присущий марганцовистому ау- стениту благоприятный комплекс свойств. Как следует из структурной диаграммы Fe-Cr-Mn (рис. 1), при содержании хрома 14 %, независимо от концентрации марганца в сталях, наблюдается переход от аустенитной к двухфазной аустенитно-ферритной структуре, так как марганец практически не расширяет область γ-твердых растворов при его концентрации более 14 %. Двухфазная α+γ-структура является неблагоприятной для Сг-Mn-сталей, так как ухудшает их технологические свойства при температурах горячей и холодной обработки давлением. В связи с этим наибольший интерес представляют коррозионно-стойкие Сг-Мn-стали с аустенитной структурой. Легирование марганцем сталей системы Fe-Cr-Ni широко используется для обеспечения достаточной растворимости азота при температурах кристаллизации жидкого металла. Введение 3-5 % Мn в хромонике- 66 левые стали, содержащие более 15 % Ni, в значительной степени улучшает их свариваемость, обеспечивая высокую стойкость металла шва против образования горячих трещин. Разработанные высокопрочные кор- розионно-стойкие стали системы Fe-Сг-Ni-Мn-N аустенитного класса 07Х21Г7АН5 (ЭП-222) и 03Х20Н16АГ6 обеспечивают уровень характеристик прочности σ0,2≥370 МПа; σв≥700 МПа при сохранении вязкости и пластичности до температур, близких к абсолютному нулю. Такие стали используются для изго- товления крупногабаритного штампосварного оборудования криогенной техники. Значение предела прочности и предела текучести хромомарганцевых сталей выше, чем у хромонике- левых сталей, при всех содержаниях азота. В хромомарганцевых сталях ОХ17Г11 и 1Х18Г16, не содержа- щих азота, количество феррита составляет 28-30%. По мере увеличения содержания азота до 0,22-0,30% ко- личество феррита уменьшается до 1,8-3,0% и сталь становится практически полностью аустенитной, чем достигаются максимальные пластические свойства. Увеличение растворимости азота в γ-твердом растворе под влиянием повышенного содержания марганца позволяет выплавлять коррозионно-стойкие высокопроч- ные стали с содержанием азота до 0,5 - 0,8 % традиционными способами и получать слитки с плотной мик- роструктурой без признаков газовой пористости. По мере увеличения содержания углерода в стали до 0,22% увеличивается количество карбидной фа- зы Ме23С6, которая выделяется вдоль межфазовой границы аустенит-феррит и приводит к снижению в ли- том состоянии ударной вязкости и в некоторых случаях пластичности. Марганец в отличие от никеля повышает растворимость углерода в аустените, что приводит к сниже- нию степени образования карбидных фаз в диапазоне температур 500 - 800 °С. Растворимость углерода при 1000°С в аустените, содержащем 22 % Мn, более чем в 3 раза превышает растворимость углерода в стали без марганца. Этим объясняется положительное влияние марганца на удар- ную вязкость сталей Х13АГ после отпуска при 700 °С в течение 20 мин, 1 и 5 ч (рис. 2). Закалка хромомарганцевых сталей от температуры 1150о приводит к резкому повышению ударной вязкости, пластические характеристики также повышаются. В закаленном состоянии с повышением содер- жания марганца прочность стали уменьшается, что связано с уменьшением мартенситных составляющих (α+ε). Но прирост прочности в результате пластической деформации тем выше, чем больше в стали концен- 67 трация марганца. По мере изменения исходной структуры от (α + ε + γ) к (ε + γ) и далее к γ наблюдается зна- чительное увеличение склонности сталей к деформационному упрочнению. Это связано не только с более благоприятными кристаллографическими условиями для деформации ГЦК-решетки по сравнению с ГПУ- и ОЦК-решетками, но и со специфическим влиянием марганца на склонность сталей к наклепу. Марганец снижает энергию образования дефектов упаковки аустенита, а ни- кель, наоборот, ее повышает. Хромомарганцевые стали характеризуются удовлетворительной стойкостью против коррозионного растрескивания. Например, сталь 10Х13Г18Д не разрушается при стандартных испытаниях в 42%-ном рас- творе MgCl под нагрузкой в течении 100ч и более. Вследствие высокого содержания марганца, который благоприятно влияет на свариваемость хромо- никелевых сталей, аустенитные хромомарганцевые стали дают возможность изготавливать из них качест- венные сварные конструкции всеми известными методами сварки. Аустенитные хромомарганцевые стали обладают также достаточно высоким уровнем жаростойкости при температурах до 700 °С. Они превосходят по жаропрочности сталь 12Х18Н9. Испытания на общую коррозию кипячением в азотной кислоте показали, что исследуемые стали не уступают по стойкости литым никельсодержащим сталям (1Х18Н9ТЛ, 1Х18Н4Г4Л), причем при низком содержании углерода (С<0,08 %) показывают даже более высокие результаты. То же можно сказать и о ре- зультатах коррозионных испытания, проведенных в течение длительного времени в винах. В случае общей коррозии стойкость сталей повышается по мере уменьшения ферритной фазы в структуре и достегает мак- симума при содержании азота 0,19-0,22 %. УДК 620.22 Выяснение причин разрушения резьбового соединения штока из стали 95Х18 Студенты гр.104216 Валуй А.А., Белько О.С. Научные руководители – Стефанович А.В., Борисов C.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Сталь 95Х18 применяется для изготовления втулок, осей, стержней, шариковых и роликовых под- шипников и других деталей, к которым предъявляются требования высокой твердости и износостойкости и работающих при температуре до 500 °С и подвергающихся действию умеренных агрессивных сред. Сталь коррозионная мартенситного класса. Эта сталь, имеющая ледебуритную структуру с избыточными карбида- ми, упрочняется после закалки в результате мартенситного превращения. Для улучшения обрабатываемости при точении рекомендуется отжиг при температуре 730-760 °С. Перегревы при закалке и низкотемператур- ный отпуск снижают ударную вязкость (охрупчивание материала), их следует избегать. Для выяснения причин разрушения штока был выполнен ряд исследований: 1. Микроскопический анализ излома и измерение балла действительного зерна после термической обработки. 2. Определение балла карбидной неоднородности. 3. Измерение твердости различных частей штока. 4. Определение толщины обезуглероженного слоя методом измерения микротвердости. 5. Определение ударной вязкости. Проведенный макроскопический анализ позволил определить хрупкий характер излома, характеризую- щийся отсутствием следов пластической деформации. Излом матовый мелкозернистый, балл зерна 9 – 10. Мел- козернистый излом и величина зерна свидетельствуют об отсутствии перегрева стали 95X18 и правильном выборе температуры закалки. Таким образом, температура закалки не является причиной хрупкого разрушения штока (рис.1). Рисунок 1 – Макроструктура излома 68 При проведении микроскопического анализа излома в сечении по оси штока была выявлена карбидная не- однородность стали, которая соответствует 3 баллу, что соответствует необходимым технологическим требовани- ям. Измерение твердости методом Роквелла различных частей штока выявило следующее: 1. Твердость шлифованной поверхности составляет 51-52 НRС, что соответствует температуре отпуска 500 – 550 °С. Для стали 95X18 данная температура отпуска находится в интервале температур отпускной хрупко- сти 1-го рода (450 – 600 °С), что значительно увеличивает склонность стали к хрупкому разрушению. Поэтому данной температуры отпуска следует избегать. 2. Твердость нешлифованной поверхности составляет 31-39 НRС. Более низкая твердость этой поверх- ности по отношению к шлифованной объясняется выгоранием углерода с поверхности детали при ее нагреве под закалку в окислительной (воздушной) атмосфере печи. Этим объясняется повышенная сминаемость резьбы из- за пониженной прочности стали в поверхности по причине пониженного содержания углерода. Толщина обезуглероженного слоя составляет 0,4 мм и полное обезуглераживание (100 % феррита, рис.2) составляет ~ 0,1 мм. Наличие феррита на поверхности резко уменьшает прочность, что способствует зарожде- нию трещины. Рисунок 2 – Микроструктура обезуглероженного слоя стали 95Х18 Проведенные испытания штока на ударный изгиб позволили установить ударную вязкость материала штока, которая равнялась 15 Дж/см2. Эти значения вязкости подтверждают наличие отпускной хрупкости. Сталь закаленная с отпуском 200°С имеет КСU 26,5 Дж/см2, представленный шток 15 Дж/см2, что почти в 2 раза мень- ше. По результатам проведённой экспертизы можно сделать следующие выводы: 1. Причины хрупкого разрушения штока – неправильный выбор режимов термической обработки стали 95Х18, приводящий к низким значениям вязкости. 2. Причиной сминаемости резьбы является нагрев стали под закалку в окислительной среде. Нали- чие ферритного слоя на поверхности способствует зарождению трещины. 3. Для изготовления представленного на экспертизу штока необходимо подобрать правильные ре- жимы термической обработки, обеспечивающие высокую коррозионную стойкость и оптимальное сочета- ние прочности и вязкости. УДК 669.14 Исследование возможности применения хромистых сталей для изготовления питателей установок по выпуску минеральной ваты Студенты гр.104216 Белько О.С., Валуй А.А. Научные руководители – Стефанович А.В., Борисов C.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск В настоящее время в теплоэнергетике, строительстве и других отраслях промышленности в качестве теплоизолятора широко применяют минеральную вату, полученную из расплава шлаков и горных пород. Для ее изготовления используется базальт, как наиболее легкоплавкое сырье. Базальты содержат 45-55%SiO2, 25%Al2O3, остальное составляют окислы железа, магния и других со- путствующих элементов. Базальт расплавляется при помощи газовых горелок в специальных установках, футерованных магне- зитом. В нижней части установки расположена металлическая плита – питатель – размерами 400х120х10 мм. Через отверстия диаметром 1,2 мм, равномерно расположенные на расстоянии 4-5 мм, пропускается расплав базальта, достигающий температуры 1300оС, который, застывая, при охлаждении воздухом, образует мине- ральную вату. Для предотвращения застывания расплава в отверстиях питатель нагревается выше 1100оС пропусканием тока от понижающего трансформатора. 69 Так как питатели работают в условиях высоких температурах и агрессивной окислительной среды их изготавливают из платины, которая обладает высокой температурой плавления – 1769оС и высокой коррози- онной стойкостью. Срок их службы достигает 2-3 месяцев в условиях трехсменной работы производства. Уменьшение времени работы до разрушения происходит из-за нарушения технологических парамет- ров установки. Уровень расплава в установке должен поддерживаться постоянным за счет постоянной пода- чи измельченного сырья. При уменьшении уровня расплава питатель подвергается перегреву, что приводит к уменьшению его работоспособности. Истечение срока эксплуатации объясняется эрозией поверхности отверстий при взаимодействии с расплавом базальта и общей деформацией за счет явлений ползучести. Из-за этого явления могут появиться трещины, что приводит к протеканию расплава базальта между футеровкой и питателем, а также через тре- щины в питателе. В виду дороговизны платины, были проведены исследования возможности использования сплавов, удовлетворяющих необходимым требованиям: высокая температура солидуса, во избежание диффузионной ползучести, и увеличение высокотемпературной прочности. При применении сплавов также повысится жа- ропрочность по отношению к чистым металлам из-за повышения температуры рекристаллизации. Изготовление питателей из тугоплавких металлов (W, Mo, Nb, Ta) и их сплавов невозможно из-за вы- сокой окисляемости. Срок службы питателей из жаропрочных сталей 08Х18Н10Т(ЭИ 914) и 20Х25Н19С2 ограничился 2 днями, что объясняется низкой температурой поверхности солидуса (1430оС и 1390оС, соответственно), ко- торая из-за содержания углерода будет еще ниже. Питатель, изготовленный из нихрома Х20Н80, также не показал высокой стойкости. Температура со- лидуса составляет 1400оС, что позволяет увеличить время использования до 3-4 дней. Низкая стойкость сталей содержащих никель, кроме низкой температуры солидуса, может объяснять- ся взаимодействием основных окислов никеля с кислой окисной средой базальта, что также приводит к уси- ленной эрозии поверхности отверстий питателя. Элементы в системе железо-хром образуют неограниченный ряд твердых растворов при содержании хрома свыше 12%. Минимальная температура солидуса для сплава содержащего 22-23% хрома составляет 1510оС. Поэтому питатели, изготовленные из стали 15Х25Т(ЭИ 439), работают без разрушения 20-30 дней, что экономично более выгодно, нежели применение платиновых питателей. Однако питатели из стали 15Х25Т выходят из строя за счет эрозии отверстий для пропускания рас- плава. Подвергаясь эрозии, отверстия увеличиваются до диаметра 2-х и более миллиметров, что часто ведет к их соединению, и как следствие – брак продукции, так как волокно становится очень грубым. Кроме этого, отверстия теряют правильную форму, происходит рост зерна. Окислы, сосредотачиваясь по границам зерен, приводят к резкому охрупчиванию стали. Было предложено провести диффузионное хромирование, для повышения срока работы питателей, изготовленных из стали 15Х25Т, за счет увеличения содержания хрома в поверхностной зоне отверстий. Для исследования влияния диффузионного хромирования на эрозионную стойкость провели насыще- ние образцов смесями различного состава при температуре 1050оС в течение 5 часов. Составы хромирующих смесей: 1. 100 % (50 %феррохрома марки Х75+50%Al2O3)+1,5%NH4Cl; 2. 100 % (30 % Al2O3 +21%Al+49%Cr2O3)+0,5%NH4Cl – алюмотермическая смесь. Толщина хромированного слоя, полученного в смеси 2 составляет 120-130 мкм. Структура слоя со- стоит из α-твердого раствора и небольших включений σ-фазы в поверхностной части слоя. Смесь 1 оказалась более активной, толщина слоя составляет 140-150 мкм. Структура состоит из ос- новной зоны α-твердого раствора и поверхностной зоны σ-фазы (FeCr), что свидетельствует о содержании в поверхностной зоне около 50% хрома. Это позволяет свести к минимуму влияние агрессивной окислительной среды, тем самым увеличить эксплуатационные показатели. УДК 539; 537.8 Экспериментальное изучение наноструктуры алюминиевых литейных сплавов Студенты гр. 641251 Шеленева О.В., гр. 631251 Ермолаев А.В. Научный руководитель – Вальтер А.И. Тульский государственный университет Россия, Тула Повышение качества сплавов имеет первостепенное значение для всех отраслей современного маши- ностроения, так как позволяет увеличить срок службы изделий, снизить их металлоемкость. Решение этой 70 задачи без применения современных нанотехнологий, позволяющих разрабатывать новые материалы на микроуровне невозможно. Свойства литых алюминиевых сплавов могут зависеть не только от концентрационной неоднородно- сти дендритных ячеек алюминиевого твердого раствора, но и от внутреннего строения – субструктуры. Ос- новные количественные параметры субструктуры – плотность дислокаций  , средний линейный размер субзерен 'd или дислокационных ячеек ''d , средний угол разориентировки по их границам  . Внутри дендритных ячеек в процессе охлаждения ниже температуры солидуса и при последующей гомонизации могут образовываться вторичные выделения избыточных фаз, которые характеризуются средним линейным размером ВТm и плотностью распределения ВТ . Основным современным методом исследования субструктуры является дифракционная электронная микроскопия. Свойства литых алюминиевых сплавов могут зависеть не только от концентрационной неоднородно- сти дендритных ячеек алюминиевого твердого раствора, но и от их внутреннего строения – субструктуры. Под субструктурой понимается внутренне строение дендритных ячеек первичных кристаллов алюминиевого твердого раствора. Электронно-микроскопический анализ показал, что дислокационная структура существенно зависит от состава сплава. Условно наблюдавшиеся разновидности дислокационной структуры разделены на четыре типа: ячеистую, субзеренную, смешанную (ячеисто-субзеренную) и нерегулярную. Тип дислокационной структуры в многокомпонентных промышленных сплавах определяется основ- ными легирующими элементами, в относительно больших количествах содержащимися в алюминиевом твердом растворе. Другие легирующие элементы и примеси слабо влияют на характер субструктуры и об- щую плотность дислокаций. Обработка полученных изображений и определение линейных размеров осуществлялось с помощью программного модуля Image analysis, входящего в состав программы управления микроскопом Smena. Минимальный размер включений ~ 70 нм (рис. 1 и 2). Включения размером 0,7-2 мкм составляют 3 - 40%. Распад алюминиевого раствора, пересыщенного легирующими элементами при неравновесной кри- сталлизации, может протекать как во время изотермической выдержки при гомогенизационном отжиге, так и в процессе достаточно медленного после ее окончания. При наличии в алюминиевом сплаве переходных металлов таких как, марганец, титан продукты рас- пада пересыщенного в результате неравновесной кристаллизации алюминиевого раствора сохраняются в структуре при любых режимах гомогенизации. Это связано с малой скорость диффузии переходных метал- лов в алюминии и сохранением их внутрикристаллитной ликвации после отжига. В сплавах, содержащих марганец, его вторичные алюминиды, образующиеся во время во время изо- термической выдержки при температурах 380 – 560 0С, концентрируются в основном на периферии денд- ритных ячеек, где повышена концентрация марганца. В приграничных районах, обедненных марганцем, эти включения не образуются. Частицы включений тормозят движение дислокаций, тем самым, обеспечивая повышение прочности сплава. Включения размером 50 – 100 нм образуются в Al – матрице при кристаллизации расплава. Рисунок 1 Рисунок 2 Размер блоков микроструктуры находится в переделах 0,6 – 1,2 мкм. При этом особенностью дис- персно наполненных композиционных материалов, к которым в первом приближении можно отнести и рас- сматриваемый сплав, является наличие межфазных границ, которые включают в себя и высокопрочный ок- сид алюминия (рис. 3 и 4). 71 Рисунок 3 Рисунок 4 С одной стороны, прочность связи по этим границам определяет функционирование материала, как конструкционного. С другой стороны, границы раздела при внешнем воздействии на материал служат ис- точником развития таких физико-химических процессов, как локализация пластического деформирования и тепловых эффектов, механическое легирование и появление новых фаз, в том числе и наноразмерного диа- пазона, дробление и перераспределение частиц, разрушение и восстановление связей «частица-матрица», что, в конечном счете, ведет к наноструктурированию материала. Образование наноструктуры неразрывно связано и с электронным строением, как основного металла, так и легирующих элементов. Для оценки металлических растворов с теми или иными межатомными связя- ми необходимо знание радиусов атомов, соответствующих этим межатомным связям. УДК 669.018:669.046.5 Влияние железа на морфологию силуминов Студент гр. 104125 Ефремов А.А. Научный руководитель – Волочко А.Т. Научный консультант – Изобелло А.Ю. Белорусский национальный технический институт г. Минск Целью настоящей работы является: минимизация вредного влияния железосодержащих фаз, проведе- ние рафинирования. Промышленные силумины являются гетерофазными сплавами, и их свойства во многом определяют- ся формой включений эвтектического кремния и железосодержащих фаз. Появление железосодержащих фаз обусловлено примесью железа, которая, как правило, находится в силуминах в максимально допустимых концентрациях. Основным источником насыщения алюминиевых расплавов железом являются чугунные тигли раздаточных и плавильных печей, заливочные ковши, пере- плавляемый алюминиевый лом, содержащий стальные вкладыши и элементы крепления, не удаляемые пе- ред плавкой. Минимизация вредного влияния железосодержащих фаз наблюдается после легирования расплава марганцем, хромом, молибденом; использования высоких скоростей охлаждения; отстаивания под действи- ем сил тяжести; направленной кристаллизации; фильтрации и некоторых других способов. Нами была проведена оценка возможности отделения железосодержащих фаз с помощью легирова- ния алюминий-марганцевой лигатурой и фильтрации сплава через ячеистый керамический фильтр с разме- ром ячейки 1,05-2 мм и толщиной 2-3 мм (рисунок 1). Исследования проводили на алюминиевом сплаве АК12М2МгН с содержанием железа около 3,5 %. 72 Рисунок 1 – Изменение содержания железа в алюминиевом сплаве АК12М2МгН, обработанного лигатурой Al-15Mn при различном соотношении Mn/Fe в отливке Результаты исследований показали, что с увеличением соотношения Mn/Fe в отливке, содержание железа уменьшается после фильтрации. Возможность локализации основной части железистых фаз проведена с помощью центробежного литья (рисунок 2). Процесс осуществлялся при температуре расплава 650 ºС, обработанного предварительно марганцем в соотношении Mn/Fe = 0,5. Скорость вращения формы составляла 250–300 об/мин. Рисунок 2 – Зависимость содержания железа в различных слоях отливки АК12М2МгН с 3,5 % Fe, по- сле центробежного литья 73 Перераспределение содержания железистых фаз по всей толщине отливки во внутренних слоях сни- жается в 3-4 раза до уровня 0,6 - 0,8 %, соответствующего ГОСТ 1583 - 93. Таким образом, представляется возможным организация производства очистки алюминиевых сплавов от вредного содержания железа в условиях фильтрации с использованием центробежных сил. УДК 621.785 Методы определения углеродного потенциала насыщающей среды в процессе газовой цементации Студентка гр. 104515 Медведева М. В. Научный руководитель – Борисов В. Г. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является усиление внимания к проблеме определения и регулирования уг- леродного потенциала насыщающей среды. Газовая цементация является технологической операцией, повышающей твердость, износостойкость, сопротивление усталостной и контактной прочности сталей. В общем случае под цементацией понимают комбинированный процесс термообработки, который со- стоит из двух подпроцессов:  науглераживания, представляющего собой сочетание термического и химического процессов для обогащения поверхности углеродом до концентрации 1,1 – 0,7 %С;  закалки, при которой осуществляют термический процесс для образования однородной дисперсной структуры мартенсита в поверхностном слое. Для достижения регламентированных свойств цементованных изделий необходимо обеспечить под- держание и регулирование заданных параметров науглероживания и закалки с требуемой точностью на про- тяжении всего технологического процесса цементации. [1, 2] Основное преимущество газовой цементации – возможность автоматического регулирования угле- родного потенциала, который характеризует ее науглероживающую способность, обеспечивающую опреде- ленную концентрацию углерода на поверхности цементованного слоя. Методы определения углеродного потенциала В газовой цементации созданы достаточно точные качественная и количественная модели углеродно- го потенциала печной атмосферы. Были разработаны и серийно выпускаются средства косвенного опреде- ления во времени величины углеродного потенциала. Эти средства прошли сложный путь развития от стек- лянных газоанализаторов, через приборы точки росы, инфракрасные выносные газоанализаторы к погруж- ным кислородным зондам. Разработка электрохимических анализаторов кислорода (О2) на основе твердоэлектролитных ячеек позволила обеспечить определение и автоматическое регулирование углеродного потенциала с точностью ±0,05%С.[1] Применение технологии с автоматическим регулированием углеродного потенциала и заданным его распределением в печи позволяет: - получить требуемое распределение концентраций углерода по толщине упрочненного слоя; - повысить ресурс тяжелонагруженных шестерен; - продлить срок службы печного оборудования; - устранить образование сажи в печи; - улучшить санитарно-гигиенические условия труда. Прямые Косвенные Метод фольго- вых проб Метод из- мере-ния сопро- тивления Измерение точки росы Определе-ние содер- жания СО2 с помощью инфракрас-ного спек- тро-метра Определе- ние отноше- ния Н2/Н2О с помощью электро-химическо-го датчика 74 Регулирование углеродного потенциала печной атмосферы обеспечивает получение цементированно- го слоя заданной глубины и создание диффузионного слоя с заданной микроструктурой. Управление цемен- тационной атмосферой в печи позволяет исключить брак по микроструктуре слоя и получить стабильные свойства поверхности цементированных деталей. Литература 1. А.А. Сусин. Химико-термическое упрочнение высоконапряженных деталей.-Мн.: Беларуская на- вука, 1999. 2. Техногия термической обработки стали: Справ./Пер с нем. Б. Е. Левина/ Под ред. М. Л. Берштей- на. М.: Металлургия, 1981. 75 Машины и технология литейного производства 76 УДК 621.74 Исследование режимов перемешивания компонентов противопригарных покрытий для литейных форм и стержней Студент гр.104315 Бодас О.В. Научный руководитель – Кукуй Д.М. Научный консультант – Николайчик Ю.А. Белорусский национальный технический университет г.Минск В технологическом цикле изготовления отливок для обеспечения высокого качества отливок приме- няются противопригарные покрытия для литейных форм и стержней. Основное назначение противопригар- ных покрытий: увеличивать поверхностную прочность форм и стержней; уменьшать шероховатость поверх- ности отливок; предотвращать образование пригара; придавать поверхности отливок заданные свойства. Сегодня в Беларуси испытывается дефицит противоприграных покрытий: большинство поставляются на машиностроительные предприятия Беларуси из-за рубежа в готовом виде, а часть приготавливаемых в усло- виях самих заводов морально устарели и не обеспечивают получение отливок высокого качества. Поэтому изучение механизмов и способов получения покрытий не только актуальная задача, но и требует конкрет- ных решений. Целью работы – изучение влияния режимов перемешивания и приготовления противоприграных по- крытий на их свойства. Как известно, противопригарные покрытия представляют собой суспензии – дисперсные структуры, включающие огнеупорный наполнитель (основу), связующее, суспензирующее вещество, растворитель (во- ду или органическую жидкость), и вспомогательные компоненты, обеспечивающие получение систем с за- данными технологическими свойствами (например, разжижители, смачиватели, антисептики). Сущность приготовления противопригарных покрытий заключается в последовательном смешивании (введении сис- тему жидких и порошкообразных компонентов). Известны различные методы приготовления противопри- гарных покрытий: механический, циркуляционный, струйный, пулъсационно-струйный, барботажный, газ- лифтный, электромагнитный и магнитно-вихревой. В практике наибольшее распространение получил ме- ханический метод, осуществляемый путем механического воздействия рабочего органа (мешалки) на рабочую среду. Наиболее важное значение в работе перемешивающего аппарата имеет тип и конструкция перемешивающего устройства, работа которого заключается в превращении упорядоченной механической энергии вращающихся элементов в неупорядоченную тепловую энергию за счет сил сопротивления, созда- ваемых корпусом аппарата. В результате этого перемешивающее устройство осуществляет диссипацию энергии в объеме аппарата, величина которой зависит как от конструкции мешалки и характеристик приво- да, так и от конструкции аппарата и его внутренних устройств. 1 – образцовый импеллер с прямыми лопастями ( Rец=41920); 2- импеллер с 4-мя перфорациями граней (Rец =31487); 3 - зубчатый импеллер с прямыми лопастями ( Rец=36517); 4- импеллер с укороченными лопа- стями ( Rец=11924) Рисунок 1 – Номенклатура импеллеров используемых для приготовления противопригарных покрытий В настоящей работе были изучены технологические и эксплуатационные свойства противопригарных покрытий, полученных при разных условиях перемешивания (изменений условий перемешивания обеспече- но за счет применения рабочих органов – импеллеров с различными геометрическими характеристиками рис.1). В результате проведенных исследований установлено, что применение различных импеллеров ока- 77 зывает влияние, не только на качество противопригарных покрытий, но и на затраты энергии, необходимой для их приготовления. УДК 693.22.004.18 Определение межпластиночных ферритоцементитных расстояний в сталях с использованием компьютерных технологий Студент гр. 104327 Бэйнер М.В. Научный руководитель – Чичко А.Н. Белорусский национальный технический университет г. Минск Известно, что перлит является важнейшей структурной составляющей стали. Микроструктуры пер- литных сталей, полученные в неравновесных условиях, состоят из неоднородно распределенных эвтектоид- ных колоний. Важнейшей характеристикой этих колоний является межпластиночное феррито-цементитное расстояние. Поэтому определение межпластиночных расстояний перлита в сталях является важной научно- технической задачей. В работе использовался метод секущих, реализованный с помощью компьютерной обработки изображений микроструктуры. Целью настоящей работы является разработка методики и алгоритма расчета межпластиночных рас- стояний перлита в микроструктуре стали. В качестве образцов исследования использовали микроструктуры образцов сталей, взятых на РУП «Белорусский металлургический завод». На первом этапе были проведены исследования межпластиночных расстояний для различного числа измерений. Определение проводилось с помощью программы обработки изображений АОМ-2 (разработка БНТУ). Ниже представлен алгоритм метода. Шаг 1. Множественное измерение межпластиночного расстояние для выбранного участка микро- структуры одного образца. Схема измерений представлена на рисунке 1. Рисунок 1 – Схема метода секущих для определения межпластиночных расстояний Шаг 2. Определение интервалов распределения значений измерений. Шаг 3. Определение частоты попадания значений межпластиночных расстояний в интервалы. Шаг 4. Построение функции плотности распределения межпластиночных расстояний. На втором этапе аналогичный процесс проводили для другого образца. Использовали 100, 150, 200, 250, 300 измерений для десяти микроструктур. На рисунке 2 представлены данные исследований. Как видно из рисунка, с увеличением количества измерений функция плотности распределения «растекается» по оси абсцисс. На третьем этапе определяли доверительный интервал для различного числа измерений межпласти- ночного расстояния. На рисунке 3 представлены результаты исследований. Использовался следующий алго- ритм для определения доверительного интервала. Шаг 1. Вычисление среднего значения межпластиночных расстояний. Шаг 2. Вычисление суммы квадратов отклонений от средней величины по формуле    n i пл i ddS 1 2 пл )( . 78 N ,о.е. 0 20 40 60 80 100 0,10 0,15 0,20 0,25 d пл,мкм 1 2 3 4 5 0 20 40 60 80 100 120 0,20 0,30 0,40 0,50 d пл,мкм N ,о.е 1 2 3 4 5 а) б) 1 – 100 измерений; 2 – 150 измерений; 3 – 200 измерений; 4 – 250 измерений; 5 – 300 измерений а) – образец №1; б) –образец №2 Рисунок 2 – Функции распределения межпластиночных расстояний перлитной стали для различного числа наблюдений для различных образцов 0,310 0,315 0,320 0,325 0,330 0,335 0,340 50 100 150 200 250 300 k dпл, мкм 1 2 3 0,178 0,180 0,182 0,184 0,186 0,188 0,190 50 100 150 200 250 300 k d пл,мкм 1 2 3 а) б) 1 – нижние значения доверительного интервала; 2 – средние значения доверительного интервала; 3 – верхние значения доверительного интервала а) – образец №1; б) – образец №2 Рисунок 3 – Зависимость среднего межпластиночного расстояния перлита от числа его измерений Шаг 3. Вычисление среднеквадратической ошибки по формуле )1( )( )( 1 2 пл      nn dd ds n i пл i плn Шаг 4.Вычисление отклонения измеренных значений межпластиночного расстояния dпл от истинного значения этой величины с заданной вероятностью р = 0,95 по формуле Δdпл = tn(p)sn( плd ) , где Δdпл – отклонение x от x0 , tn(p) – коэффициент Стьюдента, р – доверительная вероятность. Шаг 5. Определение доверительного интервала по формуле (1) и изображение его на графике. [ плd Δdпл; плd Δd] Таким образом, предложен алгоритм определения среднего межпластиночного расстояния по компь- ютерному изображению микроструктуры, позволяющий улучшить степень автоматизации работ металлове- да. Показано, что с увеличение числа измерений, за счет применения компьютерной технологии, позволяет повысить точность определения межпластиночного расстояния и снизить его доверительный интервал. 79 УДК 693.22.004.18 Производство отливок по газифицируемым моделям Студентка гр. 104325 Меленяко О. В. Научный руководитель – Скворцов В. А. Белорусский национальный технический университет г. Минск В последние годы в США, Китае, европейских странах интенсивно внедряется литье по газифици- руемым моделям (ЛГМ) как наиболее недорогой и мало загрязняющий окружающую среду способ получе- ния точных отливок. Дженерал Моторс, Форд, БМВ, Фольксваген, Пежо-Ситроен, Рено Фиат и ряд других фирм автостроения полностью перешли в 1980-90 гг. на изготовление отливок блоков цилиндров, головок блока, коленчатых валов и ряда др. деталей наиболее массовых двигателей методом ЛГМ. Пределы развеса отливок при ЛГМ впечатляющи, от 100 г до 5 и более тонн из различных металлов: чугуна, стали, алюминиевых, медных и специальных сплавов. Литейный цех, работающий по ЛГМ процес- су, отличается от цехов литья в песчаные формы со связующим: 1) структурой; 2) технологическим процес- сом и оборудованием; 3) материальным и энергетическим обеспечением; 4) специализацией и количеством персонала. Отличия ЛГМ от других методов литья не касается процесса получения жидкого металла. Опре- деление необходимой массы жидкого металла производится с учетом того, что допуски на последующую механическую обработку элементов отливки (отверстий, пазов, наружных и внутренних размеров) состав- ляют 0,2-0,5 мм и зависят в основном от способа получения пенополистироловой (ППС) модели. Коренное отличие - в модельном и формовочном отделениях и отсутствии стержневого и смесеприго- товительного отделения. Из-за того, что единственным формовочным материалом является природный кварцевый песок, выбивное отделение намного проще и имеет меньше технологического оборудования. Указанные отличия облегчают механизацию и автоматизацию всего литейного процесса. Формовочный песок постоянно находится в многократном обороте, отсутствие в нем связующего по- зволяет восстановить его для повторного использования без большого количества технологического обору- дования и, соответственно, площадей. Выбивка отливки также не представляет трудности, т.к. сухой несвя- занный формовочный песок легко высыпается из контейнерной формы, а очистка отливки не требует трудо- емких операций как при литье в песчано-глинистые формы, ХТС, ЖСС или по выплавляемым моделям. Формовочные, заливочные, выбивные площадки значительно чище, пыль, образующаяся при выбивке и др. операциях, легко удаляется местными вытяжными зондами с рабочих мест. Это способствует повышению культуры производства. Повышение точности размеров и чистоты отливки экономит жидкий металл. В частности эта техно- логия позволяет получать отливки с чистотой поверхности Rz 40, c весовой и размерной точностью до 7 класса по ГОСТ 26645-85. Это достигается путем получения более точной (с учетом усадки металла) одно- разовой модели в качественных металлических пресс-формах, соблюдения технологических операций при отсутствии снижающих точность отливки сборки формы и протяжки модели при формовке. Пенополисти- роловая модель дает точное воспроизведение отливки, позволяет проверить предъявляемые к детали требо- вания по ее размерам и геометрии и без затрат средств до запуска детали в производство ввести необходи- мые конструкторские коррективы. Особенно такое преимущество ЛГМ проявляется при получении деталей с криволинейными поверхностями, свойственными лопаткам турбин, деталям насосов, коронкам зубьев и др. Еще одним преимуществом является возможность изготовления сложной или крупной пенопластовой модели поэлементно несложной сборкой в цельную модель. Гибкость техпроцесса также характеризуется возможностью выбора из четырех широко применяемых способов получения пенополистироловых моделей: 1) вырезанием горячей струной из блочного полистиро- ла; 2) фрезерованием на 3-координатном станке с ЧПУ по чертежу детали; 3) выпеканием в автоклавах с камерой объемом от 100 до 1000 литров; 4) изготовлением на полуавтоматах методом теплового удара. Го- товые модели собирают в модельные блоки с элементами литниково-питающей системы (ЛПС), сборку осу- ществляют тепловым способом или склеиванием. При малых размерах модели собирают в куст на одном стояке. Сборный блок/куст окрашивают и сушат. Высушенными их можно хранить очень долго, они не те- ряют своих размеров и свойств. Процесс заливки несколько отличается от заливки при других видах литья. Различие состоит в том, что пенополистироловая модель, температура плавления которой находится в пределах 80-120 °С, под дей- ствием тепла жидкого металла переходит в газообразное состояние, в объеме превышающем объем модели в сотни раз. Образовавшиеся газы в процессе заливки высасываются из песчаной формы (контейнерной опо- ки) вакуумным насосом. Приемлемыми являются водокольцевые вакуумные насосы, как наиболее безопас- ные и производительные. Мощность насоса зависит от программы выпуска отливок. Откачанные газы раз- лагаются в процессе деструкции в стоящей за насосом установке дожигания в слое катализатора, превраща- ются в двуокись углерода, пары воды, свободные молекулы азота и др. газов и выпускаются в атмосферу. 80 Уровень вредности этих газов в рабочей зоне цеха ниже ПДК в десятки раз. Частицы песка, увлекаемые от- качиваемыми газами, осаждаются в осадителях. Предельно упрощенный процесс формовки состоит в том, что собранные и покрашенные кусты мо- делей или блоков, один или несколько, устанавливают на песчаную «постель» в контейнере и засыпают пес- ком. После этого заполнение песком всех объемов модели (каналов, выемок, отверстий и др.), а также его уплотнение осуществляется вибрацией в течение 1 - 2 мин. Самым большим отличием цеха ЛГМ от других является модельное отделение. Качество модели служит определяющим фактором качества отливки, точности размеров, шероховатости поверхности, выхода годного (может достичь 95-98%). Основным критерием при выборе модельного оборудования является се- рийность отливок. Наличие оборудования для вырезки горячей проволокой предпочтительна так как эле- менты литниково- питающей системы, прибыли в большинстве случаев изготавливают из блочного поли- стирола. Единичные отливки любых габаритов и конфигураций также выгоднее изготавливать поэлементно из блочного полистирола и склеивать в целую модель. Для предприятий с выпуском большой номенклатуры отливок малой серийности предпочтительнее изготавливать модели автоклавным способом, а с выпуском крупносерийных отливок - на пресс-автоматах, хотя пресс-формы для них стоят на порядок выше пресс- форм для автоклавного спекания и стоимость автоматов намного выше. Получение модели методом спека- ния требует наличия подвспененного полистирола, который затем задувается в пресс-формы задувным уст- ройством эжекторного типа. Последующая выдержка и просушка производится в бункерах. После извлечения отливок и высыпания песка из форм его очищают. Общая потеря формовочного материала, отсеянная на сите и осажденная пылеулавливателями, составляет 3-5% от сменной потребности. УДК 669.14.018.252 Перспективные методы ввода наномодификаторов в расплавы железоуглеродистых сплавов Студент гр. 104315 Ероховец П. А. Научный руководитель – Рудницкий Ф. И. Белорусский национальный технический университет г. Минск В настоящее время преобладающим способом ввода модификаторов и ферросплавов в расплав явля- ется способ ввода кусковых материалов. Этот способ очень прост, дешев, но малоэффективен и неэкономи- чен, так как степень усвоенияния модификаторов очень низкая. С целью увеличения степени усвоения мо- дификатора, экономии и усиления модифицирующего эффекта целесообразно применять наномодификато- ры. Однако для снижения угара наномодификаторов необходимо использовать совершенно иные способы их ввода в расплав. Среди методов, позволяющих увеличить степень усвоения элементов, входящих в состав наномоди- фикаторов можно отметить, во-первых, метод выстреливания пуль. Разработчик этого способа Японская фирма «Sumitomo». Пуля представляет собой алюминиевую оболочку, внутри которой находится порошко- вый наномодификатор. Пули вводятся в донную часть ковша. Масса пули - 0,5-1,2 кг; диаметр - 10-50 мм; длина - до 550 мм. Для обеспечения оптимальных гидродинамических условий при движении пули вниз, а также при последующем подъеме в объеме металла рекомендуется отношение длины пули к ее диаметру более 11,5. Первоначальная скорость пули зависит от давления газа (азота или воздуха) и составляет 50-70 м/с. Пневматический «пулемет» может иметь один или два ствола. Скорострельность пулемета - 400-800 пуль/мин. Применение этого способа ввода позволило сократить расход модификаторов на 20-25% при лучшем качестве металла. В настоящее время, наибольшее распространение для введения ферросплавов в металл получили два способа: - обработка порошковой проволокой; - продувка порошкообразными ферросплавами. Обработка металла порошковой проволокой. Способ введения в жидкую сталь смесей и сплавов в виде нанопорошка, спрессованного в стальную трубчатую оболочку (порошковая проволока - ПП) получил широкое распространение в ряде промышленно развитых стран с середины 80-х годов XX столетия. Такую проволоку «cored wire», вводят в металл, находящийся в ковше, в промежуточном ковше, кристаллизаторе или изложнице, а также при доводке металла на установках типа «ковш-печь» с заданными скоростью и расходом материала при помощи специальных аппаратов (трайб-аппаратов). Такой способ ввода ограничивает тепловой поток на реагент в начале обработки, предотвращает его взаимодействие с расплавом в верхних слоях металла, способствуя плавлению реагента в нижних горизон- тах жидкого металла, что увеличивает время контакта и позволяет более эффективно использовать элемен- 81 ты, имеющие низкие температуры плавления, кипения и малую растворимость в металле. Способ находит все большее применение при внепечной обработке стали. Стальная оболочка проволоки выполняет несколько функций: - защищает нанопорошкообразные реагенты от взаимодействия атмосферы, влаги во время хранения и транспортировки; - предохраняет от окисления при прохождении через слой шлака на поверхности металла; - обеспечивает соответствующую жесткость, необходимую для прохождения металлического и шла- кового слоев; - задерживает быстрый непосредственный контакт реагентов с жидкой сталью, что позволяет путем изменения скорости введения проволоки и толщины ее оболочки регулировать глубину погружения леги- рующих добавок. Продувка стали порошкообразными ферросплавами. Продувка металла порошками в сталепла- вильном агрегате или ковше является логическим использованием условий оптимального массопереноса, при котором обеспечивается максимальный контакт вдуваемых твердых реагентов с жидким расплавом, высокая скорость их взаимодействия и степень использования вдуваемых материалов. Сущность метода заключается в продувке порошкаобразных наномодификаторов в расплав через футерованную фурму инертным газом. В лаборатории МиТЛП БНТУ проводили модифицирование литой быстрорежущей стали Р6М5Л на- ноструктурированными добавками диборида титана. Порошкаобразный наноструктурированный диборид титана вводили в расплавленную сталь продувкой через футерованную фурму аргоном. В результате моди- фицирования измельчается первичное зерно, сетка ледебуритной эвтектики разрывается, эвтектика приоб- ретает тонкое строение и располагается в виде изолированных колоний. Эвтектическая составляющая по морфологическому типу скелетообразная, что характерно для борсодержащей быстрорежущей стали. Одна- ко механизм разрушения экспериментальной стали близок к механизму разрушения стали, модифицирован- ной титаном – внутризеренный. В поверхностях разрушения наномодифицированной стали преобладает ямочный микрорельеф, что свидетельствует о высокой энергоемкости такого механизма и повышенной ударной вязкости образцов. В результате проведенных исследований установленно:  выбранная методика ввода наномодификаторов способствует их хорошему усвоению, что доказыва- ет химсостав стали;  наномодифицирование быстрорежущей стали сильными карбидообразующими элементами (тита- ном, бором) в установленных количествах оказывает заметное влияние на морфлогию структуры литой бы- строрежущей стали, приводит к измельчению зерна (в 1,5-2 раза), раздроблению эвтектики, уменьшению количества неметаллических включений (в 1,5-2,5 раз) за счет инокулирующего, поверхностно-активного и рафинирующего воздействия и также за счет микролегирующего эффекта – образования карбоборидов, об- ладающих высокой твердостью. При этом повышается ударная вязкость в 1,2-1,3 раза, теплостойкость литой стали на 1-1,5 HRC и износостойкость в 1.5 раза. УДК 621.74 Основные направления реконструкции литейно-термического цеха ОАО «Мотовело» Студент гр. 304314 Сашек Д.Н. Научный руководитель – Одиночко В.Ф. Белорусский государственный университет г. Минск Проектная мощность участка действующего литейно-термического цеха – 1020 т/год. В настоящее время из-за физического и морального износа оборудования, участок может произвести отливок не более 450 т/год. Реконструкция действующего цеха направлена на увеличения производственной программы до 1281,5 т/год. Проектное предложение предусматривает перевод действующего производства на 2-х сменный режим работы с полной заменой устаревшего и изношенного оборудования. Для организации технологиче- ского поточного производства необходимо все отдельные существующие пристройки вдоль цеха достроить и превратить в общую пристройку 5-ти метровой ширины. Таким образом, ширина литейно-термического цеха увеличится до17 м. Высоту литейного цеха необходимо увеличить до 8,4 м. Эти меры позволят обеспе- чить обслуживание технологического оборудования транспортом, вентиляцией по технологическим нормам. Для экономии электроэнергии, производственных площадей и повышения производительности пла- вильного участка предполагается замена печей ИСТ 0,16 с машинными генераторами на индукционные пла- вильные печи с тиристорными преобразователями мод. ИСТ 0,25/0,32И1. 82 Физически и морально устаревшее технологическое оборудование для изготовления отливок по вы- плавляемым моделям предлагается заменить механизированной линией ЗАО «ЛИТАФОРМ». Данная линия позволит получать отливки в формах без опорного наполнителя. Опыт успешной эксплуатации подобного оборудования на ЗАО «Псковский завод точного литья» и ОАО «Автодизель» (г. Ярославль) дает основание предположить, что применение указанной линии позволит:  снизить себестоимость литья на – 15-20 %;  сократить расход природного газа в 10 раз;  сократить время прокаливания в 3 раза;  исключить расход жаропрочных материалов на опоки и прочую оснастку;  устранить брак отливок по «песчаному засору»;  увеличить производительность труда;  повысить размерную точность и качества отливок;  улучшитьусловия труда. УДК 621.74 Регенерация формовочного песка из бракованных стержней в СЛЦ № 2 «МАЗ» Студент гр. 104325 Свирщевский А.П. Научный руководитель – Одиночко В.Ф. Белорусский национальный технический университет г. Минск Использование прогрессивных технологий для производства высококачественных отливок - основа литейного производства. Для таких технологий необходимы, в основном, высококачественные формовоч- ные пески, нехватка которых остро ощущается в настоящее время. Другая проблема, требующая быстрого решения - необходимость сокращения выбрасываемых литейными цехами отходов, содержащих вредные вещества и соединения, так как плата за захоронение отходов нередко в несколько раз выше стоимости све- жих материалов. Основной способ сокращения расхода свежих песков и снижения вредных выбросов - регенерация формовочных песков с последующим многократным их использованием. Наиболее распространены в на- стоящее время сухие способы регенерации - механический, термический и комбинированный. С целью сокращения затрат на вывоз и захоронение отработанной смеси в СЛЦ №2 «МАЗ», из кото- рого ежегодно вывозится в отвал около 2000 т отработанной смеси, планируется внедрить установку произ- водства «БЕЛНИИЛИТ» по восстановлению зерновой основы кварцевых песков из бракованных стержней. Принцип работы установки (технологическая схема процесса регенерации формовочного песка из бракованных стержней) следующий: раздробленные комья стержней ленточным конвейером 1 подаются в бункер-накопитель 2. Откуда они попадают на вибрационную установку 3. Далее происходит просеивание смеси через сито 4. Затем просеянная смесь через желоб 5 подается в классификатор 6, где производится Технологическая схема процесса регенерации формовочного песка из бракованных стержней: 1 - ленточный конвейер, 2 - бункер-накопитель, 3 - установка вибрационная, 4 – сито, 5 – желоб, 6 – классификатор, 7 – вентилятор, 8 – циклон, 9 - насос камерный, 10 – трубопровод, 11 – бункер, 12 – конвейер ленточный 83 очистка зерен песка от пленок смолы за счет приведения массы смеси в псевдосжиженное состояние. Уда- ление пыли производится с помощью вентилятора 7 через циклон 8. Восстановленный песок из классифика- тора попадает в промежуточную емкость, а далее в камерный насос 9, с помощью которого по трубопроводу 10 пневмотранспортом он подается в бункер-накопитель восстановленного песка 11, из которого ленточным транспортером 12 регенерат подается на участок смесеприготовления. Переработка отходов, образующихся в результате отбраковки стержней, а также просыпей стержне- вой смеси позволит сберечь средства завода за счет сокращения закупок свежих песков, а также снижения затрат на оплату расходов на захоронение отходов. Смеси, подвергаемые регенерации – бракованные стержни и просыпи от стержней по «Hot-box», «Альфа-сет» «Амин»–процессам. При внедрении этой установки в СЛЦ № 2 «МАЗ» затраты на электроэнергию составят - 3695 руб., зарплата от выработки 1т регенерата -5263 руб., суммарные затраты: зарплата и электроэнергия - 8958 руб., затраты на ремонт и обслуживание установки - 2632 руб., стоимость выработки 1т регенерата - 11590 руб., затраты на приобретение свежего песка и захоронение отходов – 110200 руб. Экономия от 1т произведенно- го регенерированного песка составит 98610 руб. УДК 669. 78.1 Процесс брикетирования мелкодисперсных и тонкодисперсных материалов Студент гр.104325 Залесский П. А. Научный руководитель – Невар Н.Ф. Белорусский национальный технический университет г. Минск Брикетирование - процесс получения кусков (брикетов) с добавкой и без добавки связующих веществ с последующим прессованием смеси в брикеты нужного размера и формы. Целью структурообразования мелких материалов является не только получение определенного размера кусков, но и создание в искусст- венных структурах комплекса заданных физико-химических свойств. В связи с этим существует закономер- ная причинно-следственная связь технологических параметров процессов структурообразования с качест- венными характеристиками подготовленных материалов. Брикетирование мелкозернистых и тонкодисперсных материалов со связующими веществами – наи- более универсальный способ вовлечения в переработку ценных топливных, рудных и минеральных сырье- вых компонентов, а также ряда техногенных отходов, которые по своему агрегатному физическому состоя- нию непригодны для непосредственного использования в технологических процессах и аппаратах. Отличи- тельной особенностью процесса брикетирования является возможность изготовления брикетов из шихтовых смесей, эффективных для основных типов агрегатов металлургического передела. К первому классу относятся самовосстанавливающиеся брикеты, то есть компоненты брикета состоят из оксидов железа и углерода, идущего на восстановление и науглераживание восстановленного железа. В условиях восстановительной и окислительной атмосферы это соотношение различно. Вторичным фактором регулирования соотношения углерод/оксиды железа является открытая пористость брикета, которая в одном случае привлекает восстановительный газ в печи для процессов, идущих в теле брикета, в другом, не дает доступа кислорода для дополнительного окисления углерода. Основным принципом работы брикетов дан- ного класса является прямое восстановление оксидов железа углеродом за счет многочисленных и сильно развитых контактов этих составляющих внутри брикетов. В этом случае большую роль играет фракционный состав компонентов, который должен быть доста- точно мелким, то есть для кокса фракция - менее 3 мм, для оксидов - менее 5 мм. Данный тип брикетов в сталеплавильном переделе заменяет чугун или стальной лом и играет роль карбюризатора, в доменном – экономит кокс. Очень важно, чтобы содержание железа в брикете не было меньше композиционной шихты металлургического передела. Например, содержание железа в суммарной шихте доменных печей, работаю- щих на передельном чугуне, составляет, в среднем, 44-45%. Применение железо-углеродо-содержащих бри- кетов с таким содержанием железа и выше не только экономит кокс, но и повышает производительность агрегата. Применение шламов, колошниковой пыли, пылей с электрофильтров, с этой точки зрения, ограни- чивается в составе брикетов. Окисление углерода представляет собой сложную многостадийную гетерогенную реакцию, заканчи- вающуюся образованием газовой фазы в виде смеси оксидов СО и СО2 с высокой энергетикой. Отсюда сле- дует, что важнейшим показателем оксидо-железо-углеродосодержащих брикетов являются скорость окис- ления углерода и, следовательно, скорость восстановления оксидов железа, что особенно актуально для ста- леплавильного передела. Этот показатель определяется фракционным составом компонентов брикета. За счет развития твер- дофазных реакций восстановления железа углеродом в теле брикета при нагреве до 1150-1170 °С оксиды 84 железа восстанавливаются полностью, причем максимум скорости окисления углерода, равный 0,5% С/мин находится в интервале температур 1000-1050 °С, при этом начало твердофазного взаимодействия происхо- дит при температуре 800 °С. При избытке оксидов в брикете, что важно при сталеплавильном переделе, окисление примесей расплава происходит за счет кислорода оксидов, при постоянном барботировании ван- ны жидкого металла выделяющимися СО и СО2. Ко второму классу относятся металлургические брикеты, в которые не добавляются углеродистые со- ставляющие, то есть их основой является восстановленное железо, оксиды железа и флюсующее вяжущее. Технологическая задача этих брикетов состоит в создании фракционной шихты с высоким содержанием железа из мелкофракционных и тонкодисперсных материалов, к которым можно отнести отсев чугунной дроби, чугунную стружку, металлоотсевы, дробленую стальную стружку, окалину и т.п. В данном случае экономический эффект достигается за счет улучшения газодинамики процесса, повышения содержания же- леза в шихте, уменьшения потерь шихты. Данный тип брикетов наиболее приемлем для шахтных печей. К третьему классу относятся специальные брикеты и совмещенные с первым и вторым классами. На- пример, брикеты на основе прокатной окалины, имеющие высокое содержание железа общего, закиси желе- за (до 60%), применяются как промывочный железосодержащий материал металлоприемников доменных печей, брикеты на основе титаносодержащих компонентов (в т.ч. металлоотсев феррованадиевого производ- ства) наоборот – для наращивания гарнисажа. Добавка мелкофракционных компонентов с высоким содержанием марганца предназначается для вы- плавки марганцовистых литейных марок чугуна. Это в равной степени относится и к остальным легирую- щим компонентам, необходимым при производстве чугуна и стали. Брикеты этого класса, с добавлением углеродистой составляющей, частично объединяют преимущества первого и второго классов, то есть эко- номят кокс, улучшают газодинамику, увеличивают содержание железа, вносят легирующие компоненты. В данном случае требования к фракционности углеродистой составляющей снижаются и допускается в от- дельных случаях применение отсева кокса с доменных печей без предварительного помола. Выводы К несомненным преимуществам брикета можно отнести следующее: - брикеты имеют правильную одинаковую заданную форму и фиксированный вес, в заданном объеме содержат больше металла, обладают более высокой прочностью и лучшей транспортабельностью; - обладают более высоким удельным весом; - экологическая безопасность брикетов (безотходность, отсутствие высоких температур при изготов- лении); - возможность применения в брикете в любом соотношении углеродосодержащего наполнителя для активизации процессов в металлургической печи (карбюризатор, восстановитель, энергоноситель); - весь кислород в брикете остается активным; - возможность использования в брикете всех видов тонкодисперсных железо-флюсо-легиро- углеродосодержащих материалов. Влияние термодеструкции фурановых смесей на эффективность механической регенерации формовочного песка Студент гр. 1033016 Гуминский Ю.Ю. Научный руководитель – Кирилов И.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью данной работы является усиление внимания регенерации формовочных и стержневых смесей с позиции температурных превращений в регенерируемом материале. В современном литейном производстве повсеместно применяются синтетические органические ли- тейные связующие материалы, как для изготовления форм, так и для производства стержней. После исполь- зования таких форм и стержней, отработанные материалы вывозятся в отвал, при этом происходит потеря значительного количества огнеупорного наполнителя, что отражается на рентабельности производства. Для повышения рентабельности зачастую применяются различные способы регенерации формовочных и стерж- невых песков. Для смесей холодного отверждения на основе фурановых связующих смол наиболее распространен способ сухой механической регенерации, который может быть представлен ударным, оттирочным или сме- шанным типом. Однако усилие, а следовательно и энергетические затраты, которые необходимо приложить для регенерации огнеупорного наполнителя во многом зависят от температуры прогрева всей массы регене- рируемого материала. При больших температурных градиентах по сечению формы может наблюдаться зна- чительный перепад температур. Для слоев формы близких к отливке, температура может достигать 600 оС и 85 более, в то время как большая часть смеси прогревается до относительно небольших температур (от 0 до 200 оС). Соответствующие таким температурным перепадам превращения связующего материала могут в значительной степени повлиять на их адгезионно-когезионные свойства, что в свою очередь отразится на механической регенерации. При воздействии температур порядка 200 оС происходит завершение процессов поликонденсации фурановых связующих материалов и их прочностные характеристики приобретают мак- симальные значения. С другой стороны, при высокотемпературном воздействии фурановые связующие про- ходят термические превращения, приводящие к образованию новых газообразных и твёрдых продуктов тер- модеструкции и карбонизации. Основные температурные интервалы (рис. 1), соответствующие значительному изменению прочности связующего материала следующие: 0–200 оС (а) – в этом интервале температур смесь изменяет свою прочность в сторону увеличения, причём в значительной степени. Так, для фурановой смеси отверждаемой в течение трёх часов при темпера- туре 20 оС прочность находится на уровне 0,7-0,9 МПа, то для этой же смеси, но прогретой до 200 оС в тече- нии 10 минут прочность может быть 2,6 МПа и более. Т.е. очевидно увеличение прочности образцов более чем в 2 раза за короткий промежуток времени. 200–400 оС (б) – интервал температур прогрева смеси, в котором наблюдаются первые признаки тер- модеструкции связующего материала, формирующего прочностные связи между частицами наполнителя. Смесь на органическом связующем на данном интервале температур постепенно теряет свою прочность и при выдержке 10 минут термодеструцируется до прочности 0,1-0,2 МПа. 400–600 оС (в) – в этом интервале температур прочность адгезионно-когезионных связей продолжает уменьшаться вплоть до полного исчезновения. Смесь становится сыпучей, как формовочный песок. Для первых трёх интервалов температур, несмотря на возможное отсутствие адгезионно-когезионных «мостиков», скрепляющих частицы наполнителя, на поверхности наполнителя остаются частицы связующе- го в виде коксового остатка. Особенно хорошо заметен коксовый остаток в интервале температур от 200оС до 600оС, когда зёрна наполнителя приобретают характерный угольно-черный цвет с небольшим металличе- ским отблеском. - 600–800 оС (г)- в этом интервале температур заканчивается стадия термодеструкции связующего вещества полным его распадом, в том числе выгоранием коксового остатка на поверхности наполнителя. Зёрна огнеупорного наполнителя при этом остаются чистыми, без признаков органического связующего материала. - 800 оС и более (д). Температуры прогрева смеси, характерные для этого интервала, являются очень высокими и соответствуют температурам заливки таких наиболее распространённых металлов, как чугун и сталь. До таких температур на практике прогревается незначительная доля формы или стержня. Во всех проведенных исследованиях материал измельчался незначительно и гранулометрический со- став песка не изменялся. Наблюдалось небольшое увеличение мелкодисперсной фракции (отхода процесса регенерации) для температурных интервалов выше 600 оС в связи с температурными фазовыми переходами в зернах огнеупорного наполнителя. Значения п.п.п. для более высоких температурных интервалов имели низкие значения, однако не больше 60 % от п.п.п. в материале до регенерации. Расхождения в значениях Рисунок 1 – Распределение температур прогрева смеси по сечению формы 86 прочности смесей на основе регенерата имеют небольшие значения и попадают в ошибку эксперименталь- ных исследований. Значения п.п.п. для более высоких температурных интервалов имели низкие значения: не больше 60% от п.п.п. в материале до регенерации. Температура прогрева фурановой смеси также не вносила существен- ных изменений в прочность смесей, приготовленных на основе регенерата (рисунок 2). Состав смесей, при- готовленных на основе регенерированных материалов, оставался постоянным и соответствовал составу ис- ходных смесей до регенерации за исключением того, что 100 %-ое количество огнеупорного наполнителя замещалось регенерированным материалом. На основе полученных данных, можно говорить о незначительном влиянии температуры прогрева формы или стержня, изготовленного на основе фуранового связующего на процесс механической регенера- ции. Это в свою очередь подтверждает отсутствие необходимости в предварительном разделении смеси по температурам прогрева, однако обнаруживает возможность применения корректирующих коэффициентов при расчете регенерационных установок, учитывающих влияние вида заливаемого расплава и габаритных размеров формы или стержня. УДК 621.74 Предложение по внедрению раздельной выбивки формовочных и стержневых смесей в литейном цехе № 2 МТЗ Студент гр. 104325 Крупеньков Г.Ф., гр. 104316 Гуминский Ю.Ю. Научный руководитель – Одиночко В.Ф. Белорусский национальный технический университет г. Минск На автоматических формовочных линиях фирмы HWS установленных на формовочном участке ли- тейного цеха № 2 МТЗ выбивка форм производится методом выдавливания кома формовочной смеси вместе с отливкой и стержнями на выбивную вибрационную решетку. Выбитая смесь проходит через решетку, на- капливается в промежуточном бункере и далее ленточным конвейером подаются в бункер-накопитель. Из бункера-накопителя смесь ленточным конвейером подается через магнитный сепаратор на элеватор и далее в щековую дробилку и сито. Просеянная смесь ленточным конвейером подаётся в расходные бункера на участке смесеприготовления. При такой системе выбивки выбитая из отливки стержневая смесь смешивается с формовочной и за- соряет ее. Это отрицательно сказывается на технологических свойствах оборотной формовочной смеси и приводит к ее избытку. Количество вывозимой в отвал смеси достигает 100 т в сутки. В литейном цехе №2 регенерация формовочного песка не предусмотрена. Для внедрения регенерации песка в литейном цехе №2 прежде всего необходимо решить проблему раздельной выбивки форм и стержней. Так как, регенерацию песка осуществляют из отработанных стержневых смесей, что является экономически целесообразным. Для решения проблемы раздельной выбивки предлагаем: 1) ком формовочной смеси вместе с отливкой и стержнями выдавливать на транспортирующий виб- ростол с отверстиями 2) выбивку стержней из отливок производить на выбивной вибрационной решетке. Рисунок 2 – Динамика роста прочности смесей, приготовленных на основе свежего формовочного песка и регенерата: 1 – 100 % формовочный песок 2К1О2025; 2 – 50 % регенерата, температура прогрева 0-200оС; 3 – 50% регенерата, температура прогрева 200-400 оС; 4 – 50 % регенерата, температура прогрева 400-600оС. 87 Пример планировки участка выбивки АФЛ-2 представлен на рисунке. Ком со смесью выдавливается на транспортирующий вибростол 1 и перемещается по нему на выбивную решетку 2. При этом формовочная смесь просеивается через отверстия в вибростоле в бункер, а затем подается на переработку и смесеприго- товление. Отливки со стержнями, поступившие на выбивную решетку, подвергаются сильной вибрации, отделяются от стержней и перемещаются виброконвейером 3 к оператору, который подвешивает их на под- весной конвейер 5. Выбитая на решетке 2 стержневая смесь просыпается в бункер, из которого может быть направлена на установку регенерации песка. Внедрение раздельной выбивки позволит уменьшить засорение оборотной формовочной смеси стержне- вой смесью, даст возможность направить стержневую смесь на регенерацию и тем самым позволит умень- шить расходы на свежий формовочный песок и захоронение отходов. УДК 621.74 Анализ технологического процесса литья в облицованный кокиль Студент гр.104315 Глушаков Д.Э., студентка гр.304314 Левковская И.И. Научный руководитель – Крутилин А.Н. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является анализ существующей технологии литья заготовок гильз цилинд- ров в облицованный кокиль. Технический прогресс в области двигателестроения, направленный на увеличение удельной мощно- сти, долговечности и экономичности современных двигателей, неизбежно связан с ростом давлений, меха- нической и тепловой напряженности деталей цилиндропоршневой группы, к числу которых относятся гиль- зы цилиндров. Условия эксплуатации гильз цилиндров предъявляют высокие требования к качеству дета- лей, стабильности геометрических размеров, физико-механическим и эксплуатационным свойствам литых заготовок. Для изготовления отливок гильз цилиндров наибольшее распространение получили способы литья в сырые песчаные формы и центробежный способ литья. Характерной особенностью данных способов литья является повышенная дефектность отливок, сложность обеспечения необходимой структуры на рабочей поверхности гильз. В производстве заготовок гильз цилиндров традиционными способами литья острыми остаются во- просы рационального использования металла, повышения эксплуатационных характеристик деталей, улуч- шения качества литья. Высокое качество гильз цилиндров ведущих фирм запада обусловлено не специфиче- скими особенностями технологического процесса, а хорошей организацией производства, четким соблюде- нием технологических параметров процесса, тщательным контролем шихтовых и формовочных материалов, высокой степенью механизации и автоматизации технологического процесса. Планировка участка выбивки на АФЛ-2: 1 – вибростол, 2- выбивная решетка, 3- виброконвейер, 4- операторская, 5- конвейер подвесной 88 Ввиду постоянного повышения требований к качеству отливок, экономии материальных, топливных и энергетических ресурсов существует необходимость в разработке и совершенствовании технологических процессов изготовления гильз цилиндров на качественно более высоком уровне при существенном улучше- нии условий труда. Необходима хорошо продуманная технология, при которой используются способы управления тепловыми процессами, которые позволяют существенно увеличить выход годного. Совершенствование и разработка комплексной ресурсосберегающей технологии литья затрагивает все стадии изготовления, начиная от теоретического анализа процесса формирования заготовок в характер- ных для способа условиях, до чисто практических вопросов, связанных с использованием процесса в произ- водстве. Экспериментальные исследования в силу сложности происходящих в процессе затвердевания про- цессов не позволяют определить количественные взаимосвязи между технологическими параметрами про- цесса. В связи с этим несомненный интерес представляет компьютерное моделирование процесса, позволяющее определить влияние одного или нескольких параметров на формирование отливки. Практический опыт получения отливок свидетельствует об исключительно важной роли тепловых условий формирования отливки, происходящих в облицованных кокилях на стадии разливки и затвердева- ния и охлаждения отливки. Выбор оптимальных технологических параметров процесса, а также определе- ние факторов, оказывающих наиболее сильное влияние на процесс формирования и качество получаемых заготовок, необходимо проводить на начальной стадии освоения технологии. Современное развитие компьютерной техники позволяет на более высоком уровне определить влия- ние значительно большего количества технологических параметров на качество получаемых заготовок, с учетом геометрических размеров отливки и формы. В качестве объекта исследований была выбрана отливка гильзы ГАЗ-66 (dн= 121мм, dвн=85 мм, h=162,5 мм), производимая на Лидском литейно-механическом заводе способом литья в облицованный ко- киль. Математическое моделирование осуществляли в системе ProCast. На первом этапе изучали влияние толщины облицовки на процесс формирования заготовки. Теоретический анализ проводили при граничных условиях третьего рода. В зависимости от начальных условий коэффициент теплопередачи принимали от 500 до 1000 Вт/м∙°С. Анализ численных исследований показывает, что при уменьшении толщины облицовки с 7 до 3 мм (температура облицовки То=150°С, температура кокиля Тк= 200°С, температура заливаемого металла Тм=1320°С), скорость затвердевания заготовки возрастает с 0,1 до 0,13 мм/с. Время полного затвердевания заготовки, при толщине облицованного слоя 3, 5 и 7 мм составляет 78, 96 и 99с, соответственно. Как показали дальнейшие расчеты, толщина облицовки оказывает наибольшее влияние на скорость затвердевания заготовки, влияние температуры облицовки и температуры заливаемого металла носит второ- степенный характер. Так, например, при увеличении температуры облицовки Тк от 150°С до 200°С (Тм=1320°С) скорость затвердевания падает с 0,13 до 0,075 мм/с (δ=3мм), для толщины облицовки δ=7 мм с 0,1 до 0,05 мм/с, соответственно. При увеличении температуры заливаемого металла с 1320 до 1400°С (То=150°С, Тк=200°С) для толщины облицовки δ=3 мм скорость затвердевания падает с 0,13 до 0,08 мм/с, при δ=7 мм с 0,1 до 0,05 мм/с. В процентном отношении влияние толщины облицовки на скорость затвер- девания в исследованных диапазонах изменения технологических параметров составляет 77%, влияние тем- пературы заливаемого металла и температуры облицовки 50-60%. Наибольший интерес представляют данные теоретического анализа о возможности образования по- ристости в различных точках отливки в зависимости от технологических параметров литья. На основании теоретического анализа процесса кристаллизации чугуна установлены места возможного образования в от- ливках дефектов усадочного происхождения в зависимости от скорости затвердевания. На рисунке представлены места возможного образования пористости при литье в облицованный ко- киль. Вероятность образования пористости при литье в облицованный кокиль. 89 Вероятность возрастания пористости в исследованном диапазоне изменения технологических пара- метров, падает с увеличением скорости затвердевания и возрастает с увеличением температуры заливки и температуры облицовки. Получено удовлетворительное совпадение расчетных и экспериментальных дан- ных по образованию пористости в отливках. Представленный анализ состояния вопроса охватывает только некоторые аспекты технологического процесса изготовления заготовок гильз цилиндров в облицованный кокиль и позволяет установить правиль- ность конструктивных и технологических параметров без необходимости изготовления литейной оснастки и контроля опытных партий отливок. В связи с постоянным совершенствованием существующей технологии, разработкой принципиально новых способов изготовления заготовок гильз цилиндров расчет оптимальных технологических параметров с помощью специализированных программ моделирования литейных процес- сов позволяет получить значительную экономию времени и материальных ресурсов на стадии проектирова- ния и начальной проработки технологических решений. УДК 621.74:669.13 Перспективные направления совершенствования технологии изготовления мелющих тел Студент гр.104315 Каленкович Д.Н., студент гр. 104316 Чубрик Е.С. Научный руководитель – Крутилин А.Н. Белорусский национальный технический университет г. Минск. Целью настоящей работы является анализ существующих проблем в производстве мелющих тел и выбор перспективных направлений совершенствования технологических процессов их изготовления. Перспективы экономического развития Республики Беларусь в ближайшие десятилетия неразрывно связаны с развитием строительной индустрии и в первую очередь строительных материалов. В цементной промышленности, прежде чем попасть в сферу использования, материалы измельчают в дробилках, трубных многокамерных шаровых мельницах и т.д. Для измельчения используют мелющие шары и цильпебсы - ци- линдры диаметром 16 - 30 мм, длинной 30 - 40 мм, торцы которых имеют эллипсоидную форму. На производительность оборудования большое влияние оказывает качество мелющих тел. Износ ме- лющих тел происходит в результате истирания при скольжении мелющих тел в абразивной среде и вследст- вие соударения тел между собой и бронефутеровкой в присутствии абразивного измельчаемого материала. В механизме абразивного и ударно-абразивного изнашивания много общего. Износостойкость мате- риалов определяется не только структурой в исходном состоянии, но и ее трансформацией в процессе из- нашивания. Поверхностные слои металла претерпевают изменения, следствием которых является образова- ние вторичных структур обладающих аномалией физических, химических и механических свойств. Закономерности изнашивания железоуглеродистых сплавов определяются их гетерогенным строени- ем, сочетанием разнородных фаз и структурных составляющих, резко отличающихся по способности к пла- стической деформации и характеру разрушения. Для успешной эксплуатации деталей, работающих в усло- виях трения и износа необходимо обеспечить первичную структуру мало или почти не изменяющуюся в процессе работы, либо обеспечить дополнительное упрочнение поверхностных слоев за счет пластической деформации микрообъемов металла и изменений в направлении формирования прочных и пластичных вто- ричных структур, обеспечивающих сопротивление изнашиванию. Для большинства случаев абразивного износа максимальной износостойкостью обладают сплавы со структурой мартенсита и небольшим количеством (до 5 %) остаточного аустенита. Высокая износостой- кость аустенита обеспечивается протеканием фазового (превращения в поверхностном слое металла с одно- временным образованием микрообъемов с высокой плотностью дислокаций). В настоящее время в Беларуси для измельчения различных материалов используют мелющие шары диаметром от 40 до 120 мм, изготовленные из углеродистых сталей поперечно-винтовой прокаткой на ша- ропрокатных станах. Для их изготовления используют отсортированные заготовки, которые использовать для других целей не представляется возможным. Основной недостаток катаных шаров - низкая объемная твердость. Высокая твердость в поверхностном слое толщиной 5 - 7 мм сменяется резким снижением по направлению к центру, что обусловлено недостаточной прокаливаемостью сталей. Имеет место существен- ный разброс твердости по поверхности отдельных шаров, вследствие «пятнистости» закалки. Повышение суммарной легированности стали, позволяет поднять не только поверхностную твердость, но и твердость по сечению шаров диаметром 60 - 80 мм. Высокие закалочные напряжения ведут к раскалыванию шаров в про- цессе эксплуатации. Для снятия напряжений необходим отпуск при температурах 450 - 480 °С. Усадочные раковины, дефекты ликвационного характера и флокены, ведут к образованию рыхлоты при поперечно- винтовой прокатке. 90 Одним из наиболее эффективных способов снижения расхода мелющих тел является замена стальных шаров на мелющие тела из высоколегированных чугунов. В промышленно развитых странах мира доля про- изводства мелющих тел из высоколегированных чугунов, износостойкость которых в 4 - 5 раз выше сталь- ных, достигает 35 % всего объема и продолжает быстро увеличиваться. Современные марки белых износо- стойких чугунов представляют собой сложнолегированные многокомпонентные сплавы с большим разно- образием структур и широким диапазоном физико-механических свойств. Применение высоколегированных чугунов для отливки шаров с последующей термической обработкой, обеспечивает получение по всему се- чению мелющего тела мартенсито - карбидную структуру, с твердостью HRCэ 55,0, с высокой ударостойко- стью, низким удельным расходом (45 - 50 г/т) мелющих тел в процессе эксплуатации. В современных условиях развития РБ, характеризующихся ограниченными материальными и энерге- тическими ресурсами, важной народнохозяйственной задачей является разработка и внедрение современных энерго- и ресурсосберегающих технологий и оборудования для изготовления мелющих тел, повышения их надежности и долговечности. В настоящее время наметилась тенденция использования многокомпонентных экономно легирован- ных в различных сочетаниях (Cr, Ni, Mo, Ti, V, B и т.д.) чугунов. Каждый компонент наряду со своим назна- чением выполняет и общую задачу повышения уровня эксплуатационных свойств, при этом его индивиду- альные свойства могут быть усилены коллективным воздействием. Главная задача сводится к тому, чтобы получить однородную и однотипную по свойствам микроструктуру во всех частях отливки из легирован- ных чугунов, процессы структурообразования в которых отличаются повышенной чувствительностью к ки- нетическим факторам. На основании анализа научно-исследовательской и патентной литературы можно сформулировать основные положения наиболее оптимальной схемы технологического процесса изготовления мелющих ша- ров: - после введения модификаторов необходимо обеспечить ускоренное охлаждение расплава до мини- мально возможной температуры, для того чтобы уменьшить возможное увеличение размеров карбидов; - для получения необходимой структуры, заготовки из износостойких белых чугунов, подвергают длительной термической обработке, вполне обоснованным и рациональным решением является совмещение процесса литья с термической обработкой. Время выдержки при температуре аустенизации выбирается в зависимости от исходной структуры и должно обеспечивать получение однородной аустенитной микро- структуры металлической матрицы, выравнивания температуры по сечению отливки, насыщения до требуе- мой величины аустенита углеродом и обеспечения выделения вторичных карбидов с размерами 1 мкм; - охлаждение с высокой скоростью до температуры мартенситного превращения, для того чтобы ис- ключить образование промежуточных структур. Низкотемпературная термическая обработка для снятия внутренних напряжений. В связи с дефицитом легирующих элементов в Беларуси, необходимо использовать отходы смежных отраслей промышленности в виде оксидосодержащих материалов, стружки, окалины и других материалов, содержащих дорогие легирующие элементы. Безусловно, необходимо вести работы по отработке техноло- гии плавки с использованием отходов с целью их стабильного восстановления и усвоения. Использование вместо традиционных ферросплавов дешевых отходов производств, с экономической точки зрения позволит существенно повысить конкурентоспособность отечественной продукции. Большие перспективы открываются перед технологами при использовании методов обработки рас- плава с помощью введения дисперсных порошков тугоплавких соединений карбидов, оксидов, нитридов и т.д. В результате введения наноразмерных материалов, происходит ускорение и развитие объемного затвер- девания, что позволяет уменьшить или полностью устранить транскристаллизацию при затвердевании. Бла- годаря наличию в расплаве большого количества дисперсных частиц, играющих роль зародышей кристалли- зации при охлаждении отливки, происходит образование мелкозернистой структуры металла и, как следст- вие, существенное повышение комплекса физико-механических и эксплуатационных свойств материалов. УДК 669.14.018.252 Особенности технологии получения литых штампов Студент гр. 104315 Сермяжко М.И. Научный руководитель – Рудницкий Ф.И. Белорусский национальный технический университет г. Минск В настоящее время при получении литого штампового инструмента используется литье песчаные и керамические формы, литье по выплавляемым моделям, электрошлаковое кокильное литье. 91 Выбор того или иного технологического процесса изготовления отливок штампов определяется глав- ным образом стремлением к получению заготовок с минимальными припусками под последующую механи- ческую обработку, габаритными размерами инструмента и экономичностью процесса получения форм. Так, при применении для формирования фигуры штампа стержней из песчано-глинистых смесей вви- ду образования большого пригара на отливках требовались большие припуски на механическую обработку и поэтому этот метод не получил распространения. Более прогрессивным для технологического процесса получения отливок штампов является исполь- зование при литье в песчаные формы облицовочного формовочного слоя, состоящего из 90-92 % электроко- рунда или плавленого кварца и 8-10% жидкого стекла. В качестве наполнительного состава в этом случае можно применять смесь, состоящую из 95%кварцевого песка и 5% жидкого стекла. Такая технология изго- товления форм позволяет улучшить качество литой поверхности фигуры штампа. С помощью литья по выплавляемым моделям получают отливки, максимально приближенные по форме и размерам к готовой детали, а в ряде случаев не нуждающиеся в обработке резанием. В результате значительно снижается трудоемкость, и стоимость изготовления изделий сокращаются расход металла и инструмента, потребность в производственных площадях, станочном оборудовании и приспособлениях, уменьшаются энергоемкость производства, а также потребность в рабочих-станочниках высокой квалифи- кации. В Шоу–процессе, как и в процессе изготовления форм по выплавляемым моделям, используют этил- силикатную суспензию. Однако Шоу-процесс имеет ряд отличительных особенностей: а) применены разъ- емные формы, изготовляемые по деревянным или металлическим моделям; б) вводятся в суспензию добавки гелеобразователя, резко ускоряющие процесс твердения; в) формы газопроницаемы и с повышенной термо- стойкостью вследствие наличия сетки трещин, образующихся при выгорании спирта после отверждения суспензии. Процесс получения заготовок способом электрошлакового кокильного литья состоит из двух основ- ных стадий: 1) расплавления и накопления металла в электрошлаковой тигельной печи; 2) заливки металла в литейные формы, формирования отливок и их кристаллизации. В процессе электрошлаковой тигельной плавки плавление металла происходит в результате выделе- ния теплоты в жидком электропроводном шлаке при прохождении через него электрического тока. В каче- стве исходного сырья используют расходуемые электроды цельные или собранные из кусков штанг, а также в кусковую шихту или стружку. В последнем случае подогрев шлака осуществляют нерасходуемыми элек- тродами. Расплавленный металл, проходя через слой жидкого шлака, температура которого обычно на 150-200 °С выше температуры плавления металла, интенсивно рафинируется от вредных примесей и неметалличе- ских включений. Жидкий металл собирается на дне плавильного тигля, футерованного огнеупорными мате- риалами, способными в течение достаточно длительного времени работать в контакте со шлаком при темпе- ратурах, характерных для электрошлакового процесса (до 2000 °С). Возможна также работа электрошлако- вой тигельной печи по схеме с жидкой завалкой, когда жидкий металл, приготовленный в отдельном агрегате (например, в дуговой или индукционной печи), заливают в тигель, где уже наведена соответствую- щая шлаковая ванна. При электрошлаковом кокильном литье накопленный в электрошлаковой тигельной печи жидкий ме- талл заливают в литейную форму, как правило, вместе со шлаком. Кристаллизуясь на внутренней поверхно- сти холодной относительно расплава формы (обычно стальной или чугунной), шлак образует шлаковый гарнисаж (2-4мм), который обеспечивает хорошее качество поверхности отливок, получаемых электрошла- ковым кокильным литьем, предохраняет их от приваривания к форме. После шлака, а частично и вместе с ним, в литейную форму поступает жидкий металл, который от- тесняет шлак от гарнисажа вверх и образует отливку. Шлак покрывает свободную поверхность жидкого ме- талла и предотвращает образование закрытой усадочной раковины. Высокое качество поверхности и требуемые механические свойства отливок позволяют изготовлять этим способам литья заготовки (взамен поковок) с небольшими (3-5 мм) припусками и широко использо- вать новые технологии при производстве заготовок самых разнообразных деталей ответственного назначе- ния. В данном случае заготовки служат, как правило, для собственных, внутризаводских нужд предпри- ятия – изготовителя отливок, а в качестве исходного сырья используют изношенный или отбракованный инструмент и детали (оснастку). По традиционной производственной схеме они идут в скрап и переплавля- ются вместе с ломом черных металлов в открытых сталеплавильных печах. При этом дорогая легированная инструментальная или конструкционная сталь (5ХНМ) практически обесценивается, так как при переплаве она смешивается со сталью других марок, многие легирующие элементы выгорают, и металл приходится легировать заново. При переплаве в электрошлаковой тигельной печи химический состав переплавляемого материала практически не изменяется. После заливки металла в кокиль получают заготовку, которую после 92 некоторой обработки резанием используют по назначению. После выхода инструмента или деталей из строя цикл повторяется. Внедрение описанного замкнутого цикла изготовления инструмента и деталей, оснастки из собствен- ных отходов обеспечивает существенное повышение маневренности инструментального производства и ремонтных служб, исключает зависимость их от поставок металла со стороны, снижает транспортные рас- ходы и пр. В этом случае себестоимость инструмента существенно (в 1,5 – 2 раза) ниже, чем кованых, при эквивалентной или даже более высокой в случае электрошлакового кокильного литья стойкости. УДК 669.14.018.252 Технология изготовления литого инструмента из высокоуглеродистой быстрорежущей стали Студент гр. 104325 Ковалев А.А., студент гр. 104324 Сергиеня В.Н. Научный руководитель – Рудницкий Ф.И. Белорусский национальный технический университет г. Минск Опыт применения литейных технологий при изготовлении литых заготовок из быстрорежущих ста- лей позволяет с уверенностью выделить ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами ис- пользования проката и поковок: - возможность использования собственных отходов инструментального производства (стружка, вы- шедший из строя инструмент, немерные заготовки проката, металлоабразивный шлам); - экономия металла за счет максимального уменьшения припусков под механическую обработку при использовании точных методов литья (до 90 %); - повышение стойкости инструмента путем оптимизации химического состава, технологических фак- торов изготовления на всех этапах от плавки металла до заливки и термической обработки заготовок с мак- симальным учетом конкретных условий эксплуатации. По существу применяемые в настоящее время в мировой практике быстрорежущие стали стандартно- го состава являются универсальными по комплексу свойств и назначению, поскольку применяются для из- готовления инструмента различного назначения (сверла, метчики, зенкеры, фрезы, развертки и др.), испы- тывающего при эксплуатации, различающиеся по абсолютной величине силовые, тепловые, изнашивающие и др. воздействия. При изготовлении инструмента литьем имеется уникальная возможность, используя в качестве шихтовых материалов отходы стандартных марок сталей, скорректировать в процессе плавки ме- талла его состав, оптимизировать условия кристаллизации. Оптимизация состава и технологических факто- ров получения литых заготовок позволяет увеличить свойства, имеющие первостепенное значение с точки зрения эксплуатационной стойкости конкретного инструмента и условий его работы (тип инструмента, об- рабатываемый материал, режимы резания и др.). В ряде случаев необходимость в обработке давлением при изготовлении стандартных быстрорежу- щих сталей ограничивает в их составе наличие таких элементов. как бор, углерод и др., существенно повы- шающих их твердость, теплостойкость, износостойкость и в результате эксплуатационную стойкость. В данной работе проведено исследование влияния повышенного содержания углерода на структуру и свойства литой быстрорежущей стали Р6М5. Свойства исследуемых сплавов, приведенные в таблице, свидетельствуют о том, что увеличение со- держания углерода способствует значительному возрастанию твердости, теплостойкости и износостойкости, но снижению ударной вязкости (таблица). Влияние содержания углерода на основные свойства литой быстрорежущей стали Сталь Твердость, НRC Теплостойкость, 620 °С, 4 ч., НRC Ударная вяз- кость, КС, кДж/м2 Износ, Δ М 10 -7, кг/ч Р6М5 63,0 58,5 90 780 Р6М5 + 1,2 % С 69,0 64,0 20-30 450 Р6М5 + 1,2 % С + + модификатор НRC 70 66,0 100-120 420 Изменение свойств вызвано увеличением количества карбидной составляющей в структуре. Причем зафиксировано увеличение, как первичных изолированных карбидов, так и сетки ледебуритной эвтектики, вызывающей охрупчивание стали. Для устранения эффекта охрупчивания в результате повышенного содержания углерода предпринята попытка повышения ударной вязкости за счет модифицирования. 93 Металлографический анализ образцов исследуемых сталей показывает, что в результате модифици- рующего эффекта происходит сильное измельчение первичного зерна. Существенные изменения наблюда- ются и в эвтектике. Она приобретает более тонкое, мелкодисперсное строение, местами разорвана и распо- ложена в виде изолированных колоний. Действие модификатора объясняется его расположением на расту- щих кристаллах и твердого раствора и карбидной составляющей структуры. В результате таких изменений в структуре под воздействием модификатора ударная вязкость исследуемой стали существенно повышается. Примечательным является тот факт, что модификатор повышает также теплостойкость и износостойкость литой стали с повышенным содержанием углерода. Это связано, по-видимому, с повышением растворимо- сти углерода и легирующих элементов в твердом растворе и, как следствие, усилением эффекта дисперси- онного твердения. Высокие показатели твердости, теплостойкости и износостойкости в сочетании с весьма удовлетво- рительной ударной вязкостью литой быстрорежущей стали с повышенным содержанием углерода позволя- ют использовать разработанную технологию для изготовления литых заготовок инструмента с минималь- ными припусками под механическую обработку. Такая сталь может найти эффективное применении в каче- стве инструментального материала, по стойкости не уступающего твердым сплавам. УДК 669.14.018.252. Исследование влияния модифицирования на структуру и свойства стали 5ХНМ Студент гр. 104325 Казаков А.В., студент гр. 104319 Кобяков К.В. Научный руководитель – Рудницкий Ф.И. Белорусский национальный технический университет г. Минск Для повышения ударной вязкости стали 5ХНМ в литом состоянии в технологическом цикле изготов- ления заготовок весьма перспективным представляется использование модифицирования. Этот прием заключается в введении в сталь ряда элементов в небольших количествах, позволяющих существенно изменить ее первичную структуру и свойства. В качестве модификаторов при проведении ис- следований использовали церий, стронций, барий и кальций. Выбор модификаторов осуществлен в соответ- ствии с современными представлениями о механизмах модифицирования и рафинирования и на основании, имеющегося на кафедре МИТЛП БНТУ опыта, по разработке составов литых быстрорежущих сталей. Опытные образцы стали выплавляли в печи Таммана с графитовым нагревателем. В качестве шихты использовали отходы проката и кузнечного производства стали 5ХНМ. Химический состав сталей регули- ровали введением в расплав ферросплавов и углерода с учетом их угара. Температура расплава, которую контролировали платина-платинародиевой термопарой, при выпуске из печи составляла 1620-1650 °С, при модифицировании 1520-1550 °С. Время выдержки с начала ввода микродобавок до разливки – 1,6-2 мин. Разливку производили в графитовые кокиля, подогретые до 300-350 °С. Такие условия кристаллизации обеспечивают стабильность свойств экспериментальных сталей. После зачистки слитки подвергали изотер- мическому отжигу в электрической камерной печи по следующему режиму: нагрев до 860-880 °С, выдержке 3 час., охлаждение вместе с печью до 720 °С, выдержка 4 час. До 500 °С отливки охлаждали вместе с печью, затем на воздухе. Из отливок вырезали образцы для определения ударной вязкости, теплостойкости, предела прочности и др. свойств. Нагрев образцов под закалку производили в ванне, температуру которой изменяли от 960 °С до 1120 °С с интервалом 40 мин. Время выдержки составляло 20-25 с/мм, охлаждение в масле. Отпуск про- изводили при температуре 500-620 °С. Химический состав и свойства исследуемых сталей приведены в таблицах 1-3. Таблица 1 – Химический состав исследуемых сталей Содержание элементов, масс. доля, % Модификатор, % № С Mn Si Cr Ni Mo V Ti Al B Ce Sr Ba Ca 1 2 3 4 5 0,38 0,39 0,41 0,37 0,39 0,39 0,38 0,36 0,39 0,36 0,36 0,35 0,37 0,36 0,35 2,17 2,16 2,12 2,14 2,15 1,04 1,06 1,08 1,03 1,07 0,24 0,22 0,21 0,24 0,23 0,41 0,43 0,41 0,42 0,41 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,022 0,021 0,023 0,021 0,022 - 0,03 - - - - - 0,03 - - - - - 0,03 - - - - - 0,03 94 Таблица 2 – Влияние модифицирования на твердость и технологические свойства литой штамповой стали Твердость, HRC, после отпуска № литья отжига закалки с 1050 °С 500 °С 600 °С Жидко- теку- честь, λ, мм Усад- ка, ε, % Кол. немет. вкл., шт/мм 1 2 3 4 5 43 42 43 41 42 22 22 21 23 22 53 54 53 55 54 47 48 47 49 48 43 44 44 45 43 300 350 345 335 340 2,2 1,7 1,8 1,9 1,8 135 48 61 67 54 Таблица 3 – Влияние модифицирования на прочность, теплостойкость и ударную вязкость литой штамповой стали № Теплостойкость (t600), HRC Прочность (σ600), МПа Ударная вязкость, КСU, кДж/м2 1 2 3 4 5 42 43 42 43 43 124 128 124 125 126 165 360 330 345 330 В результате проведенных исследований установлено, что при модифицировании литой стали на ее твердость в различных состояниях и теплостойкость наибольшее влияние оказывают инокулирующие эле- менты – бор и титан. Поверхностно-активные элементы (барий, кальций, стронций, церий), не оказывая заметного влияния на твердость и теплостойкость, существенно повышают ударную вязкость стали 5ХНМ и улучшают технологические свойства: повышают жидкотекучесть и снижают усадку. Помимо модифици- рующего зафиксирован и рафинирующий эффект поверхностно-активных элементов – установлено замет- ное уменьшение количества неметаллических включений в структуре литой стали. УДК 669.78.4 Анализ маркетинговых исследований при проектировании литейного цеха Студент гр. 104325 Линкевич Д.Б., студент гр. 304314 Павленко Р.И. Научный руководитель – Невар Н.Ф. Белорусский национальный технический университет г. Минск При работе над разнообразными проектами, предусматривающими то ли разработку нового проекта литейного цеха или реконструкцию существующего, возникает необходимость в проведении маркетинговых исследований по подбору необходимого оборудования. В связи с этим можно выделить следующие этапы маркетингового исследования: − выявление проблем и формулирование целей исследования; − отбор источников информации; − сбор информации; − анализ собранной информации; − представление полученных результатов. Основной задачей маркетингового исследования на этапе модернизации литейного цеха, является правильный выбор всего ряда необходимого оборудования. Источники информации представлены на рисунке 1. Настоящая система проработки маркетинговых исследований в области рынков сбыта предусматри- вает проведение маркетинга возможных рынков сбыта литья и поковок. Поэтому для осуществления такой работы необходимо осуществить следующие мероприятия. 1. Изучение емкости рынка литых изделий и поковок. 2. Оценка возможностей конкурентов продукции заготовительного производства. 3.Исследование спроса по изготавливаемым ранее изделиям. Данное мероприятие включает деталь- ное исследование выпускаемых литых изделий и поковок по невозвратной кооперации за период 2000 – 2008гг. оценка наличия и состояние модельной оснастки. Затем следует формирование примерного набора номенклатуры изделий пользующихся спросом. Потом подготовка спецификаций с указанием необходимой для расчета цены информации. Расчет предварительного уровня цен по исследуемой номенклатуре. Сле- дующий шаг − реклама продукции заготовительного производства по исследуемой номенклатуре, в том 95 числе через сбытовую сеть предприятия, восстановление утраченных связей с покупателями литья и поко- вок и, наконец, подготовка литых изделий для демонстрации на выставках одновременно с продаваемой техникой. 4. Исследования спроса на «новые» изделия заготовительных цехов: реклама используемых в литей- ном производстве технологий, качества литья и поковок; проведение анкетирования предприятий с целью создания перечня продукции, имеющей спрос у покупателя и формирование пакета чертежей с участием потенциальных заказчиков; формирование потенциального портфеля заказов «новых» изделий; расчет пред- варительного уровня цен по исследуемой номенклатуре и подготовка спецификаций с указанием необходи- мой для расчета цены информации. Рисунок 1. Схема отбора источников информации и сбор информации 5. Формирование стратегии продаж продукции заготовительных цехов. 6. Структурирование рынков в зависимости от выбранной стратегии продаж. Таким образом, приведенные данные позволяют судить о возможности применения принципов мар- кетинга для перевооружения литейных цехов республики. УДК 621.74 Повышение качества отливок противопригарными покрытиями на основе наноструктуриро- ванных материалов Студент гр.104325 Михалькевич И.А. Научный руководитель – Кукуй Д.М. Научный консультант – Николайчик Ю.А. Белорусский национальный технический университет г.Минск Получение качественных отливок – главная задача литейщиков. Ее решение возможно прежде всего при условии получения поверхности отливок надлежащей чистоты и без литейных дефектов. Изготовление качественной отливки неразрывно связано с литейной формой. Литейная форма придает отливке необходи- мые очертания и размеры, а также определяет качественные показатели и в первую очередь чистоту поверх- ности и отсутствие дефектов. Необходимо отметить, что существует достаточно большое число приемов и методов устранения дефектов поверхности, опубликовано много монографий по этой проблеме, но боль- шинство исследователей сходятся во мнении, что для обеспечения высокого качества поверхности отливок при любом технологическом способе их изготовления применение противопригарных покрытий самое эф- фективное средство. Известно, что в готовом к применению виде покрытия литейных форм представляют собой жидкие композиции (суспензии) дисперсные гетерогенные структуры, включающие наполнитель (твердофазная ос- нова), связующее, растворитель и функциональные компоненты, обеспечивающие получение систем с за- данными технологическими свойствам. Заключе- ния экспертов Интернет Техническая литература Маркетинго- вые исследования Опыт предприятия Журналы и сборники Проспекты фирм 96 В настоящей работе было изучено влияние наноструктурированного порошка бемита на технологиче- ские и эксплуатационные свойства противопригарных покрытий. В результате проведенных исследований установлено, что введение в состав противопригарных покрытий наноструктурированного бемита приводит к структурированию и созданию тиксотропной системы, что улучшает кроющую и проникающую способ- ность, повышает седиментационную устойчивость покрытий. Как следует из морфологических особенно- стей структуры покрытия (рис. 1, б), применение бемита позволяет повысить проникающую способность покрытия, что препятствует фильтрации расплава в капилляры литейной формы в процессе заливки. а) б) а – исходное покрытие на основе алюмосиликатного высокоогнеупорного наполнителя фракции 50-20 мкм, б – противопригарное покрытие с добавками наноструктурированного бемита Рисунок 1 –Морфология противопригарных покрытий Установлено, что использование бемита в составе противопригарных покрытий позволяет повысить термостойкость противопригарных покрытий. Эффект достигается за счет того, что в промежутках зерен основного наполнителя, образуются микропоры, которые в процессе деструкции связующего в первую оче- редь заполняются газовой фазой, которая участвует в процессе теплообмена между отливкой и формой, что существенным образом изменяет (уменьшает) эффективный коэффициент теплопроводности противопри- гарного покрытия. УДК 693.22.004.18 Влияние мелкодисперсного карбида бора на структуру и свойства железобористого сплава Студент гр. 104325 Лысюк А.Ю. Научный руководитель – Невар Н.Ф. Белорусский государственный университет г. Минск Практически во всех отраслях промышленного производства существует насущная потребность в ма- териалах, как литых, так и полученных в результате прокатки, с высокими триботехническими характери- стиками. Изделия из таких материалов эксплуатируются в абразивной и гидроабразивной среде, сопряжен- ной с кавитационными и кислотными воздействиями. На износостойкость различного рода сплавов при воздействии абразивных сред оказывает превали- рующее воздействие их микроструктура, её характерные особенности и свойства. В работе показано влияние карбида бора, как мелкодисперсного материала на морфологию структу- ры, литейные, технологические и эксплуатационные свойства литого железобористого сплава. Карбид бора в основном используется в промышленности как абразивный материал, а также при необходимости прове- дения химико-термической обработки является составляющим компонентом насыщающей смеси для полу- чения поверхностного покрытия на черных сплавах. Такое покрытие в основном служит для повышения триботехнических характеристик изделий, работающих в сложных эксплуатационных условиях. Проведенный анализ существующих данных по карбиду бора позволил привести следующую таблицу растворимости бора в твердом углероде. t, oC 1800 2000 2200 2350 2400 2500 Cв, %(ат.) 1,0 1.5 3,05 2,35 2.2 2,0 97 Параметры решетки твердого раствора бора в углероде линейно зависят от состава: параметр а воз- растает, а с уменьшается с увеличением концентрации бора. В твердом боре растворяется 0,1 – 0,2 % (ат.) С (рис.1). Рисунок 1. Диаграмма состояния системы С−В В системе С−В имеются три карбида: B12C3 или (B4C), образование которого происходит по перитек- тической реакции при температуре 2250 оС; В13С2, конгруэнтно плавящийся при 2450 оС, и фаза ВmCn пред- положительного состава ВС2. На участках твердый раствор углерода в боре + В13С2 и В4С + ВmCn образуют- ся две эвтектики, плавящиеся при 1900 и 2130 оС. Благодаря высокой абразивной способности карбид бора применяют при шлифовании и полировании твердых материалов. Изделия из карбида бора можно получать с применением горячего прессования при повышенных температурах и давлениях. При введении в расплав в качестве борсодержащего компонента карбида бора происходит диффузия бора в расплав и активное взаимодействие составляющих бороносителя с кислородом. Это приводит к образованию мелкокристаллической, равномерно распределенной по объёму матрицы расплава структуры, в состав которой входят равномерно распределенные мелкодисперсные вклю- чения железобористой и карбоборидной фазы (рис.2). Рисунок 2. Микроструктура железобористого сплава с карбидом бора. Данный фактор можно объяснить тем, что вводимый порошкообразный карбид бора имеет различные по размерам составляющие от 100 Нм и выше, до 10 мкм. В результате такого взаимодействия при темпера- турах, соответствующих температурам плавления низко и среднеуглеродистых сталей, в расплаве происхо- дит формирование таких фаз, как мелкодисперсный твердый раствор внедрения бора в α−железо и замеще- ния в γ−железо, а также боридных фаз FeВ и Fe2B, цементита типа Fe3(CB), котором согласно многочислен- ным литературным данным содержится до 80% бора. Введение порошкообразного карбида бора приводит к созданию в структуре мелкоизмельченной фа- зы типа структуры Шарпи. Такое влияние данного борсодержащего компонента можно объяснить с точки зрения его гранулометрического состава и температуры плавления. Как показывают результаты проведен- ных экспериментов, при введении порошкообразного карбида бора в составе сплава отмечается превали- 98 рующее наличие карбидной фазы. Характер ее распределения по телу отливки в некоторой мере зависит от условий введения порошкообразного карбида бора и интенсивности перемешивания расплава. Проведенный микроструктурный и рентгеноструктурный анализ подтверждает наличие боридных со- ставляющих в образующемся расплаве. В их состав, согласно данным рентгеноструктурного анализа, вхо- дят карбидные, карбоборидные и боридные фазы. Такой конгломерат из фаз, обладающих высокими показателями микротвердости, твердости и изно- состойкости, равномерно распределенных в матрице расплава, позволяет получать литые изделия с необхо- димыми эксплуатационными свойствами. Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы: − при введении мелкодисперсного карбида бора структура приобретает равномерно распределенные по телу отливки фазы; − в структуре отмечается наличие карбидных, карбоборидных и боридных фаз; − соответственно с отмеченными структурными изменениями отмечается значительное улучшение микротвердости составляющих фаз, твердости, износостойкости сплава. УДК 621.74:004 Моделирование технологии изготовления отливок с учётом противопригарных покрытий Студент гр.104315 Мельников А.М. Научный руководитель – Кукуй Д.М. Научный консультант - Скворцов В.А. Белорусский национальный технический университет г.Минск За последние годы техника литейного производства сделала значительный шаг вперед, разработаны и осуществлены принципиально новые процессы, упрощающие технологию литья или поднимающие ее на более высокий уровень. Большое внимание уделяется усовершенствованию технологии изготовления отли- вок в песчаных формах, с помощью которой производится около 90% всех отливок, и которая в ближайшие годы останется доминирующим процессом получения литых изделий. Однако производство отливок в песчаных формах часто бывает сопряжено с образованием пригара одного из наиболее распространенных дефектов поверхности отливок. Пригар является серьезным препят- ствием для улучшения экономических показателей работы литейных цехов. Эффективным средством пре- дупреждения пригара является применение противопригарных покрытий для литейных форм. За последние годы было предложено большое количество составов красок для чугунного и стального литья, выполнены многочисленные исследования с целью изыскания новых составов, способствующих получению отливок с чистой поверхностью, свободной от пригара. В настоящей работе показана возможность качественной и количественной оценки вероятности обра- зования и предотвращения дефектов отливок, по средствам моделирования физических процессов в литей- ной форме. В качестве инструмента позволяющего выполнить расчеты и получить визуальную картину про- цессов протекающих в литейной форме использована система компьютерного моделирования литейных процессов (СКМ ЛП) "ПолигонСофт". Для анализа процессов пригарообразования использовалась ступен- чатая проба. Построение 3D моделей литейной формы и отливки выполнялось в среде SolidWorks. Генера- ция конечно-элементной сетки выполнена в COSMOSDesignSTAR. Учет противопригарного покрытия осу- ществляется использование файла «параметры теплопередачи». Для изучения влияния различных противо- пригарных покрытий на процесс теплообмена на границе раздела «р-п-ф» в одной литейной форме моделируется изготовление двух отливок. Одна часть литейной формы окрашена противопригарным покры- тием на основе дистен-силлиманита, вторая противопригарным покрытием на основе графита. Динамика изменения температуры в процессе кристаллизации отслеживалась в контрольных точках на ступенях моде- ли (толщина стенки изменяется от 10 до 50 мм), как в отливке, так и в форме (рис.1). Расчет кристаллизации расплава показал, что сразу после заливки температура расплава падает сна- чала стремительно, а затем скорость охлаждения снижается. Так температура отливки в форме, окрашенной противопригарным покрытие на основе графита в контрольных точках падает до 1000°С через 340 (кривая 1), 580 (кривая 2), 695(для кривых 3,4,5) секунд, в то время как в форме, окрашенной противопригарным покрытием на основе дистен-силлиманита, температура падает до того же значения за 385, 615 и 720с соот- ветственно, т.е. через противопригарное покрытие на основе графита идет более интенсивный теплоотвод от отливки, чем через противопригарное покрытие на основе дистен-силлиманита, что подтверждает разницу в теплофизических свойствах. В результате моделирования установлено, что противопригарные покрытия оказывает разное влияние на изменение температуры в форме. Материал формы, окрашенный противопригарным покрытием на осно- 99 ве графита, в течение заливки формы расплавом нагревается до более высоких температур, чем аналогич- ный участок формы с покрытием на основе дистен-силлиманита. Максимум температуры достигает 1196°С в контрольной точке при толщине стенки 50 мм. В части формы окрашенной, дистен-силлиманитовым по- крытием также наблюдается скачкообразный рост температуры, однако максимум температуры в аналогич- ной контрольной точке равен 1148°С, что меньше температуры Тсол=1160,6°С. условие образования пригара (температура поверхности Tп больше температуры солидус расплава Тсол) - для противопригарного покры- тия на основе дистен-силлиманита не выполнено, что дает возможность предположить об отсутствии прига- ра на отливке. Рисунок 1 – Распределение температуры в литейной форме УДК 621.74 Анализ работы катковых смесителей для формовочных и стержневых смесей Студент гр. 104325 Лелюго Д.М. Научный руководитель – Невар Н.Ф. Белорусский национальный технический университет г. Минск Наибольшее распространение бегунковые смесители получили в промышленности огнеупорных ма- териалов и в крупных литейных цехах, где они используются для приготовления формовочных и стержне- вых смесей. Бегунковые смесители состоят из следующих основных частей: цилиндрической чаши, перемеши- вающего органа, привода и станины. В цилиндрической чаше происходит процесс периодического смешения. Часто внутренние боковые ее стенки выкладывают резиной, а днище, подверженное большим истирающим усилиям, – бронированны- ми листами. Чаша имеет плоскую крышку со штуцерами для загрузки смесителя компонентами и жидкими добавками. В днище чаши имеются один или два люка, прикрываемые специальными затворами, для раз- грузки смесителя. В большинстве конструкций этих смесителей чаша закреплена на станине жестко, и лишь в некоторых конструкциях она вращается от специального привода. Перемешивающий орган состоит из цилиндрических катков и плужковых отвалов. Катки (один или два) через подвижные рычаги закреплены на траверсе (крестовине), которая насажена на консольный вал, пропущенный через днище чаши. Плужковые отвалы тоже закреплены на траверсе. Они предназначены для перемещения перемешиваемой массы внутри чаши. Катки служат для уплотнения и перетирания смеси. Создаваемое ими удельное давление на сыпучий материал, попавший под них, должно быть большим: 0,8— 1,8 Мн/м2. Часто наружную поверхность катков футеруют резиной. В зависимости от того, каким способом достигается подобное удельное давление, смесители бывают с тяжелыми катками, с рессорным прижатием катков и с центробежными бегунами. В смесителях с тяжелы- ми катками необходимое удельное давление на смесь создается массой самих катков, из-за чего приходится их изготовлять весом 400—3000 кг. В смесителях с рессорным прижатием катков необходимое удельное давление на смесь достигается собственным весом катков и упругой силой рессор. В смесителях с центро- бежными бегунами катки имеют небольшой вес, но они создают необходимое удельное давление за счет развиваемой в них при вращении центробежной силы инерции. В смесителях первых двух типов может вращаться либо перемешивающий орган, либо чаша, а в не- которых конструкциях (с противоточными бегунами) и то, и другое. В смесителях с центробежными бегу- нами перемешивающий орган обязательно должен вращаться. В некоторых конструкциях центробежных 100 бегунковых смесителей, например в модели 115, катки обкатываются по боковой поверхности чаши, для чего их закрепляют на траверсе горизонтально. В зависимости от количества вращающихся перемешивающих органов, устанавливаемых в чаше, бе- гунковые смесители делят на одно- и двухроторные. Процесс смешения сыпучих материалов в бегунковых смесителях протекает быстро: 3-6 мин. Элек- трическая схема их привода допускает работу в по операционном или автоматических режимах. В послед- нем случае последовательность операций задается аппаратом КЭП-12У по общепринятой схеме. Затворы выпускных люков в бегунковых смесителях открывают и закрывают либо вручную, либо с помощью пневмоцилиндров. Наибольшее распространение имеют смесители с центробежными бегунами типа 115М (рис. 1). Стальная чаша 1 смесителя имеет внутренний диаметр 1920 мм (в модернизованном варианте 2400 мм), ее боковые стенки выложены резиной, а на нижнюю рабочую поверхность наложена броневая плита 2. В днище чаши имеются два люка и 12 для разгрузки готовой смеси. Затворы люков раздвигаются и сдвига- ются с помощью двух пневмоцилиндров. В крышке чаши имеется отверстие для соединения с мерным за- грузочным бункером. Перемешивающий орган смесителя состоит из траверсы 6, насаженной на консольный вал 5 редуктора катков 9, прижимного устройства 10, внутреннего 13 и наружных 14 отвалов. Катки крепят- ся к траверсе через рычаги и 8. Пружины прижимают каток перемешиваемой массе. Зазор между днищем и катками можно регулировать. Каждый каток вращается в двух ради-ально-упорных подшипниках, закреп- ленных в корпусе, жестко соединенном с рычагом катка. Каждый каток при вращении траверсы совершает сложное движение: кроме вращения вокруг собст- венной оси он перемещается по вертикали за счет поворота рычага в серьгах траверсы. Внутренний отвал 13 крепится к траверсе сбоку через переходную планку, он может перемещаться по высоте, для чего преду- смотрены вертикальные пазы в переходной планке. Наружные отвалы также крепятся к траверсе. Во время монтажа и ремонтов их можно перемещать в вертикальном и горизонтальном направлениях. Рисунок 1 Смеситель с центробежными бегунами типа 115М. 101 УДК 621.743.074:544.332-971.2 Применение экзотермических оболочек прибылей для повышения качества отливок Студент гр. 104328 Решетко Е.М. Научный руководитель – Фасевич Ю.Н. Белорусский национальный технический университет, г. Минск Экзотермические оболочки для прибылей обладают важным преимуществом - длительным временем протекания экзотермической реакции, в ходе которой выделяется энергии около 8МДж/кг. Это обстоятель- ство позволяет в течение длительного времени сохранять металл жидким, при этом зеркало металла в при- были в течение питания отливки опускается равномерно по всему сечению прибыли, что приводит к сокра- щению объёма металла за счёт отсутствия вытянутой в вертикальном направлении усадочной раковины. При падении температуры от 16000С до 7000С теплоёмкость экзотермической смеси меняется от 1331 до 1168 Дж/°К, теплопроводность меняется от 0,71 до 0,24 Вт/м*К. Необходимо отметить, что экзотермические оболочки превосходят теплоизоляционные свойства изотермического материала во всём рабочем диапазоне температур, а протекание экзотермической реакции создает дополнительный разогрев металла, обеспечи- вающий столь эффективно направленное затвердевание. После затвердевания отливки для облегчения отде- ления подприбыльного остатка используются отсекатели, выполненные из стержневой смеси. Основные преимуще- ства применения подобных отсекателей связаны с их не- большой теплопроводностью, что практически не снижает теплоемкость самой оболочки прибыли. Меньшее внут- реннее поперечное сечение отсекателя снижает поверх- ность между прибылью и отливкой. Клиновидная внутрен- няя поверхность отсекателя позволяет легко удалять при- быль, что приводит к сравнительно гладкой поверхности разъема. Образцы экзотермических оболочек прибылей Эффективность использования экзотермических оболочек прибылей проверяется на стадии проекти- рования литейной технологии или её модернизации без проведения многочисленных натурных эксперимен- тов. На основе численного анализа литейной технологии с учётом использования оболочек прибылей про- водится диагностика технологических и металлургических параметров режима заливки в различных услови- ях. При использовании программного пакета «Procast» становится возможным описать образование целого ряда литейных дефектов, в основе возникновения которых лежат сопряжённые гидродинамические, тепло- вые и усадочные процессы при заливке полости литейных форм и затвердевании отливки. При этом база данных программного пакета дополняется специфическими свойствами поставляемых оболочек. Вводимые данные отражают для оболочек прибылей время протекания экзотермической реакции, температура воспла- менения, количество выделяемой теплоты, распределение объёмной теплоёмкости и теплопроводности в зависимости от температуры. Результаты численных расчётов, проверка их адекватности и апробирование соответствующих техно- логических решений доказывают эффективность применения экзотермических элементов литниковых сис- тем при разработке или модернизации литейной технологии. УДК 621.743.074:544.332-971.2 Планирование математической модели оптимизации составов экзотермической смеси Студент гр. 104315 Сорока И.В. Научный руководитель – Фасевич Ю.Н. Белорусский национальный технический университет г. Минск В технологическом процессе изготовления стальных отливок достаточно широко применяются экзо- термические прибыли, в основе работы которых лежат реакции металлотермического типа, реагентами в которых являются способные к экзотермическому взаимодействию смеси порошков металлов с оксидами. Экзотермические прибыли используют для обогрева литейных прибылей с целью повышения эффективно- сти питания отливок, сокращения массы прибылей и повышения (%) выхода годных отливок. Поэтому, важным этапом в разработке экзотермических составов смесей является анализ эффективности взаимодей- ствия различных компонентов экзотермических смесей и обеспечения, тем самым, результативной работы 102 литейной прибыли. При решении задачи стабилизации свойств экзотермической смеси необходимо отка- заться от жёстких универсальных технических условий и перейти к гибкой системе регулирования их свойств в зависимости от состава исходных материалов. При разработке вышеуказанного этапа принято ру- ководствоваться математическим планированием эксперимента. В металлургии широко распространены задачи оптимизации, в которых требуется получить экстремальное значение какого-либо свойства материа- ла в зависимости от переменных, которые влияют на изменение значения параметра оптимизации – оптими- зируемого свойства. Планирование эксперимента позволило провести минимально необходимое число опы- тов для оценки отклика с заданной точностью и получить приближённую модель, позволяющую без прове- дения эксперимента получать результаты. Начинать построение модели необходимо с выбора параметра оптимизации. Затем были выбраны факторы, основной (нулевой) уровень и интервалы варьирования факто- ров. Затем факторы кодировались. Кодирование позволило представить верхний уровень фактора в виде «+1», нижний в виде «-1», а основной уровень – нулём, и сопоставить силу влияния разнородных факторов на параметр оптимизации. Далее составляют матрицу планирования, в которой кроме основных факторов, вводят фактор «X0» - так называемую фиктивную переменную, необходимую для расчёта свободного члена искомой модели – коэффициента «b0». Следующим шагом расчета было построение математической моде- ли состава экзотермической смеси, для чего были рассчитаны коэффициенты регрессии. В результате полу- чилась модель вида: iixbxbxbby  ...22110 . Для проверки значимости коэффициентов регрессии вы- двинута нулевая гипотеза о том, что коэффициенты уравнения статистически незначимо отличны от нуля. Для проверки гипотезы использован критерий Стьюдента. Для этого рассчитывают доверительный интервал коэффициентов ibfi Stb  1, . Значения коэффициентов регрессии сопоставили с ib и те значения, кото- рые оказались по абсолютной величине меньше доверительного интервала, исключили из уравнения. Далее эмпирическое значение было сопоставлено с табличным. Так, последовательно осуществляя проверку зна- чимости коэффициентов регрессии и производя соответствующую коррекцию, в конечном итоге получили модель, содержащую лишь значимые коэффициенты регрессии. Для полученного уравнения регрессии проводили проверку его адекватности. Данную проверку осу- ществляли с помощью F-критерия Фишера, численное значение которого сравнивали с табличным критиче- ским значением: 2 2 2,1 y неадекРАСЧ ff S SF  Если Fэмп< Fкрит, то нет оснований отклонять нулевую гипотезу. Если же Fэмп > Fкрит, то гипотеза об отсутствии линейной связи отвергается. Выводы. Полученные эмпирические зависимости показывают связь технологических свойств экзо- термической смеси с основными компонентами состава. Полученные зависимости непосредственно использованы для формирования корректирующего воз- действия в процессе оптимизации составов, так как отражают связь свойств экзотермической смеси с ее компонентами. На базе полученных эмпирических зависимостей, разработан алгоритм корректировки состава фор- мовочной смеси, что позволит стабилизировать свойства экзотермической смеси. 103 Машины и технология обработки металлов давлением 104 УДК 621.762 Сварка взрывом с последующей прокаткой биметаллического материала Студент гр.104415 Шегидевич А.А. Научный руководитель – Белявин К.Е. Белорусский национальный технический университет г. Минск Биметалл - материал, состоящий из двух слоев разнородных металлов или сплавов (например, сталь и алюминий, сталь и ниобий, алюминий и титан, титан и молибден и др.). В настоящее время биметаллы применяются в самых различных отраслях промышленности: в химической и нефтеперерабатывающей, в машиностроении, приборостроении, судостроении, в сельском хозяйстве и т. д. Биметаллический материал Al-Cu получают методом сварки взрывом листовых заготовок алюминия и меди различных марок с последующей прокаткой. При этой технологии соединение происходит за счет совместной пластической деформации в результате соударения, вызванного взрывом быстродвижущихся соединяемых частей. При этом кинетическая энергия движущихся деталей выполняет работу по совместной пластической деформации контактирующих слоев. Принципиальная схема сварки взрывом представлена на рисунке. Неподвижную пластину (основание) 4 и метаемую пластину (облицовку) 3 располагают под углом α = 2-16º на заданном расстоянии h = 2-3 мм от вершины угла. На метаемую пластину укладывают заряд взрывчатого вещества 2. В вершине угла устанавливают детонатор 1. Сварка производится на опоре 5. Рисунок – Угловая схема сварки взрывом до начала (а) и на стадии взрыва (б) В результате этого подвижная заготовка получает ускоренной движение, направленное в сторону не- подвижной заготовки. Соударяясь заготовки получают взаимную пластическую деформацию, необходимую для прочного соединения. После образования биметаллического материала необходимо последующая прокатка для придания биметаллическому листу формы необходимой для обработки традиционными методами. Этот процесс за- труднен необходимостью подбора режимов прокатки полученного биметалла. В результате проделанной работы подобраны режимы прокатки, на прокатном стане 500, после свар- ки взрывом биметаллического материал Al-Cu, что позволило его использовать в промышленности. Биме- таллический материал Al-Cu предназначен для изготовления контактных переходников и токопроводящих элементов. Применение материала делает возможным обеспечение идеального электрического контакта. Эффект достигается за счет устранения возможности образования гальванической пары, вызывающей элек- трохимическую коррозию. Долговечность контакта высокая, потери на нагрев исключены. Отработанная технология предусматривает возможность нанесения медного плакирующего слоя толщиной от 0,2 до 4,0 мм на алюминиевую основу с одной стороны, с обеих сторон, по всей поверхности, на отдельные дискрет- ные участки. Изготовление при помощи сварки взрывом с последующей прокаткой биметаллических и многослой- ных композиционных материалов открывает широкие перспективы. Сортамент биметаллических листов и плит, изготавливаемых сваркой взрывом разнообразен (например, максимальные габариты достигают 3000х3000 мм). УДК 621.771 Разработка комбинированной технологии изготовления рабочих деталей почвообрабатывающей роторной техники Студенты гр. 104416 Василенко В.Г., Козлов В.В., Дыбчук Н.Н., Жижич В.С. Научный руководитель – Давидович Л.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Почвообрабатывающая роторная техника применяется в сельскохозяйственном производстве при бо- роновании почвы. 105 Боронование как технологический процесс обработки поверхности почвы производится для рыхле- ния, выравнивания, уничтожения корки, очистки пашни от сорняков, заделки в почву удобрений. В процес- се боронования зубья бороны подвергаются быстрому износу и подлежат замене. В связи с отсутствием производства зубьев роторных борон в республике, задача создания экономич- ной технологии этих рабочих органов с заданным комплексом механических свойств является весьма акту- альной. Зуб роторной бороны имеет Г-образную конструкцию и состоит из монтажной и рабочей частей (ри- сунок). Зуб бороны Такая конструкция зуба позволяет использовать его с вертикальным и горизонтальным расположени- ем ротора. Однако, из-за высокой энергоемкости роторной бороны с горизонтальным расположением рото- ра, наиболее часто применяются машины с вертикальным расположением роторов. Такое оборудование вы- пускается различными иностранными фирмами "Rabe", "Lemken", "Amazon" и др. Зубья роторных борон работают в условиях высоких ударных нагрузок и испытывают значительные изгибающие напряжения из-за консольного расположения рабочей части зуба. Поэтому требования к каче- ству этого изделия определяют выбор технологии и материалов для их изготовления. При выборе материала для изготовления зуба роторной бороны был проведен анализ химического со- става и механических свойств зубьев и других почвообрабатывающих органов различных иностранных про- изводителей. Общим для материалов рабочих органов является сравнительно низкое содержание углерода - 0,3-0,4% и наличие кроме легирующих элементов Mn, Si, большого количества микродобавок Mo, Ti, Cr, Со и других. Для повышения износостойкости при воздействии ударных нагрузок, т.е. увеличения вязких свойств, содержание углерода невелико – всего лишь 0,247%. В то же время анализ механических характеристик по- казал, что за счет применения легирующих элементов и микродобавок твердость стали составляет 46-48 НRС. При этом распределение твердости по сечению детали равномерное, т.е. она одинакова как на поверх- ности, так и в сердцевине изделия. Предел прочности стали составляет 1700-1800 МПа, а ударная вязкость аn= 70-80 Дж/ . По комплексу механических свойств этим требованиям в наибольшей степени соответствуют стали ЗОХГСА. Эта сталь применяется для изготовления деталей, к которым предъявляются требования высокой прочности, упругости и износостойкости. После ТПО и закалки с 900°С с последующим охлаждением в масле и отпуске при 200°С сталь 30ХГСА имеет предел прочности σB=1960 MПa и ударную вязкость 60 Дж/ и способна выдерживать пластические деформации. То есть применение этого материала для изго- товления зуба роторной бороны вполне приемлемо. Технологический процесс обработки зуба бороны 1. Вырезка заготовки исходной формы плазменной резкой листа. 2. Формообразование монтажных конструктивных элементов, например, пазов, отверстий, техноло- гические принципы те же, что и на первой операции. 106 3. Индукционный нагрев заготовки до температуры 1150-1200 с применением генераторов ТВЧ различной мощности и частоты в зависимости от размеров заготовки. 4. Продольно-поперечная прокатка. 5. Объемная штамповка монтажной части детали. 6. Термообработка. Охлаждение в закалочной ванне или в спрейерном устройстве сформованной детали при температуре 870-920 . В зависимости от материала изделия выбирается охлаждающая среда – масло, вода с добавками, водо-воздушная смесь под давлением и др. 7. Высокий отпуск. Интервал температур для отпуска достаточно широк от 200 до 650 °С. Высо- кий отпуск (650°С) необходим для деталей, работающих с ударными нагрузками для обеспечения наивыс- шей ударной вязкости. Так для стали 30ХГСА, применяемой для изготовления зуба бороны, отпуск при 650 °С обеспечивает твердость HRC 36-38 и ударную вязкость . Для сравнения обычная закалка этой стали без деформации с последующим отпуском при температуре 650 °С дает значение HRC 32-34 и . Приведенная комбинированная технология в настоящий момент внедряется на предприятиях Респуб- лики Беларусь. УДК 621.762 Механика измельчения твердых порошковых материалов в валковых мельницах Студент гр.104415 Шегидевич А.А. Научный руководитель – Гавриленя А.К. Белорусский национальный технический университет г. Минск Находящийся между встречно вращающимися валками материал испытывает с ними силовое взаимо- действие, определяемое граничными условиями и его физическими свойствами и состоянием. Различие свойств твердых компактных и порошковых связносыпучих материалов предопределяет отли- чия условий и механизмов их деформации. Частицы твердых компактных материалов, представляющие в мас- се порошок, находятся в контактном взаимодействии, определяемым критерием прочности Мора−Кулона – математическим описанием криволинейной огибающей кругов напряжения (рисунок 1): (1) где τn и σn – касательное и нормальное напряжения к поверхностям сдвига; φ и с – соответственно угол межчастичного трения и сцепление частиц; σc = с∙сtgφ [1,2]. 0 – чистый сдвиг, τn = с; 1 – одноосное растяжение, n = - 1; 2 – одноосное сжатие, n = 1; 3 – двухосное сжатие; 4 – двухосное сжатие без сдвига Рисунок 1 − Диаграмма кругов предельного состояния Мора Увеличение внешней нагрузки сопровождается ростом контактных между частицами напряжений, де- формацией частиц и увеличением плотности твердого порошкового материала, описываемым выражением, [3,4] (2)   ,tgσσtgστ  cnnn c ,ρρ нσ mkp 107 где ρσ, ρн – под давлением и насыпная плотности твердого порошкового материала; k и m – определяе- мые экспериментально параметры. Пластическая деформация частиц, представляющих твердые компактные материалы, определяется ус- ловием пластичности Сен-Венана−Треска [5]: (3) где ч1σ и ч3σ – большее и меньшее главные напряжения; β = 1-1,15 – коэффициент напряженного со- стояния; σS – предел текучести материала. Условие структурной (межзерной) деформации твердых порошковых материалов в виде разности глав- ных напряжений, значение которой вытекает из рисунка 1, имеет вид (4) Из этого следует, что условие деформации твердых порошковых материалов определяется не только их свойствами, но и величиной меньшего, а следовательно, и среднего σ = 0,5(σ1+σ3) напряжений. Это, как и из- менение объема (плотности) обрабатываемого давлением твердого порошкового материала, представляет со- бой отличие условий его деформации от твердых компактных материалов, уменьшающееся с увеличением давления прессования. В пределе по достижении компактного состояния вследствие φ→0, а 2с→σS выражение (4) преобразуется в (3). Поскольку сцепление частиц уплотненного твердого порошкового материала меньше прочности его частиц (2с ≤ σS), условие (4) свидетельствует о возможности межзерной деформации ранее уплотненного твердого порошкового материала внешним нагружением, меньшим предшествующей обработки при условии уменьшения среднего и меньшего главного напряжений. В этом случае деформация вызывает разрыв ранее образовавшихся и образование новых контактов между частицами, площадь и прочность сцепления которых определяются действующими между ними напряжениями с возможностью разрушения уплотненного твердого порошкового материала на частицы, размер которых меньше исходного. Условие деформации и разрушения частиц обрабатываемого давлением твердого порошкового мате- риала определили совместным решением выражений (3) и (4):    cos 2sinσ 31 cS , преобразо- ванием которого получена величина среднего напряжения, вызывающего деформацию и измельчение твердо- го порошкового материала: (5) где kσ=σв/σS − коэффициент, учитывающий деформационную способность материала частиц; относи- тельная плотность материала υσ учитывает реальную площадь его сечения. При этом большее главное напря- жение определяется из известного соотношения напряжений в твердом порошковом материале:   .σsin1σσ1 c (6) Затем по известным формулам [3] рассчитывают усилие на валки, крутящий момент и мощность приво- да валков. Литература 1. Соколовский, В.В. Статика сыпучей среды /В.В. Соколовский. – М.: Физматгиз, 1966. – 243 с. 2. Харр, М.Е. Основы теоретической механики грунтов /М.Е. Харр. – М.: Стройиздат, 1971. – 320 с. 3. Ложечников, Е.Б. Прокатка в порошковой металлургии/ Е.Б. Ложечников. – М.: Металлургия, 1987. – 185 с. 4. Жданович, Г.М. Теория прессования металлических порошков /Г.М. Жданович. – М.: Металлургия, 1968. – 268 с. 5. Целиков, А.И. Теория продольной прокатки /А.И. Целиков, Г.С. Никитин, С.Е. Рокотян. – М.: Ме- таллургия, 1980. – 320 с. УДК 621.771.63 Способы управления явлением уширения при прокатке полос Студенты гр.104416 Валентюкевич А.А., Евсеев М.М. Научный руководитель – Исаевич Л.А. Белорусский национальный технический университет г.Минск Уширение при прокатке в гладких валках в большинстве случаев является отрицательным фактором, так как требует увеличения суммарного обжатия в процессе уменьшения поперечного сечения полосы. Про- ,βσσσ ч3ч1 S   .cos 2sinσσ 3131  c   ,sin2/υcos2σσ   ck S 108 дольная прокатка полос переменной толщины, являясь нестационарным процессом, характеризуется изме- няющимися по длине проката размерами и формой поперечного сечения, т.е. толщиной и шириной. При прокатке полос переменной толщины, используемых в качестве заготовок для малолистовых рессор, вследствие интенсивного обжатия на концах полосы и потери жесткого конца (внешних зон) суще- ственно увеличивается уширения на этих участках по сравнению с центральной частью заготовки. Это при- водит к получению полос с большим уширением на концах, что не допускается чертежом изделия и требует дополнительной механической обработки. Наиболее простым способом регулирования уширения полосовых заготовок является применение различных ограничительных устройств и приспособлений для придания необходимой ширины прокатной заготовке. Рядом зарубежных и отечественных фирм используются прокатные клети, в которых наряду с горизонтальными катающими по толщине валками применяют вертикальные обжимные валки, служащие для устранения уширения полосы. В ряде случаев используют валки с упорными ограничительными ребор- дами, также препятствующими развитие уширения. Недостатком перечисленных способов является невозможность обеспечения закругленной формы бо- ковых кромок полос, что является одним из основных требований к качеству такого типа проката, поскольку закругленная форма боковых кромок снимает появление концентраторов напряжений. Существенное влияние на величину уширения оказывает переднее натяжение при прокатке, так как оно активирует деформацию металла в вытяжку. Однако наличие переднего натяжения может вызывать за- рождение микротрещин в металле в процессе прокатки из-за снижения продольной составляющей объемной схемы всестороннего неравномерного сжатия, что отрицательно скажется на долговечности рессорной под- вески в целом. Уменьшение диаметра валков также приведет к снижению величины уширения. Однако это умень- шение ограниченно не только снижением жесткости самих валков, но и условиями захвата металла. Извест- но, что при установившемся процессе прокатки в приводных (не приводных) валках продольное значение угла прокатки выражается соотношением , где – коэффициент контактного трения. При несоблюдении данного требования валки начинают буксировать по металлу, что приводит к ос- тановке процесса прокатки. Это обстоятельство вызывает необходимость дробления суммарной деформа- ции, что возможно при использовании прокатной клети с несколькими парами валков. Одним из действенных факторов, оказывающих влияние на снижение уширения, является увеличение коэффициента контактного трения в направлении ширины (в поперечном направлении). Для этого предло- жено на поверхности деформируемого инструмента (профилированной катающей оправки) наносить про- дольные канавки небольшой (глубинной до 1 мм) глубины (рис.). Рисунок – Схема для расчета коэффициента контактного трения поперек полосы. Так как контакт поверхности оправки с металлом дискретен и неоднороден, то суммарная сила трения складывается из элементарных сил трения, возникающих на отдельных площадках касания , (1) где – сила трения, действующая на гладкой площадке касания шириной ; – сила трения, действующая в области продольных канавок шириной . Выражение (1) можно представить как , (2) где – касательное напряжение, действующие на гладкой площадке касания; – то же в области канавки; – количество гладких площадок шириной ; – количество канавок шириной . 109 На гладкой площадке касательное напряжение принимаем по условию Зибеля , а в области канавки , т.е. контактного трения; где – предел текучести металла полосы имеет предельно значение; – коэффициент трения. Тогда выражение (2) примет вид . Среднее значение касательных напряжений, действующих на площадках по ширине полосы, будет , (3) где – суммарная ширина касания Тогда усредненный коэффициент контактного трения, действующий в конкретном направлении, со- гласно (3) будет В продольном направлении коэффициент контактного трения можно принять таким же как и для случая прокатки на гладкой бочке. В связи с этим , что и обеспечивает снижение уширения во столько же раз по сравнению с гладким деформирующим инструментом. Таким образом, изменяя значение коэффициента контактного трения в очаге деформации поперек по- лосы можно управлять явлением уширения. УДК 621.07.06 Пресс-автомат с самоподачей ленты Студенты гр. 104425 Белявская В. Н., гр. 104416 Лапицкий В. А., гр. 104426 Малько М. А. Научный руководитель – Овчинников П. С. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является проектирование пресс-автомата для листовой штамповки. В промышленности широко используются пресс-автоматы для листовой штамповки. Эти прессы ос- нащены валковыми, клещевыми, револьверными подачами. Узел подачи довольно сложный и дорогостоя- щий. Для его привода расходуется около 20% мощности привода пресса. Подача работает дискретно, такой характер работы ограничивает производительность машины. Пресс-автоматы с валковой подачей имеют производительность 400-600 ходов в минуту. При боль- шей производительности подача выходит из строя. В данной работе рассматривается конструкция пресс-автомата, которой не требуется узла подачи. На рисунке приведен чертеж этого пресса. Станина пресса 1 сварная, закрытого типа. Сверху на станине установлен электродвигатель 3, от ко- торого крутящий момент клиноременной передачей передается маховику. С маховиком связана фрикцион- ная муфта 4, передающая крутящий момент эксцентриковому валу 7. На левом конце этого вала смонтиро- ван ленточный тормоз 2. Эксцентриковый вал проходит сквозь ползун 6, который при вращении вала совершает круговые движения. Ползун размещен в раме 5, которая перемещается в направляющих станины в горизонтальном направлении. Верхняя половина штампа с прижимом-съемником крепится к ползуну, а нижняя – к раме. При перемещении ползуна вниз относительно рамы в определенный момент лента зажимается штампом и дальше транспортируется вместе с ним. Затем производится штамповка и извлечение пуансонов из штам- пуемого материала. Такой пресс можно использовать как пресс-автомат с самоподачей ленты, ему не требуется специаль- ное подающее устройство. Если сравнить данный механизм с кривошипно-шатунным, применяемым у тра- диционных прессов, крутящий момент привода будет на 20 % больше у последнего, чем у рассмотренного здесь пресс-автомата. 110 Следует отметить, что высота данного пресса будет меньше, чем выпускаемых промышленностью на длину шатуна, примерно на 10R, где R- радиус кривошипа. Это приведет к уменьшению веса пресса и уве- личению его устойчивости вследствие снижения положения центра тяжести машины. Последнее обстоя- тельство и отсутствие узла подачи позволяют увеличить производительность пресса, которая составляет более 600 ходов в минуту. 2 5 0 H 7 e 8 6 7 0 7 2 0 Ç 8 5 H 7 f 7 Ç 1 4 5 H 7 f 7 Ç 8 5 H 7 f 7 3 0 1 1 8 2 Ç 1 6 5 H 7 k 6 Ç 1 0 5 H 7 k 6 3 2 6 H 7 e 8 1 7 5 6 2 3 4 1 5 7 1 7 6 0 Пресс-автомат с самоподачей ленты УДК 621.73.043 Малоотходная штамповка круглых в плане поковок в штампах с клиновой облойной канавкой Студенты гр.104426 Варфоломеев А.С., Лажбенёв П.П., Равгень М.А., Синицкий С.В. Научный руководитель – Карпицкий В.С. Белорусский национальный технический университет г.Минск Наиболее распространённым методом горячей штамповки в крупносерийном производстве в настоя- щее время является штамповка на молотах и прессах в открытых штампах. Наряду с большими достоинст- вами штамповка на молотах и прессаx имеет и ряд недостатков. Одним из них является большой отход ме- талла в облой, который необходим для обеспечения хорошего заполнения полости чистового ручья штампа. Отход металла в облой является наибольшим из всех элементов потерь и составляет в среднем 20-30% от веса поковок. 111 Наиболее рациональным средством уменьшения указанных потерь является внедрение безоблойной штамповки в закрытых штампах. Она дает возможность сократить до минимума или полностью устранить потери металла, идущего в облой. Однако, кроме преимуществ перед штамповкой в открытых штампах, безоблойная штамповка имеет также и ряд существенных недостатков, главными из которых являются: а) меньшая универсальность (освоена только штамповка круглых в плане поковок); б) значительные коле- бания размеров поковок по высоте, приводящие к утяжелению поковок и увеличению объёма станочной обработки; в) значительный процент брака поковок из-за не заполнения полости ручья штампа, который приводит к перерасходу металла; г) наличие торцового заусенца по периметру поковки, достигающего больших размеров по высоте, для заштамповки которого нужно иметь дополнительные штампы и оборудо- вание; д) уменьшение в 2-3 раза стойкости штампов. Эти недостатки настолько серьезны, что из-за них безоблойная штамповка не получила широкого распространения в кузнечно-штамповочном производстве. В настоящий период времени ведутся поиски новых технологических решений по совершенствованию технологических процессов штамповки паковок, одним из которых является малоотходная штамповка поковок в открытых штампах с облойной канавкой клиновой формы. Большие потери металла в облой при штамповке в открытых штампах можно объяснить несовершенством применяемой в них облойной канавки. Наиболее распространенной формой канавки, применяемой при штамповке в открытых штампах, яв- ляется канавка с параллельным мостиком, показанная на рисунке 1,а. Канавка состоит из двух участков: так называемого мостика, прилегающего к поковке, и магазина. Высота магазина берется в 2-5 раз больше вы- соты мостика, а ширина – соответственно в 3-4 раза больше ширины мостика. При такой форме канавки не создается значительного сопротивления истечению металла (рисунок 1,б). Рисунок 1- Форма облойной канавки обычного типа В результате при штамповке даже простейших поковок типа тел вращения непроизводительные поте- ри металла в облой составляют 10-25% от веса поковки. Поскольку сопротивление течению и потери металла в облой при прочих равных условиях в большой степени зависят от формы и размеров облойной канавки, то в первую очередь необходимо совершенство- вать ее конструкцию. Облойная канавка должна быть такой, чтобы при минимальном гарантированном объёме металла для облоя она могла создавать по периметру поковки с начала и до окончания штамповки такое сопротивление течению металла, которое обеспечивало бы быстрое и отчетливое заполнение полости чистового ручья штампа при высокой его стойкости. Это возможно в случае, если процесс образования облоя всегда будет происходить в условиях кон- тактного трения и резко выраженного объемного напряженного состояния с постоянно возрастающим уси- лием торможения при вытекании металла в канавку. Таким требованиям наиболее полно отвечает форма канавки, приведенная на рисунке 2. В этой ка- навке мостик выполнен в виде срезанного клина с начальной высотой hн, конечной высотой hк и шириной b. Для выхода металла, в случае штамповки с неравномерным образованием облоя по периметру поковки, за клиновой частью канавки делается полость с параллельными стенками (магазин) шириной b1. Вытекающий в облой металл, находясь под большим давлением стенок клинового мостика канавки, в условиях резко вы- раженного сжатия, вынужден в процессе штамповки течь в постоянно сужающееся пространство. Поэтому по мере продвижения металла в клиновом мостике силы, тормозящие вытекание металла в облой, стреми- тельно нарастают и в последний момент штамповки достигают максимального значения. В связи с таким процессом истечения уже с первого момента штамповки происходит резкое повышение давления в полости ручья штампа, что и обеспечивает быстрое и отчетливое получение поковки точных размеров и требуемой конфигурации. 112 Рисунок 2-Типы облойной канавки с клиновым мостиком В зависимости от конфигурации и сложности штампуемых деталей разработаны и применяются два типа клиновых канавок. Канавка, показанная на рисунке 2,а, применяется для круглых в плане поковок при равномерном образовании облоя по периметру поковки. Канавка второго типа (рисунок 2,б) применяется для поковок, близких к круглым в плане, а также для круглых поковок, имеющих тонкое полотно без на- ружного венчика при неравномерном образовании облоя по периметру поковки. Такие канавки рекоменду- ется также применять для поковок с вытянутой осью, когда в фасонной заготовке не обеспечивается точное распределение металла в соответствии с площадями поперечного сечения поковки или когда имеются на поковке участки со значительным избытком металла, выдавливаемого в облой. Допускается применение такой канавки не по всему периметру ручья. Применение штампов с клиновой канавкой вместо штампов с канавкой обычной формы позволяет значительно сократить потери металла в облой до 3-10% от веса поковки, увеличить производительность штамповки на 30-50%, повысить стойкость штампов в 1,5-2 раза. УДК 631.7/9.016 Теоретический анализ особенностей способа поверхностного упрочнения упругих элементов рессорных подвесок продольной прокаткой Студенты гр. 104426 Труш А.Г., Левкович В.В. Научный руководитель – Иваницкий Д.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Основные виды отказов рессор — усталостные разрушения листов и износ концов коренных листов. Реже встречаются срез и смятие центрового болта, износ пальца и втулки ушка, поломка кронштейнов, по- теря упругих свойств подвески. Очаги зарождения трещин находятся, как правило, на вогнутой (работающей на растяжение) поверх- ности листа и соответствуют местам контакта с соседними листами или с деталями крепления рессор. Известен способ упрочнения рессорных листов, при котором осуществляют дробную деформацию поверхности дробеструйной обработкой для повышения упрочнения металла путем создания на его поверх- ности напряжений сжатия. В качестве недостатков известного способа поверхностного упрочнения можно выделить повышенный шум, низкая экологичность, необходимость частой замены или очистки дроби, не- возможность регулирования параметров процесса. Предложенный способ поверхностного упрочнения заключается в дробной деформации при прокатке с созданием в поверхностном слое рессоры фасонной полосчатой деформированной структуры, состоящей из параллельных канавок периодического профиля (рис.1). t H h 1 1 2 P h 2 Рис.1. Схема процесса деформирования 113 Прокатный стан для осуществления упрочнения рессоры (рис.2) состоит из рабочей клети 1, с двумя приводными валками, и механизма поджима верхнего валка 2. Поверхность бочки валка образована кольцеобразными или резьбовыми выступами и впадинами ре- гулярного профиля. Инструмент может быть изготовлен в нескольких исполнениях. В первом исполнении периодические выступы и впадины выполняются в виде многозаходной резьбы с различным шагом t1 и t2 и высотой h (рис.3). Во втором исполнении выступы и впадины образованы одно- заходной резьбой с шагом t1=t2=t с углом α равным 600 и высотой h. В третьем исполнении – в виде кольце- вых выступов и впадин с шагом t1=t2=t, углом α=600 и высотой h. Полосчато-деформированную структуру выполняют на вогнутой стороне рессоры, так как она наибо- лее подвержена действию растягивающих напряжений, и во втором исполнении – на обеих сторонах. Чере- дующиеся впадины и выступы располагаются на поверхности с шагом t вдоль рессорных листов. Глубина деформирования h1, h2 колеблется в пределах 0,4-0,6 мм. 1 P P À 2 Рис.2. Схема стана для поверхностного упрочнения рессорных листов Направленная ориентация поверхностно-деформированных канавок образует полосчатую структуру (аналогично армирующим волокнам), которые обладают высокими механическими свойствами. H t a À Рис.3. Профиль зуба на инструменте В результате такой обработки с плоских поверхностей рессорного листа удаляется окалина. Поверх- ностно упрочненные канавки также являются препятствиями для лавинообразного распространения трещин по всей ширине рессорного листа. В таблице 1 приведены результаты сравнительных испытаний на циклическую прочность. Таблица 1 Номер испытанного образца Способы упрочнения 1 2 3 4 5 Среднее Без поверхностного уп- рочнения 10678 11528 11332 11064 11176 11022 Обработка дробью 13347 14410 14166 13830 13970 13778 Упрочнение 18200 18470 17670 18017 17555 17893 Результаты испытаний показали, что прочность после использования новой технологии увеличивает- ся на 30 % по сравнению с базовой дробеструйной обработкой. 114 УДК 631.7/9.016 Особенности способа холодного пластического формообразования режущих граней элементов зерно - и кормоуборочной техники Студенты гр. 104426 Киринович И.М., Кубарьков Д.Л. Научный руководитель – Иваницкий Д.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Режущие ножи являются основным элементом зерно- и кормоуборочной техники. Поскольку они яв- ляются самыми быстроизнашивающимися деталями, влияющими на надежность работы, обеспечение коси- лок режущими аппаратами высокого качества является одной из актуальных проблем. Основным режущим элементом ротационной косилки являются ножи, представляющие собой пластины прямоугольного сечения из стали 60С2 толщиной 4мм и размером 45х106 и 42х116мм (рис.1) с режущими лезвиями на боковых сто- ронах. На основании результатов теоретиче- ских исследований была разработана конст- рукция режущего ножа. При угле наклона режущих лезвий к направлению движения сегмента φ = 200-450 выполняется условие врезания, а также происходит наибольшее заострение кромки. При теоретическом анализе формооб- разование наклонных боковых граней в лис- товом материале будем рассматривать как процесс заполнения конической впадины деформирующего инструмента металлом. Приближенная схема решения основана на усреднении напряже- ний в сечениях деформируемого листа и принятии упрощенного уравнения пластичности. При штамповке кромка заготовки поворачивается относительно нижней плиты, занимая положение, при котором очаг де- формации становится симметричным (рис.2). В силу этого оси координат будут повернуты относительно первоначального положения на угол    432221  . Выделим в очаге деформации бесконечно малый элемент единичной ширины длиной dx , удаленный от начала координат на расстояние x . Составим уравнение равновесия этого элемента            022 1 1 1 1      cos cos dxfpsin cos dxphdhhd yyxxxxxx . Рис.1. Внешний вид режущих ножей Рис.2. Схема формообразования при штамповке заготовки 115 Будем считать деформацию в зоне затекания металла в зазор двумерной, поскольку вытяжка вдоль листа практически отсутствует. Далее принимаем, что главные оси напряжений в рассматриваемом элементе соответствуют вертикальным и горизонтальным осям. Тогда можно записать условие пластичности  31 . (1) Введем обозначение  43 tgf и произведем преобразования    11 0T  xy hhp . (2) Анализ уравнения показывает, что с уменьшением hx напряжение py возрастает. Для определения усилия деформирования, приходящегося на единицу длины очага деформации в произвольном сечении очага деформации, выражение (2) необходимо проинтегрировать в пределах измене- ния самой функции                                                           1 0 101 1 1 0 T 1 Tед 1 11111 h h x hhh h hdh h hP , (3) Для определения полного усилия деформирования умножим выражение (3) на длину очага деформа- ции l   lhhh h hldh h hP h h x                                                            101 1 1 0 T 1 Tп 1 11111 1 0 . (4) Рисунок 3 – График зависимости полного усилия .полнP от толщины кромки 1h при разных δ (1 – теоретическая (δ<1, f = 0,25); 2 – теоретическая (δ = 1, f = 0,4); 3 – теоретическая (δ>1, f = 0,45); 4 – экспери- ментальная) На основе формулы (4) были проведены теоретические расчеты, а на основе экспериментальных ис- следований процесса формообразования граней получены опытные данные. По результатам исследований построены зависимости полного усилия штамповки от толщины кромки (рис.3) при следующих значениях параметров: исходная толщина прямоугольной пластины h0 = 4мм; угол наклона деформирующей части ин- струмента к горизонтальной плоскости 28 ; длина режущей грани ножа 106l мм; коэффициент контактного трения «сталь по стали» 45,0;4,0;25,0f ; параметр Лоде 15,1 . Экспериментальные исследования проводили на заготовках толщиной 4 мм на лабораторном гидравлическом прессе П-200 уси- лием 2000 кН. Формообразование режущих лезвий ножей ротационных косилок пластическим деформированием повышает их стойкость в 1,5-2 раза за счет наличия заусенца, который исключает при термообработке ин- тенсивное окисление и обезуглероживание режущих лезвий. Это обеспечивает возможность выполнения 3-, 4-кратной переточки ножей, что исключено при их фрезеровании. Данные преимущества обеспечат эконо- мию дорогостоящей стали 60С2. 116 Рисунок 1 – Алгоритм моделирования про- цесса гибки УДК 621.771 Компьютерное моделирование процесса гибки трубной заготовки Студенты гр.104416 Панковец А.А., Станкевич А.С. Научный руководитель – Кудин М.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Для исследования деформационных характеристик процесса гибки трубных заготовок произвели ана- лиз с использованием компьютерного программного обеспечения. Расчеты ведутся с применением метода конечных элементов, заключающийся в замене исходной пространственной конструкции сложной формы на дискретную математическую модель, отражающую физическую сущность и свойства исходного изделия. Важнейшим элементом этой модели является, конечно-элементная дискретизация изделия т.е. построение совокупности элементарных объёмов заданной формы объединённых в единую систему. Алгоритм анализа процесса гибки трубной заготовки приведен на рисунке 1. На созданную трехмерную твердотельную модель трубной заготовки наносится тетраэдральная сетка конечных элементов, приведенная на рисунке 2а. Конечные элементы, аппроксимирующие исходную заго- товку, считаются связанными между собой в граничных точках - узлах, в каждом из которых вводится по три поступательных степени свободы. Действующие на конструкцию внешние нагрузки приводятся к экви- валентным силам, прикладываемым в узлах конечных элементов. Ограничения на перемещение конструкции (закрепления) также переносятся на конечные элементы, которыми моделируется исходный объект. Поскольку каждый конечный элемент имеет заранее определенную форму и известны его геометрические характеристики и характеристики материала, для каждого конечного элемента можно записать систему линейных алгебраических уравнений, определяющих смещение узлов под действием приложенных в эти узлы сил. Записывая систему уравнений для каждого конечного элемента, аппроксимирующего исходную физическую систему, рассматриваем их совместно и полу- чаем систему уравнений для полной конструкции. Порядок этой системы уравнений равен произведению количества подвижных узлов конструкции на число введённых степеней свободы в одном узле. В качестве граничных условий выступают закрепления по краям заготовки и приложения нагрузки на верхнюю часть трубы. В процессе моделирования приложения нагрузки к трубной заготовки получены три модели: 1. возникающие напряжения в заготовке (рисунок 2,в), вычисляемые из компонентов тензора напряжения, где σx, σy, σz - напряжения сжатия по осям X,Y,Z; σx, σy, σz - касательные напряжения между осями X,Y,Z; 2. оценка запаса прочности (рисунок 2,б), позволяет оценить отношение рассчитанных напряжений к допускаемому напряжению; 3. значение абсолютных перемещений модели в узлах (рисунок 2,г), определяемое для каждого узла по формуле: , где x, y, z – компоненты вектора перемещений i-го узла конечно-элементной сетки. 117 а б в г Рисунок 2 – Моделирование процесса гибки трубной заготовки и его анализ УДК 621.771 Способ определения жесткости рабочей клети прокатного стана Студенты гр.104416 Чернухина А.А., Шиманюк А.С. Научный руководитель – Кудин М.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Эксперименты продольной прокатки в гладких валках проводили с клиновыми образцами шириной 32; 84 и 174 мм. Точки измерения толщин клина фиксировали нанесением параллельных рисок с последую- щим заполнением их маркерной пастой. Методом пробных проходов стан настраивали на прокатку за один проход нагретой до 160 С полосы цинка шириной 32 мм с толщины 15 мм до 9 мм. Затем при неизменных растворе валков, частоте вращения валков и условий смазки задавая острым концом в валки прокатывали клиновые образцы цинка. По результатам проведенных экспериментов и расчетов по построены графики зависимости (H), ld(H), P(H), изображенные на рисунке 1. Из рисунка 1 видно, что угол захвата не линейно возрастает с увеличением толщины исходного об- разца H, а ld – в свою очередь так же не линейная функция (sin) угла захвата. Следовательно, рост усилия на валки с увеличением обжатия, не линеен. Проведенные эксперименты прокатки клиновых образцов в валках показали зависимость колебания зазора между валками от усилий на валки (рисунок 2). Из рисунка 2 видно, что с увеличением усилий на валки интенсивность приращения толщины проката уменьшается до значения, близкого к линейному. 118 Рисунок 1 - Зависимости угла захвата , проекции дуги захвата на направление прокатки ld и усилий на вал- ки P от переменных толщин образцов Hi шириной B, мм: 1 – 32; 2 – 84; 3 – 178. (; ld = f(Hi) при B = 32 мм) Рисунок 2 - Зависимость толщины проката от действующих на валки сил Близкое к линейному изменению толщины проката в функции толщины исходной заготовки и дейст- вующих усилий на валки, как показывают результаты приведенных экспериментов, наблюдаются при зна- чительных, превышающих 30…32 кН усилиях. С уменьшением этих усилий и обжатий изменение толщины hу с нарастающей интенсивностью увеличивается. Это свидетельствует о том, что жесткость рабочей клети используемого прокатного стана – величина переменная. Это может быть объяснено большим числом вос- принимающих нагрузку ее деталей и сопрягаемых между ними поверхностей, имеющих нелинейную зави- симость упругой деформации от напряжений. Рабочая клеть используемого для проведения экспериментов прокатного стана имеет винтовой нажимной механизм и станины хотя и закрытого типа, но с достаточно высокими стойками. Замкнутая упруго-пластическая технологическая система: «прокатываемая заготовка (пластически деформируемый образец) – рабочая клеть – заготовка», состоит из следующих сопрягаемых элементов, воспринимающих и передающих технологическое усилие P: образец – валок – вкладыш подшип- ника (бронза) – опорная подушка – нажимной винт – гайка – корпус механизма привода вращения винта – станина – подушка нижнего валка – валок – образец. Девять деталей разной жесткости с разными модулями упругости и восемь сопряжений с нелинейной жесткостью обусловили сложную зависимость игры валков прокатного стана hу от неизбежно переменных входных параметров процесса прокатки литых толстолисто- вых заготовок с относительно не высокой стабильностью размеров (толщины) и свойств (предел текучести). Нелинейное, интенсивное изменение толщины прокатанной полосы в функции ее обжатия, а следова- тельно, и усилий на валки, обусловлено в первой области непостоянством жесткости рабочей клети прокат- ного стана, состоящей из большого числа находящихся под технологической нагрузкой имеющих разную жесткость деталей и сопрягаемых поверхностей. Очевидно, в связи с этим, нецелесообразно проводить про- катку в силовом режиме, соответствующим первой области: разнотолщинность исходной заготовки и от- клонение от номинальной ее температуры, а следовательно и сопротивление деформации, обуславливают значительную, трудно предсказуемую в условиях не постоянной жесткости рабочей клети разнотолщин- ность прокатанной полосы. 119 Коэффициент жесткости рабочей клети определим по результатам экспериментов (рисунок 2), вос- пользовавшись формулой отношения конечных приращений (Коши) hPhhPPJ  /)/()( 2121 , де h и P – разность толщин прокатанных при h0 = const заготовок и соответствующих им усилий на валки. УДК 621.73.04 Влияние анизотропии на толщину стенки стакана при вытяжке Студенты гр. 104426 Алексеев П.В., Сущенко В.Ю. Научный руководитель – Логачев М.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является изучение влияния анизотропии на толщину стенки стакана при вытяжке. При вытяжке стаканов из листовых материалов с изотропными свойствами происходит утолщение стенки стакана по образующей, достигающее обычно на крае стакана 25-35 % исходной толщины. При вы- тяжке анизотропных материалов в связи с фестонообразованием толщина стенки изменяется не только по образующей стакана, но и по его периметру, причем в большей степени по впадине и в меньшей по фестону. Очевидно, в этом случае получающаяся разнотолщинность стенки по образующей и периметру характери- зует качество и точность вытянутого стакана. Рассмотрим результаты экспериментального исследования изменения толщины стенки стакана на первой операции вытяжки из материалов, имеющих различную степень исходной анизотропии. При этом вытяжка обеспечивала свободное изменение толщины вытягиваемой заготовки (без утонения стенки). Пер- воначальная толщина заготовки s0 устанавливалась средней по шестнадцати замерам вдоль диаметральных рисок, нанесенных под углами 0°, 22°30', 45°, 67°30', 90° относительно направления прокатки. m1 0 0,6 0,7 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 ДП 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 ДО 0,6 0,7 m1 1 2 1 2 а б Рисунок – Зависимость максимальной степени изменения толщины стенки по образующей (а) и пе- риметру (б) от коэффициента вытяжки за одну операцию: 1 – сплав АМцАМ; 2 – сталь 08кп Толщина стенок вытянутых стаканов изменялась по образующим вдоль осей фестонов и впадин, при- чем толщина стенки в каждом месте принималась средней по восьми замерам двух стаканов в равнозначных точках. Максимальную степень изменения толщины стенки по образующей (во впадине) До и периметру Дп определяли по формулам 120   о вв о s ss Д minmax   (1)   о фв П s ss Д maxmax   (2) где вsmax и вsmin — максимальная (у края стакана) и минимальная (у радиуса перехода стенки в дно) толщины по впадине вдоль образующей; фsmax — максимальная толщина стенки по фестону, измеряемая на той же высоте, что и толщина вsmax . Проведенные экспериментальные исследования показали, что До и Дп увеличиваются с уменьшением коэффициента вытяжки, причем параметр До не находится в прямой зависимости от степени исходной ани- зотропии материала. Кривая 2 находится ниже кривой 1, хотя λr стали 08кп значительно больше и равен 0,708. УДК 621.762.4 Прессование тонких пластин из трудноформуемых порошковых материалов Студенты гр. 104416 Белый А.Н., Басалай П.П. Научный руководитель – Любимов В.И. Белорусский национальный технический университет г. Минск Плохая компактируемость металлокерамических порошковых материалов в ряде случаев не позволя- ет изготавливать из них изделия традиционными способами прессования в жестких контейнерах. Особые сложности возникают при прессовании тонких пластин большого диамет-ра. Спрессованные изделия полу- чаются непрочными и при выпрессовке из контейнера разру-шаются. Объясняется это следующим. При прессовании поверхностный слой частиц порошка, воспринимая давление от пуансона, передает его всему объему порошка. Из-за подвижности частиц порошка по горизонтали создается боковое давление, дейст- вующее также и на стенки контейнера. Под действием бокового давления размеры контейнера упруго уве- личиваются. В заключительный момент прессования диаметр уплотненной порошковой заготовки соот- ветст-вует внутреннему диаметру контейнера. После снятия усилия прессования размеры контейнера стре- мятся вернуться к исходным значениям. В результате заготовка оказывается зажатой стенками контейнера. Действие радиального давления на заготовку в случае ее низкой прочности приводит к возникновению тре- щин, сколов и расслоений. Для изготовления тонких пластин из металлокерамических и других трудноформуемых порошковых материалов предложен способ прессования в упруго деформируемом контейнере. Перед прессованием или в процессе прессования контейнер подвергается действию равномер-ного радиального давления, под действи- ем которого рабочий канал контейнера упруго умень-шается. После снятия усилия прессования и радиаль- ного давления на контейнер последний вос-станавливает свои первоначальные размеры и между контейне- ром и изделием образуется зазор, исключающий силовое воздействие на боковую поверхность изделия и позволяющий легко из-влечь его из контейнера. Предложенная схема прессования была экспериментально опробована при изготовлении пластин диаметром 100 мм и толщиной 5 мм из нитрида титана TiN и керамики YBa2Cu3O7. Схема процесса приведена на рис. 1. В тонкостенном стальном закаленном контейнере 1 между пуан- сонами 2 и 3 размещалась порошковая заготовка 4 (рис. 1,а слева от оси симметрии). В процессе прессова- ния контейнер обжимался полиуретановой оболочкой 5, упруго деформировался в радиальном направлении, а) б) Рисунок 1 – Схема прессования в упруго деформируемом контейнере 121 создавая радиальное давление на боковую стенку прессуемой порошковой заготовки (рис. 1,а справа от оси симметрии). После пре-кращения действия деформирующего усилия в результате упругого последействия тонкостен-ный контейнер восстанавливал свои прежние размеры и между ним и изделием образовывался зазор Z, позволяющий беспрепятственно извлечь изделие (рис.1,б). Полученные изделия не имели повреж- дений в виде трещин, сколов, расслоений. УДК 621.961 Чистовая вырубка листовых биметаллов Студенты гр. 104416 Апанасевич А.С., Кисилевич В.В. Научный руководитель – Любимов В.И. Белорусский национальный технический университет г.Минск В современной технике все более широкое применение получают различные композиционные мате- риалы, к числу которых относятся и биметаллы. Их применение позволяет получать изделия с таким соче- танием свойств, которое не может быть достигнуто при использовании традиционных однокомпонентных материалов. Листовой биметаллический прокат находит все более широкое применение для изготовления двухслойных деталей методами листовой штамповки. Применяемые в производственной практике традици- онные технологические процессы отрезки, вырубки и пробивки не обеспечивают требуемого качества изде- лий из биметаллов: при штамповке мягкий слой биметалла по контуру отделяемой детали или заготовки выдавливается из-под инструмента, поверхность среза сильно искривляется, пластически деформируется и сама деталь, и, кроме того, имеет место расслоение. Это объясняется тем, что процессы разделения биме- таллических материалов в штампах имеют существенные особенности по сравнению со штамповкой одно- слойных листовых материалов. Начальная стадия процесса вырубки-пробивки листовых биметаллов характеризуется избирательной пластической деформацией мягкого слоя. При этом твердый слой деформируется упруго, исполняя роль жесткой подложки, на которой пластически деформируется мягкий слой. Под действием пуансона мягкий слой подвергается смятию, выдавливается и течет как к зазору, так и от него. Уменьшение предела текуче- сти и увеличение толщины мягкого слоя приводит к увеличению ширины пояска смятия и пластической области со стороны этого слоя. Смятие мягкого слоя у режущих кромок инструмента может превышать 50% от его первоначальной толщины, а ширина пояска смятия – достигать толщины биметалла. При смятии мяг- кого слоя происходит его упрочнение. Когда сопротивление деформированию обоих слоев в непосредствен- ной близости от режущих кромок инструмента становится одинаковым, начинается вторая стадия разделе- ния – совместная пластическая деформация слоев, которая продолжается до исчерпания пластичности и за- вершается разделением. Указанные недостатки приводят к необходимости дополнительной обработки, увеличению расхода материала, ухудшению условий обработки на последующих операциях и росту трудозатрат. Рисунок 1 – Схема процесса чистовой вырубки биметаллов Для исключения указанных недостатков предложен способ чистовой вырубки листовых биметаллов, схема которого приведена на рис. 1. На первой стадии процесса вырубки производится разделение мягкого слоя, на второй – твердого. Процесс реализуется путем применения двух соосных матриц 2 и 5, располо- женных с разных сторон биметаллической заготовки, пуансона 1 и контрпуансона 6. При этом матрица, рас- положенная со стороны мягкого слоя, имеет конусный выступ. Процесс осуществляется в две стадии. На первой стадии процесса происходит вдавливание конусного выступа матрицы 2 в мягкий слой 3 двухслой- ной заготовки до полного его перерезания (рис. 1,а). При этом твердый слой 4 исполняет роль жесткой под- ложки, на которой с помощью матрицы с конусным выступом происходит разделение мягкого слоя. На вто- рой стадии процесса пуансон 1, расположенный внутри матрицы с конусным выступом, отделяет твердый 122 слой в матрицу 5. Контрпуансон 6 предотвращает прогиб вырубленной детали и обеспечивает ее удаление из матрицы. Получаемая данным методом поверхность среза практически не имеет дефектов и близка к идеаль- ной. Важной особенностью процесса является то, что в надлежащий момент времени рабочий ход матрицы с конусным выступом необходимо приостановить (материал остается в зажатом между матрицами положе- нии) и переключить пресс на отделение детали пуансоном. Для реализации указанной последовательности срабатывания рабочих частей штампа необходимы специальные прессы тройного действия. Один ползун пресса приводит в действие матрицу 2 с конусным выступом, второй – пуансон 1, а третий – выталкиватель 6, осуществляющий удаление вырубленной заготовки из плоской матрицы 5 . Для реализации процесса чистовой вырубки биметаллов на универсальном оборудовании была разра- ботана конструкция штампа, обеспечивающая требуемую последовательность движений его рабочих частей при установке на прессах простого действия. Рисунок 2 – Схема штампа для чистовой вырубки тонколистовых биметаллов Схема штампа приведена на рисунке. На верхней плите штампа 1 закреплен пуансонодержатель 2 с составным пуансоном, состоящим из подвижного пуансона 15, направляющего стакана 3 и полиуретанового буфера 16. На нижней плите 12 закреплен матрицедержатель 10 с плоской матрицей 9. Матрица с конусным выступом 6 закреплена на подвижном матрицедержателе 5, соединенном через полиуретановый буфер 4 с верхней плитой винтами 17. Направляющие колонки 14 обеспечивают центрирование матриц 6 и 9. Для ос- танова верхней матрицы 6 в требуемом положении в штампе предусмотрены упоры 13. Для удаления вы- рубленных деталей из нижней матрицы штамп оснащен выталкивателем 8 и полиуретановым буфером 11. Конструкция штампа позволяет осуществлять быструю замену матриц, пуансона, упоров и обеспечивает регулировку усилий полиуретановых буферов. Штамп работает следующим образом. При опускании верхней плиты 1 заготовка 7 зажимается между выталкивателем 8 и пуансоном 15. По мере опускания верхней плиты пуансон сжимает буфер 16. Когда торцовые поверхности пуансона 15 и конусного выступа верхней матрицы 6 сравняются, начинается вдав- ливание последнего в мягкий слой биметаллической заготовки. По мере внедрения конусного выступа мат- рицы 6 усилие сжатия заготовки между пуансоном и выталкивателем возрастает, препятствуя прогибу заго- товки. В момент полного разделения мягкого слоя матрица с конусным выступом 6 садится на упоры 13 и останавливается. После этого заплечики пуансона 15 упираются в торцовую поверхность направляющего стакана 3, и пуансон путем сдвига разделяет твердый слой биметаллической заготовки, смещая вырублен- ную деталь в матрицу 9. При обратном ходе деталь удаляется из матрицы выталкивателем 8. 123 УДК 621.762.5 Исследование прессования порошковых материалов с использованием электрического тока Студенты гр. 104426 Руденя П.В., Врублевский М.Л. Научный руководитель – Белявин К.Е. Белорусский национальный технический университет г. Минск В теории холодного прессования металлических порошков установлено, что их электросопротивле- ние и другие физико-механические свойства в значительной степени определяются контактными явлениями между частицами порошка. В процессе приложения давления подпрессовки изменяются количество, разме- ры и качество контактов, приводящие к изменению удельного электросопротивления порошка. Кроме давления подпрессовки значительное влияние на формирование физико-механических свойств изделий оказывает величина последующего давления, прикладываемого к порошку после пропускания элек- трического импульса. В этом случае возможны три режима приложения этого давления: 1) давления равно нулю (после подпрессовки порошка подвижный верхний электрод-пуансон фикси- руется с помощью упора); 2) давление равно давлению подпрессовки (в течение всего процесса ЭИС порошок находится под давлением, равным давлению подпрессовки); 3) давление больше давления подпрессовки (в процессе ЭИС с помощью ударнокоммутационного устройства давление увеличивается). Все проведенные эксперименты осуществлялись при втором режиме приложения давления. Они позволили установить, что при одних и тех же параметрах электрического импульса, но различ- ных давлениях подпрессовки процесс ЭИС протекает по-разному. В зоне резкого падения удельного элек- тросопротивления при приложении давления менее 10 МПа пропускание электрического импульса приво- дит к образованию токового канала и расплавлению порошка в месте прохождения тока. Для изучения распределения плотности порошка по высоте пресс-формы исследовали зависимости удельного электросопротивления порошков от высоты прессования при различных давлениях подпрёссовки. Анализ показал, что удельное электросопротивление всех исследуемых порошков с увеличением высоты прессования резко увеличивается и достигает своего максимума в центральной части пресс-формы. Для изучения влияния давления подпрессовки на процесс ЭИС были исследованы зависимости проч- ности, пористости, удельного сопротивления, осевой и радиальной усадки экспериментальных образцов. Наибольшая прочность образцов при минимальных значениях пористости получена в диапазоне давлений 10-20 МПа. Под действием давления в процессе ЭИС происходит усадка порошка в направлении усилия прессо- вания. Усадка зависит от размера частиц порошка и увеличивается с уменьшением их размера. С увеличени- ем давления подпрессовки осевая усадка достигает максимума при давлении 10-20 МПа, а затем начинает понижаться. Это объясняется тем, что при подпрессовке порошка суммарная площадь контактов частиц увеличивается, что приводит к уменьшению удельного электросопротивления. Поэтому при достижении критического значения, которому соответствует давление свыше 20 МПа, в зоне контакта не происходит увеличения выделяемой энергии. На основании проведенных исследований установлено, что допустимый диапазон величины давления подпрессовки, обеспечивающий качественное ЭИС, составляет 10-20 МПа. УДК 621.992.7 Технология и оборудование для накатывания профильных элементов Студенты гр.104416 Карнило С.В., Гордиенко Ю.А., Богданчук А.А. Научный руководитель – Шиманович О.А. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является изучение и исследование технологии и оборудования для накаты- вания профильных элементов. Прогрессивные темпы развития мирового машиностроения непрерывно связаны с внедрением в производство новых методов обработки металлов. Одним из путей развития про- грессивной технологии машиностроения является переход на обработку металлов давлением в холодном состоянии вместо обработки резанием. Применение этого метода обработки приводит к значительному по- вышению производительности труда, повышению точности, улучшению механических свойств и чистоты поверхности обрабатываемых деталей и создает предпосылки для комплексной автоматизации. 124 Основным оборудованием для накатывания профильных элементов являются автоматы и полуавто- маты двухроликовые профиленакатные. Они предназначены для накатки в холодном состоянии различных профилей, точных метрических, трапециидальных и других резьб, мелкомодульных червяков, обкатывания (калибровки) цилиндрических и сферических деталей с целью упрочнения с ручной и автоматизированной подачей заготовок. Применяются как самостоятельные, так и в составе автоматических линий и автоматизи- рованных комплексов. Технология накатывания профильных элементов заключается в следующем: нака- тываемый профиль на заготовке образуется в результате вдавливания выступов накатных роликов в цилин- дрическую заготовку при принудительном одностороннем вращении роликов и радиальном перемещении одного из них под действием силы развиваемой гидроприводом. Заготовка при этом, находясь между роли- ками, будет вращаться под действием сил трения, возникающих при соприкосновении с ней роликов и воз- растающих по мере внедрения профиля роликов в заготовку и образования на ней профиля. Принятый технологический процесс накатки предопределил наличие в составе автомата двух ос- новных рабочих механизмов: одного для обеспечения вращения роликов с регулируемой скоростью и вто- рого – силового гидропривода, обеспечивающего регулируемое по величине и скорости перемещения пра- вого ролика, а также создающего силу, необходимую для пластической деформации заготовки. Кроме того, в состав автоматов входят электропривод, устройство для опоры деталей в процессе накатки и механизмы для автоматизированной загрузки и выгрузки заготовок из рабочей зоны. Преимуществом данного техноло- гического процесса является то, что он является технологией холодного формообразования, что в свою оче- редь обеспечивает улучшение механических характеристик: повышение твёрдости, прочности и пр., эконо- мию материала в связи с отсутствием отходов, а также позволяет сократить время обработки изделия. В си- лу своей экономичности процесс накатывания широко применяется в автомобильной промышленности, производстве труб, нормалей, гидроаппаратуры, насосов, станкостроения и др. УДК 539.374:621 Сверхпластическая формовка трубных заготовок с функциональным рельефом Магистрант гр. 641541/40 Алексеев П.А. Магистрат гр. 641451/03 Туркин К.А. Магистрант гр. 641451/03 Семенова Р.О. Научный руководитель – Панченко Е.В. Тульский государственный университет г. Тула Во многих отраслях машиностроения и авиастроения находят широкое применение оболочки замкнутого поперечного сечения, имеющие функциональный рельеф. К ним относятся трубчатые изделия, имеющие поперечные и продольные рифты, гофры постоянного и переменного сечения и др. В ряде случаях эти оболочки должны быть изготовлены из высокопрочных труднодеформируемых сплавов (ВТ3–1, ВТ6с, АМг6, АМг3 и др.). Применение методов холодного квазистатического деформирования (гидроформовка, штамповка резиной) и высокоскоростной штамповки (магнитно- импульсная и штамповка взрывом), вследствие малого ресурса пластичности, высокоэнергетических потребностей и других трудностей, может оказаться неэффективным, а иногда невозможным. Особенно эта проблема актуальна при получении крупногабаритных оболочек. Применение сверхпластической формовки позволяет значительно повысить пластические свойства деформируемых сплавов, а также существенно сократить энергозатраты, что позволяет изготавливать детали как средних, так и крупных размеров. В работе рассматривается процесс сверхпластической формовки поперечно-гофрированной оболочки из трубной заготовки (сплав АМг6). Исследование процесса выполнено теоретическим методом, основанным на методе конечных элементов (МКЭ), основных положениях механики деформируемого твердого тела и реологической модели сверхпластичного материала. Моделирование исследуемого процесса проводили для оболочек c различными высотами поперечных гофр. Также при конечно-элементном моделировании для каждого случая формовки рассчитывалась программа нагружения, обеспечивающая процесс деформирования заготовок в режиме сверхпластичности. Критерием останова процесса моделирования являлось условие заполнения полости формообразующей матрицы. На рис. 1 представлены формы, полученные при конечно-элементном моделировании для оболочек с относительными высотами гофр h/R=0,13 и h/R=0,16 (h – высота гофры; R – радиус впадины гофры). 125 h/R=0,13 h/R=0,16 Рисунок 1 – Конечные формы поперечно-гофрированных оболочек Как видно из рис. 1, при получении гофрированной оболочки с h/R=0,13 максимальная накопленная степень деформации (параметр Одквиста) составляет около 72, 2 %, при h/R – 89,4 %. На рисунке 2 представлена программа нагружения давлением газовой среды трубной заготовки, которая была сформирована при математическом моделировании исследуемого процесса. Рисунок 2 – Программа нагружения трубной заготовки при h/R=0,13 Из рисунка 2 видно, что для получения детали заданной геометрии время формовки составляет около 7 минут, что характеризует производительность предлагаемого способа изготовления поперечно- гофрированных оболочек. Таким образом, теоретические исследования процессов сверхпластической формовки поперечно- гофрированных оболочек позволили определить геометрические размеры будущих деталей, технологиче- ские параметры процессов формообразования и оценить напряженно-деформированные состояния загото- вок при их формоизменении. 126 127 Металлургические процессы 128 УДК 693.22.004.18 Обоснование экономической целесообразности производства металлизированного сырья на базе железорудных месторождений Республики Беларусь Магистрант Кузина М.А. Научный руководитель – Трусова И. А. Белорусский государственный университет г. Минск Целью настоящей работы является анализ способов производства металлизированного сырья на базе железорудных месторождений Республики Беларусь и оценка экономической целесообразности производ- ства. Актуальность рассматриваемой проблемы обусловлена тем, что при нынешних темпах производства и потребления железа в ближайшие 50 лет мировые запасы богатых железных руд начнут исчерпываться. На сегодняшний день крупнейшим потребителем металлолома является БМЗ, объемы производства которого по жидкой стали в 2010 году достигнут 2,8 – 3,0 млн. тонн в год. Это потребует исходного сырья в виде металлолома на уровне 3,0 – 3,25 млн. т/год. В настоящее время основным поставщиком металлолома в нашу страну является Российская Федерация (более 2/3), остальная часть формируется на базе отечествен- ных предприятий. В связи с изложенным и тенденцией роста цен (мировые цены на стальной лом показаны в таблице 1) представляется целесообразным рассмотреть вопросы разработки собственных месторождений железных руд. Таблица 1 – Мировые цены на лом Тип металлолома Цена, $/т Средняя цена 298.57 - 323.21 Дробленный лом США (Восточное побережье) 315 - 340 Тяжелый стальной лом HMS1 (FOB Роттердам) - аналог марки 3А 305 - 315 Тяжелый стальной лом HMS1&2 (FOB Роттердам) 300 - 315 Экспорт из СНГ, ФОБ (Западные порты) 300 - 320 Экспорт из Санкт_Петербурга, франко-вагон 235 - 250 закупочная цена Северсталь, лом 3A, франко-вагон 250 - 280 закупочная цена НЛМК, лом 3A, франко-вагон 250 - 280 закупочная цена ММК,лом 3A, франко-вагон 250 - 285 В Республике Беларусь имеется два месторождения железных руд: Околовское и Новоселковское. На Околовском месторождении сосредоточено около 166 млн тонн балансовой руды. Удельное содержание железа в рудах этого месторождения составляет 24,3%, однако руды являются легко обогащаемыми. По результатам ранее проведенных технологических испытаний доказана возможность получения из этих руд магнетитового концентрата с извлечением железа до 95,2%. Из полученного концентрата изготовлены опытные образцы металлизованных окатышей, отвечающие требованиям промышленной технологии БМЗ. Новоселковское месторождение имеет запасы руды в объеме 175 млн тонн. Это также легко обога- щаемые руды, которые, помимо железа (133,6 млн тонн) содержат около 5,7 млн тонн титановых и 205,7 тыс. тонн ванадиевых руд, что свидетельствует о необходимости их комплексного использования. Использование собственных железных руд Белорусским металлургическим заводом потребует неко- торой реконструкции предприятия. Разработка этих месторождений предполагает строительство горно- обогатительного комбината и рудников при уже имеющейся в районе месторождений развитой транспорт- ной инфраструктуре и анализ путей использования исходного сырья. УДК 669 Обоснование и выбор конструкции печи для обжига извести применительно к РУП БМЗ Студент гр. 304124 Голышев В.В. Научный руководитель – Ратников П.Э. Белорусский национальный технический университет г.Минск Основным направлением в металлургии является сокращение затрат на выплавку стали и повыше- ние качества готовой продукции. Устойчивый рост выпуска продукции требует увеличения производст- венных мощностей электросталеплавильного производства, но при этом растет потребность в основном 129 шлакообразующем и рафинирующим материале (свежеобожженной высокореактивной извести). Частич- ная замена извести необожженными материалами (сырым доломитом и известняком) не решает пробле- мы, так как увеличение их доли и шихте приводит к снижению технико-экономических показателей ра- боты дуговых сталеплавильных печей. На Белорусском металлургическом заводе для производства извести используется две шахтные печи с годовым производством 52 000 и 40 000 т, которые обеспечивают выпуск около 2 090 000 т стали в год в двух электросталеплавильных цехах, при среднем фактическом расходе 44 кг на 1 т выплавляе- мой стали. Этого объема для потребности ЭСПЦ-1,2 не хватает, так как норма составляет 50 кг/т. Поэто- му завод восполняет дефицит известняком, доломитом и другими дорогостоящими шлакообразующим материалами, стоимость которых составляет около 400 долларов США за тонну, ежемесячно для воспол- нения дефицита извести закупается 1000т материала. Стоимость 1 тонны извести, производимой двумя известково-обжигательными печами, составляет около 190 000 руб., поэтому экономически целесообразно строительство дополнительной печи, которая позволит отказаться от дорогих покупных материалов, обеспечить растущее производство и соответст- венно увеличить удельный расход извести до 55-60 кг/т стали. Расчет потребления извести с учетом выплавки 3 000 000 т/год в условиях РУП «БМЗ» (при рас- ходе извести 55кг/т) показан на рисунке 1. Рисунок 1 – Структура производства стали и извести в условиях электросталеплавильного про- изводства РУП «БМЗ» Исходными материалами для производства извести являются многие разновидности известково- магнезиальных карбонатных пород (известняки, мел, доломитизированные известняки, доломиты и др.). В состав известняков входят углекислый кальций СаСО3, и небольшое количество различных примесей (глина, кварцевый песок, доломит, пирит, гипс и др.). Теоретически карбонат кальция состоит из 56% СаО и 44% СО2. Он встречается в виде двух мине- ралов – кальцита и арагонита. Обжиг – основная технологическая операция в производстве извести. При этом протекает ряд сложных физико-химических процессов, определяющих качество продукта. Цель обжига – возможно более полное разложение (диссоциация) СаСО3 и МgСО3•СаСО3, на СаО, МgO и СО2 и получение высо- кокачественного продукта с оптимальной микроструктурой частичек и их пор. Для обжига извести в основном применяют шахтные, вращающиеся печи. Используют также ус- тановки для обжига извести во взвешенном состоянии, в кипящем слое, на специальных решетках. Вы- бор типа печи для обжига извести определяется производительностью завода, физико-механическими свойствами и химическим составом известняка, видом топлива и требуемым качеством извести. Вращающиеся печи для обжига извести позволяют получать мягкообожженную известь высокого качества из известняка и мягких карбонатных пород в виде мелких кусков. Вращающиеся печи допуска- ют возможность полной механизации и автоматизации процесса обжига. Наконец, в них можно приме- нять все виды топлива - пылевидное твердое, жидкое и газообразное. Недостатки вращающихся печей - большой расход металла на 1 т мощности, повышенные капиталовложения и значительный расход элек- троэнергии. С увеличением длины печей производительность их возрастает, а расход топлива снижается. Наибольшее распространение получили шахтные печи. Эти печи характеризуются непрерывно- стью действия, пониженным расходом топлива и электроэнергии, а также простотой в эксплуатации. Строительство их требует относительно небольших капиталовложений. 130 Имеется два основных типа вертикальных шахтных печей – одношахтные печи с противоточным нагревом и многошахтные печи с параллельнопоточным нагревом. В зависимости от вида применяемого топлива и способа его сжигания различают шахтные печи, работающие: – на короткопламенном твёрдом топливе, вводимом обычно в печь вместе с обжигаемым мате- риалом; т.к. известняк и кусковое топливо при этом загружают в шахту перемежающимися слоями, то иногда такой способ обжига называют пересыпным, а сами печи – пересыпными; – на любом твердом топливе, газифицируемом или сжигаемом в выносных потоках, размещаемых непосредственно у печи; – на жидком топливе; – на газовом топливе, естественном или искусственном. Противоточное движение обжигаемого материала и горячих газов в шахтной печи позволяет дос- таточно полно использовать теплоту отходящих газов на прогрев сырья, а теплоту обожженного мате- риала – на подогрев воздуха, идущего в зону обжига. Поэтому для шахтных печей характерен низкий расход топлива. Расход условного топлива в этих печах составляет примерно 13-16% массы обожженной извести или 3800 - 4700 кДж на 1 кг. Анализ преимуществ и недостатков различных конструкций печей для обжига извести позволил сделать вывод, что в условиях БМЗ целесообразно эксплуатировать печи шахтного типа из-за низкого расхода топлива, либо использовать сочетание шахтной и вращающейся печей. При этом мелкокусковой фракционированный известняк необходимо обжигать на 80% в шахте с применением кокса и оконча- тельно - во вращающейся печи. Суточная производительность подобной установки может составлять 400 - 500т. УДК 669 Применение метода двухстадийного углеродного раскисления легированных сталей с це- лью управления составом и количеством неметаллических включений Студент гр. 304124 Голышев В.В. Научный руководитель – Румянцева Г.А. Белорусский национальный технический университет г.Минск Одной из основных проблем при производстве стали является выбор оптимальной технологии вне- печной обработки с целью минимизации загрязненности стали неметаллическими включениями, а также исключения дефектов макроструктуры заготовки. Оксидные неметаллические включения в среднеуглеродистых легированных марках стали по своей природе условно можно разделить на два основных типа:  шлаковые включения, близкие по своему составу к печному шлаку CaO-SiO2-Al2O3;  продукты реакций раскисления SiO2-MnO-Al2O3, CaO-MnO-SiO2. Хорошо деформируемые при температурах горячей прокатки включения оказывают наименее вред- ное воздействие на свойства стали, что связано с их пластичностью при температурах деформации металла и более прочной связью с металлической матрицей. Содержание Al2O3 во включениях в значительной мере определяет склонность включений к деформации и не должно превышать 15 – 20 %. Это хорошо согласует- ся с областями тройных легкоплавких эвтектик на шлаковых диаграммах состояния CaO-SiO2-Al2O3 и SiO2- MnO-Al2O3. Составы деформируемых включений, отличающихся невысокими температурами плавления, лежат вблизи области эвтектики между анортитом и псевдоволластонитом на диаграмме CaO-SiO2-Al2O3, спессартитом для диаграммы SiO2-MnO-Al2O3, и волластонитом на диаграмме CaO- MnO- SiO2. Согласно тройным диаграммам данные неметаллические включения имеют различную температуру плавления - от 1380 до 2050 С. Включения данного состава при нагреве металла в методической печи не расплавляются, а в результате прокатки заготовки подвергаются разрушению и вытягиваются в направлении проката. Такие включения представляют большую опасность, так как они служат местом концентрации напряжений и спо- собствуют разрушению изделий. С целью управления составом и количеством неметаллических включений эндогенного характера предложена технология предварительного двухстадийного углеродного раскисления металла на выпуске применительно к легированным сталям. Данный метод раскисления сводит до минимума количество вклю- чений, являющихся продуктами раскисления данной стали. Принцип данной технологии заключается в про- ведении процесса раскисления стали на выпуске с использованием в первую очередь углеродосодержащих материалов. 131 Выпуск металла из дуговых сталеплавильных печей при выплавке легированных марок стали осуще- ствляется при содержании углерода менее 0,12 %. Перед выпуском плавки на дно стальковша присаживает- ся науглераживатель (коксовая мелочь или науглераживатель типа «С») в количестве от 60 до 150 кг. Пода- ча алюминия производится под струю, после наполнения ковша 35–40 тоннами металла, в количестве 12-28 кг. Выпуск металла из дуговой печи производится с температурой 1600 – 1660 С, при которой достигается наибольший эффект раскисления. В процессе выпуска и после наполнения 1/3 ковша металлом присажива- ют порцию шлакообразующих, раскисляющих и легирующих материалов. В конечном итоге активность кислорода в стали 40Х перед разливкой составит а[О] =15 – 20 ppm. Применение предварительного раскисления коксом способствует снижению угара раскислителей и легирующих добавок. Так, если угар марганца при обычной технологии достигает 30 %, а угар кремния – 32 %, то при предварительном раскислении коксом эта величина снизится до 20 – 22 % для марганца и до 14 – 20 % для кремния. Кроме этого, предварительное углеродное раскисление стали обеспечивает выравнива- ние окисленности металла по всему объему, уменьшение окисленности металла и шлака, снижение угара раскислителей и количества неметаллических включений в стали, и, как следствие, повышение пластично- сти. В результате применения данной технологии содержание оксидных включений снижается с 3,5 – 5 до 1,5 – 2 баллов, одновременно со снижением количества неметаллических включений (до 30%) наблюдается уменьшение содержания в стали газов. УДК 669 Оптимизация состава шихты для качественных марок стали, выплавляемых в дуговых сталеплавильных печах Магистрант Ведыбеда Д.В. Научный руководитель Трусова И.А. Белорусский национальный технический университет г.Минск В настоящее время основным сырьём для производства стали на БМЗ является металлолом, около 70– 80 % которого закупается в России, а остальное составляет внутренний металлолом Республики Беларусь и возврат собственного производства. Металлолом железнодорожным транспортом поступает в копровый цех БМЗ, где осуществляется его разгрузка, сортировка и загрузка в завалочные корзины магнитно- грейферными кранами мостового типа. Для переработки крупногабаритного лома используют гидравличе- ские пресс-ножницы и посты газовой резки. Переработанный лом отгружают в корзины, которые подвозят- ся на весовые стенды, а затем после загрузки транспортируется в электросталеплавильные цеха. Закупоч- ные цены на металлом и другие шихтовые материалы растут, что ведёт к увеличению себестоимости выпус- каемой продукции, и как итог, увеличению её цены, что является негативным фактором для реализации продукции. В связи с изложенным возникает необходимость подбора оптимальной шихтовки для качест- венных марок сталей, чтобы снизить количество незаказных плавок и уменьшить стоимость шихты, из ко- торой данные марки сталей производятся. В результате выполнения работы проведен всесторонний анализ существующих видов шихтовых ма- териалов на примере производства качественной марки стали Fe360-1 в условиях РУП «БМЗ». Разработана модель в интегрированной среде МS Excel, включающая расчёты материального и теплового балансов. На первом этапе обработаны 9 плавок с характерными шихтовками, причем химический состав мате- риалов был взят либо усреднённым, либо с явно завышенными показателями, что позволило определить степень риска использования того или иного вида шихты для плавки данной марки стали. Также учтены ферросплавы, используемые в производстве на РУП «БМЗ», расходы по кислороду и природному газу для ДСП-3, химический состав извести и иных добавочных материалов, расход электро- энергии и другие показатели для выбранной марки стали, чтобы как можно максимально приблизить ре- зультаты расчёта к производственным показателям. При определении оптимальной шихтовки для данной марки стали принимался во внимание ком- плекс как экономических, так и технологических показателей: расход электроэнергии, расход природного газа и технического кислорода, количество образующегося шлака и отходящих печных газов, количество затраченной извести и ферросплавов, стоимость шихты, теплонагрузка на сталеплавильный агрегат, суточ- ная производительность печи. В итоге выполнения работ составлена сводная стоимость всех затрат для вы- плавки по каждому варианту шихтовки. На последующем этапе с использованием методов теории оптимального управления предполагается выбор оптимального состава металлошихты по комплексному показателю, который обеспечивает мини- мальные затраты при требуемом качестве стали. 132 Необходимо отметить, что разработанная модель может быть использована для оптимизации ших- товки при выплавке стали в дуговых сталеплавильных агрегатах любой емкости с целью совершенствования технологии выплавки в условиях действующего производства, а также в учебном процессе. УДК 669 Влияние технологии нагрева металла в газопламенных печах на окалинообразование Магистрант Юрчак А.Н. Научный руководитель – Корнеев С.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Окисление металла в печи во многом определяет стоимость операции нагрева, поэтому разработка режимов нагрева металла с минимальным окалинообразованием является одной из наиболее актуальных задач поиска экономичных режимов тепловой обработки слитков и заготовок в металлургическом и маши- ностроительном производствах. В общем случае угар металла пропорционален постоянной окалинообразования, зависящей от марки стали, химического состава атмосферы печи и температуры, а также квадратному корню из времени нагрева. Помимо количественных характеристик окалины необходимо отметить такие ее свойства как проч- ность связи с металлом. При избытке топлива окалины образуется меньше, но она более плотная и характе- ризуется большей силой сцепления с металлом. При избытке воздуха окалина характеризуется более тол- стым слоем, который имеет малую связь с подложкой и вследствие разрыхления легко отделяется от метал- ла. Следует отметить, что в сталях содержащих никель, окалина более плотная. Результаты испытаний на растяжение образцов, нагретых в печи, отапливаемой природным газом, показали, что усилие отрыва окалины от образца на легированной стали (15..33 кг) в два раза больше чем на углеродистой стали (8..18) [1]. При малоокислительном нагреве стали в печах наиболее часто используются режимы нагрева, в кото- рых защитная среда образуется за счет сжигания газа с недостатком воздуха. Влияние коэффициента избытка воздуха на окалинообразование при сжигании природного газа было исследовано в работе [2]. Для исследований выбраны три марки стали: углеродистая - Ст3 с легко отде- ляющейся окалиной и хромоникельмедистые - 10ХН2МД и 10ХН4МД с «прилипающей» окалиной. Режим нагрева заключался в посаде образцов в печь с температурой 600..700 ºС, нагреве их до температуры 1200 ºС и выдержке при этой температуре в течение 6 часов с дальнейшим охлаждением на воздухе. В ходе исследований была оценена глубина окисления металла по высоте неокисленной площадки над свободно окисляемой поверхностью. Анализ результатов показал, что при  = 1,25 наблюдается макси- мум окисления для хромоникелевой стали. Для углеродистой стали максимальное окисление (угар) наблю- дается при  = 1,05, а при  = 1,25 и  = 1,45 оно уменьшается. Результаты исследований по влиянию коэффициента избытка воздуха на прочность сцепления окали- ны с металлом, находящимся при высокой температуре, показывают следующее: - на углеродистой стали окалина не сохраняется при любых знначениях α; - при  = 1,45 толщина сохранившейся окалины минимальна для хромоникельмедистой стали (0,05 мм), тогда как при  = 1,05 она максимальна (2мм); - толщина сохранившейся окалины на стали 10ХН2МД при  = 1,45 для условий нагрева в газопла- менной печи меньше чем в электрической печи, а при малых значениях  (1,05; 1,25) больше, чем в элек- трической печи. Повышение коэффициента избытка воздуха более 1,45 приводит к дальнейшему уменьшению окали- нообразования, о чем свидетельствуют данные, приведенные в работе [3]. По результатам исследований угара для стали 10 при коэффициентах избытка воздуха в диапазоне от 0,6 до 4,5, а также в воздушной среде можно сделать однозначный вывод, что достигнуть снижения угара можно как уменьшая коэффициент из- бытка воздуха, так и увеличивая его по отношению к стехиометрическому соотношению. С технологической точки зрения данные исследования особенно важны, поскольку часто считается, что герметизация рабочего пространства должна приводить к снижению окалинообразования. Опыт экс- плуатации высокотемпературных печей, построенных в последнее время и имеющих возможность изолиро- вать поступление дополнительного воздуха в печь, показывает, что угар при этом во многих случаях не уменьшается. Связано это с тем, что продуктами сгорания природного газа при α = 1 являются CO2 и H2O, каждый из которых при высоких температурах является более сильным окислителем, чем воздух, состоящий из кислорода и азота. По данным [4] окислительная способность водяного пара почти такая же, как и сво- бодного кислорода и в 2,0…2,5 раза выше окислительной способности диоксида углерода. Содержание 0,1…0,2 % SO2 почти в два раза увеличивает количество образующейся окалины. 133 Известно что, для решения проблемы уменьшения окисления металла существует три принципиально отличающихся технологических подхода: - создание защитной атмосферы и использование радиационных труб; - создание малоокислительной печной атмосферы путем понижения содержания воздуха в сварочной и томильной зонах (т.е. при высоких температурах металла) и подачи дополнительного количества воздуха в первые зоны печи для дожигания продуктов горения; - разработка оптимальных температурных режимов работы печи. Кроме того, необходимо точное соблюдение разработанного температурного режима в процессе экс- плуатации, так как локальный перегрев металла и чрезмерная выдержка приводят к потерям металла. Литература 1. Темлянцев Н.В. Повышение качества толстолистового проката на основе применения рациональ- ных режимов нагрева стали в печах и деформационного окалиноудаления: диссертация… кандидата техни- ческих наук: 05.16.05, Новокузнецк, 2007 2. Кириллов Ю.А. Комплексное исследование окалинообразования на углеродистых и низколегиро- ванных сталях и оптимизация процессов нагрева при горячей пластической деформации: диссерта- ция…кандидата технических наук: 05.02.01, 1998 3. Дистергефт И.М. Новый способ уменьшения угара, обезуглероживания и наводороживания метал- ла при нагреве в пламенных печах // Сталь №1, 2008, С.86-93. 4. Кривандин В.А., Филимонов Ю.П. Теория металлургических процессов, М. 1986. – 361 с. УДК 669 Использование новых типов горелочных устройств в металлургических нагревательных печах Магистрант Юрчак А.Н. Научный руководитель – Корнеев С.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Нагревательные топливные печи, традиционно работающие на газообразном топливе, являются од- ним из крупнейших потребителей энергоресурсов. Между тем, цена природного газа растёт теми же темпа- ми, или даже быстрее, чем цена на нефтепродукты. Затраты на потребляемый газ, как часть текущих затрат, вряд ли уменьшатся в будущем и могут существенно возрасти в дальнейшем. Кроме того, в настоящее время возрос интерес к новым конструктивным решениям газосжигающего оборудования, вследствие всё более строгих требований к выбросам в атмосферу. Оба фактора являются причиной для поиска путей существен- ного снижения потребления энергии в высокотемпературных процессах, и не только в производстве металла как наибольшего энергопотребителя, но и в других отраслях (производство стекла, керамики, в нефтехими- ческой промышленности и др.) Использование теплоты отходящих продуктов сгорания для подогрева поступающего в горелки воз- духа является существенным резервом экономии топлива. Анализ показывает, что при подогреве воздуха в рекуператорах представляется возможным экономить около 40 % топлива, при подогреве воздуха в регене- раторах — до 60 %. Широко применяемые кирпичные регенераторы обеспечивают возвращение в печь с подогретым воз- духом около 50% теплоты отходящих продуктов сгорания. Вместе с тем эти регенераторы громоздки, тре- буют значительных затрат на сооружение и эксплуатацию, а конструкции устройств для сжигания газа с подогретым в кирпичных регенераторах воздухом не обеспечивают качественного сжигания газа и эффек- тивного теплообмена в рабочем пространстве печи. Применяемые на печах промышленных предприятий Республики Беларусь рекуператоры не решают проблему эффективного использования теплоты отходящих продуктов сгорания. Керамические рекуперато- ры не обладают достаточной газоплотностью. Однако, за рубежом уже разработаны и проверены в про- мышленных условиях опытные образцы газоплотных керамических рекуператоров, разработаны конструк- ции высокоэффективных металлических рекуператоров, обладающих хорошей газоплотностью, с удачным решением вопросов компенсации температурных расширений. Применение специальных сталей обеспечи- вает срок эксплуатации таких рекуператоров более десяти лет при температуре отходящих продуктов сгора- ния до 1400 °С. В последнее время за рубежом в промышленных теплотехнологиях получают широкое распростране- ние регенеративные и рекуперативные горелки, разработка которых является наиболее крупным достижени- ем за более чем столетний период в области использования теплоты высокотемпературных отходящих про- 134 дуктов сгорания промышленных печей. Такие горелки сочетают в себе теплообменник и горелочное устрой- ство. Регулирование работой подобных горелок происходит импульсно. При этом отсутствует необходи- мость в общем для печи рекуператоре или регенераторе и сопутствующих трубопроводах, существенно уп- рощается система дымоудаления, поскольку не нужны борова. Описанная горелочная техника позволяет добиться экономии газа на уровне 25-50% и существенного снижения выбросов вредных веществ. Децентрализованная рекуперация является решением для достижения максимальной производительности, снижения стоимости печного агрегата и уменьшение расходов на об- служивание. При используемом тактовом управлении гибкость, точность и скорость управления, а также однородность распределения тепла существенно лучше в сравнение с обычным методом управления. Естественно, новые горелочные устройства более сложны и дороги в сравнении с традиционными. Однако, при росте цен на природный газ снижение потребления газа играет главную роль в текущих затра- тах, что оправдывает несколько большие первоначальные затраты. Окупаемость газогорелочного оборудо- вания существенно зависит от интенсивности производства и находится в диапазоне от одного года до трёх лет. Инвестиции в новые технологии энергосбережения, разработанные с учётом снижения содержания NOx и выбросов вредных газов, обеспечивают не только уменьшение затрат на топливо и снижение загряз- нения окружающей среды, но также повышают производительность и качество продукции. УДК 669 Изучение влияния добавочных материалов на футеровку основных сталеплавильных агрегатов и энергетическая целесообразность их использования Студент гр. 304114 Богук П.М., ст. мастер УПППСиМ РУП «БМЗ» Иванов А.В. Научный руководитель – Корнеев С.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Основными направлениями развития любого предприятия являются увеличение объемов производст- ва и снижение себестоимости продукции. В условиях РУП «Белорусский металлургический завод» темпы роста производительности ДСП ограничиваются нехваткой основного шлакообразующего материала – из- вести (CaO). Для решения этой проблемы необходимо либо увеличить производственные мощности извест- ково-обжигательного участка, что повлечет за собой огромные материальные затраты, либо найти более экономичный способ устранения дефицита извести. Одной из самых проблемных зон в ДСП является район шлакового пояса. Разрушение футеровки в этой зоне требует периодической остановки печи для ее заправки, горячих ремонтов и т.д. Повышение стой- кости футеровки ДСП-1,2,3 ЭСПЦ-1,2 осуществляется присадкой материалов, повышающих основность шлака. В данной работе на основе экспериментально полученных данных проведен анализ эффективности использования в качестве таких материалов доломита сырого металлургического, доломита обожженного металлургического и порошка периклазоуглеродистого огнеупорного лома. В качестве критериев для срав- нения приняты: способность того или иного материала выполнять возложенные на него функции и эконо- мическая целесообразность его использования. 1) В связи с нехваткой извести возрастает объём использования магнийсодержащих материалов, в ос- новном доломита сырого металлургического фракции 20 – 40 мм (как постоянно имеющегося в наличии). При- садка доломита сырого металлургического осуществляется в период плавления металлошихты. Доломит, растворя- ясь в образуемом шлаке, насыщает его оксидом магния, тем самым снижая агрессивное воздействие шлака на фу- теровку. Основные оксиды в количестве СаО > 50% и МgO > 18%, составляющие ядро указанного материала, позволяют компенсировать снижение удельного расхода извести пропорционально их содержанию. Однако уве- личение удельного расхода сырого доломита приводит к росту удельного расхода электроэнергии, а, следова- тельно, и длительности плавки под током, что объясняется тепловыми потерями ДСП на эндотермические реак- ции разложения его составляющих ( 23 COMgOMgCO  и 23 COCaOCaCO  ). Присадка доломита сыро- го металлургического при работе на жидкой ванне, как правило, не осуществляется, так как его использование существенно замедляет конечные процессы в ДСП, а именно нагрев до требуемой технологической температу- ры. 2) Альтернативой применения сырого доломита является применение доломита обожженного металлур- гического с содержанием основных оксидов в количестве СаО > 50% и МgО > 28%, обжиг которого был прове- дён ранее при температуре 1000 – 1100 оС. Использование обожженного доломита, согласно производственным 135 показателям, приводит к снижению удельного расхода электроэнергии. Использовать обожженный доломит необходимо в течение всей кампании, присаживая по 500 – 700 кг материала на каждую плавку. При этом при- садка должна осуществляться при работе ДСП на жидкой ванне, после скачивания насыщенного фосфором шлака. Учитывая острую нехватку извести, была предпринята попытка замены ее при работе на жидкой ванне обожженным доломитом. Для этого присадка доломита осуществлялась при наведении покровного шлака ДСП на финальном этапе выплавки. Доломит подавался разовой порцией массой около 500 кг. За счет малого фрак- ционного состава, в сравнении с известью, доломит быстро растворялся в шлаке, повышая в нем содержание оксида магния и, тем самым, снижая его агрессивное воздействие на футеровку. Более того, будучи постоянно вспененным с помощью науглераживателя категории «В» (расход 200-250 кг/плавку), шлак экраниро- вал электрические дуги, а при опадании «шлаковой шапки» налипал на стенки ДСП, образуя защитный гарнисаж. 3) При проведении испытаний в качестве материала, повышающего основность шлака, также исполь- зовался порошок периклазоуглеродистого огнеупорного лома (производимый непосредственно на РУП «БМЗ») с содержанием основных оксидов в количестве MgO > 78%, CaO < 2% и C > 10%. Высокое содер- жание MgO в материале позволяет повысить основность шлака, глерод снижает общее содержание железа в шлаке за счет протекания реакции COFeCFeO  , а также способствует поддержанию шлака во вспе- ненном состоянии. Для сравнения энергетической эффективности использования того или иного материала проанализи- рованы данные (табл. 1). Таблица 1 – Энергетическая эффективность использования материалов Средний расход электроэнергии, кВт∙ч Доломит сырой металлур- гический Доломит обожженный ме- таллургический Порошок периклазоуглеродистого огне- упорного лома 48990,6 46866,7 47234,9 Анализ приведенных данных показал, что наибольшей энергетической эффективностью обладает до- ломит обожженный металлургический. В случае его отсутствия целесообразно применять порошок перикла- зоуглеродистого огнеупорного лома. Его показатели по энергосбережению ниже, но имеется весомый аргу- мент, т.к. порошок в условиях РУП «Белорусский металлургический завод» производится из отходов стале- плавильного производства – лома периклазоуглеродистых огнеупоров. Применение же сырого доломита необходимо свести к минимуму, а в перспективе вообще отказаться от его использования. УДК 669 Производство песчано-полимерных материалов из отходов полиэтилена и полипропилена РУП «БМЗ» Студент гр. 304114 Богук П.М. Научный руководитель – Корнеев С.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Обеспечение непрерывности производственного процесса связано с объемными поставками на РУП «Белорусский металлургический завод» сырья, материалов, оборудования и т.д. Основной вид упаковки – полиэтилен и полипропилен. После использования упаковка переходит в разряд отходов. С увеличением интенсивности производства количество отходов растет, складирование отходов влечет за собой как эколо- гические налоги, так и потери денежных средств, заключенных в стоимость упаковки. Суть предлагаемой технологии заключается в производстве песчано-полимерных материалов (ППМ) из отходов полиэтилена, полипропилена и речного песка, при этом основной особенностью является прин- ципиально новый подход к получению пресс-массы. Этот продукт обладает более высокими характеристи- ками, чем традиционные песчано-цементные изделия. Оригинальная разработка включает в себя технологические приемы, при которых происходит физи- ко-химическое взаимодействие обоих компонентов при одновременном взаимном влиянии на структуру друг друга. Путем регулирования степени указанного взаимодействия (за счет изменения технологических параметров) получается гамма песчано-полимерных композиционных материалов, свойства которых меня- ются в широком диапазоне (от свойств, близких к свойствам бетона, до свойств пластических масс). Технологический процесс производства полимерно-песчаных материалов состоит из следующих ста- дий: приемка сырья; подготовка песка; измельчение отходов полиэтилена; дозирование компонентов шихты 136 и загрузка их в экструдер; приготовление пресс-массы в смесителе; загрузка пресс-массы в пресс-форму; горячее прессование изделий; охлаждение изделий под давлением; контроль и отбраковка изделий; упаковка и складирование. Предлагаемое технологическое оборудование позволяет выпускать следующие виды полимерно- песчаной продукции: – плоские облицовочные плиты; – рельефные облицовочные фасадные плиты; – кровельное покрытие – черепица; – крышки для телефонных и сточных люков (армированные) и т.д. Необходимо отметить и то важное обстоятельство, что новая продукция является экологически чис- той. В зависимости от применяемой технологической оснастки возможно производство изделий в широком диапазоне размеров и форм, широкой цветовой гаммы. Использование дешевых отходов некондиционного полиэтилена (полипропилена) (или отходов их переработки) позволяет обеспечить низкую себестоимость песчано-полимерных материалов по отношению к себестоимости традиционных изделий. Таким образом, новая технология, по которой предлагается «ноу-хау», относится к разряду экологически чистых и ресур- сосберегающих технологий. УДК 669 Оптимизация технологии нагрева заготовок в нагревательной печи стана 320 на РУП «Белорусский металлургический завод» Студент гр. 304124 Филенков Е.М. Научный руководитель – Менделев Д.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск На сегодняшний день на РУП «БМЗ» реализация «Программы технического переоснащения и модер- низации литейных, термических, гальванических и других энергоемких производств на 2007-2010 гг» (По- становление Совета Министров Республики Беларусь №1421 от 31.10.2007) предусматривает решение зада- чи снижения потребления ТЭР на нагревательных печах прокатных станов. Однако методы решения постав- ленной задачи должны учитывать способы улучшения качества нагреваемого металла. Одним из важнейших способов решения задачи оптимизации нагрева заготовок в печи стана 320 яв- ляется совмещение непрерывной разливки с прокаткой и обеспечение одинаковой производительности этих звеньев. В качестве первого шага в создании совмещенных процессов следует рассматривать «горячий по- сад», т.е. загрузку в печь прокатных станов горячих блюмов (при температуре 700—900°С) сразу после не- прерывной разливки, и прямую прокатку (с использованием нагревательной печи для незначительного на- грева) и выравнивания температуры между центром и поверхностью блюмов. В случае модернизации суще- ствующих сталеплавильных и прокатных агрегатов (расстояния между которыми 50-100 метров) возможно применение транспортных термоколпаков между методической печью стана 320 и МНЛЗ (для снижения температурных потерь в транспортных линиях). Использование термоколпаков позволит значительно сни- зить тепловые потери, связанные с остыванием заготовок и позволит увеличить температуру горячего поса- да до 850 °С. В свою очередь, снижение потребления ТЭР повысит конкурентоспособность арматурного проката в целом за счёт снижения себестоимости продукции. Еще одним способом в решении задачи оптимизации нагрева заготовок на стане 320 может стать за- мена существующих горелок. Выбор типа и количества заменяемых горелок представляет собой сложную задачу, включающую в себя моделирование процессов газодинамики и радиационно-конвективного тепло- обмена внутри печи. Однако в последнее время за рубежом практически во всех промышленно развитых странах получают широкое распространение регенеративные горелки. В работе [1] отмечено, что системы отопления промышленных печей с регенеративными горелками обеспечивают не только сокращение расхо- да топлива на 60-70%, но и повышают равномерность температуры в рабочем пространстве. Таким образом, оптимизация существующей технологии нагрева заготовок на стане 320 включает в себя установку термоколпаков в транспортных линиях и замену существующих горелок на регенеративные. Литература 1. Сезоненко Б.Д., Орлик В.Н., Алексеенко В.В. Повышение эффективности использования природ- ного газа при отоплении промышленных печей регенеративными горелками // Экотехнологии и ресурсосбе- режение. -1996. - №1. - С. 14-17. 137 Порошковые и композиционные материалы, покрытия и сварка 138 УДК 621.791 Примеры компьютерного моделирования сварных конструкций объектов теплоэнергетики Магистрант МТФ Белаш Е.В. Научный руководитель – Снарский А.С. Белорусский национальный технический университет г.Минск Целью настоящей работы является - Рассмотреть в первую очередь сварные конструкции и объекты, при разработке которых были ис- пользованы современные программы, такие как SolidWorks, CosmosExpress, FloWorks. -Продемонстрировать принятые и потенциально возможные технические решения и собственные на- работки на примере некоторых объектов теплоэнергетики. Современные тенденции развития сварки в машиностроении и строительстве предъявляют новые, по- вышенные требования не только к сварочным материалам и технологиям, но и к методологии проектирова- ния и качеству проработки элементов сварных конструкций. Поэтому сегодня невозможно обойтись без со- временных технологий автоматизированного проектирования: использование САПР позволяет еще на этапе рабочего проектирования оценить те или иные конструктивные решения с точки зрения наиболее важных потребительских качеств будущего изделия. В этой статье мы расскажем о том, какие технологии проекти- рования сварных соединений предлагает SolidWorks и каким образом следует использовать этот функцио- нал, чтобы выполнять работу с минимальными трудозатратами и максимальным качеством. Ниже рассмот- рим возможные области применения компьютерного моделирования объектов, включающих в себя различ- ные сварные конструкции. 1. Исследование свойств конструкций и технологических сред. На этапе разработки нестандартного оборудования, металлических, опорных, сварных конструкций возникает необходимость расчета их на безопасность и работоспособность. Так как инженер несет ответст- венность за принятые решения, важен анализ конструкции. При помощи современных средств, таких как COSMOS Works, можно рассчитать конструкцию учитывая ряд параметров (свойства материалов, темпера- тура, нагрузка, допустимая деформация). По окончании расчета инженеру предоставляется полный отчет с изображениями нагрузок и деформаций на всех участках конструкции, сразу показывается коэффициент прочности и параметры конструкции, которые можно откорректировать (материал, толщина и т.д.). Конст- рукцию можно проверять и выбирать оптимальный вариант раз за разом, внося коррективы. При проектировании трубопроводов, резервуаров, сосудов и т.п. следует учитывать особенности про- цессов происходящих в определенных средах (газах, жидкостях) при определенных условиях (давлении, объема, температуры). В местах , представляющих сомнения (сложные изгибы, агрессивные среды и т.д.) при помощи ана- лизирующих программ можно без лабораторных исследований смоделировать поведение сред. 2. Подбор, расстановка и совмещение оборудования, конструкций, зданий. Для проектирования различных технологических систем, металлических конструкций вне зависимо- сти от размеров и назначения, применяются новые методы проектирования для визуализации и проработки всевозможных вариантов и технических решений. При проектировании больших объектов есть возможность упрощенно изображать в кратчайшие сро- ки взаимосвязанные элементы, не являющиеся объектом работы данного исполнителя. Так же в упрощенной форме (без технологических систем, труб, арматуры и т.п.), объект может быть представлен в фотографическом качестве для выработки общих концепций или для наглядного представле- ния. Оборудование и конструкции могут быть расположены с соблюдением всех размеров и габаритов с учетом норм, ГОСТов и правил. В процессе расстановки видны все ошибки проектирования, которые сразу же исправляются. Весь комплекс мероприятий может быть проведен с учетом всех условий, таких как соблюдение тех- нологии, существующие металлические конструкции, условия поставщика оборудования, заказчика и т.д. 3. Проектирование рамных и ферменных сварных конструкций. Рамные и ферменные сварные конструкции находят широкое применение в среднем и тяжелом ма- шиностроении, аэрокосмической промышленности, автомобилестроении, а также в промышленном и граж- данском строительстве. Сварные фермы используются в силовых конструкциях подъемно-транспортной техники, башен и мачт, в перекрытиях цехов и ангаров и т.п. Фермы применяют при самых разнообразных нагрузках и, в зависимости от назначения, придают различную конструктивную форму — от легких прутко- вых конструкций до тяжелых, стержни которых могут компоноваться из нескольких элементов крупных профилей или листов. К примеру, в строительстве наибольшее распространение имеют разрезные балочные фермы как самые простые в изготовлении и монтаже. 139 Создание сварной конструкции проводится по любому набору плоских или трехмерных эскизов в файле детали. Такой подход позволяет использовать для детального проектирования компоновочные эскизы без сложной прорисовки конструктивно-силовой схемы. Любой профиль определяется параметрами Стан- дарт (ГОСТ, ISO или ANSI), Тип и Размер. После завершения проектирования самой конструкции у пользо- вателя есть возможность снять все массовые, инерционные, объемные, плоскостные характеристики, полу- чить детальную спецификацию. 4. Проектирование массивов сложных конструкций и технологических систем. Проектирование обвязки оборудования – сложный и ответственный процесс. Часто возникают слож- ности при проектировании систем технологических трубопроводов в двух мерном пространстве. Это обу- словлено тем, что инженер не видит большое количество трубопроводов во всех ракурсах и, при малейших исправлениях, приходится вносить изменения на всех видах и разрезах не имея автоматизированной взаи- мосвязи. При наличии расставленного оборудования можно добавлять трубопроводы, арматуру, опоры в соот- ветствие с правилами, нормами и назначением. В программе имеется функция проверки сборок на неразре- шимость, т.е. видны участки, на которых неправильно пересекаются тела оборудования, строений, трубо- проводов. Высокая наглядность и динамичность делает процесс проектирования технологических трубопрово- дов проще и, что самое главное, приводит к однозначным результатам. При выполнении больших объемов работ есть возможность проектирования одновременно несколь- кими исполнителями, разбив большой узел на участки. После изображения исполнителем своей части, он может скомпоновать все элементы от остальных в единый завершенный объект. Поэтому руководитель в зависимости от объема работы, навыков, квалификации исполнителя может индивидуально давать задание на определенную часть проекта. Завершенная модель объекта, в дополнение к проектной документации, поможет в устранении оши- бок и недоработок при проектировании, принятию новых инженерных решений, возможности наглядно продемонстрировать объемы и конечный результат. Таким образом, рассмотренные выше примеры показывают эффективность использования в практи- ке проектирования сложных технических систем, в том числе включающих различные сварные конструк- ции, программного обеспечения трехмерного моделирования. УДК 693.22.007.18 Стереологические особенности конденсируемого потока при магнетронном распылении Студент группы 104616 Лукша А.Н. Научный руководитель – Ковалевский В.Н. Белорусский национальный технический университет г.Минск Цель работы: оценка стериологических особенностей конденсируемого потока при магнетронном распылении ионизированных катодов кремний-графит при условиях раздельного синтеза карбида кремния. Принцип раздельного синтеза керамических материалов предусматривает получение базового мате- риала в аморфном состоянии с последующим взаимодействием с реакционным газом (твердым элементом). Условием для получения материалов в аморфном состоянии является ускоренное рассеивание тепла. Нагрев подложек связан с наличием электронных потоков, их взаимодействием с распыленным материалом. Ис- пользование экранирующих устройств позволяет устранить электронный поток, обеспечивая зарядную ней- тральность конденсируемого потока. Для оценки возможности управления процессом распыления определяли пространственные коорди- наты градиентов энергетической неоднородности распыляемого потока. Для распыления использовали гра- фит, рабочий газ - азот. Внешний диаметр мишени и диаметр дорожки интенсивной эрозии 115 и 80 мм. Подложка – листы папиросной бумаги прозрачные для электронных потоков. На рисунке 1 показана схема напыления подложек на расстояниях от распыляемого катода 50…250 мм. Режим распыления: напряжение U = 850 В, ток разряда I = 1 А, давление азота 0,5…0,7 Па. Продолжительность распыления 600 – 2400 с. Распыляемый поток атомарного углерода в зависимости от траектории движения обладает различной кинетической активностью.(рисунок 1). Область эрозии распространяется в пространство по трем векторам: скрещивающиеся под большими (зона ), малыми и нормальными углами (зона ) и расходящиеся (зона ) потоки. Исходя из расположения конденсируемого потока, определено расстояние между катодом и анодом – перемешивающие устройством (а – входное окно барабана, б – зона перемешивания порошков) (рисунок 2). 140 Наличие неоднородности при формировании покрытий и межзонных границ обнаруживается по из- мерению их плотности и твердости. Значения плотности при переходе от центра «плазменной тени» через промежуточную область к периферии изменяются скачками и составляют соответственно 3,2…2,4 г/см3, значения твердости при этом равны 80…40 ГПа. Для получения тонкого покрытия SiC раздельным синтезом необходимо уменьшить неоднородность конденсируемого потока и устранить влияние высокоэнергетичных потоков электронов, что достигается введением дополнительного сетчатого катода и анода при условии ин- тенсивного охлаждения за счет конденсации потока на частицы кристалла алмаза обладающих высокой (800 Вт/м К) теплопроводностью. а) б) .Рисунок 2 - Плотность напыления графита при удалении подложки от катода на 70 мм (а) и 120 мм (б) а) 50 мм б) 150 мм в) 250 мм 6 8 3 1 2 4 Рисунок 1 – Схема взаимодействия распыляемого потока с плазмой разряда:1—распыляемая мишень; 2—зона эрозии мишени; 3—плазма; 4— нормально направленные и малоугловые траектории распыляемого потока; 5—зона скрещивающихся потоков (I); 6—области плазменной тени (II); 7—зона расходящихся потоков (III); 8—подложка II I II III 7 7 5 141 УДК 621.9 Трещиностойкость волочильного инструмента, изготовленного из твердого сплава Студентка гр. 104615 Цандер М. А. Научные руководители – Григорьев С.В., Сачава Д.Г. Белорусский национальный технический университет г.Минск Белорусский металлургический завод (БМЗ) разрабатывает и производит латунированную проволоку для сверх- и ультравысопрочного металлокорда. Качество высокопрочной проволоки в значительной мере определяется уровнем качества волочильного инструмента (волок), используемого при производстве прово- локи. Волоки в большинстве случаев изготавливают из твердых сплавов на основе карбида вольфрама с Со связкой. Уровень качества волок в свою очередь определяется эксплуатационными свойствами твердых сплавов. Наиболее распространенным критерием оценки эксплуатационных свойств волочильного инструмен- та является стойкость его при волочении. Под стойкостью волочильного инструмента подразумевается свойство волоки противостоять изменению формы, размеров и качества поверхности канала волок под дей- ствием протягиваемой проволоки. Одним из основных показателей качества волок, вытекающими из усло- вий их эксплуатации, является трещиностойкость, так как волоки склонны к растрескиванию под действи- ем термических или механических ударов. Трещиностойкость - свойство материала работать в условиях инициирования и развития трещин в материалах под действием напряжений. Высокая стойкость волок и снижение усилия волочения достигают- ся применением для волок специальных материалов, достижением оптимальной формы и качественной об- работки канала волок, а также применением соответствующей смазки. Для изготовления волок тонкого волочения на БМЗ в основном используются твердые сплавы Н3М и YL05. В таблице 1 представлены характеристики данных сплавов. Таблица 1- Характеристики сплавов Н3М и YL05 Содержание химических ком- понентов, % Физико-механические свойства Фирма изготовитель порошковой смеси Марка твердо- госплава Со WC легирующие компоненты Твердость, HV Средняя величина зерна -фазы, мкм SANDVIK Hard Materials Н3М 3,5 96,25 Cr3C2- 0,25 1852 1,6 COMBITRADE YL05 3,7 94,3 TaC+NbC- 2,0 1852 1,6 Трещиностойкость изучалась на волоках для волочение проволоки на диаметр 0,3мм. Расчеты показывают, что наибольшая концентрация напряжений в канале волоки приходится на ме- сто начала деформации проволоки в рабочем угле и переходе от рабочего угла в цилиндрическую часть во- локи. Высокая концентрация напряжений приводит к образованию дефектов: кольца износа и появлению трещин. Кольцо износа – это радиальная канавка, которая обычно развивается в волоке с самого начала её эксплуатации. Кольцо имеется почти в каждой изношенной волоке. Образование его объясняется наличием мягкой кобальтовой фазы. Трещины приводят к линейному нарушению сплошности твердого сплава в ра- бочей зоне волоки вдоль или поперек ее оси. Возникающие в волоке напряжения воздействуют на твердый сплав в направлении волочения и по- этому способствуют возникновению трещин лишь определенного типа (либо продольных, либо попереч- ных). Продольные трещины проходят вдоль оси волоки. Если хоть одна такая трещина обнаружена, то на- личие, по меньшей мере, еще одной трещины можно предположить. Такие трещины возникают, когда сила, требуемая для деформации проволоки, больше, чем прочность материала волоки. Вероятность их появления возрастает с уменьшением рабочего угла, а также с ростом величины единичного обжатия. Разрушение при растяжении начинается с кольцевой трещины, которая в большинстве случаев заро- ждается на “дне” кольца износа. Такие трещины трудноопределимы на ранней стадии развития из-за маски- рующего эффекта кольца износа. Если такая трещина возникла, она развивается до полного разрушения во- локи. Разрушение при сдвиге подобно разрушению при растяжении, но имеет форму конуса. Его иногда на- зывают “вырванная задняя часть”. Это происходит, обычно, из-за ухудшившихся условий волочения. 142 Еще один случай разрушения волоки представляет собой выкрашивание выходной зоны. Он отлича- ется от приведенных выше примеров тем, что этот дефект локализуется на пересечении цилиндрической части волоки и выходного конуса. Выкрашивание выходной зоны иногда вызывается включениями или сварными швами на проволоке. Оно также может быть вызвано неправильной геометрией выходного кону- са. Острый угол в выходной части калибровочного цилиндра также представляет собой слабый участок и легко выкрашивается. В отличие от механических напряжений направление воздействия, возникающих при эксплуатации волоки термических напряжений (в результате нагрева при эксплуатации) труднее определимо, поэтому в результате данных напряжений могут появиться трещины различных типов. Трещины, вызываемые терми- ческими напряжениями, могут быть случайны как по размеру, так и по направлению, и обычно их не одна – две, а множество. Вершины трещин, образовавшихся в результате термических напряжений, становятся концентраторами напряжений, и сопутствующие механические напряжения вызывают быстрый рост (раз- витие) трещин. Трещиностойкость изменяется при изменении химического состава твердого сплава и изменении размера зерна. При увеличении содержания кобальта и крупнозернистой структуре твердый сплав обладает высоким сопротивлением к развитию продольных трещин. Уменьшение размера зерна карбида приведет к высокой поперечной прочности на разрыв. Перспективы использования гранулированного нанокомпозита FeCoZr-Al2O3 для создания магниточувствительных устройств Аспирантка Касюк Ю.В. Студент Максименко А.А. Научный руководитель  Федотова Ю.А. Белорусский государственный университет Национальный центр физики частиц и высоких энергий БГУ г. Минск Идентификация и изучение свойств новых материалов с улучшенными магнитными свойствами име- ет важное значение для разработки усовершенствованных датчиков и приводов. Интерес к исследованию гранулированных нанокомпозитов (ГНК) «металл-диэлектрик», содержащих гранулы ферромагнитного сплава (FeCo, FeNi, FeCoZr и др.) распределенные в диэлектрической матрице (SiO2, Al2O3 и др.) связан с возможностью их применения для создания магниточувствительных устройств (сенсоров), эксплуатируе- мых при высоких частотах. Преимущество использования данных материалов заключается в оптимальном сочетании достаточно высоких значений электросопротивления ρ, малых значений коэрцитивности Hc и высоких значений магнитосопротивления ∆ρ/ρ=(ρ(B)-ρ0)/ρ0. Изменяя структуру таких ГНК, можно мани- пулировать их физическими свойствами и получать материалы с необходимым набором свойств. Транспортные, магнитные и магнитотранспортные свойства ГНК определяются многими факторами. К числу основных факторов можно отнести химический состав диэлектрической матрицы и металлических наночастиц, соотношение металлической и диэлектрической фаз в нанокомпозите, магнитная структура на- ногранул, состояние границы раздела между наногранулами и матрицей [1]. В данной работе изучена взаимосвязь магнитных и магнитотранспортных свойств пленок ГНК (FeCoZr)x(Al2O3)1-x, 33 ат.% < х < 62 ат.%. Понимание подобных связей позволяет определить оптимальный состав нанокомпозита для последующего использования при производстве магнитных сенсоров. Тонкие пленки (~ 4 мкм) гранулированных нанокомпозитов (FeCoZr)X(Al2O3)1-X состоящие из нано- частиц FeCoZr распределенных в диэлектричекой матрице Al2O3 с различной концентрацией металлической фазы 33 ат.% < х < 62 ат.% были получены методом ионно-лучевого распыления составной мишени в сме- шанной атмосфере аргона и кислорода (1∙10-1 Па). Осаждение нанокомпозитов осуществлялось на ситалло- вую подложку, которая охлаждалась водой. При таком методе синтеза наногранулы имеют аморфную структуру, т.е. имеют только ближний порядок упорядочения атомов в пространстве. Преимущества, связан- ные с получением аморфных частиц, заключаются в их низкой магнитной анизотропии, низких потерях при перемагничивании, высоком значении начальной магнитной проницаемости как на низких (0,1-1 МГц), так и на высоких (5-15 МГц) частотах и в высокой прочности [2]. При конструировании нанокомпозитов выбран сложный состав металлических гранул: Fe45Co45Zr10. Это обусловлено необходимостью стабилизации аморфной структуры ферромагнетика при комнатной температуре. С этой целью к ферромагнитным атомам железа и кобальта добавлено 10 % аморфизатора - циркония. Для материала матрицы нанокомпозитов вы- бран Al2O3, который является термически стабильными в широкой области температур [3]. Синтез образцов осуществлялся в смешанной атмосфере аргона и кислорода. В этом случае, со- гласно детальным исследованиям, проведенным на образцах гранулированного нанокомпозита 143 (FeCoZr)X(Al2O3)1-X методом ЯГР-спектроскопии, происходит активное окисление металлических наноча- стиц и формируется структура «ядро-оболочка», которая способствует увеличению магниторезистивного эффекта в два раза и позволяет стабилизировать наночастицы при более высоких температурах [4]. -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 -100 0 100 M ,о т н . е д . / г B,T x=35 ат.% x=56 ат.% x=59 ат.% 30 40 50 60 5 6 300K   , % x, ат.% Рисунок 1 – Зависимость приведенной намагничен- ности (М) от величины внешнего поля (В) для раз- личных составов композита (FeCoZr)X(Al2O3)1-X Рисунок 2 – Зависимость величины магнитосо- противления ∆ρ/ρ от концентрации металличе- ской фазы в нанокомпозите (FeCoZr)X(Al2O3)1-X На рисунке 1 представлены кривые намагниченности М(В), которые исследовались методом вибра- ционной магнитометрии (Quantum design, VSM-PPMS) в поле с индукцией B до 8,9 Тл (2 – 300 К). Магнито- сопротивление ((B)-)/ материала изучались в диапазоне температур 10 – 300 К при B до 8 Тл (рис. 2). Из зависимости на рис.2 видно, что величина магнитосопротивления сначала увеличивается с ростом концен- трации металлической фазы, достигает максимального значения (6,3%), а затем падает. Однако, даже при дос- таточно высоких значениях x (61 ат.%) перколяционный переход не наблюдается. Это объясняется тем, что при синтезе материала в кислородсодержащей атмосфере происходит прогрессирующее окисление гранул FeCoZr с ростом их содержания в нанокомпозитах и образуются структуры «ядро-оболочка», которая препят- ствует образованию проводящей сети и проводимость осуществляется за счет спин-зависимого характера тун- нелирования во всем исследуемом интервале концентраций металлической фазы. Близкое к нулю значение коэрцитивной силы и отсутствие выхода на насыщение намагниченности при комнатной температуре (рис. 1) свидетельствует о том, что наночастицы в композите находятся в суперпарамагнитном состоянии, слабо взаимодействуют между собой и не обладают магнитным упорядочиванием. При увеличением х, ат.% час- тицы металла увеличиваются в размерах, толщина прослоек между гранулами уменьшается, вероятность туннелирования возрастает и величина МС достигает наибольшего значения (рис.2). Дальнейшее увеличе- ние концентрации приводит к тому, что частицы начинают взаимодействовать друг с другом, проявляется частичная магнитоупорядоченность и величина МС уменьшается. Отсутствие коэрцитивной силы во всем диапазоне концентраций и наличие экстремума у кривой МС(х,%) позволяет выбрать оптимальный состав нанокомпозита, который будет обладать максимальным значением магнитосопротивления без ущерба для его коэрцитивных свойств. Таким образом, ГНК (FeCoZr)X(Al2O3)1-X является перспективным материалом для создания магнито- чуствительных устройств, так как при синтезе данного ГНК есть возможность подобрать оптимальное соот- ношение концентраций металла, при котором эффект магнитосопротивления будет максимальным без изме- нения коэрцитивных свойств ГНК. Литература 1. Fedotova J., Adv. In Nanoscale Magnetism, Springer 122, 2007. 2. Даринский Б.М., Калинин Ю.Е. и др., Влияние термической обработки на плотность локализо- ванных состояний, Воронеж, Воронежский гос. техн. ун-т, Известия Тулгу 6, 2006. 3. Ю. Е. Калинин, А. В. Ситников, Физические свойства нанокомпозитов металл-диэлектрик с аморфной структурой, «Альтернативная энергетика и экология» 10(54), 2007, 9-21. 4. A.Saad, J. Fedotova, J. Nechai, Szilagyi E., Marszalek M., All. Comp. 471(1-2), (2009). 144 УДК 629.115 Процесс ионо-плазменного азотирования технологической оснастки на Молодечненском заводе порошковой металлургии Студент Илюкевич А.И. Научные руководители – Хренов О. В., Лешок А. В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Отличительной особенностью технологической оснастки порошковой металлургии является высокая абразивная стойкость рабочих элементов (пуансон, матрица, стержень). На рисунке 1 представлены возмож- ные варианты износа технологической оснастки. а) б) Рисунок 1 - Износ рабочих поверхностей технологической оснастки (а) привар материала; б) формирование задиров) Традиционно, в качестве материала технологической оснастки используется инструментальная сталь марок 9ХС, Х12, Х12МФ имеющая высокую стоимость. Процесс ионо-плазменного азотирования является одним из наиболее эффективных способов поверх- ностного упрочнения. Насыщение сплавов железа азотом изменяет структуру и тем самым статическую и динамическую прочность, износостойкость, деформируемость и коррозионные свойства, поверхностную твёрдость, контактную выносливость [1]. Процесс характеризуется большой скоростью процесса, возмож- ностью получения диффузионных слоёв заданного состава и строения, возможность проведения управляе- мого процесса. Он выгодно отличается с экономической точки зрения от других процессов. Поскольку тем- пература обработки не превышает 600 °С, то структурных превращений, подобных тем, которые протекают в результате аустенизации при закалке, не происходит, что позволяет проводить охлаждение с любой скоро- стью без риска возникновения мартенсита. По этой причине в отличие от закалки деформации и коробления незначительны. Этот процесс химико-термической обработки нашёл широкое применение во многих отрас- лях машиностроения. Сущность процесса заключается в том, что в разряжённой азотсодержащей атмосфере между катодом (деталью) и анодом (стенки камеры) возбуждается тлеющий разряд, в результате чего ионы газа, бомбарди- руют поверхность катода, нагревают её до температуры насыщения. Температура процесса 470 – 580 °С, разряжение 1-10 мм.рт.ст., рабочее напряжение 400 – 1100 В [2]. Микроструктура образца стали Х12МФ подвергнутого процессу ионо-плазменного азотирования представлена на рисунке 2. Рисунок 2 – Микроструктура азотированного слоя стали Х12МФ 145 Использование рабочих частей технологической оснастки подвергнутых процессу ионо-плазменного азотирования показало, что стойкость увеличилась в 2-3 раза. Литература 1. Азотирование и карбонитрирование. Чаттерджи-Фишер Р., Эйзелл Ф.В. и др. Пер. с нем. / Под ред. Супова А.В. - М. Металлургия, 1990. 280. 2. Лахтин Ю.М., Коган Д.Я., Шпис Г.И. и др. Теория и технология азотирования. - М. Металлургия, 1991. 320. УДК 629.115 Опыт применения металлокерамических фрикционных дисков в коробке передач тракторов «Кировец» Студент Антончик Д.И. Научный руководитель – Хренов О. В., Лешок А. В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Коробка передач тракторов “Кировец” механическая, с шестернями постоянного зацепления, четы- рёхрежимная. Имеет 16 скоростей вперед и 16 назад с возможностью переключения передач, в пределах режима, без разрыва потока мощности. Четыре фрикционные муфты расположены на ведущем валу коробки передач. Конструктивно, ведущие и ведомые диски коробки передач тракторов «Кировец» имеют традицион- ную форму кольца с зубьями эвольвентного профиля по наружному или внутреннему диаметру. Диски из- готавливаются из стали 65 Г подвергнутой процессу сульфоцианирования. Сульфоцианирование – комбинированный процесс химико-термической обработки, заключающийся в одновременном многокомпонентном диффузионном насыщении поверхности металла серой, углеродом и азотом. Сульфоцианированный слой на дисках стабилизирует коэффициент трения, улучшает процесс при- работки, препятствует схватыванию контактирующих поверхностей, увеличивает износостойкость. Суль- фидная пленка улучшает адсорбцию масла и играет роль “твердой смазки”. На Молодечненском заводе порошковой металлургии совместно с Петербургским тракторным заво- дом в 2002 году начали проводиться опытные работы по использованию в коробке передач фрикционных дисков с металлокерамическим фрикционным слоем. Основные преимущества металлокерамического материала: 1) стабильное значение коэффициента трения; 2) высокая износостойкость; 3) более высокая теплопроводность; 4) более высокое допускаемое удельное давление и относительная скорость скольжения при работе; 5) увеличение срока службы. В качестве фрикционного материала использовался получивший наибольшее распространение мате- риал МК-5 (%): олово – 9; свинец – 9; железо – 4; графит – 7. Медь обладает высокой теплопроводностью, обеспечивая хороший отвод тепла в процессе трения. С целью повышения механических свойств меди, при- дания ей большей теплостойкости и улучшения характеристик трения к медному порошку добавляют по- рошки других металлов, в процессе спекания легирующих медную основу. Добавка олова к медному по- рошку повышает механическую прочность сырых прессовок и спеченных образцов, а также твердость. Из- нос двойных сплавов медь — олово несколько снижается по мере повышения содержания олова. В любом фрикционном материале присутствуют компоненты, которые уменьшают либо устраняют схватывание и заедание, способствуют плавности трения и уменьшению износа поверхностей. В материале МК-5 такими компонентами является графит и свинец. Для повышения коэффициента трения до требуемого значения используются фрикционные добавки, основной задачей которых является не износ сопрягаемой детали (контртела), а обеспечение оптимального уровня зацепления. Для этих целей приемлемым является исполь- зование как металлических так и не металлических добавок. Для фрикционных материалов на основе меди в качестве такой добавки наибольшее распространение получило железо или металлокерамические тугоплав- кие материалы (оксиды, карбиды). Фрикционный диск изготовлен по технологии свободно насыпанного слоя, включающего операции: изготовления стальной несущей основы из стали 65Г, нанесение промежуточного подслоя из компактной меди электролитическим методом, формование и закрепление слоя фрикционного материала, нанесение системы маслооводящих каналов и пазов. Отличительной особенностью конструкции диска является нане- 146 сение на поверхность системы маслоотводящих канавок в виде квадратной решетки. Такая форма исполне- ния маслоотводящих канавок обеспечивает быстрое выдавливание масла и высокий передаваемый крутя- щий момент. Учитывая повышенные требования к прочности материала работающих в тяжёлых режимах трения, повышенной температуры (до 400 - 500°С и выше) и значительных контактных нагрузок ответный (ведуще- ий) диск выполнен шлифованным из стали 65Г, HRC 27-34,5. В настоящий момент осуществляется серийная комплектация коробок передач тракторов серии «Ки- ровец» фрикционными дисками производства Молодечненского завода порошковой металлургии. Эксплуа- тационные испытания новой фрикционной пары “металлокерамический фрикционный диск – диск сталь- ной” находятся на заключительном этапе. Ресурс работы фрикционных дисков, для трактора К-744Р3 (N=430лс) составляет более 20 тыс. включений. УДК 621.762.8 Исследование процессов получения блоков цилиндров аксиально-поршневых насосов с антифрикционными слоями на поршневых и торцевой поверхностях Студент гр. 104615 Васильев А.А. Научные руководители – Керженцева Л.Ф., Дьячкова Л.Н. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является исследование процессов получения блоков цилиндров аксиально- поршневых насосов с антифрикционными слоями на поршневых и торцевой поверхностях. В Республике Беларусь ежегодно выпускается более 10 тысяч аксиально-поршневых насосов, кото- рые используются в машиностроении, станкостроении и других отраслях промышленности, в большегруз- ных автомобилях, в шахтном гидравлическом креплении, станочном и прессовом оборудовании, строитель- ной, дорожной и сельскохозяйственной технике. Аксиально-поршневые насосы относятся к классу объемных гидромашин, рабочий процесс в которых основан на переменном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении ее из рабочей камеры. Вытес- нителями могут быть поршни, плунжеры, шестерни, винты, пластины и т.д. По принципу действия объем- ные насосы разделяются на поршневые и роторные. В поршневом насосе жидкость вытесняется из непод- вижных камер в результате лишь возвратно-поступательного движения вытеснителей. Основным узлом аксиально-поршневых насосов является роторная группа, в которую входят сле- дующие основные детали: блок цилиндров, шаровая опора (втулка опорная сферическая), поршень в сборе с подпятником, диск распределительный и др. Эти детали изготавливаются в настоящее время преимущест- венно из бронзы, которая не обеспечивает необходимый ресурс работы и производительность насоса, а так- же длительное сохранение кпд насоса. В связи с этим срок службы насосов невелик и требуется организация ремонтных служб и служб обслуживания. Низкая прочность и триботехнические свойства литой бронзы, весьма дорогостоящего материала, ра- нее применяемой для изготовления узлов трения аксиально-поршневых насосов, сдерживает развитие ново- го поколения насосов, обеспечивающих повышенное давление (выше 32 МПа), а также высокое кпд и про- изводительность машин и механизмов, в которых используются аксиально-поршневые насосы. Для повышения работоспособности насоса необходимо применение высокоэффективных антифрик- ционных материалов. Наиболее перспективным способом повышения эксплуатационных характеристик гидравлической техники и снижения расхода бронзы является применение порошковых композиционных материалов, сочетающих высокую прочность и триботехнические свойства. В связи с тем, что определяющей деталью центрального узла роторной группы аксиально-поршневых насосов является блок цилиндров, в работе проводили исследования по разработке порошковых антифрик- ционных материалов и технологии нанесения их на поршневые поверхности и рабочую торцевую поверх- ность. Разрабатывался метод нанесения антифрикционного слоя путем жидкофазного припекания. Такой метод позволяет совместить операцию нанесения антифрикционного слоя на рабочие цилиндрические поршневые поверхности и торцевую распределительную поверхность блока, что позволяет значительно снизить затраты на изготовление блока. В качестве антифрикционных покрытий на поршневых цлиндрических поверхностях использовали порошковый материал на основе железа с добавками графита, меди и свинца, а на торцевую поверхность – материал на основе меди с добавками олова, никеля и свинца. Процесс нанесения антифрикционного слоя включает операции приготовления шихты, прессование заготовок, их спекание, установки в блок цилиндров, высокотемпературный отжиг. 147 На качество припекания антифрикционного слоя к торцевой поверхности блока цилиндров оказывает влияние состояние поверхности: наличие масляных пятен, окисленных участков и других видов загрязне- ний. Поэтому перед установкой заготовки антифрикционного слоя производили подготовку поверхности блока цилиндров, удалив все виды загрязнений: грязь, следы масла, окисление и др. Оксиды с поверхности удаляли механическим путем с помощью наждачной бумаги либо химическим травлением. После этого по- верхность обезжиривали. Время припекания определялось временем, необходимым для прогрева стальной заготовки блока ци- линдров до рабочей температуры и выдержкой для протекания диффузионных процессов. В зависимости от размеров стальной заготовки блока время процесса составляет 1-1,5 ч. Исследование структуры переходного слоя показало (рисунок 1), что имеет место хорошая диффузи- онная связь порошкового материала со сталью, отсутствуют поры и пустоты на границе. Рисунок 1 – Микроструктура двухслойного материала сталь 45 - ПА-БрОСН 10-2-3. х 200 УДК 621.791 Электронно-лучевая сварка пневмогидроаккумуляторов Студент гр.104815 Юревич С.В. Научный руководитель – Горанский Г.Г. Белорусский национальный технический университет г. Минск Гидроаккумулятор – это сосуд, работающий под давлением, который позволяет накапливать гидрав- лическую энергию и возвращать её в систему в нужный момент. В пневмогидравлических аккумуляторах (пневмогидроаккумуляторах) накопление энергии гидравлической жидкости и её возврат в систему проис- ходит за счёт энергии сжатого газа. На рисунке 1 представлен пневмогидроаккумулятор со сварным корпусом, в нем мембрана запрессо- вана в кольцевой паз внутри корпуса, технология сварки должна обеспечить минимальный нагрев во избе- жание повреждений мембраны при сварке. Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) обладает широкими технологическими возможностями. Плотность энергии в пучке превышает плотность энергии электрической сварочной дуги на два-пять порядков (от 10 до 10 Вт/см²). Источник нагрева сосредоточен на маленьком пятне диаметром в десятые или даже сотые до- ли миллиметра. Погонная энергия при ЭЛС не превышает 20% аналогичного показателя при дуговой сварке. Благодаря малому значению погонной энергии, значительно уменьшается объем расплавленного металла. Узкий шов, параллельность его границ и малая протяженность ЗТВ обуславливают незначительные линей- ные и угловые деформации свариваемых изделий. Таким образом, использование электронно-лучевой свар- ки позволяет решать задачи, недоступные для других способ сварки. Такой задачей является сварка корпуса мембранного пневмогидроаккумулятора. Для исследований была создана экспериментальная оснастка, использование которой позволяется сваривать образцы в условиях максимально приближенных к реальным условиям сварки элементов пневмо- гидроаккумулятора (рисунок 2). 148 Рисунок 1 - Эскиз пневмогидроаккумулятора Рисунок 2 – Принципиальная схема оснастки для сварки образцов В исследованиях были использованы образцы из стали 35. В результате экспериментов были отработаны режимы ( Р = 4 кВт, VСВ =1 см/с ), при сварке на кото- рых получили сварное соединение с полным проплавлением (9 см) и отсутствием дефектов (рисунок 3). Проведенные после исследования микроструктуры и механические испытания подтвердили положительный результат. Рисунок 3 – Сварное соединение полученное ЭЛС 149 УДК 621.791 Анализ возможностей электронно-лучевой сварки при создании машиностроительных деталей Студент гр.104815 Юревич С.В. Научный руководитель – Горанский Г.Г. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью данной работы является обзор и анализ возможностей использования электронно-лучевой сварки (ЭЛС) для решения задач снижения себестоимости и повышения конкурентоспособности продукции сварочного производства. Отсутствие в Республике Беларусь собственных сырьевых ресурсов делает весьма актуальной про- блему разработки и использования ресурсосберегающих, обеспечивающих сокращение импорта технологий. На изготовление, ремонт и восстановление сварных металлоконструкций, машин, сосудов, трубопроводов и др. расходуется около 75% перерабатываемого металлопроката, различных профилей и труб, более 2,5 млрд. кВт.ч. электроэнергии и более 30 тыс. тонн сварочных электродов, сварочной проволоки и других приса- дочных материалов. [1] Электронно-лучевая сварка относиться к методам сварки высококонцентрированным источниками энергии и обладает широкими технологическими возможностями, позволяя соединять за один проход ме- таллы и сплавы толщиной от 0,1 до 400 мм. Процесс ЭЛС характеризуется высоким КПД, достигающим 90%. Источник нагрева в виде пучка электронов сосредоточен на малом пятне диаметром в десятые или со- тые доли миллиметра. Плотность энергии в пучке превышает плотность энергии электрической сварочной дуги на два-пять порядков. Такая концентрация энергии, достигаемая при специальной фокусировке пучка в сварочных электронных пушках, делает возможным сварку с отношением глубины к ширине проплавления до 50:1. Погонная энергия при ЭЛС не превышает 20% аналогичного показателя при дуговой сварке. Благо- даря малому значению погонной энергии, значительно уменьшается объем расплавленного металла. Узкий шов, параллельность его границ и малая протяженность ЗТВ обуславливают незначительные линейные и угловые деформации свариваемых изделий. Максимальная пластичность и вязкость сварных соединений, минимальные сварочные деформации позволяют успешно использовать ЭЛС при изготовлении изделий после завершающей механической обработки. [2] В целом при конструировании и выборе способа сварки изделий следует учитывать следующие пре- имущества ЭЛС, по сравнению с другими способами сварки плавлением: - широкий диапазон толщин; - возможность получения узких швов с глубоким проплавлением, а также возможность регулирова- ния отношения глубины к ширине; - уменьшение роста зерна в ЗТВ сварки; - небольшие размеры ЗТВ; - большие скорости нагрева и охлаждения металла в вакууме, что позволяет получать максимальную степень чистоты и высокие физико-механические свойства изделия; - резкое снижение величины деформации сварных конструкций; - возможность сварки соединений различных типов, в том числе и принципиально новых, не выполнимых другими способами сварки; - высокая производительность и экономичность (VСВ до 60 м/мин); - универсальность аппаратуры, позволяющая сваривать детали разных толщин; Между тем следует отметить, что при внедрении ЭЛС в производство присутствуют такие особенно- сти как высокие капиталовложения, необходимость весьма тонкой подгонки свариваемых элементов и огра- ниченный размер конструкции, поскольку сварку приходиться выполнять в камерах. В мировой практике наблюдается рост удельного веса ЭЛС в сравнении с другими видами сварки. Мировой парк эксплуатируемых установок в 2000 году достиг 7000 штук, ежегодно их изготавливается 150- 200 штук, создаются крупногабаритные вакуумные камеры, ведутся работы по разработке процесса сварки электронным лучом в атмосфере. Таким образом, изучив преимущества и технологические возможности ЭЛС, можно отметить, что об- ласти и возможности внедрения данного вида сварки весьма широки и перспективны, как с экономической точки зрения, так и сугубо для решения технологических задач. Литература 1 Денисов Л.С. Концепция и задачи по развитию сварочного производства на период до 2015г. // Ма- териалы симпозиума «Технологии – Оборудование – Качество» в рамках выставки Белорусский промыш- ленный форум 2008. 150 2 Башенко В.В., Вихман В.Б. Козлов А.Н., Гайдукова И.С. Состояние и перспективы развития элек- тронно-лучевой сварки // Технологии и оборудование электронно-лучевой сварки – 2008. Материалы Санкт – Петербургской международной научно – технической конференции. ООО «Агентство «ВиТ-Принт» ». 2008.- 210 с. УДК 621.763 Получение порошка на основе алюминидов титана для нанесения защитных газотермических покрытий Студент гр. 104615 Реутёнок Ю.А. Научный руководитель – Лецко А.И. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является создание порошков для газотермического напыления покрытий, предназначенных для эксплуатации в воздушной атмосфере при повышенных температурах, которые бы имели высокие механические характеристики, жаростойкость, фазовую стабильность. В настоящее время большое внимание уделяется разработке сплавов на основе -TiAl, которые имеют низкий удельный вес, высокие характеристики жаростойкости и жаропрочности, что особенно важно для материалов аэрокосмического назначения. Необходимая жаростойкость двойных сплавов Ti-Al достигается при содержании алюминия в них бо- лее 54 ат.% при температурах до 920-950 К. Введение легирующих элементов, таких как хром, позволяет повысить стойкость сплава к окислению на воздухе (до 1273 К). Недостатком традиционных технологий получения сплавов на основе гамма-алюминида титана из расплавов является высокая стоимость процессов, т.к. необходимо проводить процесс в защитной или инертной атмосфере. Кроме того, гамма-сплавы очень чувствительны даже к незначительным изменениям химического состава, особенно по отношению к алюминию. Известно, что реакции взаимодействия титана и алюминия экзотермичны. Поэтому их получение возможно методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), но из-за невысокого экзотермического эффекта реакций в системе Ti-Al при классическом варианте проведения процесса СВС даже при стехиометрическом соотношении компонентов продукт синтеза содержит смесь алюминидов ти- тана, а при использовании крупных порошков – еще и не прореагировавшие исходные компоненты, что ве- дет к значительному снижению механических свойств и жаростойкости продуктов СВС. Поэтому в услови- ях разбавления реакционной смеси хромом для обеспечения полноты превращения реагентов необходимо использовать активирование процесса синтеза. Интенсивно исследуемый в последнее десятилетие метод механоактивируемого самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (МАСВС) позволяет полу- чать в системе Ti-Al гомогенные однофазные алюминиды. МАСВС представляет собой двухстадийный процесс. На первом этапе реакционную шихту обрабатывают в энергонапряженных мельницах до некоторого критического времени, чтобы сформировать механически активированную смесь, которая состоит из частиц, содержащих очень тонко, вплоть до наноуровня, распределенные между собой элементарные компоненты. Такая механически активированная смесь подвергается последующему СВС. Результаты проведенных исследований показали, что полученный методом МАСВС порошок характери- зуется однородной структурой и повышенной по сравнению с известными материалами на основе гамма- алюминидов титана микротвердостью: средняя величина которой при нагрузке 25 г составила 3,13 ГПа (по сравнению с 1,55-2,80 ГПа для известных гамма-сплавов). При этом трещин, в том числе образующихся при индентировании, в синтезированных порошках обнаружено не было. Наиболее важными технологическими характеристиками порошков для ГТН являются гранулометриче- ский состав, текучесть и насыпная плотность. Результаты испытаний указанных свойств для размолотых и раз- деленных по фракциям неклассифицированных порошков представлены в таблице. Таблица - Основные свойства синтезированных порошков Номер образца Размер частиц по- рошка, мкм Содержание фракции в раз- молотом порошке, % Насыпная плотность, г/см3 Текучесть, с 1 71 – 100 3,2 1,23 55,6 2 41 – 71 10,8 1,19 59,2 3 0 – 40 85,4 1,14 64,8 151 Как видно из таблицы, порошки системы Ti-Al-Cr, получаемые после механического измельчения, ха- рактеризуются высоким выходом (~ 90 %) фракций 0 – 40 мкм, пригодной для детонационного напыления, с приемлемой текучестью и насыпной плотностью. Синтезированные порошки показали отличную способность к детонационному напылению. Для всех типов основы (нержавеющая и углеродистая сталь, титановый сплав) покрытия отлично копируют рельеф осно- вы и плотно прилегают к ней, что является необходимым условием высокой адгезии. Трещин и отслоений в покрытиях не обнаружено. Исследование структуры покрытия при помощи оптической микроскопии свиде- тельствует о небольшой общей пористости покрытий – менее 1 %. Распределение пор по площади покрытия равномерное, поры имеют размер 0,5–2 мкм. Полученные покрытия характеризуются высокой твердостью. Средняя величина микротвердости составляет 9–11 ГПа. Это значительно выше твердости известных покрытий на основе гамма-сплавов, которая, как правило, не превышает 5 ГПа. Для образцов с покрытиями на основе из сплава ВТ-16 были проведены исследования жаростойкости и прочности сцепления с основой. Полученные данные свидетельствуют о том, что детонационные покры- тия из синтезированного порошка могут работать при температурах до 1173 К. Прочность сцепления покры- тий с основой достаточно высока и составляет 83-96 МПа. Заключение Исследованы структура и свойства СВС порошков системы Ti-Al-Cr. Порошки характеризуется более высокой по сравнению с известными материалами на основе гамма-сплавов микротвердостью. Технологические свойства синтезированных порошков отвечают требованиям, предъявляемым к материалам для напыления. Полученные детонационные покрытия из порошка на основе алюминида титана имеют пористость менее 1 %, высокую микротвердость (9-11 ГПа), прочность сцепления с основой (83-96 МПа) и повышенную жаростойкость (до 1173 К). УДК 517.958:536.25 Элементы компьютерной методики конструктивно-технологического проектирования сварных конструкций Студент гр.104816 Галаев К.О. Научный руководитель – Медведев С.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является рассмотрение компьютерного моделирования сварного узла, и ка- чественная оценка образования деформаций и напряжений при сварке, с дальнейшей проверкой расчётов в универсальных лицензионных системах конечно-элементного анализа, развернутых на вычислительных ре- сурсах Республиканского суперкомпьютерного центра коллективного пользования в Объединенном инсти- туте проблем информатики НАН Беларуси, и подтверждение полученных результатов реальными опытами, проведёнными при одинаковых условиях нагружения. При изготовлении сварных конструкций дуговыми способами возникают деформации, нарушающие проектные размеры и форму изделия. Общие остаточные деформации отдельно сваренных узлов или монтажных единиц затрудняют об- щую сборку конструкции. В результате сварки элементы могут получить такие деформации, что их сборка без пригонки окажется невозможной и потребуется подгонка сопрягаемых кромок, правка, натяг и др. опе- рации, усложняющие технологию, увеличивающие трудоёмкость изготовления сварных конструкций и снижающие в ряде случаев их работоспособность. Рисунок 1. Трехмерные твердотельные и конечно-элементные модели сварной конструкции 152 Расчётное определение сварочных деформаций – достаточно трудоёмкий процесс, включающий в се- бя анализ объёмного нагружения детали, схемы деформаций и напряжений, теоретический расчёт, проверка. Весь данный процесс можно заменить одним единственным – моделирование сварочных деформаций и на- пряжений при помощи специализированных пакетных программ. Это, в свою очередь, сократит время рас- чётов и инженерную документацию, которые являются важнейшими параметрами в серийном производстве, и уменьшение которых существенно повлияет на производительность производства в целом. В общем случае развитое компьютерное проектирование обеспечивает наглядное представление сбо- рочной единицы после сварки, следовательно, происходит экономия сварочных материалов и электроэнер- гии, которое необходимо потратить для осуществления большого количества опытных образцов. Рисунок 2 – Отражение динамического поведения сварной конструкции без учета и с учетом влияния остаточных сварочных явлений Методика конструктивно-технологического проектирования позволяет в первом приближении оце- нить рациональность (технологичность) сварного узла, варианты конструкций технологически необходимой оснастки, для предотвращения появления остаточных напряжений и деформаций в сварном соединении, путём грамотной корректировки технологии сварки, конструирования сварного узла и сварочного приспо- собления. Доклад иллюстрируется примером расчетов и конструирования сборочно-сварочных приспособлений для реальных сварных конструкций Минского тракторного завода. Литература 1. Н.О. Окерблом, Демянцевич В.П. Проектирование технологии изготовления сварных конструкций. - Л., СУДПРОМГИЗ, 1963 – 603 с. 2. Н.О. Окерблом Н.О. Конструктивно-технологическое проектирование сварных конструкций. – Л., МАШИНОСТРОЕНИЕ, 1964, 419 с. 3. Медведев С.В. Принципы конструктивно-технологического проектирования сварных конструкций в суперкомпьютерных средах // Известия ТулГУ. Серия. Компьютерные технологии в соединении материа- лов. Вып.3. Труды Первой Международной научно-технической Интернет-конференции «Компьютерные технологии в соединении материалов» 2004 – 2005 / Под ред. д-ра техн. наук, проф. Cудника В.А. – Тула: Изд – во ТулГУ, 2005. – C.70 – 76. 4. Медведев С.В. Оценка вариантов сварных конструкций по уровню остаточных напряжений и деформа- ций // Сварочные технологии и оборудование. – 2003. – № 2. – C. 3 – 10. УДК 621.762.8 Технологии получения волок из композиций алмаз - карбид кремния Студент гр. 104616 Луговский С.Н. Научный руководитель  Жук А.Е. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является освещение технологии получения волок из композиций алмаз - карбид кремния. Процесс волочения является одним из широко применяемых процессов обработки давлением при производстве проволоки, прутков, труб, профилей, к преимуществам которого относятся высокая произво- дительность, относительная простота технологической оснастки и волочильного оборудования, высокая точность и качество поверхности получаемых изделий. 153 В волочильном производстве при изготовлении проволоки применение находят волоки из металлоке- рамических твердых сплавов. Спеченные металлокерамические сплавы представляют композицию из твер- дых тугоплавких соединений (карбидов вольфрама, титана и тантала, а также сочетания их с карбидами хрома, ниобия, ванадия) с более легкоплавкими (цементирующими) металлами - кобальтом и никелем. Высокая стоимость вольфрамосодержащих волок, покупаемых за рубежом, потребовала разработки технологий с применением композиций алмаз - карбид кремния. Исследования, выполненные С.К. Гордеевым (ЦНИИматериалов, С.- Петербург) показали, что композит алмаз - карбид кремния, полученный пропиткой пористых(30-60%) полуфабрикатов, содержащих алмазные каркасы, значительно превосходит твердые сплавы по износостойкости, но проигрывает им по вязкости разру- шения и локальной прочности. Получение формующего инструмента (волок для волочения кордовой проволоки) из сверхтвердого композита алмаз – карбид кремния по разработанной в проекте технологии можно осуществлять в виде трех вариантов: пропиткой при температуре 1550ºС пористого полуфабриката из микрошлифпорошков алмаза кремнием; реакционным спеканием пористого полуфабриката сформованного из шихты, содержащей поро- шок – композит алмаз – карбид кремния, первичный SiC, свободные кремний и углерод в засыпке; изготов- лением волоки с переходным составом по сечению из порошка – композита с многослойным покрытием и сплавов Н3М. или YL05, что позволит использовать преимущества композита алмаз – SiC в повышении из- носостойкости волок. Разработана комбинированная технология, сочетающая нанотехнологию получения многослойных покрытий на алмазных порошках и технологию получения СТМ при низких давлениях (вакуум) пропиткой пористой заготовки. Выполнены исследования процессов получения пористого полуфабриката из порошков – композитов путем прессования их со связкой – термопластичной фенолформальдегидной смолой (ФФС), которая хорошо смачивает поверхность пиролитического углерода. Использование алмазных частиц раз- личного размера, отличающихся более чем в 4 – 5 раз, и дисперсных частиц первичного карбида кремния домикронного размера позволило создать из более больших по размерам частиц каркас. Каркас формирова- ли путем прессования гранул, полученных из шихты, содержащей порошок- композит со связкой – пласти- фикатором. Удаление связки осуществляли при последующей термообработке. Отличие приведенных процессов состоит в том, что при реакционном спекании композита алмаз – SiC разделение процесса на две стадии условное. Предварительное спекание направлено на удаление лету- чих веществ ФФС и образование на кристаллах алмаза карбидокремниевого покрытия α – SiC. Окончатель- ное реакционное спекание протекает в засыпке и приводит к расплавлению кремния, растворению в нем графита и взаимодействию их с образованием β – SiC. Предварительное спекание твердого сплава направлено на устранение в структуре свободного угле- рода технологической связки. Окончательное спекание проводят в графитовом контейнере с волоками- заготовками для формирования мелкозернистой структуры материала за счет взаимодействия кобальта с легирующими элементами. После предварительного спекания заготовку вынимают из электрической ваку- умной печи для предварительного спекания и помещают в электрическую вакуумную печь для окончатель- ного спекания. Во избежание окисления твердого сплава не допускается хранение волок-заготовок в отклю- ченных печах более суток. Охлажденные волоки-заготовки выгружаются из контейнеров и обдуваются сжа- тым воздухом. Основными показателями качества волочильного инструмента, вытекающими из условий эксплуата- ции, является износостойкость поверхности, запас пластичности связки и ее упрочняемость в процессе де- формации, вязкость разрушения материала и прочность его на разрыв. Установлено влияние процентного содержания кобальта и размера зерна карбида вольфрама на свойства спеченного твердого сплава (твердо- сти, прочности и вязкости разрушения). При высоком содержании кобальта и крупном зерне WC в структу- ре твердого сплава материал обладает высоким сопротивлением к развитию продольных трещин. Уменьше- ние размера зерна карбида вольфрама приводит к высокой поперечной прочности на разрыв. Мелкозерни- стый WC с низким содержанием кобальта имеет высокую твердость (сопротивление износу). При создании композита алмаз – SiC покрытия выполняют магнетронным распылением композици- онных катодов (Si+C). Многослойное покрытие имеет переходный слой SiC с аморфной структурой (тол- щиной до 20 нм). Наличие аморфной прослойки между алмазом и карбидом кремния повышает трещино- стойкость композита. Высокие свойства покрытия обеспечивают повышение стойкости алмаза к графитации при нагреве. Второй слой, представляющий собой смесь атомов или кластеров Si+C (толщиной до160 нм), выполняет технологические функции формирования основной матрицы SiC. Слой пиролитического графита толщиной 140 – 160 нм наносится пиролизом углеродосодержащей атмосферы на поверхность кристаллов алмаза и дисперсных частиц первичного SiC. Пиролитический гра- фит растворяется в жидком Si и одновременно взаимодействует с ним с образованием SiC (в присутствии дисперсных добавок). Состав и толщина покрытий в порошках – композитах определяется режимами рас- пыления и скоростью осаждения конденсата. 154 После смешивания компонентов шихты в нее добавляют связующее – 0,7 мл 25% - го спиртового рас- твора фенолформальдегидной смолы СФ – 010А (ГОСТ 18094 – 80). Полученную шихту тщательно пере- мешивают и дважды перетирают через сито с размером ячейки 1 мм, формируя гранулы. Форма гранул по- зволяет при прессовании участвовать сдвигающим напряжениям, которые обеспечивали перемещение их компонентов без разрушения связи между ними. В заключение можно добавить, что применение данной технологии является перспективным направ- лением для исследования, т.к. вышеуказанные композиции показали высокие свойства наряду с относитель- ной простотой получения. УДК 621.744 Инжекционное формование литьевых составов CATAMOLD Студент Шибеко О.О1, Научный руководитель – Виолентий Д.Р2, 1Белорусский национальный технический университет 2ГНУ «Институт порошковой металлургии НАН Беларуси» г. Минск Технология инжекционного формования порошковых материалов (powder injection molding – PIM) основана на использовании литья под высоким давлением термопластичных масс из высокодисперсных ме- таллических (metall injection molding – MIM) или керамических (ceramic injection molding – CIM) порошков и полимерного связующего вещества, термического, сольвентного или каталитического удаления связую- щего в специальной печи для удаления связующего и окончательном высокотемпературном спекании их в атмосфере или в вакууме. CIM технология имеет большую перспективу и огромное преимущество при производстве деталей сложной формы с точными геометрическими размерами и большими объемами производства по сравнению с традиционными методами, т.к. имеет существенные технологические преимущества: - снимает все ограничения по сложности формы изготавливаемой детали; - дает новые неограниченные возможности для дизайна изделий; - позволяет получать более прочные детали за счет модификации характеристик материалов; - позволяет придавать поверхностям формируемых деталей практически любые свойства – от очень гладких до текстурированных; - получать детали с минимальной толщиной сечения от 0,5 до 30 мм с допусками в пределах 0,1мм на каждые 25 мм линейных размеров детали и стабильной повторяемостью размеров; - снижает время изготовления деталей; - предоставляет возможность удешевления готовых изделий за счет исключения операции по механо- обработке; В ГНУ ИПМ НАН Беларуси используются литьевые составы, выпускаемые под торговой маркой Catamold, основу которых составляет связующее вещество полиацеталь – полупрозрачный термопластич- ный полимер с хорошими технологическими характеристиками: высокой стабильностью размеров, высокой прочностью и хорошей теплостойкостью. Превосходные общие характеристики полиацеталя делают его предпочтительным материалом для использования в производствах, требующих высокой точности геомет- рических размеров изделий. Однако решающим преимуществом полиацеталя в качестве связующего в мате- риалах Catamold является возможность его быстрого каталитического удаления. Catamold представляет со- бой однородный, гранулированный материал, который не нуждается в дальнейшей гомогенизации. Его не- обходимо расплавлять в максимально мягких условиях, для того, чтобы избегать ненужного перегрева и деструкции. Температура разложения полиацеталя в Catamold 110-140 оС, а точка плавления 165 оС. Механизм удаления связующего из отлитой заготовки основан на диффузии и проникании испаряю- щегося формальдегида через поры (рисунок 1). Граница раздела связующего вещества и газа двигается внутрь заготовки со скоростью 1-2 мм/ч. Рисунок 1 – Механизм каталитического удаления связующего. 155 На установке Allrounder 170U 150-70 проведены исследования по уплотнению керамических мате- риалов Catamold методом инжекционного формования. Свойства образцов представлены в таблице 1. Таблица 1 – Свойства керамики полученной по CIM технологии из материалов Catamold Свойства Единица измерения Керамика на основе Al2O3 Керамика на основе ZrO2 Плотность г/см3 3,8 - 3,9 5,90 - 5,95 Модуль Юнга ГПа 350 - 400 200 – 220 Предел прочности при изгибе МПа 300 - 450 400 – 600 Коэффициент вязкости разрушения МПа∙м1/2 3,5 – 4,0 5 – 6 Твердость HV 1500 - 2000 1350 -1420 Примеры изделий,полученных по CIM технологии приведены на рисунке2: а) б) Рисунок 2 - а) Золотниковые пары из керамики на основе Al2O3; б) Корпуса часов из керамики на ос- нове ZrO2 Как видно из приведенного, передовая керамика на основе Al2O3 и ZrO2, изготавливаемая методом инжекционного формования из материалов Catamold, имеет высокие физико-механические свойства, что открывает для нее перспективу широкого применения в промышленности Республики Беларусь. УДК 621.793 Получение электродов для электроискрового легирования с использованием технологии сухого изостатического прессования Студентка гр.104815 Букато Н.Ю. Научный руководитель – Саранцев В.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Введение. Среди важных факторов, определяющих технический прогресс методов нанесения покры- тий, можно выделить создание специальных многофункциональных электродных материалов (ЭМ). Расхо- дуемые электроды используются при нанесении покрытий наплавкой, электроискровым легированием, гальваническим осаждением, ионной конденсацией и т.д. Постановка задачи. Сейчас в мире для электроискрового легирования (ЭИЛ) используются, в основ- ном, электроды из твердых сплавов на основе карбида вольфрама (группы ВК и ТК), которые предназначе- ны только для увеличения износостойкости поверхности. Эти электроды не могут во многих случаях удов- летворить потребности современного производства. Разработка новых способов получения электродных материалов необходимых для формирования заданных характеристик покрытий является важной и актуаль- ной задачей современного производства. Для получения электродов из широкой гаммы тугоплавких материалов предложено использование метода сухого изостатического прессования (СИП) с последующим спеканием. Перспективность использо- вания этого метода обусловлена возможностью получать электроды широкой номенклатуры из порошков исходных компонентов и формовать изделие заданного размера. Этот метод является наукоемким и откры- вает принципиально новый подход в организации технологического процесса получения длинномерных изделий из хрупких и трудно деформируемых порошков тугоплавких неорганических соединений. Благодаря технологическим возможностям СИП в процессе формования изделий порошки подверга- ются квазистатическому нагружению. По технологии СИП возможно получение деталей из порошков в виде сплошных цилиндров или в виде трубок (рисунок 1). Для получения электродов была спроектирована и изготовлена оснастка, позволяющая за один цикл спрессовать трубчатые или цилиндрические стержни из порошковых материалов (рисунок 2). 156 а – радиальное на оправку, б – радиальное Рисунок 1 – Схема прессования Рисунок 2 – Многоместные формы для получения электродов Для ЭИЛ были получены ЭМ: 1.TiC-80%, Ni-20% (здесь и далее в весовых %) (исходный размер частиц порошка TiC ≤ 40мкм, Ni ≤ 40мкм); 2.Графит; 3. Co – 50 %, Cr – 30 %, W – 5 %, Ni – 15 % (исходный размер частиц порошка Co, Cr, W, Ni ≤ 50 мкм); Электрод №1 был получен при помещении порошкового материала в тонкостенную оболочку (12Х18Н10Т) с последующим обжатием при давлении 80 МПа. Электрод №2 был получен из порошка графита по двухступенчатой технологии – осевое прессование заготовки 40 МПа с последующим уплотнением при радиальном обжатии 100 МПа. Электрод №3 был получен по описанной выше технологии СИП с последующим отжигом при темпе- ратуре 800ºС в течении 30 мин в печи с защитной атмосферой. Результаты измерения микротвердости (рисунок 4) показывают, что максимальной твердостью обла- дают покрытия, сформированные при использовании электрода №1. Высокая твердость является результа- том формирования на поверхности КП, состоящего из карбидов титана распределенных в металлической матрице из материала оболочки (12Х18Н10Т) и никелевых добавок. При использовании графитового элек- трода модифицированный слой на подложке из стали Ст.3 обладает твердостью на уровне закаленной стали. Использование электрода №3 позволяет сформировать большую толщину слоя на поверхности детали с дос- таточной твердостью (8 ГПа) (рисунок 4). 157 Рисунок 3 – Общий вид электродов, полученных с использованием технологии СИП Рисунок 4 – Микротвердость КП, полученных ЭИЛ (W=2 Дж) Выводы. В результате проведенных исследовательских и конструкторских работ были получены ре- зультаты: 1. разработана схема получения электродов цилиндрической и трубчатой формы; 2. разработана технология получения электродов из порошковых материалов; 3. проведены исследования свойств сформи- рованных КП методом ЭИЛ. Разработанные ЭМ могут быть использованы при нанесении композиционных износостойких покрытий. Литература 1.Богинский Л.С., Реут О.П., Саранцев В.В., Букато Н.Ю. Совершенствование технологии сухого изо- статического прессования / Сборник материалов 7-й международной научно-технической конференции «Наука – образованию, производству, экономике» г. Минск 26 мая 2009 г. В 3т. Т.1. Минск: БНТУ, 2009. – 458 с. С.216. 2.Устройство для прессования изделий из порошков: заявка №а20090863 Респ. Беларусь, МПК B 22 F 3/00 / Л.С. Богинский, О.П.Реут, В.В. Саранцев, Н.Ю.Букато; заявитель БНТУ заявл. 12.06.09. УДК 621.762 Моделирование испытаний композиционных материалов методом конечных элементов в программной среде ANSYS Студент гр. 104615 Василевский С.В. Научный руководитель – Голубцова Е.С. Белорусский национальный технический университет Целью настоящей работы является оптимизация прочностных характеристик фрикционных компози- ционных материалов в программной среде ANSYS. 158 Фрикционные материалы широко используются как в технике, так и в быту. Основной сферой приме- нения фрикционных материалов является передача движения от одного объекта к другому объекту с ис- пользованием такого физического процесса как трение. Кроме того, фрикционные материалы широко ис- пользуются в системах торможения: тормозные системы в автомобилях, поездах, самолетах, различных станках и т.п. То есть, от их долговечности, прочности, износостойкости и других механических свойств зависит безопасность работы транспортных средств, и другого оборудования. В настоящее время современные фрикционные материалы представляют собой многослойные компо- зиционные материалы. В процессе функционирования, в результате контактов рабочих поверхностей фрик- ционные материалы подвергаются различным нагрузкам. К поверхности раздела материалов прилагаются как нормальные (направленные перпендикулярно к поверхности), так и сдвиговые (направленные вдоль по- верхности раздела) нагрузки. Поверхности двух контактирующих материалов могут испытывать скольжение друг относительно друга. Это может приводить к существенному повыщению их температуры в поверхно- стном слое. Что ведет к появлению термонапряжений во фрикционных материалах. Большинство новых фрикционных материалов являются композиционными материалами обладают неоднородные механические свойства по образцу. При эксплуатации таких материалов в глубине материалов могут возникать сильно неодности в температурных полях и полях напряжений. Которые могут приводить к ослаблению механиче- ских свойств материалов, и, что самое печальное к их разрушению, в самый неподходящий период. Поэтому при разработке новых фрикционных материалов и натурных образцов должно проводится всесторонне их испытание. Одним из наиболее современных способов испытаний материалов является компьютерное моде- лирование образцов для реальных условий их эксплуатации. Адекватное моделирование работы фрикцион- ных материалов требует решения контактной задачи. Контактные задачи по своей природе являются нелинейными и требуют для расчета значительных вычислительных ресурсов. Для успешного решения задач контактного взаимодействия необходимо иметь четкое представление о физической природе этого явления. Кроме того, такая задача должна решаться по- этапно. Для контактных задач характерны две проблемы. Первая состоит в том, что зона контакта до решения задачи неизвестна. В зависимости от внешних нагрузок, граничных условий, свойств материалов и других факторов поверхности могут входить в контакт друг с другом и выходить из него поэтапно и непредсказуе- мо. Вторая проблема связана с необходимостью учета трения при моделировании взаимодействия тел. Для этого разработаны специальные модели, которые также являются нелинейными. В дополнении к указанным проблемам имеются определенные сложности при моделировании кон- тактных взаимодействий в многодисциплинарных задачах, а именно: теплопроводность при высокой темпе- ратуре и электрические потоки в контактных зонах. Наиболее важным фактором, влияющим на конечные результаты контактного моделирования, явля- ется правильный выбор контактного алгоритма, который зависит от природы контактной задачи, типа ис- пользуемых контактных элементов и пр. Для решения этих задач разработаны комплексы прикладных про- грамм, в которых учтены основные физические процессы, влияющие на поведение материалов. Для этих комплексов разработаны и реализованы наиболее оптимальные алгоритмы решения соответствующих мате- матических задач. Одним из таких комплексов является программный комплекс ANSYS в его различных модификациях. Программный комплекс ANSYS 11.0 предоставляет пользователю ряд контактных алгоритмов, при помощи которых можно оптимально настроить «физику» рассматриваемой проблемы, совокупности с дру- гими параметрами, такими как нормальная контактная жесткость (FKN), область поиска контакта (Pinball Region, PINB), допуск на проникание (FTOLN), автоматическая регулировка контакта (Automatic Contact Adjastment), в итоге получить реальную физическую картину контактного взаимодействия. Все контактные алгоритмы ANSYS доступны через диалоговую панель Contact Wizard в разделе Contact Properties. Рисунок 1 – Моделирование испытания многослойной пластины на пробой с регистрацией прочностных характеристик кождого взаимосвязанного слоя композита, состоящего из различных сплавов. 159 УДК 621.79:669.017 Способы устранения закалочных структур и холодных трещин в сварных соединениях из стали 45 при ручной дуговой сварке Студентка гр. 104817 Иванова И.О. Научный руководитель – Голубцова Е.С. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы явилось изучение способов устранения закалочных структур и холодных трещин в стали 45 при ручной дуговой сварке Высокие значения микротвердости в зоне термического влияния свидетельствуют об образовании мартенсита, который повышает хрупкость сварного соединения. Для преодоления этих трудностей и в первую очередь для повышения стойкости металла шва против кристаллизационных трещин при всех видах сварки плавлением стремятся снизить содержание углерода в металле шва. Это обычно достигается за счет применения электродных стержней и электродной проволоки с пониженным содержанием углерода и уменьшения доли основного металла в металле шва. Стремятся также обеспечить получение швов с большим значением коэффициента формы и применяют предварительный и сопутствующий подогрев, двухдуговую сварку в раздельные ванны и модифицирование металла шва. Для сварки среднеуглеродистых сталей чаще всего применяют предварительный подогрев до темпе- ратуры 250…300 °С. За счет предварительного подогрева удается повысить на 0,01…0,02% допускаемое содержание углерода в металле шва, при котором еще не образуются трещины, и предупредить образование закалочных структур в околошовной зоне. Однако сварка с подогревом обладает серьезными эксплуатаци- онными недостатками. Кроме того, чрезмерный подогрев может вызвать образование трещин вследствие увеличения провара основного металла и связанного с этим повышения содержания углерода в металле шва. Для снижения доли основного металла в металле шва дуговую сварку среднеуглеродистых сталей, как правило, ведут с разделкой кромок на режимах, обеспечивающих минимальное проплавление основного металла и максимальное значение коэффициента формы шва. Для иллюстрации сказанного на рисунке пока- заны угловые швы, сваренные под флюсом на режимах, типичных для сварки среднеуглеродистой стали. Типичная форма углового шва при сварке под флюсом среднеуглеродистой стали 45 Для повышения доли электродного металла в металле шва принимают также меры по увеличению коэффициента наплавки. При механизированных способах сварки это достигается применением сварочной проволоки малого диаметра (2…3 мм) и минимального сварочного тока. Лучшие результаты получаются при постоянном токе прямой полярности. Сварку под флюсом среднеуглеродистых сталей ведут на режи- мах, не характерных для этого высокопроизводительного способа, в связи с чем он не получил широкого применения при изготовлении конструкций из среднеуглеродистых сталей. Эффективным и надежным средством достижения равнопрочного соединения металла шва при низ- ком содержании в нем углерода служит дополнительное легирование элементами, упрочняющими феррит. При сварке среднеуглеродистых сталей для достижения равнопрочного соединения достаточно дополни- тельно легировать шов марганцем и кремнием. Для сварки под флюсом применяют флюсы АН-348-А и ОСЦ-45 и сварочную проволоку Св-08А, Св-08ГА и Св-ЮГ2. При этом необходимое повышенное содержа- ние в шве кремния и марганца достигается частично путем восстановления их из флюса. Этому способству- ет применение тонкой проволоки и малых токов, при которых восстановление кремния и марганца протека- ет более интенсивно. Для ручной сварки среднеуглеродистых сталей применяют электроды с фтористо-кальциевым покры- тием УОНИ-13/55 и УОНИ-13/45, обеспечивающие достаточную прочность и высокую стойкость металла шва против образования кристаллизационных трещин. Чтобы избежать образования малопластичных и хрупких закалочных структур в околошовной зоне, при сварке среднеуглеродистых сталей следует замед- лить остывание изделий путем снижения скорости сварки, предварительного подогрева металла, сварки 160 двумя и более раздвинутыми дугами. Чем больше содержание углерода в стали, тем выше должна быть тем- пература подогрева металла при сварке. Даже при использовании всех указанных приемов сварные соеди- нения на среднеуглеродистой стали чаще всего получаются недостаточно пластичными, так как закалка ос- новного металла в околошовной зоне полностью не предотвращается. Если к сварному соединению предъ- являются требования высокой пластичности, то для выравнивания свойств приходится применять последующую термообработку, чаще всего закалку с отпуском. УДК 621.762.8 Конструирование комбинированных катодов и совместимость их с магнетронной распылительной системой Студентка гр. 104616 Семянникова А.А. Научный руководитель – Керженцева Л.Ф. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является разработка комбинированного катода-мишени кремний-графит для создания покрытия SiC стеклометрического состава. Получение покрытий распылением мишеней заключается в эмиссии атомов (ионов) с их поверхности и последующем осаждении на подложки. Свойства покрытий от способа изготовления мишеней. Изготов- ление мишеней-катодов осуществляется механическим точением заготовок, прессованием мишеней из по- рошков, диффузионной сваркой биметаллических мишеней, нанесением на мишень-заготовку гальваниче- ским путем или ионно-плазменным напылением распыляемого материала. Недостатками процессов напыле- ния подложек с использованием мишеней являются необходимость жесткого контроля исходных материалов, загрязнение материалов покрытий технологическими примесями, несоответствие стехиометри- ческого состава покрытий заданному и его коррекция. Указанные недостатки частично устранены в методе прямого синтеза. Надежной конструкцией является система косвенного охлаждения, в которой отвод тепла от катода осуществляется через промежуточный элемент мембранного типа (рисунок 1), изготовленный из нержавеющей стали 08Х18Н9Т толщиной 0,15…0,20 мм. Косвенное охлаждение катода позволило реализо- вать конструкцию магнетрона с щелевым типом теплообменника Упругая мембрана под влиянием сетевого давления воды деформируется, создавая более плотный контакт с охлаждаемым катодом, компенсируя при этом деформацию мишени-катода в процессе эрозионного износа. Использование комбинированных като- дов кремний – графит потребовало исследования процесса эрозии и неравномерности эрозионного износа плоских катодов – мишеней. Рис. 1. Система косвенного охлаждения магнетронного распылителя: 1 – катод; 2 – мембрана; 3 – держатель катода; 4 – камера охлаждения; 5 – магнитопровод; 6 – катушка индуктивности; 7 – гидрорезистор 1 4 2 3 5 7 6 161 На рисунке 2 представлены зоны эрозии графита и комбинированного катода. Расчет поверхностей подвергаемых эрозии показал, что соотношение для кремния и графита составляет 2.5. Такое соотношение с учетом различия в скорости конденсации материалов позволяет получить покрытие из смеси атомов или кластеров соответствующее стехиометрическому составу SiC. Дилатометрическими исследованиями под- тверждено, что реакционное спекание в твердой фазе протекает при 650 - 850ºС с формированием α -SiC состава близкого к стехиометрическому. УДК 621.791.763.1 Контактная сварка разнотолщинных материалов Студент гр. 104815 Аникеев В.В. Научные руководители – Демченко Е.Б., Керженцева Л.Ф. Белорусский национальный технический университет г. Минск Исследовали макрошлифы зоны сварных соединений при сварке разнотолщинных сталей «08 кп» толщиной 0,8 и 2,0 мм при изменении времени протекания сварочного тока от 0,12 до 0,32 с при постоянном усилии сжатия электродов 200 кг. Анализ геометрии формы и структуры точек контактной сварки показал, что с увеличением времени протекания сварочного тока происходит значительное увеличение диаметра ядра с 3,7 до 5,3 мм и диаметра отпечатка с 5,1 до 5,7 мм. При этом высота ядра и высота отпечатка увеличиваются менее значительно соот- ветственно с 1,1 до 1,4 мм и с 0,15 до 0,25 мм. Такой характер изменения параметров сварного соединения при увеличении длительности действия сварочного тока объясняется выделением большего количества теп- ла в зоне контакта свариваемых деталей, увеличением пластичности материала, а также геометрией рабочих поверхностей электродов. При времени сварки tсв=0,12 с наблюдается практически полный непровар деталей. Возникающее яд- ро расплавленного металла сдвинуто в тонкую заготовку. Размеры отпечатка сравнимы с размерами отпе- чатков при более высоких значениях времени сварки. При увеличении времени сварки до tсв=0,32 с ядро приобретает форму одностороннего вогнутого эллипса. Наблюдается вытеснение металла из зоны кристал- лизации и образование пластического пояска, свойства которого в значительной степени определяют свой- ства сварного соединения. Установлено, что наиболее оптимальным временем сварки является tсв=0,24 с. Форма ядра имеет эл- липтическую форму, расположение ядра относительно поверхности контакта деталей симметрично, разме- ры и прочностные характеристики ядра и отпечатка соответствуют рекомендуемым режимам для данных толщин сталей. С увеличением усилия сжатия электродов (Р=100…300 кг; tсв=0,24 с) происходит уменьшение диа- метра ядра с 4,8 до 4,2 мм и высоты ядра с 1,6 до 1,1 мм, при увеличении диаметра отпечатка с 5,2 до 5,7 мм и высоты отпечатка с 0,15 до 0,30 мм. Рисунок 2 – Зона эрозии графита и комбинированного катода 162 Установлено, что при увеличении величины усилия сжатия электродов возникает значительная пла- стическая деформация, приводящая к подавлению роста расплавленного ядра с вытеснением металла в око- лошовную зону и образованием пластического пояска. Это подтверждается стабильным ростом высоты и диаметра отпечатка. При этом соответственно уменьшаются размеры ядра. При Р=100 кг ядро расплавленного металла сдвинуто в сторону тонкой заготовки. Размеры ядра срав- нимы с размерами при высоких значениях величин времени сварки. При увеличении Р до 300 кг ядро уменьшается в размерах и имеет форму одностороннего вогнутого эллипса. Наблюдается явное вытеснение металла из зоны кристаллизации и образование пластического пояска, свойства которого в значительной степени определяют свойства сварного соединения. Выводы. Наиболее оптимальным режимом процесса сварки является режим сварки при времени протекания сварочного тока tсв=0,24 с и усилия сжатия электродов Р=300 кг. Форма ядра имеет эллиптическую форму, расположение ядра относительно поверхности контакта де- талей симметрично, размеры и прочностные характеристики соответствуют рекомендуемым режимам. УДК 621.762.8 Проектирование оснастки для изготовления волок из композитов алмаз – карбид кремния Студент гр. 104616 Сергеенко М.В. Научный руководитель – Ковалевский В.Н. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является проектирование оснастки для прессования заготовок - волок, используемых для волочения кордовой проволоки. Волоки изготавливают из твердого сплава, так как они работают в условиях высоких температур, давлений и агрессивных сред. Для замены твердого сплава пред- лагается использовать композиционный материал алмаз–карбид кремния. Поставленная цель объясняется тем, что стойкость к абразивному износу, как показали исследо- вания, композит алмаз – карбид кремния превосходит твердые сплавы в 30 раз. Кроме того, критерием экс- плуатационных свойств волочильного инструмента является стойкость при волочении, как свойство волоки противостоять изменению формы, размеров и качества поверхности канала волок. Основными показателями свойств материала является износостойкость, трещиностойкость и прочность на сжатие. Для осуществления процесса проектирования оснастки для прессования выбирается волока – за- готовка типоразмером 10х8 мм. Этапы проектирования оснастки включают в себя следующие расчеты: 1) выбор схемы прессования. Для получения заготовок с равномерной плотностью по всему объему выбирается схема двухстороннего прессования; 2) определение объема готовой детали; 3) расчет относительной плотности спрессованной детали; 4) расчет навески порошка на одну деталь. Основным условием получения необходимых значений плотности брикета, формы, размеров и свойств готовых изделий является правильный и точный расчет навески порошка, приходящегося на одну деталь; 5) определение размеров камеры засыпки, полости матрицы, пуансонов. Важнейшим условием обеспечения стойкости элементов пресс-формы является правильный выбор материала, т.к. пресс-форма должна выдерживать высо- кие напряжения сжатия и растяжения и хорошо проти- востоять абразивному износу прессуемым порошком. Ввиду этого следует применять стали, обладающие вы- сокой прочностью и износостойкостью. Износостой- кость элемента пресс-формы оценивается количеством циклов прессования, при котором матрица изнашивает- ся на 0,1 мм. Широкое применение для холодных штам- пов и пресс-форм получили инструментальные легиро- ванные стали, обладающие высокой износостойкостью, малой деформируемостью и другими особыми свойст- вами. Принимаем материал матрицы и пуансонов сталь ХВГ (ГОСТ 8560-78). Количество циклов прессования при усилии в 10 кН (как в нашем случае) для матрицы Рис.1 Оснастка для прессования 163 составляет порядка 60 тысяч, для пуансонов – 70 тысяч циклов. Вид оснастка в сборке для прессования за- готовок-волок представлена на рисунке 1. Поставленная цель по изготовления волок для производства кордовой проволоки полностью себя оп- равдывает, т.к. большинство мировых производителей автомобильных шин используют белорусский метал- локорд. УДК 621.791.75.042 Выбор среды для механизированной дуговой сварки стали 09Г2С для основания кузова бортового автомобиля МАЗ-53366 Студент гр. 104815 Жукович Д.В. Научный руководитель – Голубцова Е.С. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является предложение по замене смеси CO2 на Ar+CO2, используемой при механизированной дуговой сварке стали 09Г2С плавящимся электродом. В настоящее время сварка является неотъемлемой частью технологического процесса производства автомобиля, а также ремонта его сварных конструкций. Основание является частью кузова бортового авто- мобиля МАЗ-53366. Оно состоит из шестнадцати сборочных единиц и различных видов деталей. Одним из основных звеньев борта являются кронштейны, лонжероны, поперечины и балки. Бортовой автомобиль МАЗ-53366 предназначен для перевозки различных грузов. При их перевозке, основание, которое является неотъемлемой частью платформы, испытывает различные нагрузки. Данная конструкция изготавливается из стали марки 09Г2С. 09Г2С - низколегированная сталь, которая не требует термообработки до и после сварки. Она хорошо сваривается дуговой сваркой в защитных газах и автоматической сваркой под флюсом, не образуя при этом холодных и горячих трещин. Свойства сварного шва и околошовной зоны близки к свойствам основного металла. Как известно, на свариваемость сталей большое влияние оказывает их химический состав. Химиче- ский состав стали 09Г2С представлен в следующей таблице 1: Таблица 1 - Химический состав стали марки 09Г2С, % (ГОСТ 19281-89) Химический элемент C Si Mn Cr Ni Cu Ni As S P Содержание <0,12 0,5…0,8 1,3…1,7 <0,3 <0,3 <0,3 <0,008 <0,08 <0,04 <0,035 Углерод является наиболее важным элементом в составе стали, определяющим почти все основные свойства стали в процессе обработки, в том числе свариваемость. Чем меньше углерода, тем лучше свари- ваемость. Эмпирически свариваемость можно определить по эквивалентному содержанию углерода по фор- муле: SCuNiMnVMoCrCCэ 0024,015/15/6/5/5/5/  , где S - толщина свариваемых металлов, PCuVMoNiCrMnC ,,,,,,, - содержание в процентах со- ответственно углерода, марганца, хрома, никеля, молибдена, ванадия, меди и фосфора.. Стали, у которых 35,0...2,0эC свариваются хорошо, а при 45,0...35,0эC свариваются удов- летворительно. Для стали марки 09Г2С толщиной 3 мм, используемой для изготовления основания части кузова бор- тового автомобиля МАЗ-53366 эквивалентное содержание углерода равно: %441,030024,015/25,06/5,15/25,01,0 эC . Следовательно, сталь сваривается удовлетворительно без подогрева. Легирующие элементы, растворяясь в феррите, уменьшают размер зерна и, увеличивая склонность аустенита к переохлаждению, способствуют измельчению карбидной фазы. Поэтому низколегированные стали, как пример этому сталь 09Г2С, по сравнению с углеродистыми сталями обыкновенного качества имеют более высокие значения временного сопротивления и предела текучести при сохранении хорошей пластичности, меньшей склонности к старению и хрупким разрушениям. Поэтому сталь 09Г2С подходит для сварных конструкций, работающих при низких (до -70ºС) и умеренных (до +30 ºС) температурах и подвергающихся непосредственному воздействию статических и знакопеременных нагрузок. При подготов- ке основания из этой стали к сварке зачистке от масла, грязи и ржавчины подвергаются те поверхности, ко- торые подлежат сварке. 164 Выбор способа и технологии сварки зависит от технических требований, предъявляемых к узлу, удобства эксплуатации, химического состава и технологических свойств свариваемой стали, возможности механизации и автоматизации процесса и его экономичности. В настоящее время для сборки основания кузова бортового автомобиля МАЗ-53366 используют ме- ханизированную дуговую сварку в углекислом газе плавящимся электродом. Этот способ имеет ряд недос- татков, так как требует дополнительных затрат на зачистку от брызг свариваемого металла и сопла горелки полуавтомата, причем брызги довольно сильно привариваются к металлу. Во избежание вышеперечисленных недостатков в настоящей работе предлагается заменить механи- зированную сварку в углекислом газе плавящимся электродом на сварку в смеси состава Ar+18%CO2, а так- же заменить применяемое сварочное оборудование на более современное (применение инверторных источ- ников питания). По сравнению со сваркой в CO2 сварка в смеси Ar+CO2 позволяет улучшить показатели пластично- сти сварного шва. В таблице 2 приведены ориентировочные результаты статических испытаний сварных соединений из стали 09Г2С, выполненных в CO2 и в смеси Ar+CO2, на разрыв и угол загиба. Таблица 2 – Механические свойства сварных швов из стали 09Г2С, выполненных в CO2 и в смеси Ar+CO2 Способ сварки Предел прочности, МПа Угол загиба, градусы Сварка в CO2, проволока Св08Г2С 540…545 85…117 Сварка в смеси Ar+CO2, проволока Св08Г2С 540…546 178…182 Испытания свидетельствуют, что показатели прочности при изменении состава защитной среды прак- тически не меняются, а показатели пластичности (угол загиба) при сварке в смеси Ar+CO2 в 1,8 раза выше, чем при сварке в CO2. Существенно растет и ударная вязкость металла шва. Испытания, проведенные при температуре KT 233 (-40ºС) показали, что ударная вязкость швов, сваренных в смеси Ar+CO2, в два раза выше, чем при сварке в CO2. Это показывает особую целесообразность применения смеси Ar+CO2 для сварки конст- рукций, эксплуатирующихся при отрицательных температурах в условиях переменных и ударных нагрузок. Несмотря на то, что смесь Ar+CO2 дороже чистого технического CO2, при выборе рациональной схемы снабжение предприятия смесью и с учетом затрат на зачистку свариваемого металла от брызг, сварка в смеси Ar+CO2 в ряде случаев оказывается дешевле сварки в чистом углекислом газе. Анализируя вышеперечисленные преимущества механизированной сварки в смесях Ar+CO2 над сваркой в чистом CO2, как результат проведенных предварительных испытаний рекомендуется в качестве защитного газа использовать смесь Ar+CO2 . УДК 621.79:669.017 Изучение структуры зоны термического влияния в стали 45 в зависимости от режимов ручной дуговой сварки Студент гр. 104817 Громов С.А. Научный руководитель – Голубцова Е.С. Белорусский национальный технический университет г.Минск Целью настоящей работы является исследование микротвердости и микроструктуры в сварных об- разцах, выполненных ручной дуговой сваркой. К среднеуглеродистым конструкционным сталям по классификации, принятой в сварочной технике, относятся стали, содержащие 0,26—0,45% С. Эта группа сталей находит применение в судостроении, маши- ностроении и других отраслях промышленности для изготовления сварных изделий и конструкций, рабо- тающих в различных условиях при воздействии статических, циклических, ударных и других видах нагру- жения. Температурная область применения сварных изделий этих сталей -5…+60 ºС. Свариваемость конструкционных среднеуглеродистых сталей определяется их способностью перено- сить тепловой режим сварки без образования в сварном соединении участков металла с пониженными пла- стическими свойствами, способствующими возникновению трещин или разрушению сварных соединений при эксплуатации. Повышенное содержание углерода предопределяет значительные трудности сварки этих сталей. В рассматриваемых сталях малопластичные и хрупкие участки образуются в зонах, где металл пере- гревается при сварке выше температур 3Ac , а при последующем охлаждении в его структуре фиксируется наряду с мартенситом остаточный аустенит. Поэтому основным критерием свариваемости этих сталей явля- 165 ется склонность к холодным трещинам. Трещины могут возникать как в интервале температур образования мартенсита, так и спустя некоторое время после остывания сварного соединения. При этом, чем выше уро- вень остаточных напряжений, тем вероятнее образование холодных трещин. Критическая скорость охлаждения среднеуглеродистых сталей при закалке намного ниже, чем у низ- коуглеродистых сталей в связи с заметным увеличением интервала малой устойчивости аустенита. Поэтому при охлаждении этих сталей даже на воздухе часть аустенита может переохладиться и претерпевать пре- вращение ниже температуры Мн. В условиях нагрева и охлаждения ЗТВ при сварке даже в наиболее пере- гретых участках с гомогенным аустенитом при повышенной скорости охлаждении может образовываться мартенсит. В настоящей работе исследовали влияние режимов ручной дуговой сварки стали 45. Исходное со- стояние свариваемых сталей - закалка с отпуском (400 и 600 ºС) и нормализация. Сварку осуществляли при следующих режимах: I=150 A , I=100 А, U= 22 В, скорость сварки 6…8 м ∕ ч. Распределение микротвердости основного металла и участка ЗТВ в сварных образцах представлены на рисунках. после сварки I=100A 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0,5 1,5 2,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5 10 ,5 11 ,5 12 ,5 13 ,5 шаг кг с/ м м 2 отжиг (600) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0,5 1 1,5 2 2,5 3 4,5 5 5,5 6 шаг кг с/ м м 2 0-2 основной металл 3-6 зона сварки 0-5 основной металл 6-9 сварочная ванна Рисунок 1 – Распределение микротвердости по сечению образца из стали 45 и ее участка ЗТВ (×500) УДК 621.785.52 Исследование возможности использования гартцинка для цинкования стальных изделий методом термодиффузионного насыщения Студент гр.104616 Резвицкий Н.С. Научные руководители – Урбанович Н.И., Комаров О.С. Белорусский национальный технический университет г.Минск Основным методом борьбы с поверхностной коррозией стальных изделий является нанесение на их поверхность различных покрытий. Среди многочисленных защитных покрытий цинковые являются одними из наиболее эффективных и распространенных. Существует много способов цинкования, но широкое рас- пространение получил способ горячего цинкования, основанный на взаимодействии поверхности цинкуе- мых изделий с расплавом цинка при температуре 440-4800С. Этот способ имеет недостатки, к основным из которых следует отнести: сложность получения равномерных по толщине покрытий при обработке мелко- мерных и сложных по конфигурации изделий, склонность к деформации из-за быстрого нагрева и охлажде- ния. Термодиффузионный метод цинкования изделий в отличие от горячего цинкования лишен ряда не- достатков, присущих горячему цинкованию. Большим преимуществом этого способа является простота 166 осуществления технологического процесса в производственных условиях, отсутствие короблений и поводок изделий вследствие их медленного нагревания и охлаждения, получение ровного покрытия, точно воспроиз- водящего форму деталей, в том числе и со сложной конфигурацией, например, у резьбовых поверхностей. В Республике Беларусь термодиффузионным методом осуществляют цинкование крепежных изде- лий. на опытно-механическом заводе г.Фаниполя. По техническим требованиям покрытие для резьбовых соединений должно иметь светло-серую окраску и обеспечивать их свинчиваемость. Термодиффузионное цинкование представляет собой нагрев изделий в порошковой смеси, в состав которой входит цинк в виде порошка. Цинковый порошок является относительно недорогим, но в Беларуси он не производится и требует валютных затрат на его закупку. В то же время на РУП «Речицкий метизный завод» скопилось свыше 50 тонн цинкосодержащих от- ходов в виде гартцинка, который образуется в процессе горячего цинкования. Гартцинк состоит из цинка и интерметаллидов в виде FenZnm, содержание цинка в котором составляет около 80%, остальное – железо, кремний , никель, кальций , углерод. Целью данной работы являлось исследование возможности использования гартцинка в составе по- рошковой композиции вместо порошка чистого цинка для термодиффузионного насыщения. Для осуществления вышеназванной цели необходимо было получить из гартцинка порошок. Техно- логия измельчения заключалась в предварительном дроблении слитка гартцинка на куски и последующем размоле их в смесители при соотношении массы гартцинка к шарам 1 : 5. С целью получения частиц разме- ром < 160 мкм дальнейший размол осуществляли в аттриторе. Для изучения возможности использования гартцинка в составе порошковой композиции для цинко- вания стальных изделий методом термодиффузионного насыщения проводили предварительные исследова- ния в лабораторных условиях. В качестве образцов использовали стальные болты, Фанипольского опытно- механического завода. Основным контролируемым параметром в данной серии экспериментов являлся цвет покрытия. Для цинкования образцов использовали несколько порошковых композиций, состав которых представлен в таблице 1. Таблица 1 – Влияние состава порошковой композиции на цвет цинкового покрытия № п/п Состав порошковой композиции, % по массе Цвет покрытия 1 Порошок гартцинка – 40 Оксид алюминия – 59 Хлористый аммоний -1 Свтло-серый 2 Порошок гартцинка – 40 Песок – 59 Хлористый аммоний -1 Темно-серый 3 Порошок цинка (ПЦ-4)– 40 Карунд – 59 Хлористый аммоний -1 Темно-серый 4 Порошок гартцинка – 40 Порошок отработанного никелевого катализатора – 59 Хлористый аммоний -1 Темно-серый, покрытие нерав- номерное Следует отметить, что состав насыщающей смеси под № 3 используется для цинкования изделий на Фанипольском опытно-механическом заводе. В качестве наполнителя состава № 4 послужил размолотый отработанный никелевый катализатор марки ГИАП -16, в состав которого входит около 80 % оксида алю- миния. Перемешивание порошковых компонентов в смеси проводили вручную в течение 3 минут. Образец в контейнере размещали таким образом, чтобы его окружал со всех сторон слой порошковой смеси толщиной не менее 20-30 мм. Далее уплотненную в контейнере смесь накрывали асбестовой крошкой толщиной 5 мм, поверх асбеста засыпали песок толщиной слоя 10 мм, а сверху борный ангидрид толщиной слоя 10 мм, ко- торый служил в качестве плавкого затвора. Контейнеры с образцами загружали в селитовую печь при тем- пературе 4000С. Время выдержки для прогрева контейнеров после выхода печи на требуемую температуру устанавливали исходя из расчета 3 минуты на 1 см сечения контейнера. Время проведения процесса насы- щения составило 4 часа. На рисунке 1 показаы образцы, полученные после проведения процесса цинкования методом термо- диффузионного насыщения, анализ которых показал, что смесь, состоящая из порошка гартцинка и напол- нителя в виде оксида алюминия позволила получить покрытие требуемого светло-серого цвета.(рис 1 г). 167 а) б) в) г) а- цинковое покрытие полученное в смеси № 3; б- цинковое покрытие полученное в смеси № 2; в- цинковое покрытие полученное в смеси № 4; г- цинковое покрытие полученное в смеси № 1 Рис 1-Образцы болтов с полученным цинковым покрытием в различных по составу порошковых сме- сях Таким образом, проведенные эксперименты позволили установить, что гартцинк можно использовать для цинкования термодиффузионным методом. Дальнейшая разработка технологий нанесения цинкового покрытия на базе смесей, содержащих гартцинк, позволит не только расширить применение этого метода, но и обеспечить рециклинг цинка в промышленный оборот. УДК 621.793 Модифицирование микротвердости поверхности сталей марок Ст3, 45, 40Х ионноассистированным нанесением металлсодержащих (Ti) покрытий Студент гр. 10 Понятовский М.Д. Научный руководитель – Бобрович О.Г. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Целью настоящей работы является изучение микротвердости поверхности сталей Ст3, 45, 40Х, модифицированных ионно-ассистированным нанесением металлсодержащих (Ti) покрытий в различных технологических условиях. Эксперименты по ионно-ассистированному осаждению металлсодержащих покрытий проводились с использованием вакуумного резонансного плазменно-дугового источника, который одновременно генери- рует как нейтральный поток частиц, так и поток положительных ионов. Образцы для нанесения покрытий методом ионно-ассистированного осаждения изготавливались из сталей марок Ст3, 45 и 40Х в виде цилинд- ров толщиной 5 мм и диаметром 10 мм, которые шлифовались на наждачном круге разной зернистости, а затем подвергались полированию с применением окиси хрома и алмазных паст. Перед ионно- ассистированным нанесением покрытий поверхность очищалась, используя методику ионно-плазменного распыления в атмосфере аргона. Затем на подготовленные образцы-подложки наносились металлсодержа- щие покрытия титана при интегральных потоках ассистирующих ионов от 1,8х1016 до 3,1х1016 см-2, энергия которых составляла 15 кэВ. Вакуум в мишенной камере при нанесении покрытий составлял  10-2 Па. Рас- считанные скорости осаждения тонких металлсодержащих покрытий составляли от 0,3 до 0,9 нм/мин. Измерение микротвердости поверхности сталей, модифицированных и исходных, проводилось на приборе ПМТ-3 методом Виккерса. Нагрузка на алмазную пирамиду составляла 100 гс. Проводили 15 изме- рений диагонали отпечатка алмазной пирамиды на одном образце, по которым рассчитывали среднее значе- ние микротвердости H и погрешность измерения H сл.. Чтобы исключить влияние масштабного эффек- та, относительное изменение микротвердости модифицированных образцов определялось для одинаковых глубин проникновения индентора. Сравнительные данные об изменении микротвердости сталей разного состава, модифицированных ионами титана различными интегральными потоками, приведены в таблице. Приведенные в таблице результаты свидетельствуют о том, что при нанесении металлсодержащих (Ti) покрытий в условиях ассистирования ионами Ti+ на стали разных марок, достигается увеличение отно- сительного изменения твердости по мере усиления ее легирования углеродом и далее хромом (рис.). Отчас- ти данный эффект можно связать с наличием в исходных образцах легирующей примеси, которая совмест- но, наряду с имплантированным титаном, способствует закреплению дислокаций, образующихся в процессе 168 испытаний образцов на твердость. Анализируя числа микротвердости для исходных и модифицированных образцов, необходимо отметить, что в пределах одного образца микротвердость отдельных фаз и зерен мо- жет изменятся на ~70 процентов. Это свидетельствует о неоднородности модифицированной поверхности, наличии на ней различных фаз (например, силицидов или карбидов) с различной микротвердостью. Таблица – Числа микротвердости Н исходных образцов сталей и сталей, модифицированных нанесением металлсодержащего покрытия в условиях ассистирования ионами Ti+ Марка стали Ст3 45 40Х Образец исход- ныйй об- разец доза 1,8·1016 см-2 исходный образец доза 1,8·1016 см-2 исход- ный об- разец облучен. 1,8·1016 см-2 доза 3,1·1016 см-2 H , МПа 1494 1682 1969 2638 2709 3923 5222 H сл., МПа 97 95 97 139 151 284 511 , % 7 6 5 5 6 7 10 исх исхобл H HH    , %  13  34  45 93 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 2000 3000 4000 5000 6000 H , М П а 3а 3 2б 2а 2 1а 1 - Ст3 - Ст40Х - Ст45 С, % Рисунок – Зависимость микротвердости от содержания углерода в стали разных марок, модифициро- ванных нанесением металлсодержащего покрытия в условиях ассистирования ионами Ti+ при различных интегральных потоках (а  1,8х1016 см-2, б  3,1х1016 см-2). Исходные образцы: 1  сталь Ст3, 2  сталь 40Х, 3  сталь 45. Облученные образцы: 1а  сталь Ст3, 2а и 2б  сталь 40Х, 3а  сталь 45. Из анализа приведенных в таблице и на рисунке данных следует, что при сравнимых интегральных потоках ассистирующих ионов титана относительное изменение твердости больше у стали марки 40Х (~45 %), в то время, как для стали марки 45 увеличение твердости составляет ~30 %, а в Ст3 всего ~10 %. Результаты, полученные при изучении прочностных характеристик модифицированных сталей, отражают существенное увеличение микротвердости стали при различных интегральных потоках ассистирующих ио- нов титана. Так увеличение интегрального потока ассистирующих ионов Ti+ до 3,1х1016 см-2 для стали 40Х относительное изменение микротвердости составляет уже ~90 %. Мы объясняем это тем, что с возрастанием интегрального потока ассистирующих ионов, увеличивается время осаждения покрытий, а следовательно и толщина нанесенного покрытия. Поэтому происходит возрастание объемной доли упрочняющих фаз в по- крытии, что приводит к возрастанию микротвердости модифицированной поверхности стали. Для определения оптимальных условий модифицирования стали разных марок для увеличения мик- ротвердости их поверхности необходимы дальнейшие исследования, в том числе определение микротвердо- сти при меньших нагрузках на алмазную пирамиду, анализ зависимости микротвердости образца от глу- 169 бины проникновения индентора, дальнейший анализ влияния дозы облучения на микротвердость образца, а также изучение элементного состава покрытий и глубинного распределения элементов, как в покрытии, так и в подложке. УДК 621.35.035.22 Композиционные электроды на основе углеродных материалов для химических источников то- ка Студентка 5 курса 12 группы ХТиТ Валуй А.А., студентка 4 курса 11 группы Мороз Е.М. Научные руководители – Иванова Н.П., Жилинский В.В. Белорусский государственный технологический университет г. Минск В настоящее время наиболее перспективными источниками тока для электронной техники, автомо- бильного и железнодорожного транспорта являются кислородно-водородные или воздушно-водородные топливные элементы (ТЭ). По сравнению с другими кислородно(воздушно)-водородные ТЭ обладают более высокими удельными характеристиками, длительным ресурсом эксплуатации. Принципиальные улучшения характеристик вышеперечисленных источников тока осуществляются путем применения новейших дости- жений нанотехнологии в области синтеза нанокатализаторов для электродных материалов. Целью научной работы является исследование композиционных электродов на основе углеродных материалов для кислородно- или воздушно-водородных ТЭ. В качестве возможных материалов для водо- родного электрода исследовали гладкий графит МПГ, никель с пористостью 15, 20, 45 %, спеченный губча- тый никель, электрод из стальной сетки Х18Н10Т, электроды на основе стальной сетки с электрохимически нанесенными никелевыми покрытиями, содержащими углеродные наноматериалы (УНМ). Электрохимиче- ское осаждение композиционного покрытия никель-УНМ на стальной сетке осуществляли в электролите никелирования состава (г/л): NiSO4∙7H2O − 320; NiCl2 ∙ 6 H2O − 55; H3BO3 − 40; RADO 2 – 2–3 см3/дм3; RADO 057M − 3–6 см3/дм3; УНМ − 0,5.Параметры электролиза соответствуют ГОСТу для осаждения компо- зиционных покрытий. Габаритная плотность тока составляла 4 А/дм2, время электролиза 2,5 ч. Электрохимические исследования электродных материалов проводили при помощи потенциостата ПИ 50-1.1 с программатором напряжений Пр-8. Для автоматической регистрации зависимости i = f(E), ис- пользовался двухкоординатный графопостроитель, показания которого оцифровывали при помощи ЭВМ. Исследования проводили в 40% NaOH при площади электродов 1,5−4 см2. В качестве противоэлектрода ис- пользовали электрод, изготовленный из стальной сетки Х18Н10Т. I, E-кривые для исследуемых материалов получены в потенциодинамическом режиме без зарядки при скоростях развертки потенциала υ = 100 мВ/с, υ = 50 мВ/с, υ = 20 мВ/с. Измерения потенциалов проводили с помощью хлорсеребряного насыщенного электрода сравнения при комнатной температуре. В последующем все значения потенциалов пересчитывали относительно нормального водородного электрода. Циклические вольт-амперные кривые для электрода сталь Х18Н10Т(сетка)–Ni(85%)–УНМ (15%) показаны на рисунке 1, данные занесены в таблицу 1. Рисунок 1 − I, Е кривые для электрода − сталь Х18Н10Т(сетка)–Ni(85%)–УНМ (15 %) в 40 % NaOH при разных скоростях развертки потенциала I II 170 Таблица 1 – Влияние материала газодиффузионного электрода на водородосорбционную емкость в потен- циодинамическом режиме Скорость разверт- ки, мВ/с Потенциал пика, мВ Максимальная плотность тока, мА/см2 Водородосорбционная емкость, мКл/см2 20 -440 4 106,6 50 -440 6,5 168 100 -360 7 186 На кривых видны две области – I (десорбция водорода), II (адсорбция и выделение водорода). Мак- симальный ток десорбции составил 10,4 мА при потенциале -400 мВ. При сдвиге потенциала в область элек- троположительных значений и достижении потенциала 450 мВ на электроде начинается процесс выделения кислорода. Вторым этапом исследования являлось изучение заряд-разрядных хакактеристик. Зарядку производи- ли в потенциостатическом режиме при потенциалах Ез = - 0,8 В, - 0,9 В, -1,0 В, -1,2 В и разрядку в гальвано- статическом режиме. Регистрацию потенциала рабочего электрода осуществляли с помощью рН-метр- миливольметр рН-150. Напряжение на ячейке контролировали при помощи вольтметра М2018. Полученные экспериментальные результаты для различных электродных материалов представлены в таблице 2. Используя полученные данные, рассчитывали водородосорбционную емкость газодиффузионных электродов на единицу поверхности по формуле Ср = Iр ∙ τ/S, (1) где Iр – ток разряда, мА; τ – время разряда, с; S – площадь электрода, см2. Таблица 2 – Влияние материала газодиффузионного электрода на водородосорбционную емкость в потен- циостатическом режиме Материал электрода Ток разряда, мА/дм2 Потенциал заряда, В Водородосорбци- онная емкость, мКл/см2 Никель пористостью 15% 0,4 -1,52 0,72 Никель губчатый 1,2 -1,0 1,86 Никель пористостью 20% 0,6 -1,62 1,98 Графит МПГ 0,7 -1,0 2,9 Никель гладкий 2,8 -1,0 4,0 Сталь Х18Н10Т (сетка) + Ni (90,2%)+ УНМ (9,8%) 0,2 -1,41 6,24 Сталь Х18Н10Т (сетка) 100 -1,2 42 Сталь Х18Н10Т (сетка) + Ni (85%)+ УНМ (15%) 220 -1,1 1320 Наибольшей водородосорбционной емкостью обладает композиционный электрод сталь Х18Н10Т (сетка)–Ni(85%)–УНМ(15%). Таким образом, введение углеродных наноматериалов в состав композицион- ного покрытия электрода из нержавеющей стали значительно повышает его водородосорбционную емкость и ток адсорбции водорода и позволяют рекомендовать для использования в качестве водородного электрода для химических источников тока. УДК 621.35.035.032.22 Композиционные аноды на основе оксидов кобальта для электрохимического получения гипохлорита натрия Студенты ХТиТ Булавко Е.И., Лисовская Т.Ч. Научные руководители – Иванова Н.П., Великанова И.А. Белорусский государственный технологический университет г.Минск Среди четырёх неорганических гипохлоритов, имеющих промышленное значение, гипохлорит натрия является безусловным лидером, занимая 91 % мирового рынка. Около 67 % всего гипохлорита натрия ис- пользуется в качестве отбеливателя и 33 % для нужд дезинфекции и очистки. Раствор гипохлорита натрия (3 – 6 %) находит широкое применение в бытовой химии и входит в качестве активного ингредиента много- 171 численных средств, предназначенных для отбеливания, очистки и дезинфекции различных поверхностей и материалов. В современной медицинской практике антисептические растворы гипохлорита натрия (0,06 %) используются, в основном, для наружного и местного применения в качестве противовирусного, противо- грибкового и бактерицидного средства при обработке кожи, слизистых оболочек и ран. Раствор гипохлорита натрия (10 − 12 %) широко используется в качестве отбеливателя и пятновыводителя в текстильном произ- водстве и промышленных прачечных и химчистках; в целлюлозно-бумажной промышленности для отбелки древесной массы; для дезинфекции питьевой воды перед подачей в распределительные системы городского водоснабжения; воды плавательных бассейнов и прудов; для обработки бытовых и промышленных сточных вод, очистки от органических и неорганических примесей; в пищевой промышленности – для дезинфекции систем, трубопроводов, резервуаров. Для электрохимического производства гипохлорита натрия к электродным материалам предъявляется ряд требований, которые определяют качество продукта. Это и низкая поляризация электрода, и селектив- ность по отношению к выделению хлора, и высокая коррозионная стойкость. Этим условиям в полной мере удовлетворяют графитовые, оксидные рутениево-титановые и платино-титановые электроды. Однако выше перечисленные электроды имеют ряд недостатков, ограничивающих их использование. В настоящее время представляют интерес композиционные аноды с активным слоем из оксидов кобальта ввиду их высокой электрокаталитической активности и селективности к реакциям выделения хлора. Целью настоящей работы является синтез композиционных электродных материалов на основе окси- дов кобальта, исследование их электрохимических свойств при получении водного раствора гипохлорита натрия. В качестве электродной основы использовали пластины из гладкого титана ВТ 1-0. Подготовка по- верхности титана заключалась в обезжиривании в растворе Na2CO3 – 30 г/л в течение 10 мин при темпера- туре 40 – 60 °С и травлении в смеси серной (50 масс.%) и плавиковой (50 масс.%) кислот в течение 2 – 3 мин при температуре 20 – 25 °С. Композиционные аноды готовили путем термолиза растворов ацетата ко- бальта, гидроксотрихлорида рутения и тетрахлорида титана. Необходимое содержание кобальта, рутения и титана в активном слое обеспечивали соответствующим выбором концентрации растворов ацетата кобальта, гидроксотрихлорида рутения и тетрахлорида титана и объемом наносимого раствора. Покрытие наносили в 4 слоя. Каждый нанесенный слой раствора высушивали в муфельной печи при температуре 150 °С в течение 5 мин. После нанесения последнего слоя электрод подвергали заключительному обжигу при температуре 350 °С в течение 1,5 часов. Исследование полученных образцов проводили с помощью потенциостата ПИ – 50-1-1 и программа- тора ПР – 8. В качестве электрода сравнения использовали хлорсеребряный электрод марки ЭВЛ–1М1, в качестве вспомогательного – пластину из нержавеющей стали. Информацию о каталитической активности полученных электродных материалов изучали методом снятия потенциостатических поляризационных кривых в растворе хлорида натрия натрия концентрацией 50 г/л. Оксидно-кобальтовые аноды обладают довольно низким перенапряжением и высокой селективно- стью к реакциям выделения хлора. Каталитическую и электрохимическую активность покрытия можно объ- яснить наличием структурных дефектов в решетке Co3-хO4 – катионных вакансий, возникающих при изго- товлении электрода. Электрокаталитическая активность оксидно-кобальтового анода может быть повышена введением диоксида рутения. Установили, что высокую электрохимическую активность в растворе хлорида натрия 50 г/л при плотности тока 100 мА/см2 проявляет оксидный кобальто-рутениевый электрод c содер- жанием оксида RuO2 – 2 масс.%. Это обусловлено высокой каталитической активностью диоксида рутения к реакции выделения хлора. С целью увеличения коррозионной стойкости электродов в активное покрытие вводили диоксид ти- тана. Содержание TiO2 в активном покрытии несколько увеличивает поляризацию электрода, но при этом оксидный кобальто-рутениево-титановый электрод обладает удовлетворительными характеристиками, по- зволяющие использовать синтезируемый электрод при электрохимическом способе получения гипохлорита натрия. При сравнении оксидных кобальто-рутениевого и кобальто-рутениево-титанового электродов между собой (рис. 1) выяснили, что наибольшую активность и селективность для процесса получения гипохлорита натрия проявляет оксидный кобальто-рутениевый анод с содержанием оксида рутения 2 масс.%, так как для него характерна самая низкая анодная поляризация, т. е. становится возможным достижение больших токов при сравнительно невысоких потенциалах. При использовании оксидного кобальто-рутениевого электрода (RuO2 – 2 масс.%) в качестве анода средний выход по току гипохлорита натрия составляет 72,98 %, а содержание гипохлорита натрия в раство- ре изменяется в интервале 0,615 – 6,947 г/л в течение 5 часов электролиза в 50 г/л NaCl при плотности тока 100 мА/см2. Высокую активность проявляют также электроды с содержанием в покрытии диоксида титана (ок- сидный кобальто-рутениево-титановый электрод, Co-Ru:Ti = 90:10 мол.%). Выход по току на этом электроде 172 в среднем составляет 84,60 %, спустя 3 часа электролиза в 50 г/л NaCl и анодной плотности тока 100 мА/см2 происходит повышение концентрации гипохлорита натрия от 0,931 до 4,936 г/л. Рисунок 1 − Поляризационные кривые анодного процесса: 1 – оксидный кобальтовый электрод; 2 – оксидный кобальто-рутениевый электрод (RuO2 – 2 масс.%); 3 − оксидный кобальто-рутениево- титановый электрод Для сравнения, выход по току на оксидном кобальтовом электроде составляет 71,10 %, а концентра- ция гипохлорита натрия в растворе изменяется в интервале 0,981 – 5,493 г/л в течение 3 часов электролиза в 50 г/л NaCl при плотности тока 100 мА/см2. Таким образом, высокая селективность и стабильность композиционных анодов на основе оксидов кобальта делают их перспективными электродными материалами для процесса получения растворов гипо- хлорита натрия. УДК 621.744 Технология получения наноструктурированных порошков гидроксида алюминия Студент группы 104615 Маскаленко Н.С., 1 Научный руководитель – Судник Л.В.2 1Белорусский национальный технический университет г. Минск 2ГНУ «Институт порошковой металлургии НАН Беларуси» г. Минск Актуальность разработки. Развитие электронной, приборостроительной, ядерной техники и энерге- тики приводят к возрастающей роли оксидной керамики, наиболее перспективной из которой является алю- мооксидная. Оксид алюминия обладает термической, химической и механической устойчивостью, высокой технологичностью, позволяющей изготавливать из оксида алюминия разнообразные изделия от беспорис- тых (спеченные материалы) до высокопористых (теплоизоляционных), при этом могут использоваться все известные способы формования. Основные области практического применения гидроксидов и оксидов алю- миния: керамические, композиционные, электроизоляционные, абразивные, адсорбционные, каталитические и другие материалы. Методика проведения эксперимента. Анализ имеющихся данных позволил выбрать метод гидротер- мального синтеза при повышенных температурах и давлении в качестве перспективного для получения по- рошков гидроксида алюминия в ультра- и нанодисперсном состоянии. Получение гидроксида алюминия включает приготовление суспензии мелкодисперсного порошкообразного алюминия в воде, создание в спе- циальном реакторе давления насыщенных паров, распыление суспензии в реактор высокого давления, вывод из реактора гидроксида алюминия в приемное устройство. При этом осуществляют контроль температуры и давления газовой смеси в реакторе. При сверхкритических параметрах воды (Ткр = 374,2 °С, Ркр = 217,6 атм) почти полностью разруша- ются водородные связи и молекулы воды не проявляют взаимосвязанности. Из полярной жидкости вода превращается в неполярную среду, в которой скорость диффузии возрастает, а окисляющая способность среды резко повышается. В водных средах, при сверхкритических параметрах состояния, коэффициенты диффузии характеризуются высокими значениями, а сопротивление массообмену практически отсутствует, так что обеспечиваются все условия для протекания реакций с высокой скоростью. В ходе проведения экспериментальных исследований определяли парциальное давление насыщенно- го водяного пара в реакторе и парциальное давление водорода. Учитывая свободный объем реактора и массу вводимого в состав суспензии алюминия, по установленным зависимостям производили регулировку давле- ния и температуры в реакторе. В данной работе проведены исследования фазового состава получаемых по- 173 рошков и установлено, что он зависит от уровня давлений и температур в реакторе и регулируется соотно- шением реагентов в рабочей суспензии. Результаты исследований. Были исследованы технологические свойства полученного порошка гидроксида алюминия. Насыпной плотность зависит от плотности укладки частиц и определяется размером частиц и их распределением по фракциям. Плотность укладки частиц зависит от степени заполнения мелкими частицами пустот между крупными гранулами. Высокая дисперсность исходных порошков оказывает положительное влияние на ак- тивацию процессов усадки при термической обработке. Требуемая дисперсность достигается условиями синтеза и размола. Морфология исходных частиц также влияет на технологические свойства (рисунок 1). Вытянутые исходные зерна в виде коротких волокон снижают плотность и приводят к повышенным значе- ниям параметров усадки при спекании, что делает невозможным получение деталей сложной формы. Про- цесс уплотнения при этом идет в более узком, чем для одноосных порошков температурном интервале. а) круглые зерна; б) удлиненные зерна Рисунок 1 – Кривые уплотнения (модельный порошок Al2O3) Насыпная плотность порошка, применяемого без дополнительной термообработки, составил 0,59 г/см3.Наиболее однозначной характеристикой порошков, определяющей насыпную плотность, является удельная поверхность. По результатам исследований можно говорить о возрастании насыпного веса при уменьшении удельной поверхности порошка. Текучесть порошка зависит от следующих факторов: размер и форма частиц, состояние поверхности частиц и коэффициент трения. Наличие на поверхности частиц адсорбированной влаги, содержание боль- шого количества субмикронных частиц приводит к снижению текучести, поэтому при работе на пресс- автоматах в условиях массового производства следует применять не γ-AlOOH, а порошок в γ-Al2O3-фазе, так как текучесть последнего выше, а структура материала является более гомогенной. Повышение текучести порошков достигается с помощью применения термической обработки или изменением параметров синтеза алюмооксидных порошков. Рисунок 2 Структура материала из Рисунок 3 Структура материала из порошка порошка γ-AlOOH (малая текучесть) γ- Al2O3 (порошок после отжига при 450 0С) В характеристике прессуемости различают уплотняемость и формуемость порошков. Уплотняемость определяется построением диаграмм прессования – зависимостей плотности спрессованных образцов от давления прессования. Синтезируемые порошки, независимо от фазового состояния, обладают отличной формуемостью, даже при малых давлениях прессования (<1 т/см2) без связки позволяют получать прессов- 174 ки, имеющие прочность на сжатие ~5 МПа, что позволяет их транспортировать на дальнейшие технологиче- ские операции (например, спекание) с сохранением формы изделий. Выводы. Метод гидротермального синтеза является перспективным для получения порошка гидро- ксида алюминия. Проведенными исследованиями установлена возможность регулирования фазового состава получаемых порошков посредством изменения технологических условий (давления, температуры и состава суспензии). 175 Охрана труда и промышленная безопасность 176 УДК 331.46 Безопасные условия труда – право каждого человека Студентка гр.105417 Яцковская А.В. Научный руководитель – Мордик Е.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Нет ничего более ценного, чем жизнь. Нет ничего более очевидного и неопровержимого для челове- чества, чем право на жизнь. Большая часть населения мира проводит более трети сознательной жизни на рабочем месте, внося свой вклад в развитие общества. Право работников на охрану их здоровья и жизни на рабочем месте входит в компетенцию не только трудового права, но и считается одним из основных прав человека. Защита прав и свобод работников в сфере труда обеспечивается с помощью международных трудо- вых стандартов. Основополагающие принципы прав человека в сфере труда отражены в Уставе Междуна- родной организации труда (МОТ), Филадельфийской декларации, ряде международных документов, уста- навливающих трудовые стандарты, и в Программе достойного труда. По оценкам МОТ, в мире ежегодно происходит 2,3 млн связанным с работой смертных случаев, при- мерно 358 тыс. несчастных случаев со смертельным исходом, около 1,95 млн чел. умирают от профессио- нальных заболеваний. Экономические потери от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний в глобальном масштабе составляют 4 % мирового ВВП. Все больше белорусских предприятий осознают, что безопасность и здоровье рабочей силы – это ценный ресурс, а не трата средств. Вложение средств в создание нормальных условий труда – это хороший бизнес и необходимое условие для успешного сотрудничества на мировом рынке. Выбирая себе партнеров, предприятия изучают их финансовую отчетность, людской потенциал и документацию по охране труда. Кратная статистика о производственных травмах на предприятиях Беларуси за 2009 год: - численность потерпевших при несчастных случаях на производстве составила 2800 тыс. человек; - в результате несчастных случаев на производстве погибло 186 человек (6,7 % общей численности потерпевших); - уровень производственного травматизма составил 0,7 человека на 1000 работающих. Следует отметить, что в Республике Беларусь на протяжении последних пяти лет отмечается устой- чивая тенденция снижения числа несчастных случаев на производстве, в том числе и с тяжелыми последст- виями. По данным Национального статистического комитета Республики Беларусь, в 2009 году производст- венные травмы получили 2800 работающих, что на 6,7 % меньше, чем в 2008 году и на 47,3 % - чем в 2004 году. Три основных правила, которые отражены во всех стандартах МОТ, посвященных охране труда, и в политике МОТ в этой сфере, касаются следующего: - труд должен осуществляться в условиях здоровой и безопасной производственной среды; - условия труда не должны причинять ущерб здоровью работника и унижать его человеческое досто- инство; - труд должен предоставлять реальную возможность для развития личности, самореализации и слу- жения обществу. Для выполнения этих задач на белорусских предприятиях, могут быть предложены меры совершенст- вования условий труда и предупреждения производственного травматизма: - разработка политики охраны труда для каждого конкретно взятого предприятия; - организация мероприятий по охране труда с определением ответственности, налаживанием переда- чи и обмена информацией; - планирование и осуществление задач на основе оценки рисков и использования защитных и профи- лактических мер; - оценка, мониторинг и определение результативности принимаемых мер по охране труда; - участие работников при принятии мер по охране труда. Благодаря реализации предложенных мер по предотвращению несчастных случаев и случаев ухудше- ния состояния здоровья работников белорусские предприятия могут получить следующие преимущества: - повышение производительности труда; - уменьшение сумм исков о компенсации морального ущерба; - повышение удовлетворенности работников и улучшение их морального духа; - сокращение расходов по страхованию работников; - улучшение репутации компании; - уменьшение текучки кадров. 177 Вложение средств в охрану труда – это обязанность каждого руководителя, потому что такое вложе- ние оказывает позитивное и продуктивное воздействие на производительность отдельных предприятий и всей национальной экономики в целом. УДК 658.345 +621.3.014 Безопасность труда персонала при воздействии электрических полей токов промышленной частоты Студентка гр. 101958 Гришанович С.В. Научный руководитель – Журавков Н.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Оценка опасности воздействия электромагнитного поля на организм производится по величине элек- тромагнитной энергии, поглощенной телом человека. Воздействие зависит от напряженности тока и длительности пребывания в зоне его влияния, которой называют пространство, где напряженность электрического поля Е ≥ 5 кв/м. Граница зон влияния распо- ложена на расстоянии от ближайших токоведущих частей по воздуху: при напряженности 400 и 500 кВ ~ 20 м; при 750 кВ ~ 30 м. Величина напряженности поля определяется расстоянием от токоведущих частей установки до места нахождения человека. Например, напряженность электрической составляющей поля в распределительных устройствах на- пряжением 500 кв на высоте роста человека может достигать значений Е = 3 – 15 кв/м, а емкостной ток, про- текающий через тело человека, может быть около 400 – 520 мкА (0,4 – 0,52 мА). Прикосновение человека, находящегося в электрическом поле к заземленным конструкциям сопровождается искровым разрядом. В большинстве случаев электротехнических персонал электрических подстанций выполняет опера- тивные работы на действующем оборудовании (линии под напряжением переключения на ПС). Результаты измерений напряженности электрического поля на ВЛ 110, 330 кв, ПС «Колядичи», «Се- верная», «Борисов» показали, что из 120 обследованных зон в 96 зонах величина напряженности превышает 8 кВ/м. Допустимые уровни напряженности ЭП зависит от времени пребывания человека в опасной зоне. Присутствие персонала на рабочем месте в течение 8 часов допускается при напряженности ЭП не более 5 кв/м. При уровни напряжения 5 – 20 кВ/м время допустимого пребывания составляет: Т= 50/Е-2. Для защиты персонала от действия поля тока промышленной частоты при работах в электроустанов- ках напряжением 330 – 750 кВ применяют защитный (экранирующий костюм, сетчатые экраны, навесные экранирующие козырьки и троссы, которые надежно заземлены). Для защиты проходов и дорожек используется прутковая сталь и троссы, натянутые параллельно на расстоянии 15 – 20 см. Защитный костюм более чем в 16 раз снижает ток, протекающий через тело человека. На основании массовых обследований населения, проживающего в условиях облучения магнитными полями ЛЭП в качестве безопасного уровня для условий продолжительного облучения, не приводящего к онкологическим заболеваниям, рекомендована величина плотности потока магнитной индукции 0,2 – 0,3 мкТл. При этом считается, что развитие лейкемии очень вероятно при продолжительности облучения человека полями более высоких уровней (несколько часов в день, особенно в ночные часы в течение перио- да более года). Основной способ защиты здоровья населения от электромагнитного поля ЛЭП состоит в установле- нии санитарно-защитных зон (СЗЗ)для линий электропередачи и снижении напряженности электрических полей (ЭП) в жилых зданиях и в местах продолжительного пребывания людей путем применения защитных экранов. Границы СЗЗ для ЛЭП на действующих линиях определяются по критерию напряженности элек- трического поля – 1 кв/м и составляют: 330 кВ ~ 20 м; 500 кВ ~ 30 м; 750 кВ ~ 40 м; 1150 кВ ~ 55м. К раз- мещению ВЛ ультравысоких напржений (750 и 1150 кВ) предъявляются дополнительные требования по условиям воздействия ЭП на население. Так ближайшее расстояние от оси проектируемых ВЛ 750 и 1150 кв до границ населенных пунктов должно составлять не менее 250 и 300 м соответственно. В случае, если напряженность ЭП за пределами СЗЗ окажется выше ПДУ (0,5 кВ/м внутри здания и выше 1 кв/м на территории жилой застройки в местах возможного пребывания людей) должны приниматься меры для снижения напряженности (на крыше здания размещается металлическая сетка с заземление не ме- нее чем в двух точках, на приусадебных участках устанавливаются защитные экраны в виде железобетон- ных или металлических заборов, троссовых экранов, деревьев или кустарников высотой не менее двух мет- ров, поглощающих энергию поля). 178 Пока знания относительно воздействия магнитного поля (в частности магнитной составляющей ЭП) на здоровье остаются неполными следует принять метод «разумного предотвращения» принятый мировой практикой, т.е. предпринимать превентивныемеры по обеспечению безопасности, не предполагающие больших расходов и технических неудобств. УДК 658.345:004.92 Мультимедийные технологии на службе охраны труда Студент гр.110426 Ганич М.А. Научный руководитель – Вершеня Е.Г. Белорусский национальный технический университет г. Минск Основной причиной несчастных случаев на производстве являются неправильные действия человека (ошибки и нарушения), чаще всего нарушения совершают сами пострадавшие. Результаты ряда исследова- ний говорят о том, что как минимум 90 ;несчастных случаев связано с так называемым человеческим факто- ром. Поэтому одни только технические и организационные мероприятия не могут полностью решить задачу снижения травматизма. Необходимо целенаправленное воздействие на самих работающих, причем, не толь- ко с целью повышения их уровня знаний по охране труда, но и для того, чтобы изменить их поведение и отношение к вопросам безопасности. Одним из основных условий снижения производственного травматизма на предприятиях транспорта является совершенствование технологии обучения работников вопросам безопасности и охраны труда. В отличие от унылых и безликих программ по контролю знаний, яркие и увлекательные мультимедийные системы вызывают интерес у работников к процессу обучения по охране труда, способствуя более эффек- тивному усвоению нужной информации. Компьютерные программы «Наглядная безопасность и охрана труда» включают в себя порядка де- сяти тысяч рисунков, фотографий, схем и комиксов со звуковым сопровождением, а также фрагменты ви- деофильмов и анимации. Эти программы все шире используются на различных предприятиях. Во многом преимущества компьютерных технологий обучения связаны с тем, что пропусканная спо- собность зрительного анализатора, с помощью которого человек получает информацию от компьютера, зна- чительно выше, чем пропускная способность, например, слухового анализатора. Не случайно инженерная психология утверждает, что 80 – 90 % информации человек получает с помощью зрения, а в старой посло- вице говорится, что «лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать». При получении информации в виде изображений «включается» правое полушарие головного мозга, которое отвечает за формирование образного мышления, а это способствует переводу информации в под- сознательную память. Информация в виде изображения воспринимается от целого к частному, а не наобо- рот, как, например, при восприятии текстов. Важно, что при использовании компьютерных обучающих программ затрагивается не только область профессиональных знаний работника, но и задействуется эмоциональная сфера. Фотографии и видеофраг- менты с мест происшествий (авария на железнодорожном переезде, падение автомобильного крана, безыс- ходность для множества людей при пожаре, репортаж из больницы о пострадавшем от несчастного случая, результаты аварии при работе погрузчика и т.п.), оставляют более яркий след в памяти, чем словесное опи- сание. Это немаловажно, поскольку причиной несчастных случаев часто является даже не отсутствие необ- ходимых знаний, а элементарная потеря чувства опасности. В программах рассматриваются вопросы безопасности труда для различных профессий и видов работ, распространенных на транспортных предприятиях. Тематика программ серии уже сейчас достаточно об- ширна. Перечислим только некоторые из них: «Безопасная эксплуатация автотранспортных средств и пере- возка грузов»; «Безопасность труда при техническом обслуживании и ремонте автомобилей»; «Безопас- ность на железнодорожных переездах»; «Требования безопасности при работе на железнодорожных путях (предупреждение травмирования в результате наездов подвижного состава)»; «Требования безопасности при эксплуатации погрузчиков»; «Безопасность труда при сварочных работах»; «Стропальщику о требова- ниях безопасности при выполнении погрузочно-разгрузочных работ кранами»; «Стропальщику о безопас- ной строповке и складировании грузов»; «Мультимедийное пособие на основе типовой инструкции для стропальщиков»; «Стропальщику о грузоподъемных машинах и требованиях безопасности к ним»; «Безо- пасность при работе с ручным электро- и пневмоинструментом»; «Требования безопасности при обслужи- вании сосудов под давлением»; «Пожарная безопасность»; «Электробезопасность»; «Первая дорачебная помощь»; «Безопасность труда при работе с ручным слесарным инструментом» и др. 179 Опыт применения компьютерных программ из серии «Наглядная безопасность и охрана труда» на многих транспортных предприятиях свидетельствует, что мультимедийные компьютерные технологии по обучению вопросов охраны труда и промышленной безопасности с интересом встречены работниками, а в целом это направление представляется весьма перспективным. А самый главный результат внедрения этих разработок – это снижение производственного травматизма. УДК 331.453 Необходимость разработки и внедрения современной системы управления промышленной безопасностью и охраной труда Студентка гр. 113536 Липская А.А. Научный руководитель – Науменко А.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск В начале ХХ века ускорение роста технического прогресса и активное использование природных ре- сурсов рассматривались, безусловно, как положительные тенденции в развитии производства. Одновремен- но с этим резко увеличилось число аварий и катастроф. На сегодняшний день становится обыденным поня- тия «катастрофа, авария, гибель человека на производстве и т.д.». Материальные убытки общества от этих факторов неуклонно растут, то, как и желание общества бороться с ними. Таким образом, современное общество все более четко осознает тат факт, что дальнейшее развитие производства невозможно без установления жесткого контроля над потенциально опасными объектами и производствами. Вопросы обеспечения безопасности выходят на первый план. На сегодняшний день ни один проект в промышленности не может быть реализован без проведения строгой экспертизы его про- мышленной и экологической безопасности, а также экспертизы условий труда. Результатом формирования нового, «безопасного» мышления стало возникновение и быстрое разви- тие новой области – системы управления промышленной безопасностью (СУПБ) и охраной труда (ОТ), и как основной ее составляющей системы управления риском. Очевидно влияние государства на формирование политики предприятий в области обеспечения безо- пасности. Несомненно, что в последнее время постоянно усиливается давление со стороны государственных органов надзора и контроля на руководителей предприятий, которое выражается, в первую очередь, в требо- вании вкладывать все больше и больше в обновление основных фондов, в приведение оборудования в соот- ветствии с требованиями всех Правил безопасности, а также постоянное улучшение условий труда. Возни- кает вопрос, как в подобных условиях не только выжить, но иметь дополнительные конкурентные преиму- щества к обновлению производства, повышению качества, рентабельности и т.д. Самым эффективным инструментом должна стать СУПБ и ОТ. При этом, под словом «система» необходимо понимать не только документированные процедуры и аудит их выполнения, но и экономическую оценку эффективности вложе- ния затрат в повышение безопасности и постоянный мониторинг. С другой стороны, очевидно, что абсо- лютный уровень безопасности достичь невозможно. Ограничением этому служит не только экономическая составляющая конкурентных преимуществ, но и соответствующее развитие технологии. Вероятность воз- никновения случая травматизма, аварии или инцидента постоянно существует даже в идеальных условиях организации. Вопрос не в том, чтобы исключить риск полностью, а в том, чтобы снизить вероятность воз- никновения негативного события до уровня, который можно обеспечить при сегодняшнем уровне развития технологии и техники, с одной стороны, и с другой стороны, до уровня, который сегодня экономически обоснован, целесообразен и позволяет предприятию сохранить соответствующие конкурентные преимуще- ства. Как ранее уже говорилось, система управления не только документально оформленные процедуры и аудит их выполнения. Любая система управления это, в первую очередь, люди. Успех функционирования СУПБ и ОТ можно выразить в следующих принципах. Знать истинное положение с промышленной безопасностью и охраной труда на предприятии. Пер- вым условием того, чтобы знать истинное состояние технических устройств, зданий и сооружений на пред- приятии должна быть налажена система экспертизы промышленной безопасности силами сторонних экс- пертных организаций и внутренняя система оценки технического состоянии оборудования либо собственно- го персонала, либо силами экспертных центров. Во-вторых, необходимо построить систему аттестации рабочих мест через оценку влияния опасных и вредных производственных факторов. В-третьих, система учета затрат на ПБ и ОТ. Проблема в том, что на предприятиях на сегодняшний день нет единых подходов к тому, что считать затратами на ПБ и ОТ, а также каким образом их учитывать, особенно на крупных предприятиях. 180 Описать и документально закрепить «правила» по достижению целей и задач в области ПБ и ОТ. В первую очередь это стандарты организации по направлениям деятельности, понятные инструкции (по охране труда, технологические и др.). Важно, чтобы процедуры не были только декларацией того, что требования ПБ и ОТ должны выполняться. Главное требование к стандартам – простота и доступность для понимания. Стандарты и инструкции должны стать путеводителем по отдельным элементам и направлениям в СУПБ и ОТ и полностью соответствовать существующему законодательству Республики Беларусь по ПБ и ОТ; Научить персонал выполнять установленные «правила», контролировать и мотивировать их выпол- нение. Обязательное требование функционирования СУПБ и ОТ – организация внутренних проверок СУПБ и ОТ через систему внутреннего аудита, выполняемую силами служб производственного контроля предпри- ятия, и систему производственного контроля, и контроля по охране труда в структурных подразделениях. Формулировать и достигать цели, направленные на повышение уровня ПБ и ОТ, исходя из финансо- вого положения предприятия. Высокий уровень риска появления инцидентов в персоналом и оборудованием является показателем, свидетельствующим о том, что СУПБ и ОТ в структурном подразделении функционирует недостаточно эф- фективно. Управлять данными показателями (их снижением) - означает перестраивать систему организации производства. Внедрять систему мотивации персонала к выполнению требований ПБ и ОТ, повышать каче- ство обучения персонала и уровень его компетентности для выполнения трудовых операций, через проведе- ние различных тренингов и занятий. Исходя из вышеизложенного стратегическую цель организации в области промышленной безопасно- сти и охраны труда можно изложить в следующем виде; «Достижение технически приемлемого и экономи- чески обоснованного уровня риска». УДК 331.45: 621(035) Холодильные агенты и их влияние на организм человека Студентка гр.108716 Домашкевич С.А. Научный руководитель – Ушакова И.Н. Белорусский национальный технический университет г. Минск Холодильный агент – вещество, без которого невозможен термодинамический цикл или процесс по- лучения холода. Основными холодильными агентами, которые наиболее часто используются в промышлен- ности, являются аммиак и хладоны (R 18 и R 22). Холодильные агенты должны быть как можно менее ток- сичны, пожаровзрывобезопасны и неагрессивны по отношению к конструкционным материалам. Однако найти такое вещество, удовлетворяющее всем эти требованиям, невозможно. Очень важным является влия- ние холодильных агентов на организм человека, так как в помещениях холодильных установок возможны утечки аммиака и хладонов. Рассмотрим действие на организм человека аммиака и хладонов (R 18 и R 22). Аммиак представляет собой бесцветный газ с резким удушливым запахом, Предельно допустимая концентрация аммиака в воздухе рабочей зоны 20 мг/м3. При больших концентрациях он вызывает сильные отравления, раздражения слизистой оболочки глаз и дыхательных путей. Сильное отравление сопровожда- ется головокружением, ослаблением пульса. Он может вызвать отек легких, судороги, потерю сознания. Пребывание человека в течении 30 мин и более в помещении с концентрацией аммиака 0,5 – 1 % может привезти к смертельному исходу. При отравлении аммиаком активизируется туберкулез, возможен паралич и глухота. Жидкий аммиак вызывает тяжелые ожоги. Особенно опасно попадание в глаза, даже одной капли аммиака. Помимо возможного прободения роговицы, хрусталика и стекловидного тела, ожог глаз аммиаком зачастую приводит к полной слепоте. Из органических хладоагентов наиболее часто используется в промышленности хлодон R12 и хла- дон R22. Хладон R12 имеет химическое название дифторхлорметан. В нормальных условиях представляет собой бесцветный газ со слабым запахом, который ощущается при концентрации в воздухе более 20%. Предельно допустимая концентрации хладона R12 составляет 300 мг/м3. Он относится к 4 классу опасно- сти – малоопасным веществам. Однако при концентрации в воздухе этого хладона более 30% наступает удушье. Высокая плотность хладона R12 препятствует поступлению свежего воздуха. Хладон R12 при со- прикосновении с нагретыми поверхностями или при воздействии открытого пламени при температуре вы- ше 3300С разлагается, образуя ядовитые вещества, такие как фтористый и хлористый водород, оксид углерода и фосген. Продукты разложения не имеют запаха и цвета, что увеличивает опасность отравления. Утечки R12 обнаруживают с помощью галоидной лампы, обмыванием, электронным течеискателем. 181 Хладон R22 имеет химические название дифторхлорметан. В нормальных условиях представляет со- бой бесцветный газ со слабым запахом хлороформа. Несмотря на то, что предельно допустимая концентра- ция составляет 3000 мг/м3, он более вреден, чем R12, так как обладает наркотическим действием. Вызывает слабость, переходящую в сонливость, спутанность сознания., при больших концентрациях – удушье. При попадании на кожу, жидкие хладоны могут вызвать и обморожение (пузыри, некроз). Основными средствами индивидуальной защиты являются изолирующие и фильтрующие противога- зы, резиновые сапоги и перчатки, защитный костюм. Помещения холодильных установок должны быть оснащены автоматическими газоанализаторами, оборудованы предупреждающей световой и звуковой сиг- нализацией, а также спринклерными системами тушения пожара. Особые требования безопасности предъ- являются к помещениям, где возможна утечка аммиака. При достижении концентрации аммиака более 0,21% система противоаварийной защиты должна обеспечить отключение электропитания, включение ава- рийной вентиляции. УДК 614.8 Биологическое действие лазеров и их применение в экспериментальной иридологии Студентка гр.113526 Гериш А.Л. Научный руководитель – Науменко А.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск О целебных свойствах световых лучей разного цвета знали еще в древности. Уже тогда было уста- новлено, что при лечении оспы, скарлатины, малокровия большую пользу приносит, например, красный цвет. В начале нашего столетия академик В.М. Бехтерев успешно применял цветные лучи в своей лечебной психиатрической практике. Когда появились лазеры врачи стали применять фотостимуляцию в различных областях медицины. В первую очередь попытались использовать мощное лазерное излучение, вызывающее тепловые эффекты для диагностики опухолей. Монохроматичность лазерного света придает ему уникальные свойства. Лазерный луч определенной энергии способен пробить стальную пластинку, но на коже человека не оставляет почти никакого следа, что объясняется избирательностью действия лазерного излучения. Свет лазера вызывает изменения лишь в той среде, которая его поглощает, а степень поглощения зависит от оптических свойств материалов. Обычно каждый материал поглощает излучение лишь определенной длины волны. Красный свет рубинового лазера интенсивно поглощается зелеными растениями, разрушая их ткани. И наоборот, зеленое излучение аргоно- вого лазера слабо абсорбируется листьями растений, но активно поглощается эритроцитами и быстро по- вреждает их. Второй отличительной чертой лазерного излучения является его когерентность, т.е. когда в различ- ных точках пространства в одно и то же время или в одной и той же точке в различные отрезки времени све- товые колебания скоординированы. Когерентность лазерного излучения обусловливает его строгую направленность - распространение светового потока узким пучком в пределах очень маленького угла, что в медико-биологических исследова- ния имеет немаловажное значение. Уникальные свойства лазерного излучения (монохроматичность и малая расходимость) позволяют с помощью системы линз сфокусировать его на очень малую площадь, например на биологически активную корпоральную точку человека (БАТ). Эта площадь может быть уменьшена на- столько, что по размерам будет равна длине волны фокусированного света. Так, для рубинового лазера наи- меньший диаметр светового пятна составляет 0,7 мкм. Биологическое действие лазерного излучения довольно разнообразно и зависит от характера облу- чаемых тканей. Если лазерное излучение отражается живой тканью или рассеивается внутри нее, то биоло- гический эффект лазерного воздействия незначителен. Для оказания действия на биологические структуры лазерный свет должен быть ими поглощен. Поглощение света веществом – внутримолекулярный физиологический процесс. Свет поглощается молекулами, их комплексами, а не сложными биологическими структурами - такими, например, как ядра клеток, клетки, сетчатка и т.д. Поглощенная молекулами лучистая энергия превращается в другие виды энергии, и прежде всего в тепловую. Так как в тепло преобразуется значительная часть лазерного излучения, то поражение тканей животных и человека носит чаще всего термический характер и зависит от мощности падающего светового потока. Процессы, развивающиеся в биологических тканях под влиянием лазерного излучения, не исчерпы- ваются тепловыми и ударными действиями. В связи с большой концентрацией энергии в лазерном луче в молекулах биологических веществ могут происходить электрические, фотоэлектрические, фотохимические 182 и другие эффекты. В зависимости от типа лазера и величины энергии излучения на первый план выступают различные эффекты, характерные для взаимодействия лазерной радиации с биологическим материалом. УДК 621.373.826 Лазерные излучения, их роль в процессах жизнедеятельности. Защита от лазерного излучения Студент гр.113516 Герман Е.А. Научный руководитель – Науменко А.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск В связи с широким применением лазерных источников излучения в научных исследованиях, про- мышленности, медицинской связи и др. возникает необходимость сохранения здоровья людей, эксплуати- рующих различные лазерные установки. Лазер - источник когерентного излучения, то есть согласованного во времени и пространстве движе- ния фотонов в виде выделенного луча. В настоящее время доказано, что на месте воздействия луча лазера возникает первичный биологиче- ский эффект — ожог с резким повышением температуры. Локальное повышение температуры приводит к вскипанию тканевой, межтканевой и клеточной жидкости, образованию пара и огромному давлению. По- следующий взрыв и ударная волна распространяются на окружающие ткани, вызывая их гибель. Действие излучения лазеров представляет опасность больше всего для органов зрения и кожного по- крова. Характер воздействия на зрительный аппарат и степень поражающего действия лазера зависят от плотности энергии излучения, длины волны излучения (импульсное или непрерывное). При этом могут быть поражены сетчатка, роговица, радужка, хрусталик. Короткие импульсы (0,1—10…14 с), которые генериру- ют лазеры, способны вызвать повреждения за значительно более короткий промежуток времени, чем тот, который необходим для срабатывания защитных физиологических механизмов (мигательный рефлекс 0,1 с). Характер повреждения кожи зависит от цвета кожи, например пигментированная кожа значительно сильнее поглощает лазерное излучение, чем не пигментированная. Светлая кожа отражает до 40 % падаю- щего на нее излучения. Данные исследований свидетельствуют о том, что Л. и. видимой области спектра вызывает сдвиги в функционировании эндокринной и иммунной систем, центральной и периферической нервной системы, белкового, углеводного и липидного обмена. Длительное хроническое действие ЛИ дли- ной волны 1,06 мкм вызывает вегетативно-сосудистые нарушения. Практически все исследователи, изучав- шие состояние здоровья лиц, обслуживающих лазеры, подчеркивают более высокую частоту обнаружения у них астенических и вегетативно-сосудистых расстройств. Наиболее характерными у работающих с лазерами являются астения и вегетососудистая дистония. В некоторых случаях эти общие клинические симптомы носят довольно стойкий характер, являясь результатом влияния на нервную систему Отражающая способность кожного покрова в видимой области спектра высокая. Л. и. дальней инфра- красной области начинает сильно поглощаться кожей, возникает опасность ожогов. Прогнозируя возмож- ность опасности лазерного облучения, необходимо учитывать: • тип лазера и опасность, которую могут представлять его отдельные узлы; • атмосферные условия (количество водяных паров в воздухе, степень его чистоты); • наличие средств защиты, а также индивидуальные особенности человека, который может подвер- гаться облучению. Для защиты глаз от лазерного излучения с низкой энергией предлагаются многослойные фильтры с пропусканием световой энергии порядка 105 Вт/см2 в зоне высокого отражения и более 0,8 Вт/см2 в про- зрачной зоне. В настоящее время созданы защитные очки, представляющие собой набор фильтров с различ- ными значениями коэффициентов поглощения. Величина коэффициента поглощения для данного фильтра выбирается с таким расчетом, чтобы не происходило его разрушение, и уровень прошедшего через него из- лучения оказывался таким, чтобы последующий фильтр также не разрушался. Комбинируя наборы различных фильтров, можно создавать защитные очки для разных длин волн. Наряду с защитными очками (светофильтрами) обслуживающему персоналу рекомендуется применять спе- циальные (диффузные) экраны. Для защиты рук рекомендуется использовать кожаные перчатки. При работе с лазерами могут быть три варианта поражения лазерным излучением, которые должны приниматься во внимание при разработке мероприятий по технике безопасности: 1) прямое воздействие излучения, при этом уровни плотности энергии, вызывающие тяжелые послед- ствия, сравнительно невелики; 2) зеркальное отражение луча, являющееся не менее опасным для органа зрения; 3) диффузно рассеянное отражение лазерного луча от стен, поверхностей приборов и др. Действующие правила устанавливают: 183  предельно допустимые уровни (ПДУ) ЛИ в диапазоне волн 180—106 нм при различных усло- виях воздействия на человека;  классификацию лазеров по степени опасности генерируемого ими излучения;  требования к производственным помещениям, размещению оборудования и организации рабо- чих мест;  требования к персоналу;  контроль за состоянием производственной среды;  требования к применению средств защиты;  требования к медицинскому контролю. Защита от ЛИ осуществляется организационно-техническими, санитарно-гигиеническими и лечебно- профилактическими методами. Организационно-технические методы:  выбор, планировка и внутренняя отделка помещений;  рациональное размещение лазерных установок и порядок их обслуживания;  использование минимального уровня излучения для достижения поставленной цели;  организация рабочего места;  применение средств защиты;  ограничение времени воздействия излучения;  назначение и инструктаж лиц, ответственных за организацию и проведение работ;  ограничение допуска к проведению работ;  организация надзора за режимом работ  четкая организация противоаварийных работ и регламентация порядка ведения работ в аварий- ных условиях;  обучение персонала. Санитарно-гигиенические и лечебно-профилактические методы:  контроль за уровнями вредных и опасных факторов на рабочих местах;  контроль за прохождением персоналом предварительных и периодических медицинских осмот- ров. Средства защиты от ЛИ обеспечивют предотвращение воздействия излучения или снижение его ве- личины до уровня, не превышающего допустимого. К СКЗ от ЛИ относятся: ограждения, защитные экраны, блокировки и автоматические затворы, кожухи, средства защиты рук, специальную одежду и др. СИЗ от ЛИ включают: защитные очки, щитки, маски и др. СКЗ должны предусматриваться на стадии проектирования и монтажа лазеров, при организации рабочих мест, при выборе эксплуатационных параметров. При выборе СИЗ необходимо учитывать: рабочую длину волны излучения; оптическую плотность светофильтра. Выбор средств защиты производится в зависимости от класса лазера, интенсивности излучения в ра- бочей зоне, характера выполняемой работы. Показатели защитных свойств средств защиты не должны сни- жаться под воздействием др. вредных и опасных факторов (вибрации, температуры и т. д.). УДК 331.45:621(035) Выбор метода улавливания паров растворителей Студентка гр.104327 Бэйнер М.В. Научный руководитель – Ушакова И.Н. Белорусский национальный технический университет г. Минск Для литейного производства характерно внедрение новых химических соединений, что связано с по- вышенным выделением в воздухе рабочей зоны и в атмосферу вредных веществ. При использовании фор- мовочных материалов, содержащих растворители типа нитроцеллюлозных лаков, выделяются такие вред- ные вещества как толуол и ксилол. Предельно допустимая концентрация ксилола и толуола 50 мг/м3. В воз- духе рабочей зоны содержание данных токсичных веществ может превышать ПДК. Известно отрицательное влияние ксилола и толуола на нервную и кровеносную систему человека, могут наблюдаться судорги. Ана- лиз литературных источников свидетельствует о том, что имеется достаточное количество инженерных ре- шений, обеспечивающих улавливание данных вредных веществ. Наиболее распространенными методами улавливания паров растворителей являются конденсационный и адсорбционный. При конденсационном ме- тоде пары растворителей конденсируются с помощью хладоагентов. Конденсация может происходить при превышении предельно-допустимых концентраций растворителя в десятки раз. Поэтому этот метод наибо- лее применим при массовом производстве толуола и ксилола. При адсорбционном методе пары растворите- 184 лей поглощаются твердым сорбентом. В качестве сорбента используются активированный уголь, силико- гель и др. Возможность применение этого способа ограничено сложностью регенерации дорогостоящего и дефицитного активированного угля. Конденсационный и адсорбционный методы не позволяют решить во- просы взрывопожаробезопасности, ведь толуол и ксилол являются легковоспламеняющимися жидкостями и могут вызвать взрывы и пожары. Поэтому наряду с улавливанием данных вредных веществ надо решать вопросы взрывопожарозащиты оборудования и зданий. Наиболее приемлемым является способ, позволяю- щий решать одновременно вопросы охраны воздушной среды от загрязнения и уменьшения пожароопасно- сти паров данных растворителей, является абсорбционный метод улавливания. В качестве абсорбента ис- пользуется вода и растворы воды, к примеру, в качестве добавки к воде используется капролактам. Данный абсорбционный способ улавливания растворителей ведут по сложной технологии с применением повышен- ного давления и температуры. Предлагается способ улавливания паров растворителей абсорбцией поглотителя, включающем воду и органическую добавку. Толуол и ксилол являются слаборастворимыми веществами, поэтому необходимо увеличение их растворимости. Были исследованы разные добавки, повышающие растворимость толуола и ксилола. Положительный результат показал абсорбент, представляющий собой воду с добавкой синтетиче- ски моющего вещества (СМВ). Проведены исследования по определению различных классов СМВ, обеспе- чивающих наилучшие результаты по улавливанию толуола и ксилола. В лабораторных условиях определе- на оптимальная концентрации СМВ в воде. Наилучшие результаты по улавливанию показали СМВ, содер- жащие анионоактивные ПАВ или их смеси с неионогенными ПАВ. Данные СМВ характеризуются наличием гидрофильных групп, обладающих газопривлекающими и газоудерживающими свойствами на границе двух фаз «вода-воздух», поэтому эффект улавливания возрастает. Процесс растворения происходит при атмо- сферном давлении и комнатной температуре. Применение данного способа обеспечивает не только улавливания паров толуола и ксилола, но и обеспечивает взрывопожарозащиту вентиляционной системы предприятий. Органическая добавка в воде придает антикоррозионные свойства системе очистки промышленных выбросов. Данный способ улавлива- ния ксилола и толуола позволит обеспечить необходимые санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны согласно СанПиНа № 11-19. «Перечень регламентированных в воздухе рабочей зоны вредных веществ». УДК 004.382.7:614.8 Компьютер и его воздействие на организм человека Студентка гр.108147 Автушко А.С. Научный руководитель – Автушко Г.Л. Белорусский национальный технический университет г. Минск Компьютеризация, начавшаяся ещё в прошлом веке, стремительно продолжает завоёвывать всё более значимые позиции в нашей жизни. Сегодня становится всё труднее представить себе рабочее место в офисе без персонального компьютера (ПК). По прогнозам, в скором будущем более 70% работающих будут ис- пользовать компьютеры и только около 30% будут заняты в промышленном производстве. С тех пор, как появились видеодисплейные терминалы, операторы ЭВМ и все пользователи ПК стали жаловаться на появление симптомов сердечно-сосудистых, нервных, желудочно-кишечных и прочих забо- леваний. В медицинских изданиях появились сообщения о «компьютерных» шейных радикулитах, заболе- ваниях суставов кистей рук, дерматитах кожи лица, американской ассоциацией оптометристов был введён термин CVS (Computer Vision Sindrome, русская аббревиатура - КЗС «компьютерный зрительный син- дром»). КЗС вызывает жжение в глазах, чувство «песка» под веками, боли в области глазниц, лба, при дви- жении глаз, покраснение глазных яблок, болей в области шейных позвонков, быстрое утомление при работе. Одной из причин таких нарушений в работе нашего организма можно считать то, что человеческое зрение, формировавшееся тысячелетиями, мало приспособлено к зрительной работе с изображением на компьютере. Экранная картинка отличается от естественной тем, что она выделяет свет, а не отражает его, причём спектр этого излучения далёк от естественного. Изображение имеет меньший контраст по сравне- нию с печатным, причём оно мелькающее, а не статичное. Кроме того, так как органы зрения работают с большими нагрузками, что равноценно получению длительного стресса, то это и вызывает общую утомляемость организма. Перегрузка, получаемая через ор- ганы зрения, создаёт «помехи» для работы мозга при решении им других задач и вызывает большее число ошибок при работе. Как следствие, утомление наступает быстрее. Благодаря возрастающим санитарным требованиям, производители создают мониторы с большой степенью защиты и, естественно, с меньшим неблагоприятным воздействием на глаза. Однако, основное 185 влияние на оператора оказывает не электромагнитное излучение, а зрительно-напряжённая работа с мони- тором. Несоблюдение простых правил при работе с компьютером может привести к тяжёлым последствиям: снижению остроты зрения, замедленной перефокусировке, двоению предметов, развитию близорукости. Эти явления объединены одним термином – «астенопия» – потерей силы зрения. Практически у всех пользова- телей при непрерывной работе за компьютером в течение 2-6 часов наступает КЗС. Поэтому оптимальная организация рабочего места с компьютером, его субъективная комфортность и профилактические меро- приятия играют огромное значение. Стол, на котором размещается монитор, должен быть достаточного размера, чтобы расстояние от глаз до монитора было не менее 60–70 см. Центр монитора должен быть на 10–15 градусов ниже горизонта уровня глаз. Взгляд немного вниз позволяет векам меньше напрягаться и дольше не уставать. Плоскость экрана должна быть перпендикулярна источнику света. Наибольший дискомфорт создаёт яркий солнечный свет, поэтому помещение должно быть оборудовано рассеивающими жалюзи или шторами. Экран монитора не должен отражать посторонний свет и иметь антибликовое покрытие. При недостаточном общем освеще- нии необходимо использовать местное. Обязательны также регламентированные перерывы по 15–20 мин через 1,5 -2 часа от начала рабочей смены и после обеденного перерыва или по 15 мин через каждый час работы при выполнении 3 категории. Приведенные данные подтверждают необходимость соблюдения требуемых гигиенических условий работы и более серьезного отношения к последствиям, вызываемым работой за компьютером. УДК 613.645 Инфразвук и его воздействие на человека Студент гр.113526 Курильчик Е.Г. Научный руководитель – Науменко А.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Инфразвуковые колебания в атмосфере Земли являются результатом действия многочисленных при- чин: землетрясений, цунами, извержения вулканов, водопадов, гроз, колебаний поверхности моря, лесных пожаров, сильного ветра, турбулентности атмосферы, деятельности человека, электромагнитных излуче- ний, движений метеоров, галактических космических лучей, гравитационных воздействий Луны и Солнца, корпускулярных потоков от Солнца и т.д. Более пагубным (поскольку они являются скрытыми) следует считать психологические последствия, обусловленные инфразвуком, который всегда существует в атмосфере, хотя порою она кажется нам совер- шенно спокойной. Морские волны, ударяющиеся о берег, не только порождают слабые сейсмические колебания в зем- ле, но и вызывают изменения в давлении воздуха с частотой около 0,05 Гц. Эти колебания можно уловить сверхчувствительными барометрами. Очень мощные инфразвуковые волны возникают при извержении вулканов. Так, инфразвуковые вол- ны (с частотой 0,1 Гц), образовавшиеся при извержении вулкана Кракатау в 1883 году, несколько раз обош- ли вокруг земного шара. Они вызывали значительные флуктуации давления, которые можно было фиксиро- вать даже обычным барометром. Инфразвук создается и при землетрясениях. Именно с его помощью в Япо- нии узнают о приближении цунами, гигантских приливных волн, порождаемых подводными землетрясениями. Известно, что перед землетрясением люди, и особенно животные, испытывают чувство беспокойства. «Голос моря» - это инфразвуковые волны, возникающие над поверхностью моря при сильном ветре, в результате вихреобразования за гребнями волн. Вследствие того, что для инфразвука характерно малое по- глощение, он может распространяться на большие расстояния, а поскольку скорость его распространения значительно превышает скорость перемещения области шторма, то «голос моря» может служить для забла- говременного предсказания шторма. Подчас инфразвуковые волны зарождаются в океане во время шторма или подводных землетрясений, распространяясь на сотни, тысячи километров, как в воздухе, так и в воде. Поэтому могут настигать корабль, который находится далеко, в совершенно спокойном районе. На морских просторах встречаются судна с мертвыми моряками. Они погибли от мгновенной остановки сердца. Нахо- дятся и обезлюдевшие корабли-призраки. Их экипажи, обуянные непонятным ужасом, выбрасывались за борт. Известно немало рассказов о субмаринах, пропавших при странных обстоятельствах. Все это – следст- вие действия инфразвуковых колебаний. Своеобразными индикаторами шторма являются медузы. На краю «колокола» у медузы расположены примитивные глаза и органы равновесия – слуховые колбочки величи- ной с булавочную головку. Это и есть «уши» медузы. Они слышат инфразвуки с частотой 8 – 13 герц. Штор 186 разыгрывается еще за сотни километров от берега, он придет в эти места примерно часов через 20, а медузы уже слышат его и уходят на глубину. В конце 60-х годов французский исследователь Гавро обнаружил, что инфразвук определенных час- тот может вызвать у человека тревожность и беспокойство. Инфразвук с частотой 7 Гц смертелен для чело- века. Источниками инфразвука на суше могут быть компрессоры, двигатели внутреннего сгорания, движу- щийся транспорт и т.д. Исследования биологического действия инфразвука на организм человека показали, что человеческий организм высокочувствителен к инфразвуку. Воздействие его происходит не только через слуховой анализатор, но и через механорецепторы кожи. Возникающие под воздействием инфразвука, нерв- ные импульсы нарушают согласованную работу различных отделов нервной системы, что может прояв- ляться головокружением, болями в животе, тошнотой, затрудненным дыханием, при более интенсивном и продолжительном воздействии – кашлем, удушьем, нарушением психики. Инфразвуковые колебания даже небольшой интенсивности вызывают тошноту и звон в ушах, уменьшают остроту зрения. Колебания сред- ней интенсивности могут стать причиной расстройства пищеварения, сердечно-сосудистой, дыхательной систем, нарушения психики с самыми неожиданными последствиями. Инфразвук высокой интенсивности, влекущий за собой резонанс, из-за совпадения частот колебаний внутренних органов и инфразвука, приво- дит к нарушению работы практически всех внутренних органов, возможен смертельный исход из-за оста- новки сердца, или разрыва кровеносных сосудов. При воздействии на человека инфразвук с частотами, близки к 6 Гц, могут отличаться друг от друга картины, создаваемые левым и правым глазом, начнет «ло- маться» горизонт, возникнут проблемы с ориентацией в пространстве, придут необъяснимые тревога, страх. Подобные ощущения вызывают и пульсации света на частотах 4 – 8 Гц. Инфразвук может действовать не только на зрение, но и на психику, а также шевелить волоски на коже, создавая ощущение холода. Наиболее эффективным и практически единственным средством борьбы с инфразвуком является снижение его в источнике. При выборе конструкций предпочтение должно отдаваться малогабаритным ма- шинам большой жесткости, так как в конструкциях с плоскими поверхностями большой площади и малой жесткости создаются условия для генерации инфразвука. Борьбу с инфразвуком в источнике возникновения необходимо вести в направлении изменения режима работы технологического оборудования – увеличения его быстроходности. В качестве индивидуальных средств защиты рекомендуется применение наушников, вкладышей, защищающих ухо от неблагоприятного действия сопутствующего шума. К мерам профилактики организационного плана следует отнести соблюдение режима труда и отдыха, запрещение сверхурочных работ. При контакте с ультразвуком более 50 % рабочего времени рекомендуются перерывы продолжи- тельностью 15 мин через каждые 1,5 часа работы. Значительный эффект дает комплекс физиотерапевтиче- ских процедур – массаж, УФ-облучение, водные процедуры, витаминизация и др. УДК 537.531(076.5) Защита от электромагнитных излучений радиочастотного диапазона Студенты гр.106336 Адамцевич В.А., Сидоров А.Г. Научный руководитель – Филянович Л.П. Белорусский национальный технический университет г. Минск Большинство мощных радиопередающих установок, таких как антенны сотовой и спутниковой связи, теле- и радиопередающие устройства, радиолокаторы, по данным многочисленных медико-биологических исследований являются источниками биологически активного электромагнитного излучения. Обслуживание и ремонт этих устройств в силу ряда технических и экономических причин на практике часто выполняется персоналом вблизи приемо-передающих антенн без прерывания нормального функционирования систем. По имеющимся данным, в этих случаях велик риск развития у персонала, обслуживающего указанные установ- ки, ряда необратимых патологий, в том числе злокачественных опухолей, а также серьезных функциональ- ных расстройств жизненно важных органов и систем организма человека. Важным фактором является накапливание биологического эффекта в условиях ежедневного, дли- тельного, многолетнего воздействия на человека электромагнитных излучений, обусловленных производст- венными факторами. Перечисленные обстоятельства дают основания относить электромагнитные излучения радиочастот- ного диапазона к опасным и вредным производственным факторам. При уровнях, превышающих допустимые значения, негативное воздействие электромагнитных полей есть, и от него надо защищаться. Решение проблемы сводится к тому, чтобы создать эффективное, удобное в эксплуатации и вместе с тем простое средство защиты. Существует множество средств и методов защиты от электромагнитных полей: ограничение времени работы вблизи источника поля, увеличение расстояния между источником поля и зоной проведения работ, 187 применение стационарных экранов и т.п. С точки зрения обеспечения достаточного защитного эффекта при одновременном удобстве и простоте в эксплуатации, наиболее оптимальный способ – это применение инди- видуальных экранирующих комплектов. Важным преимуществом является возможность использования та- ких комплектов как специальной рабочей одежды с необходимыми элементами индивидуальной защиты. Реализация этого преимущества на практике дает возможность обеспечения персонала средством индивиду- альной защиты, в котором можно выполнять работы по обслуживанию функционирующего оборудования без риска негативного воздействия полей на организм в течение всего рабочего дня. Экранирующие комплекты типа Эи-2 предназначены для исключения вредного воздействия электро- магнитного поля радиочастот на организм пользователя. Они создают замкнутую оболочку (индивидуаль- ную клетку Фарадея) с эффективными проводящими уплотнениями в соединительных швах, а также между элементами комплекта, затрудняющими проникновение электромагнитного поля радиочастот внутрь экра- нированного пространства. Поле, проходя через экран, затухает при отражении на внешней границе экрана, затем поглощается материалом экрана и затухает при отражении на внутренней границе. Экранирующий комплект Эи-2 изготовлен из специальной экранирующей ткани, выполненной по технологии гальванического нанесения электропроводящего слоя на тканевую основу. Ткань, произведенная по данной технологии, обладает не только высокой электрической проводимостью и коэффициентом экра- нирования в широком диапазоне частот, но и достаточными показателями по воздухопроницаемости и стойкости к истиранию в течение длительного срока эксплуатации при внешних механических воздействи- ях. В состав комплекта входят следующие элементы: экранирующий комбинезон; экранирующий голов- ной убор с экраном для лица (шлем); экранирующие трикотажные перчатки; кожаные экранирующие бо- тинки; пояс с монтерской сумкой для инструментов. УДК 628.517 Автомобильный транспорт – один из источников шума в городе Студенты гр.112317 Стахно М., Харжевская Е. Научный руководитель – Кузьмич Т.П. Белорусский национальный технический университет г. Минск Один из основных источников шума в городе – автомобильный транспорт, интенсивность движения которого постоянного растет. Наибольшие уровни шума 90 – 95 дБ отмечаются на магистральных улицах города со средней интенсивностью движения 2- 3 тыс. и более транспортных единиц в час. Уровень уличных шумов обуславливается интенсивностью, скоростью и характером (составом) транспортного потока. Кроме того, он зависит от планировочных решений (продольный и поперечный про- филь улиц, высота и плотность застройки) и таких элементов благоустройства, как покрытие проезжей части и наличие зеленых насаждений. Каждый из этих факторов способен изменить уровень транспортного шума в пределах до 10 дБ. Шум, производимый отдельными транспортными экипажами, зависит от многих факторов: мощности и режима работы двигателя, технического состояния экипажа, качества дорожного покрытия, скорости дви- жения. Кроме того, уровень шума, как и экономичность эксплуатации автомобиля, зависит от квалификации водителя. Шум от двигателя резко возрастает в момент его запуска и прогревания (до 10 дБ). Движение ав- томобиля на первой скорости (до 40 км/ч) вызывает излишний расход топлива, при этом шум двигателя в 2 раза превышает шум, создаваемый им на второй скорости. Значительный шум вызывает резкое торможение автомобиля при движении на большой скорости. Шум заметно снижается, если скорость движения гасится за счет торможения двигателем до момента включения ножного тормоза. За последнее время средний уровень шума, производимый транспортом, увеличился на 12 – 14 дБ. Вот почему проблема борьбы с шумом в городе приобретает все большую остроту. Одним из направлений борьбы с шумом является разработка государственных стандартов на средства передвижения, инженерное оборудование, бытовые приборы, в основу которых положены гигиенические требования по обеспечению акустического комфорта. Снижение городского шума может быть достигнуто в первую очередь за счет уменьшения шумности транспортных средств. К градостроительным мероприятиям по защите населения от шума относятся: увеличение расстояния между источником шума и защищаемым объектом; применение акустических непрозрачных экранов (отко- сов, стен и зданий-экранов), специальных шумозащитных полос озеленения; использование различных приемов планировки, рационального размещения микрорайонов. Кроме того, градостроительными меро- 188 приятиями являются рациональная застройка магистральных и разделительных полос, использование рель- ефа местности и др. Существенный защитный эффект достигается в том случае, если жилая застройка размещена на рас- стоянии не менее 25 – 30 м от автомагистралей и зоны разрыва озеленены. При замкнутом типе застройки защищенными оказываются только внутриквартальные пространства, а внешние фасады домов попадают в неблагоприятные условия, поэтому подобная застройка автомагистралей нежелательна. Наиболее целесооб- разна свободная застройка, защищенная от стороны улицы зелеными насаждениями и экранирующими зда- ниями временного пребывания людей (магазины, столовые, рестораны, ателье и т.п.). Расположение магист- рали в выемке также снижает шум на близрасположенной территории. УДК 331.471-055.2 Защита от излучений Студенты гр.112317 Лобач О.В., Колтович Е.В. Научный руководитель – Кузьмич Т.П. Белорусский национальный технический университет г. Минск Ионизирующие излучения, их действие на организм человека и гигиеническое нормирование. Ионизи- рующим излучением называется любое излучение, прямо или косвенно вызывающее ионизацию среды. Ионизирующее излучение бывает электромагнитным и корпускулярным. Биологическое воздействие ионизирующих излучений на живой организм в первую очередь зависит от поглощенной энергии излучения. Защита от воздействия ионизирующих излучений. Разработаны основные санитарные правила рабо- ты с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений, где содержатся тре- бования и нормы радиационной безопасности применительно к конкретным видам работ, производимым при воздействии ионизирующих излучений. При защите от внешнего облучения, возникающего при работе с закрытыми источниками излучения, основные усилия должны быть направлены на предупреждение переоблучения персонала путем увеличения расстояния между оператором и источником, сокращения продолжительности работы в поле излучения, экранирования источника излучения. Закрытыми называются источники ионизирующего излучения, устройство которых исключает попа- дание радиоактивных веществ в окружающую среду. Защита от внутреннего излучения требует исключения непосредственного контакта с радиоактивны- ми веществами в открытом виде и предотвращение попадания их в воздух рабочей зоны. Под внутренним облучением понимают воздействие на организм ионизирующих излучений радиоак- тивных веществ, находящихся внутри организма. Все работы с открытыми источниками подразделяются на три класса. Установленные основными са- нитарными правилами классы работ в зависимости от группы радиационной опасности радионуклида и фактической его активности на рабочем месте. При работе с радиоактивными веществами большое значение имеют средства индивидуальной защи- ты, правила личной гигиены и организация дозиметрического контроля. Результаты всех видов радиационного контроля должны регистрироваться и храниться в течение 30 лет. Электромагнитные излучения, их воздействие на организм человека и принципы гигиенического нор- мирования и защиты. Источниками электромагнитных полей являются, например, индукционная катушка, рабочий конденсатор, отдельные элементы генераторов катушки контуров и связи, конденсаторы, подводя- щие линии, трансформаторы, антенны и др. Степень воздействия электромагнитных излучений на организм человека зависит от диапазона час- тот, интенсивности воздействия соответствующего фактора, продолжительность облучения, характера излу- чения, режима облучения, размеров облучаемой поверхности телп и индивидуальных особенностей орга- низма. Биологическое воздействие электромагнитных полей более высоких частот вызывают в основном с их тепловым и аритмическим эффектом. В зависимости от диапазона частот в основу гигиенического нормирования электромагнитных излу- чений положены разные принципы. Критерием безопасности для человека, находящегося в электрическом поле промышленной частоты, принята напряженность этого поля. 189 Одним из наиболее эффективных и часто применяемых методов защиты от низкочастотных и радио излучений является экранирование. Для экранов используются, главным образом, материалы с большой электрической проводимостью. В качестве средств индивидуальной защиты применяются спецодежда, изготовленная из металлизи- рованной ткани в виде комбинезонов, халатов, передников, курток с капюшонами и вмонтированными в них защитными очками. УДК 621.791:658.345 Защита органов дыхания при проведении сварочных работ Студент гр.110426 Герва П.И. Научный руководитель – Вершеня Е.Г. Белорусский национальный технический университет г. Минск Наиболее опасным фактором при проведении сварочных работ является выделение сварочного аэро- золя в рабочей зоне. Так, по статистике, более половины профессиональных заболеваний сварщиков – это заболевания органов дыхания и различные патологии, связанные с вдыханием сварочного аэрозоля. Свароч- ный аэрозоль представляет собой совокупность мельчайших частиц, образовавшихся в результате конденса- ции паров расплавленного металла, покрытия электродов, содержимого сварочной проволоки или флюсов. Его состав зависит от состава сварочных и свариваемых материалов. В основном сварочный аэрозоль состо- ит из железа и его окислов, но в него могут так же входить такие вещества и их соединения, как марганец, хром, никель, алюминий, медь цинк, фтор, кремний, азот и другие. Многолетние исследования на несколь- ких предприятиях позволили установить, что пневмокониоз и хронический бронхит развиваются у лиц, за- нятых сваркой сталей к 40 годам, при среднем стаже работы по профессии более 14 лет. Многие сварщики с большим стажем по состоянию здоровья не «Дорабатывают» даже до льготного пенсионного возраста в 55 лет. Клиническая картина пневмокониозов имеет ряд сходных черт: медленное, хроническое течение с тен- денцией к прогрессированию, нередко приводящее к нарушению трудоспособности; стойкие склеротиче- ские изменения в легких. Основная опасность пневмокониоза состоит в том, что на начальной стадии про- стой флюорографией его не обнаружить, он может проявиться только при рентгенологическом обследова- нии. Непосредственное обследование нередко не обнаруживает патологии и имеет симптомы неопределенного характера: отдышка при физической нагрузке, боль в груди, редкий сухой кашель. Эффективным способом защиты сварщика от сварочных аэрозолей является установка местной вен- тиляции. Этот вариант достаточно хорош, когда сварщик имеет стационарное место работы, при этом за- щищается не только сварщик, но и все работающие рядом. Но у этого способа есть достаточно серьезное ограничение. Эффективность работы местного отсоса зависит от расстояния до источника дыма, и при рас- стоянии более 70 см, фильтруется не более 20 % загрязненного воздуха. А если сварщику необходимо обва- рить достаточно большую конструкцию, то он, далеко не всегда, будет таскать за собой «хобот» отсоса к каждому месту сварки, не говоря уже о том, что иногда это и физически невозможно. То же относится и к полуавтоматической сварке протяженных швов. Но есть средство защиты сварщика, которое избавлено от всех вышеперечисленных недостатков. Это комплексное средство индивидуальной защиты – включающий в себя сварочный щиток с автономным бло- ком подачи воздуха. Сварочный щиток с автоматически затемняющимся светофильтром обеспечивает сварщику постоянную защиту глаз и контроль за рабочим местом, как при зажженной дуге, так и при ее от- сутствии. А автономный блок подачи воздуха крепится на поясе сварщика и постоянно защищает его орга- ны дыхания. Что он из себя представляет: это фильтр и микровентилятор, работающий от аккумуляторной батареи, которая обеспечивает время непрерывной работы не менее 8 часов, т.е. полную рабочую смену. Загрязненный воздух проходит три стадии очистки: через металлическую сетку, предфильтр грубой очистки и аэрозольный фильтр тонкой очистки, который обеспечивает коэффициент защиты этого средства (защиты 50). Это означает, что под маской сварщика воздух будет в 50 раз чище, чем снаружи! Следует помнить, что средний срок жизни мужчин в Беларуси составляет 55 лет и для увеличения этого срока, при электросварочных работах, необходимо применение современных средств индивидуальной защиты органов дыхания. УДК 331.452 Законодательство Республики Беларусь по охране труда. Специальное расследование несчастных случаев 190 Студент гр.113536 Шлык Т.М. Научный руководитель – Науменко А.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Несчастный случай на производстве – это событие, в результате которого застрахованный (работаю- щий) получил увечье или иное повреждение здоровья при исполнении им трудовых обязанностей по трудо- вому договору (контракту) и в других случаях, когда на территории страхователя, так и в ином месте, где застрахованный находился в связи с работой или совершал действия в интересах страхователя, либо во вре- мя следования на транспорте, предоставленном страхователем, к месту работы или с работы и которое по- влекло необходимость перевода застрахованного на другую работу, временную или стойкую утрату им профессиональной трудоспособности либо его смерть. Необходимость расследования несчастных случаев на производстве установлена ст. 229 Трудового кодекса Республики Беларусь и ст. 25 Закона Республики Беларусь «Об охране труда». Порядок расследова- ния несчастных случаев на производстве определен Правилами расследования несчастных случаев на про- изводстве и профессиональных заболеваний, утвержденными постановлением Совета Министров Республи- ки Беларусь от 15 января 2004 г. № 30. Специальному расследованию подлежат: - групповые несчастные случаи, происшедшие одновременно с двумя и более работниками, незави- симо от тяжести полученных травм; - несчастные случаи со смертельным исходом; - несчастные случаи с тяжелыми травмами. Тяжесть производственных травм определяется организациями здравоохранения по схеме определе- ния тяжести производственных травм, утверждаемой Министерством здравоохранения. О групповом несчастном случае, несчастном случае со смертельным исходом организация, нанима- тель, страхователь немедленно сообщает: - в территориальную прокуратуру по месту, где произошел несчастный случай; - в территориальное структурное подразделение департамента государственной инспекции труда; - в профсоюз (иной представительный орган работников); - в вышестоящую организацию, а при ее отсутствии – в местный исполнительный и распорядитель- ный орган, где зарегистрирован наниматель, страхователь, нанимателю потерпевшего (при несчастном слу- чае с работником другого нанимателя); - в территориальный орган государственного специализированного надзора и контроля, если несчаст- ный случай произошел на поднадзорном ему объекте; - страховщику. Сообщение передается средствами оперативной связи (телефон, телефакс, телетайп и т.д.) по форме сообщения о несчастном случае на производстве. Территориальное структурное подразделение департамента государственной инспекции труда, орган государственного специализированного надзора и контроля после получения сообщения о несчастном слу- чае на производстве, подлежащем специальному расследованию, немедленно направляют своих представи- телей на место его происшествия. Перечень представителей, участвующих в специальном расследовании, составляется в зависимости от вида несчастного случая. Неучастие или несвоевременное участие в специальном расследовании несчастного случая уполно- моченных представителей и других лиц не является основание для изменения сроков его проведения. Специальное расследование несчастного случая (далее – специальное расследование) проводится (включая оформление и рассылку документов) в течение 14 дней со дня получения сообщения о несчастном случае на производстве. В указанный срок не включается время, необходимое для проведения экспертиз и получения заключений (постановлений, решений) правоохранительных органов, организаций здравоохране- ния и других. Указанный срок может быть продлен главным государственным инспектором труда области или города Минска до 28 дней. Главный государственный инспектор труда Республики Беларусь может ус- танавливать более длительные сроки специального расследования. Государственный инспектор труда, представитель органа государственного специализированного надзора и контроля имеют право в ходе специального расследования опрашивать без свидетелей потерпев- шего, должностных лиц и других работников, обращаться за сведениями к иным лицам, получать докумен- ты, необходимые для установления обстоятельств и причин несчастного случая, принимать решении о про- ведении экспертиз, расчетов и других действий. Уполномоченные представители организации, нанимателя, страхователя, страховщика, профсоюза (иного представительного органа работников), вышестоящей организации (местного исполнительного и распорядительного органа) участвуют в осмотре места происшествия несчастного случая на производстве, 191 опросе, при возможности, потерпевшего (потерпевших), свидетелей, должностных и иных лиц, изучают не- обходимые документы, могут заявлять ходатайства, излагать свое мнение об обстоятельствах, о причинах несчастного случая, лицах, допустивших нарушения актов законодательства о труде и об охране труда тех- нических нормативных правовых актов, локальных нормативных правовых актов, содержащих требования охраны труда, о мерах по предупреждению аналогичных несчастных случаев, вносить другие предложения. По результатам специального расследования государственным инспектором труда составляется и подписывается заключение о несчастном случае (далее – заключение). Государственный инспектор труда (представитель органа государственного специализированного надзора и контроля) направляет заключение и документы специального расследования организации, нани- мателю, страхователю. В соответствии с заключением организация, наниматель, страхователь в течение одного дня составля- ет акты формы Н-1 или формы НП на каждого потерпевшего и утверждает их, организует тиражирование документов специального расследования в необходимом количестве экземпляров. На последней странице акта формы Н-1 или акта формы НП производится заверенная руководителем организации, нанимателем, страхователем запись: «Составлен в соответствии с заключением…». Государственный инспектор труда (представитель органа государственного специализированного надзора и контроля) в течение одного дня по окончании специального расследования направляет материалы специального расследования в прокуратуру по месту происшествия несчастного случая, в соответствующие вышестоящие структурные подразделения департамента государственной инспекции труда, органа госу- дарственного специализированного надзора и контроля, если несчастный случай произошел на поднадзор- ном ему объекте, республиканский орган государственного управления (иную государственную организа- цию, подчиненную правительству Республики Беларусь), местные исполнительные и распорядительные органы, профсоюз, а также нанимателю, страхователю, страховщику и копии заключения – в организации, представитель которых принимали участие в специальном расследовании. Прокуратура в установленный законодательством срок информирует территориальное структурное подразделение департамента государственной инспекции труда, орган государственного специализирован- ного расследования или по их просьбе направляет им копию постановления при отказе в возбуждении уго- ловного дела либо его прекращении. УДК 614.8.027 Анализ несчастных случаев на производстве на примере концерна «Белнефтехим» Студент гр.113516 Бенкевич М.В. Научный руководитель – Науменко А.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск В Республике Беларусь на протяжении последних лет отмечается устойчивая тенденция снижения числа несчастных случаев на производстве, в том числе и с тяжелыми последствиями. По данным Нацио- нального статистического комитета Республики Беларусь, в 2008 году производственные травмы получили 3000 работающих, что на 15,3 % меньше, чем в 2007 году и на 45,3 % - чем в 2004 году. Расследование несчастных случаев на производстве является социально значимой проблемой. Так, в 2008 году число человеко-дней нетрудоспособности у потерпевших составило 108,7 тысяч. Необходимость расследования несчастных случаев на производстве установлена ст. 229 Трудового кодекса Республики Бе- ларусь и ст. 25 Закона Республики Беларусь «Об охране труда». Порядок расследования несчастных случаев на производстве определен Правилами расследования несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний, утвержденными постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 15 января 2004 г. № 30. К сожалению, приходится констатиро- вать, что около 20 % несчастных случаев расследуется нанимателями (работодателями) с нарушением тре- бований указанных Правил. В результате документы, составленные нанимателями (работодателями) по ре- зультатам расследования несчастных случаев, направляются на перерасследование. Следует отметить, что важнейшее средство борьбы с производственным травматизмом – изучение обстоятельств, при которых произошли несчастные случаи, с целью установления их причин. Для недопу- щения в дальнейшем несчастных случаев нанимателем (работодателем) с учетом их причин вырабатывают- ся и вносятся необходимые корректирующие действия в систему управления охраной труда организации. Более подробный анализ несчастных случаев на производстве хотелось бы рассмотреть на примере концерна «Белнефтехим» за период первого полугодия 2008 года. В первом полугодии 2008 года по сравнению с аналогичным периодом 2007 года общий уровень травматизма в организациях концерна «Белнефтехим» возрос с 27 до 37 потерпевших. Коэффициент часто- 192 ты производственного травматизма за 6 месяцев 2008 года составил 0,31, что на 35 % выше, чем за 6 меся- цев 2007 года. Увеличилось также количество потерпевших, которые получили тяжелые травмы (с 7 до 13 потерпевших), количество погибших на производстве уменьшилось с 4 до 3 человек. В одном случае со смертельным исходом и 8 случаях с тяжелым исходом вина нанимателя не установлена. Гибель работников на производстве допущена в ОАО «Белшина», ОАО «Мозырский НПЗ» и РУП «ПО Беларуськалий». В несчастном случае, допущенном в ОПО «Белшина», вина нанимателя не была уста- новлена. Тяжелые травмы зарегистрированы в 11 организациях концерна. При этом их всех случаев с тяжелы- ми последствиями нахождение потерпевшего в состоянии алкогольного опьянения было установлено только при несчастном случае с тяжелым исходом, допущенном в ОАО «Трест Шахтоспецстрой» 14 января 2008 года. Анализ материалов расследования показывает, что основными причинами производственного трав- матизма с тяжелыми последствиями в организациях концерна в первом полугодии 2008 года явились: - невыполнение руководителями и специалистами обязанностей по охране труда (неудовлетворитель- ная организация работ повышенной опасности, недостаточной контроль за действиями подчиненного пер- сонала) – 35 %; - нарушение потерпевшим трудовой дисциплины, невыполнение обязанностей по охране труда – 22 %; - личная неосторожность потерпевшего – 19 %; - конструктивные недостатки, износ оборудования, несовершенство технологического процесса – 18 %; - прочие – 6 %. По результатам расследования несчастных случаев за 6 месяцев 2008 года с 5 работниками организа- ции концерна (РУП «Беларуськалий», ОАО «Гродно Химволокно», ОАО «Трест Шахтоспецстрой» и с 2 работниками в ОАО «Мозырьский НПЗ»), допустившими нарушения законодательства о труде и охране труда, повлекшие смерть или увечье других работников, были расторгнуты контракты. В целях предупреждения подобных несчастных случаев следует: - проработать обстоятельства и причины несчастных случаев на совещании с руководителями и спе- циалистами подразделений, а также с рабочими на 5-минутных предсменных инструктажах с записью в раз- дел 8 Личных карточек инструктажа и обучения по охране труда работника; - повысить требовательность комиссий по проверке знаний руководителей, специалистов и рабочих по вопросам охраны труда. Условием положительной аттестации работника по охране труда следует считать знаний им своих обязанностей по охране труда, нормативных правовых актов, регламентирующих вопросы безопасности и охраны труда, находящихся в компетенции работника; - обеспечить полноту разработки мероприятий, обеспечивающих безопасность выполнения огневых, газоопасных, ремонтных работ и работ на высоте, оформляемых нарядом-допуском, а также проектом (пла- ном) производства работ; - принимать жесткие меры к нарушителям трудовой дисциплины за появление на рабочем месте в со- стоянии алкогольного опьянения, однократное грубое нарушение правил охраны труда, повлекшее увечье или гибель других работников, систематическое неисполнение возложенных на работника обязанностей по соблюдению требований охраны труда или обеспечению охраны труда подчиненных работников, применять меры в соответствии со ст. 42 Трудового кодекса; - обеспечить при разработке проектов (планов) производства работ наличие технических и организа- ционных мероприятий по безопасному производству работ; - обеспечить оформление наряда-допуска на проведение работ повышенной опасности в действую- щих цехах производства; - организовать целевую проверку соответствия установленным требованиям допуска работников к работам по смежным профессиям, в том числе наличие обучения, стажировки, инструктажа и проверки зна- ний по вопросам охраны труда; - обеспечить проведение оперативного контроля за полнотой разработки мероприятий, обеспечиваю- щих безопасность выполнения огневых, газоопасных, ремонтных работ и работ на высоте, оформляемых нарядом-допуском, а также выполнение мероприятий по подготовке и проведению работ, предусмотренных нарядом-допуском и проектом производства работ, в полном объеме. УДК 658.621.78 Анализ условий труда в гальванических цехах Студентка гр.104215 Анушко Т.Ю. Научный руководитель – Киселева Т.Н. Белорусский национальный технический университет 193 г. Минск Условия труда при нанесении гальванических покрытий определяются видом технологических опе- раций, основными их которых являются: подготовка поверхности перед нанесением покрытия; приготовле- ние растворов и электролитов; нанесение покрытий; обработка полученных изделий. Для каждого этапа технологического процесса характерно воздействие определенных вредных и опасных производственных факторов. При подготовке поверхностей деталей перед нанесением покрытий широко используются механические методы очистки поверхностей: шлифование, пескоструйная и дробест- руйная обработка, струйная обработка, галтовка в жидкой среде и сухая. Достаточно эффективными широко используемыми методами подготовки поверхностей являются химические, химико-механические, электро- физические и электрохимические. При проведении указанных технологических процессов условия труда характеризуются следующими вредными и опасными производственными факторами: повышенным уров- нем шума и вибрации, повышенным напряжением в электрической цепи, повышенным уровнем запыленно- сти и загазованности воздуха рабочей зоны. При использовании химических и электрохимических методов помимо физических факторов большое значение при формировании условий труда отводится химическим веществам. Например, при обезжиривании поверхностей органическими и щелочными растворителями в воздух рабочей зоны выделяются пары органических растворителей, пары каустической соды, щелочных растворов. Возможно получение травм и ожогов брызгами щелочных растворов. Хорошие результаты на этой стадии технологического процесса наблюдались при использовании химического травления поверхно- стей перед нанесением покрытий. Однако при этом помимо указанных факторов на условия труда оказывает влияние наличие повышенного уровня ультразвуковых колебаний. Приготовление электролитов и нанесение покрытий характеризуется широкой гаммой применяемых химических веществ. Это соли никеля, хрома, меди, цинка, кислоты, щелочи, фенол, формальдегид, триэта- ноламин и другие вещества, воздействие которых на организм человека может привести к отравлениям, ожогам, профессиональным заболеваниям. Пары и туманы многих химических соединений, используемых на рассматриваемой стадии технологического процесса, обладают раздражающим действием на дыхатель- ные пути (аммиак, окислы азота, хлористого водорода, серной кислоты). Попадание концентрированных кислот и щелочей на кожу и в глаза может вызвать химические ожоги. Особую опасность представляет не- посредственный контакт с никелем и хромом. Являясь сильными аллергенами они могут вызывать пораже- ние кожи типа экзем, дерматитов, хромовых язв. Эти заболевания носят рецидивирующий характер при са- мом незначительном контакте с рассматриваемыми веществами. Вдыхание паров соединений хрома в не- значительных концентрациях вызывает раздражение слизистой, насморк, небольшие носовые кровотечения. При действии больших концентраций возможно омертвление отдельных участков слизистой, вплоть до про- бодения хрящевой части носовой перегородки. Безопасность труда в процессе нанесения гальванических покрытий определяется не только составом, но и режимом работы электролита. При нарушении технологи- ческих требований (повышении плотности тока, концентрации и температуры электролита, увеличения вре- мени обработки) происходит увеличение газообразования с поверхности ванн. Для уменьшения уноса электролита с поверхности ванн в состав электролитов вводят различные до- бавки: ингибиторы кислотной коррозии, поверхностно-активные вещества. Использование присадок в сер- нокислых ваннах уменьшает выделение сернистого ангидрида в 5 раз, паров серной кислоты в 3 – 4 раза. Заключительной операцией является полирование, которое осуществляется с помощью кругов из фетра, войлока, бязи, сукна и других материалов, периодически смазываемых полировальными пастами. Для операций полирования немаловажное значение имеет такой фактор как локальная вибрация при использо- вании ручного виброинструмента. В этом случае у рабочих может возникать онеменение рук, «ползание мурашек» в кистях и пальцах, сильные боли в руках, судороги и слабость. Эти симптомы характерны для начальной стадии виброболезни. Для оптимизации условий труда в гальванических цехах следует отдать предпочтение дистанционно- му управлению технологическими процессами, их механизации и автоматизации. Эти мероприятия позволят уменьшить или исключить контакт оператора с опасными и вредными производственными факторами. Обо- рудование, при работе которого выделяется в воздух рабочей зоны вредные вещества, должно быть обору- довано устройствами местной вытяжной вентиляции. Для исключения возникновения кожных заболеваний руки следует обрабатывать специальными кремами и мазями. Для защиты от растворителей, в том числе хлорированных углеводородов можно использовать пасты состава: метилцеллюлоза – 3,9 %; глицерин – 11,97 %; белая глина – 7,8 %; тальк – 7,8 %; вода – 68,8 %. Для профилактики виброболезни, пылевой патологии и перенапряжения рук при шлифовально- полировальных операциях шлифовальные круги оборудуются устройствами местной вытяжной вентиляции в виде защитно-обеспыливающих кожухов. Рабочие гальванических цехов должны обеспечиваться средст- вами индивидуальной защиты: респираторами (РПГ-67, РУ-60М, «Лепесток», защитными очками (3ПС-80, 3П2-60), спецодеждой, спецобувью. 194 Для предупреждения возникновения профессиональных заболеваний важная роль принадлежит пред- варительным и периодическим медицинским осмотрам рабочих гальванических цехов. УДК 364.322 (613.6) Обязательное страхование от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний Студентка гр.112317 Ивановская О.Э. Научный руководитель – Кузьмич Т.П. Белорусский национальный технический университет г. Минск Общие положения: Обязательное страхование от несчастных случае на производстве и профессиональных заболеваний – одна из самых крупномасштабных страховых программ, реализованных в Республике Беларусь. Введена с 1 января 2004 г. Декретом Президента Республики Беларусь от 30 июля 2003 г. № 18 «Об обязательном страховании от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний». Осуществление возложено на Белорусское республиканское унитарное страховое предприятие «Бел- госстрах». В настоящее время порядок и условия проведения регулируются Положением о страховой деятельно- сти в Республике Беларусь, утвержденным Указом Президента Республики Беларусь от 25 августа 2006 г. № 530 «О страховой деятельности» (глава 14 «Порядок и условия проведения обязательного страхования от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний»), рядом постановлений Совета Ми- нистров Республики Беларусь и иными нормативными правовыми актами Республики Беларусь. Обеспечивает финансовую защиту имущественных интересов застрахованных и иных физических лиц, связанных с утратой ими здоровья, профессиональной трудоспособности либо их смертью вследствие несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний. Компенсируя существенные материальные потери граждан в случае причинения их жизни или здоро- вью вреда, связанного с исполнением ими своих трудовых обязанностей, вносит важный вклад в общую систему социальной защиты населения. Страхователями являются организации (включая иностранные), их обособленные подразделения, а также физические лица, которые в соответствии с законодательством предоставляют работу гражданам Рес- публики Беларусь, иностранным гражданам, лицам без гражданства, проживающим в Республике Беларусь, или привлекают к работе таких граждан. Застрахованными являются граждане: - выполняющие работу на основании трудового договора (контракта); - работающие по гражданско-правовому договору на территории страхователя и действующие под контролем страхователя за безопасным ведением работ либо действующие под контролем страхователя за безопасным ведением работ вне территории страхователя; - выполняющие работу на основе членства (участия) в организациях любых организационно- правовых форм; - являющиеся учащимися, студентами учреждений образования всех видов, клиническими ординато- рами, аспирантами, докторантами и привлекаемыми к работам в период прохождения производственной практики (стажировки); - содержащиеся в исправительных, лечебно-трудовых, воспитательно-трудовых учреждениях и при- влекаемых к выполнению оплачиваемых работ. В основу положены следующие важнейшие принципы: - гарантированности застрахованным права на страховое обеспечение; - экономической заинтересованности субъектов страхования в обеспечении здоровых и безопасных условий труда, профилактике несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний; - дифференциации страховых тарифов в зависимости от класса профессионального риска; - обязательности регистрации страхователей у страховщиков, уплаты ему страховых взносов; - формирования и расходования средств на обязательное страхование от несчастных случаев на про- изводстве и профессиональных заболеваний на солидарной основе; - целевого использования средств обязательного страхования от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний. Важнейший принцип гарантированности застрахованным права на страховое обеспечение обеспечи- вается: - достаточным страховым резервом, формируемым на солидарной основе за счет взносов страховате- лей; 195 - профессиональным квалифицированным подходом страховщика к урегулированию страховых слу- чаев и назначению страховых выплат; - заявительным принципом назначения страховых выплат; - независимостью страхового обеспечения от финансового страхователя – причинителя вреда. УДК 331.471-055.2 Гигиенические требования к условиям труда женщин Студенты гр.112317 Астапенко В.Н., Русак М.С., Блещик Е.Ю. Научный руководитель – Кузьмич Т.П. Белорусский национальный технический университет г. Минск Гигиенические требования к условиям труда женщин изложены в санитарных правилах и нормах СанПиН 9-72 РБ98, введенных с 31.12.1998 г. Целью этого документа является предотвращение негативных последствий применения труда жен- щин в условиях производства, создание гигиенических безопасных условий труда с учетом анатомно- физиологических особенностей их организма, сохранение здоровья работающих женщин на основе ком- плексной гигиенической оценки вредных факторов производственной среды и трудового процесса. Применение женского труда в промышленности выдвигает весьма важные гигиенические проблемы, связанные с физиологическими особенностями женского организма и его детородной функцией воспроиз- водства, имеющей огромное социальное значение. Ряд производственных факторов – некоторые промышленные яды, вибрация, вынужденное положе- ние тела, чрезмерное физической напряжение, ионизирующее излучение - оказывают на женщин более не- благоприятное воздействие, чем на мужчин, работающих в тех же условиях. Промышленные яды. Из специфически влияющих на организм женщины особое значение имеет группа органических веществ – так называемые неэлектролиты, растворяющиеся в жиролипоидах, т.е. угле- водороды ароматического и жирного ряда и их производные. Эти яды, как уже указывалось, проникают в организм через все барьеры, они могут проникнуть в плод, через плаценту и могут выделяться с молоком. Более токсичные вещества, особенно нитро- и аминопроизводные бензола и его гомологов, оказыва- ют выраженное токсическое действие как на мать, так и на потомство. Наблюдения показали, что в 41,6 % случаев дети матерей, имеющих контакт с бензолом, вскармли- ваются искусственно, так как не берут грудь из-за наличия бензола в молоке. Это подтверждено и в экспе- рименте на животных. При контакте с фтором в грудном молоке снижается содержание фосфора и кальция и нарушаются количественные соотношения этих микроэлементов. Вибрация. В настоящее время почти во всех отраслях промышленности широко применяются вибро- инструменты, виброустановки, виброагрегаты. Специфическое значение для женского организма могут иметь вибрации больших амплитуд и малых частот, вызывающие сотрясение всего тела и колебательные движения отдельных органов; вибрации малых амплитуд и высоких частот в основном оказывают влияние на нервную систему, не вызывая значительного смещения органов. Физическое напряжение и вынужденное положение тела. Эти два фактора часто сочетаются, поэто- му их следует учитывать одновременно. Вынужденное положение тела – стоячее, сидячее, наклонное, на корточках – имеет специфическое значение для женского организма. Для женщин предпочтительны стационарные рабочие места и работы, выполняемые в свободном ре- жиме и позе, допускающей перемену положения по желанию. Нежелательна постоянная работа «стоя» и «сидя». Нормирование трудовых нагрузок на женщин должно проводиться с учетом анатомно- физиологических и других особенностей женского организма и обеспечивать физиологические нормативы тяжести труда в соответствии с Санитарными нормами. Женщины, работающие в производстве, должны быть обеспечены спецодеждой, обувью и защитными приспособлениями в соответствии с действующими типовыми нормами. УДК 658.345 О системе управления охраной труда в энергетике Студенты гр.106326 Герасимович А.С., Качанов А.В. Научный руководитель – Филянович Л.П. Белорусский национальный технический университет 196 г. Минск Система управления охраной труда Министерства энергетики Республики Беларусь определяет ос- новные требования к системе управления охраной труда, порядок планирования деятельности в области ох- раны труда, а также обязанности должностных лиц по обеспечению функционирования системы управления охраной труда в энергетике Система управления охраной труда (далее – СУОТ) предусматривает непрерывное управление всеми видами деятельности, которые прямо или косвенно направлены на обеспечение охраны труда. Управление охраной труда осуществляется руководителями всех уровней в пределах предоставленных им полномочий и возложенной на них ответственности. Минэнерго осуществляет общее руководство и координацию деятельности в области охраны труда организацией Минэнерго. Управление охраной труда в Минэнерго, организациях Минэнерго строятся на следующих принци- пах: ориентация на цели в области охраны труда; принятие решений на основе данных о рисках; системный (прогаммно-целевой) подход к управлению охраной труда; вовлечение персонала в управление охраной труда; сотрудничество со всеми заинтересованными сторонами, от которых зависит безопасность труда; лидерство руководства; непрерывное совершенствование СУОТ. В Минэнерго, организациях Минэнерно периодически проводится оценка функционирования СУОТ на основе результатов проведения установленных видов контроля за состоянием охраны труда, внутренних аудитов СУОТ в организациях Минэнерго. Регулярный анализ функционирования СУОТ осуществляется для проведения корректирующих, пре- дупреждающих действий и постоянного совершенствования СУОТ. Нормативное правовое обеспечение деятельности в области охраны труда в организациях Минэнерго определяется наличием, соблюдением и ведением основных видов документов, предусмотренных: норма- тивными правовыми актами, в том числе техническими нормативными правовыми актами по охране труда; локальными нормативными правовыми актами организаций Минэнерго, содержащими требования по охра- не труда. Основной целью Минэнерго в области охраны труда является обеспечение безопасности жизни, со- хранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда путем создания здоровых и безопасных условий труда работающих. Руководство Минэнерго обеспечивает предоставление необходимых ресурсов для реализации поли- тики в области охраны труда. Основными направлениями политики в области охраны труда являются: соблюдение требований за- конодательства в области охраны труда; обеспечение безаварийной работы производственных объектов, предупреждение несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний, улучшение усло- вий и охраны труда на основе управления рисками; обучение, постоянное повышение квалификации работ- ников по вопросам охраны труда, совершенствование навыков персонала по локализации и ликвидации ин- цидентов и аварий; организация мониторинга состояния условий и охраны труда; систематический анализ состояния охраны труда и принятие управленческих решений по совершенствованию СУОТ, на основе прошлых, настоящих или планируемых видов деятельности организаций Минэнерго; систематическое ин- формирование работников об условиях труда, производственном травматизме, профессиональной заболе- ваемости, авариях на производственных объектах; привлечение профессиональных союзов и иных предста- вительных органов работников к участию в формировании и реализации политики в области охраны труда, в работе по улучшению условий и охраны труда, профилактике несчастных случаев, заболеваний на произ- водстве, аварий и инцидентов. Минэнерго в пределах предоставленных полномочий осуществляет: государственное управление ох- раной труда на отраслевом уровне; определение политики в области охраны труда; разработку и принятие в пределах своей компетенции отраслевых правил по охране труда, типовых инструкций по охране труда, других нормативных правовых актов, содержащих требования по охране труда, разработку и реализацию отраслевых целевых программ по улучшению условий и охраны труда; контроль за соблюдением требова- ний по охране труда в организациях Минэнерго; анализ результатов аттестации рабочих мест по условия труда, паспортизации санитарно-технического состояния условий и охраны труда, причин производственно- го травматизма и профессиональной заболеваемости в организациях Минэнерго, разработку и реализацию мер по их профилактике; организацию обучения, повышения квалификации и проверки знаний по вопросам охраны труда руководителей и специалистов организаций Минэнерго; организацию проведения научно- исследовательских работ в области условий и охраны труда; информационное обеспечение организаций Минэнерго по вопросам охраны труда; пропаганду и распространение передового опыта в области охраны труда в организациях Минэнерго; сотрудничество всех субъектов социально-трудовых отношений в реше- нии вопросов охраны труда; международное сотрудничество в пределах своей компетенции по вопросам 197 охраны труда; мониторинг и оценку результативности осуществляемых действий в области охраны труда; анализ функционирования СУОТ в целом по отрасли. Нормативное правовое обеспечение по вопросам охраны труда Минэнерго в пределах своей компе- тенции осуществляет разработку и принятие нормативных правовых актов, технических нормативных пра- вовых актов, содержащих требования охраны труда, регулярно информирует организации Минэнерго о со- стоянии охраны труда, принятых нормативных правовых актах, технических нормативных правовых актах в этой сфере. В организации Минэнерго направляются соответствующие информационные письма, которые дово- дятся до сведения заинтересованных на совещаниях, семинарах и других мероприятиях, а также через сред- ства массовой информации, по электронной почте и другими способами. Минэнерго осуществляет планирование деятельности по охране труда в организациях и подразделе- ниях по разработке ежегодных, перспективных программ и планов по охране труда, пожарной, промышлен- ной, радиационной и ядерной безопасности. Ежегодное планирование организациями Минэнерго предусматривает разработку мероприятий, на- правленных на решение следующих задач: устранение (снижение) неприемлемых рисков; улучшение охра- ны и (или) условий труда; сокращение численности работающих, занятых на работах с вредными и (или) опасными условиями труда; обеспечение работающих санитарно-бытовыми помещениями в соответствии с требованиями законодательства; оснащение работающих необходимыми устройствами и средствами защи- ты; обеспечение обучения, инструктажа и проверки знаний работающих по вопросам охраны труда; вне- дрение передового опыта и научных разработок по охране труда, мониторинг состояния условий и охраны труда. Разрабатываются мероприятия по управлению рисками провозглашенной политики в области охраны труда; требований законодательства в области охраны труда, пожарной, промышленной, радиационной и ядерной безопасности; идентифицированных опасностей и оцененных рисков; технологических, финансо- вых и других потребностей хозяйственной деятельности. Осуществляется стимулирование деятельности по обеспечению охраны труда и ответственность за несоблюдение требований охраны труда. УДК 621.791:658.382.3 Характеристика ультрафиолетового излучения электрической дуги при сварочных процессах Студент гр.104815 Зновец А.А. Научный руководитель – Данилко Б.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Сварочные процессы, при котором источником нагрева является электрическая дуга, характеризуют- ся ультрафиолетовым излучением (УФИ) значительной интенсивности. Эти излучения могут быть причиной профессиональных поражений органов зрения (электроофтальмия глаз), кожных покровов, также воздейст- вуют на иммунную систему. В зависимости от волнового спектра УФИ подразделяются на три области – УФА – длинноволновой, загарный ультрафиолет с длиной волны 315 – 500 нм, УФВ – средневолновой, эритемный ультрафиолет с длиной волны 280 – 315 нм, УФС – коротковолновый, бактерицидный ультрафиолет с длиной волны 200 – 280 нм. Санитарными нормами установлены допустимые интенсивности ультрафиолетового излучения (ДИИ) при проведении электросварочных работ с учетом области излучения. ДИИ в области УФА – 10,0 Вт/м2, в области УФВ и УФС (суммарно) – 1,0 Вт/м2 с использованием специальной одежды и средств защи- ты лица и рук. Исследования УФИ при выполнении электродуговых сварочных процессов показали, что фактиче- ская интенсивность ультрафиолетового излучения значительно превышает ДИИ, особенно в области УФА и УФС (суммарно). Так при электродуговой сварке покрытыми электродами при величине сварочного тока 100 – 150 А интенсивность ультрафиолетового излучения в области УФА равно 11 – 15 Вт/м2, при токе 200 – 250 А – 15 – 18 Вт/м2, в области УФВ – 2,5 – 4,8 Вт/м2, в области УФС – 0,15 – 0, 35 Вт/м2. Более мощное ультрафиолетовое излучение наблюдается при электродуговой сварке в защитных га- зах. Так при сварке в углекислом газе и аргоно-дуговой сварке неплавящимся электродом ультрафиолетовое излучение в 2 раза, а при аргоно-дуговой сварке плавящимся электродом в 5 – 10 раз больше, чем при элек- тродуговой сварке покрытыми электродами. Автоматическая электродуговая сварка под флюсом характе- ризуется меньшей опасностью поражения глаз, так как электрическая дуга закрыта слоем флюса. Однако при сварке под флюсом возможно неожиданное появление открытой электрической дуги при прекращении 198 подачи флюса в сварочную ванну. При выполнении плазменной сварки и плазменной резки уровни ультра- фиолетового излучения более высоки, чем при электросварочных работах. На сварщиков и окружающих работников воздействует не только прямое излучение, но также рассе- янное и отраженное излучение. В связи с этим для предупреждения отраженного ультрафиолетового излу- чения рекомендуется окрашивать стенки сварочных кабин, стены сварочных цехов и переносные ширмы в светлые матовые цвета с использованием диффузно-поглащающих красок. Для защиты сварщиков от воздействия УФИ используется специальная одежда, специальные рукави- цы, маски и щитки со специальными стеклами-светофильтрами. В последнее время широкое применение находят сварочные маски типа «хамелеон» с автоматическими светофильтрами. Светофильтры автоматиче- ски затемняются при зажигании сварочной электрической дуги и автоматически возвращаются в исходное прозрачное состояние после окончания сварки. Степень затемнения светофильтра устанавливается автома- тически в зависимости от условий сварки и величины сварочного тока. Время срабатывания на затемнение (закрытие) – 1/20000 – 1/30000 с, на открытие (возвращение в исходное состояние) – 0,1 – 1,0 с. Опыт экс- плуатации сварочных масок типа «хамелеон» подтвердил эффективность и надежность защиты глаз свар- щиков. УДК 331.45: 621(035) Холодильные агенты и их влияние на организм человека Студентка гр.108716 Домашкевич С.А. Научный руководитель – Ушакова И.Н. Белорусский национальный технический университет г. Минск Холодильный агент – вещество, без которого невозможен термодинамический цикл или процесс по- лучения холода. Основными холодильными агентами, которые наиболее часто используются в промышлен- ности, являются аммиак и хладоны (R 18 и R 22). Холодильные агенты должны быть как можно менее ток- сичны, пожаровзрывобезопасны и неагрессивны по отношению к конструкционным материалам. Однако найти такое вещество, удовлетворяющее всем эти требованиям, невозможно. Очень важным является влия- ние холодильных агентов на организм человека, так как в помещениях холодильных установок возможны утечки аммиака и хладонов. Рассмотрим действие на организм человека аммиака и хладонов (R 18 и R 22). Аммиак представляет собой бесцветный газ с резким удушливым запахом, Предельно допустимая концентрация аммиака в воздухе рабочей зоны 20 мг/м3. При больших концентрациях он вызывает сильные отравления, раздражения слизистой оболочки глаз и дыхательных путей. Сильное отравление сопровожда- ется головокружением, ослаблением пульса. Он может вызвать отек легких, судороги, потерю сознания. Пребывание человека в течении 30 мин и более в помещении с концентрацией аммиака 0,5 – 1 % может привезти к смертельному исходу. При отравлении аммиаком активизируется туберкулез, возможен паралич и глухота. Жидкий аммиак вызывает тяжелые ожоги. Особенно опасно попадание в глаза, даже одной капли аммиака. Помимо возможного прободения роговицы, хрусталика и стекловидного тела, ожог глаз аммиаком зачастую приводит к полной слепоте. Из органических хладоагентов наиболее часто используется в промышленности хлодон R12 и хла- дон R22. Хладон R12 имеет химическое название дифторхлорметан. В нормальных условиях представляет собой бесцветный газ со слабым запахом, который ощущается при концентрации в воздухе более 20%. Предельно допустимая концентрации хладона R12 составляет 300 мг/м3. Он относится к 4 классу опасно- сти – малоопасным веществам. Однако при концентрации в воздухе этого хладона более 30% наступает удушье. Высокая плотность хладона R12 препятствует поступлению свежего воздуха. Хладон R12 при со- прикосновении с нагретыми поверхностями или при воздействии открытого пламени при температуре вы- ше 3300С разлагается, образуя ядовитые вещества, такие как фтористый и хлористый водород, оксид углерода и фосген. Продукты разложения не имеют запаха и цвета, что увеличивает опасность отравления. Утечки R12 обнаруживают с помощью галоидной лампы, обмыванием, электронным течеискателем. Хладон R22 имеет химические название дифторхлорметан. В нормальных условиях представляет со- бой бесцветный газ со слабым запахом хлороформа. Несмотря на то, что предельно допустимая концентра- ция составляет 3000 мг/м3, он более вреден, чем R12, так как обладает наркотическим действием. Вызывает слабость, переходящую в сонливость, спутанность сознания., при больших концентрациях – удушье. При попадании на кожу, жидкие хладоны могут вызвать и обморожение (пузыри, некроз). Основными средствами индивидуальной защиты являются изолирующие и фильтрующие противога- зы, резиновые сапоги и перчатки, защитный костюм. Помещения холодильных установок должны быть оснащены автоматическими газоанализаторами, оборудованы предупреждающей световой и звуковой сиг- нализацией, а также спринклерными системами тушения пожара. Особые требования безопасности предъ- 199 являются к помещениям, где возможна утечка аммиака. При достижении концентрации аммиака более 0,21% система противоаварийной защиты должна обеспечить отключение электропитания, включение ава- рийной вентиляции. УДК 658.345 Охрана труда молодежи Студенты гр.105427 Котковская А.А., Ягур Т.В. Научный руководитель – Мордик Е.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Известно, что охрана труда тесно связана с состоянием экономики, техническим состоянием произ- водства и сферой социальной поддержки в государстве. Охрана труда молодежи требует должного внима- ния со стороны законодателей. Ситуация на молодежном рынке труда довольно сложная. Заметно повысился интерес к работе в свободное от учебы время у молодежи, в том числе и у несовершеннолетних подростков. Для подготовки молодежи к производственному труду допускается прием на работу обучающихся для выполнения легкого труда, не причиняющего вреда здоровью и не нарушающего процесса обучения, в свободное от учебы время до достижения ими 14-летнего возраста с согласия родителей, усыновителя или попечителя. Запрещается применение труда лиц моложе восемнадцати лет на тяжелых работах, а также на рабо- тах, выполнение которых может причинить вред их нравственному развитию (в игорном бизнесе, ночных кабаре и клубах, в производстве, перевозке и торговле спиртными напитками, табачными изделиями, нарко- тическими и токсическими препаратами). Запрещаются переноска и передвижение несовершеннолетними тяжестей, превышающих установ- ленные для них предельные нормы. Список тяжелых работ и работ с вредными или опасными условиями труда, на которых запрещается применение труда лиц моложе восемнадцати лет, утверждается в порядке, установленном законодательст- вом. Запрещается привлекать работников моложе восемнадцати лет к ночным и сверхурочным работам и к работам в выходные дни. Работникам моложе 18 лет ежегодный оплачиваемый отпуск устанавливается продолжительностью не менее 31-го календарного дня и может быть использован ими в любое удобное для них время года. Работодатель обязан принимать на работу лиц, окончивших образовательное учреждение начального, среднего и высшего профессионального образования на основе договоров (контрактов), заключаемых ими с работодателем, или на основании договоров о подготовке специалистов, заключаемых образовательными учреждениями и работодателями. УДК 621.373.826 Охрана труда и снижение производственного травматизма – необходимые условия стабильной работы предприятий Студентка гр.113616 Казачинская Е.А. Научный руководитель – Науменко А.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Охрана труда является важнейшим социально-экономическим вопросом, требующим к себе постоян- ного внимания со стороны государства, работодателей, объединений работников. Неудовлетворительные условия труда, производственный травматизм и профессиональные заболевания несут обществу большие экономический затраты. По экспертным оценкам потери общества от одного несчастного случая со смер- тельным или тяжелым исходом составляют сумму эквивалентную 163 тыс.евро. В настоящее время реализуется Целая программа по улучшению условий и охраны труда в организа- циях города Минска на 2006-2010 гг., утвержденная решением сессии Минского городского Совета депута- тов от 23 марта 2006 г № 227, а также районные целевые мероприятия. По итогам проведенной работы в организациях г.Минска в 2009 году по сравнению с аналогичным периодом прошлого года на 27% снижен уровень производственного травматизма со смертельным исходом 200 (11 месяцев 2009 г . – 24 случая, 11 месяцев 2008 г. – 33) и на 9,6 % - с тяжелым исходом (11 месяцев 2009 г. – 178 случаев, 11 месяцев 2008 г. – 197). Основными причинами травматизма являются: - нарушение потерпевшим трудовой и производственной дисциплины, требований нормативных пра- вовых актов; - невыполнение руководителями и специалистами обязанностей по охране труда; - допуск к выполнению работ без обучения, инструктажа и проверки знаний; - нарушение требований безопасности при эксплуатации машин, оборудования; - неудовлетворительное содержание и недостатки в организации рабочих мест. Материалы специальных расследований свидетельствуют, что 24 % погибших и 7,8 % потерпевших, получивших тяжелые травмы, находились в состоянии алкогольного опьянения. В системе профилактических мероприятий на обеспечение безопасных условий труда и снижение профессиональных заболеваний, важное место занимают средства индивидуальной защиты, которые приме- няются в тех случаях, когда безопасность работника не может быть обеспечена другими техническими сред- ствами. Современный уровень развития техники и технологий позволяет надежно защитить человека лишь при условии рационального выбора и правильного применения соответствующих средств. Изложенное выше свидетельствует о том, что работники должны неукоснительно соблюдать обязан- ности по охране труда, а именно: - соблюдать требования по охране труда, а также правила поведения на территории организации, в производственных, вспомогат6ельных и бытовых помещениях; - использовать и правильно применять средства индивидуальной и коллективной защиты; - проходить в установленном законодательством порядке медицинские осмотры, подготовку (обуче- ние), переподготовку, стажировку, инструктаж, повышение квалификации и проверку знаний по вопросам охраны труда; - немедленно сообщать работодателю о любой ситуации, угрожающей жизни или здоровью работаю- щих и окружающих, несчастном случае, произошедшем на производстве, оказывать содействие работода- телю по принятию мер для оказания необходимой помощи потерпевшим и доставки их в организацию здра- воохранения; - исполнять другие обязанности, предусмотренные законодательством об охране труда. Значительное число нарушений действующего законодательства происходят из-за некомпетентности работников и, в частности, руководителей, их неумения организовать работу в данном направлении. Следо- вательно, необходимым условием успешного решения всего комплекса проблем охраны труда, профилакти- ки производственного травматизма, профессиональных заболеваний должно стать повышение уровня зна- ний по этим вопросам руководителей и их заместителей, специалистов по охране труда. Для комплексного решения проблемных вопросов безопасности и гигиены труда в прошлом году проведено 2 заседания совета по координации деятельности органов государственного надзора и контроля и общественного контроля за соблюдением законодательства о труде и охране труда при Минском городском исполнительном комитете, на которых заслушаны отчеты руководителей организаций коммунальной и не- государственной собственности, допустивших рост производственного травматизма. В организациях, где состояние охраны труда особо неблагоприятно, инициированы комплексные проверки. Вместе с тем, в качестве рычага управления охраной труда может выступать не только привлечение работников к ответственности за допущенные нарушения требований охраны труда, в том числе штрафные санкции, но и материальное стимулирование за успешную работу в данном направлении. Для повышения заинтересованности работодателей в создании здоровых и безопасных условий труда ежегодно проводится смотр-конкурс на лучшую организацию работы по охране труда среди организаций различных форм собственности по 4 группам: организации непроизводственной сферы; организации произ- водственной сферы; организации производственной сферы с численностью работающих до 1 тысячи; орга- низации производственной сферы с численностью работающих от 1 до 5 тысяч; организации производст- венной сферы с численностью работающих 5 тысяч и более. Основными критериями оценки для определения победителей являются результаты работы по улуч- шению условий труда, санитарно-бытовое обеспечение и лечебно-профилактическое обслуживание рабо- тающих, эффективность профилактики производственного травматизма и профессиональной заболеваемо- сти. Особое внимание уделяется внедрению на предприятиях систем управления охраной труда в соответст- вии с государственными стандартами. По итогам смотра-конкурса проводимого в 2008 году, решением Мингорисполкома от 23.04.2009 № 887 были определены победители по четырем номинациям с присвоением званий «Образцовая организация города Минска по охране труда» и вручением денежной премии. Первые места в номинациях заняли РУП «Белгипроводхоз», КУП «Спецкоммунавтотранс», КУП «Городской молочный завод № 1», РУП «Минский тракторный завод». 201 Таким образом, в нашей республике была создана система мер, направленная на повышение уровня охраны труда и профилактику производственного травматизма. Деятельность в этом направлении постоянно совершенствуется, так как организация и улучшение условий труда на рабочих местах является одним из важнейших ресурсов экономической эффективности производства. УДК 658.382 Условия труда пользователей ПЭВМ Студент гр. 417418 Федоров С.В. Научный руководитель – Лазаренков А.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Работающие с ПЭВМ могут подвергаться воздействию различных опасных и вредных производст- венных факторов, основными из которых являются: физические (уровни электромагнитного, рентгеновско- го, ультрафиолетового излучений, статического электричества, запыленности воздуха рабочей зоны; содер- жание положительных и отрицательных аэроионов в воздухе рабочей зоны; температура, относительная влажность и подвижность воздуха рабочей зоны; уровень шума технологического оборудования; освещен- ность рабочей зоны, уровень прямой и отраженной блескости, яркость светового потока, уровень пульсации светового потока), химические (содержание в воздухе рабочей зоны озона, оксида углерода, аммиака, фено- ла, формальдегида, полихлорированных фенилов), психофизиологические (напряжение зрения, памяти, внимания; длительное статическое напряжение; большой объем информации, обрабатываемой в единицу времени; монотонность труда; нерациональная организация рабочего места; эмоциональные перегрузки). Один из наиболее существенных из них – воздействие электромагнитного поля (ЭМП), генерируемо- го составными элементами ПЭВМ – монитором, процессором, блоком питания. Электромагнитная обста- новка на рабочем месте также формируется в результате электромагнитного поля промышленной частоты (50 Гц), источником которого являются линии электропередачи, трансформаторные подстанции, распреде- лительные щиты, электропроводка. На уровень ЭМП на рабочем месте влияет не только монитор, но и весь комплекс оборудования, ус- тановленного на рабочем месте, организация электропитания, устройство защитного заземления (зануле- ния), режим работы ПЭВМ, наличие заземленного экрана и другие. Анализ результатов проведенных исследований на 20–40 рабочих местах по каждому типу ПЭВМ по- казывает, что в целом параметры ЭМП и электростатического поля (ЭСП) не превышают предельно допус- тимых уровней. Однако имели место случаи, когда напряженность ЭМП по электрической составляющей превышала ПДУ (даже в несколько раз). Так зафиксированы превышения ПДУ по электрической состав- ляющей на частоте 5 – 2000 Гц у мониторов SAMTRON, FLATRON , PHILIPS, INTEGRAL (ЖКИ), СТХ и ноотбуков; на частоте 2 – 400 кГц – у мониторов FLATRON, СТХ и ноотбуков. Превышений плотности магнитного потока на рабочих местах пользователей ПЭВМ практически не отмечалось. Вышеуказанные превышения параметров ЭМП отмечались при организации рабочих мест с несоблюдением рекомендаций СанПиН 9-131 РБ 2000 (фон проводов питающей сети при минимальном удалении от рабочего места, нахо- ждение в непосредственной близости от розеток, использование удлинителей, отсутствие защитного зазем- ления оборудования, расположение нескольких рабочих мест в небольших помещениях – менее 6 м² площа- ди и менее 20 м³ объема помещения из расчета на одно рабочее место). Результаты замеров ЭСП у экрана монитора показали величины не превышающие допустимых зна- чений. Аналогичные результаты получены при замерах вблизи поверхности клавиатуры. Однако иногда фиксируются значения превышающие ПДУ, что можно объяснить накоплением пыли или загрязнением при длительной эксплуатации клавиатуры и несвоевременной чисткой ее. Поэтому следует чаще производить профилактическую мойку и чистку оборудования с использованием специальных влажных салфеток, смо- ченных составом с антистатическим агентом. Результаты проведенных исследований необходимо учитывать при выборе помещений для эксплуа- тации и разработке планировочных решений по организации рабочих мест пользователей ПЭВМ. Кроме того следует учитывать параметры микроклимата (температуру, влажность и скорость движения воздуха), освещенность рабочих поверхностей, уровень шума, содержание вредных химических веществ, уровни ио- низации воздуха. Измерения параметров микроклимата показали, что температура, влажность и скорость движения воздуха, интенсивность инфракрасного (теплового) излучения на рабочих местах, как правило, соответство- вала оптимальным величинам. Однако, если в помещениях (в основном административных) окна были вы- полнены из ПВХ, температура воздуха на рабочих местах превышала допустимые особенно в холодный пе- риод года. Поэтому периодическое проветривание помещений следует проводить во всех производственных 202 помещениях, где работают люди с компьютерами. Возможно применение в помещениях таких устройств, как ионизаторы и увлажнители воздуха. Отмечается наличие в воздухе рабочей зоны указанных выше вредных веществ в количествах, не превышающих допустимые величины. При работе лазерных принтеров выделяется озон. Длительная работа компьютера приводит к снижению концентрации кислорода, повышению концентрации озона. Озон являет- ся сильным окислителем и концентрация его выше предельно допустимых величин может привести к не- благоприятным обменным реакциям организма, изменяя активность ряда ферментов, способствует наруше- нию зрения. Источниками шума являются принтеры (лазерный, струйный, матричный), вентиляторы блока пита- ния, шум клавиш при наборе информации и др. Превышений допустимых значений уровня шума как прави- ло не наблюдалось, за исключением рабочих мест, на которых использовались АЦПУ, матричные принтеры и другое шумное оборудование. Снизить уровень шума в помещениях можно использованием звукопогло- щающих материалов. При длительной работе за экраном ВДТ возникает напряжение зрительного аппарата. При непра- вильном выборе яркости и освещенности экрана, контрастности знаков, цветов знаков и фона, при наличии бликов на экране, дрожании и мелькании изображения работа на ВДТ приводит к зрительному утомлению, головным болям, раздражительности, нарушению сна, усталости и болезненному ощущению в глазах, пояс- нице, в области шеи, рук. Рабочие места следует размещать таким образом, чтобы естественный свет падал сбоку (желательно слева) и обеспечивался коэффициент естественной освещенности не ниже 1,5%. Искусственное освещение в помещениях должно осуществляться системой общего равномерного освещения. Освещенность на поверх- ности стола в зоне размещения рабочего документа должна быть 300 – 500 лк. Схемы размещения рабочих мест должны учитывать расстояния между рабочими столами с видеомо- ниторами, которое должно быть не менее 2,0 м, а расстояние между боковыми поверхностями видеомонито- ров – не менее 1,2 м. Выполнение многих операций при работе на ПЭВМ требует длительного статического напряжения мышц спины, шеи, рук, ног, что приводит к быстрому развитию утомления. Указанные особенности работы зачастую усугубляются нерациональной высотой рабочей поверхности стола и сидения, отсутствием опор- ной спинки и подлокотников, неудобными углами сгибания в плечевом и локтевом суставах при выполне- нии рабочих движений, углом наклона головы, неудобным размещением документов, ВДТ и клавиатуры, неправильным углом наклона экрана, отсутствием пространства и подставки для ног. Важное значение для предупреждения утомления работающих имеет также правильный выбор режи- ма работы видеодисплейного терминала, применение защитных фильтров (с обязательным их заземлением), определение оптимальных и допустимых диапазонов визуальных эргономических параметров видеотерми- нала, использование светозащитных средств. Совокупное воздействие на работающего с ПЭВМ всех вредных производственных факторов снижает общий биоэнергетический потенциал и сопротивляемость организма. Особенно их действие усиливается, если не соблюдается режим труда и отдыха, не проводится производственная гимнастика, витаминизация организма. УДК 66.013.8 Санитарно-бытовое обеспечение работников. Оборудование санитарно-бытовых помещений, их размещение Студентка гр.113516 Коршунова Т.В. Научный руководитель – Науменко А.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Большое значение для создания благоприятных условий труда, повышения производительности, сни- жения общей и профессионально обусловленной заболеваемости имеет санитарно-бытовое обеспечение ра- ботающих. Санитарно-бытовые и вспомогательные помещения, их размещение, размеры и оборудование должны соответствовать требованиям строительных норм Республики Беларусь СНБ 3.02.03-03 «Административные и бытовые здания», утвержденных приказом Министерства архитектуры и строительства Республики Бела- русь от 28.07.2003 № 142, санитарных правил и норм СанПиН 9-94 РБ 98, СанПиН 11-07-94 «Санитарные правила по устройству и оборудованию санитарно-бытовых помещений для рабочих строительных и строи- тельно-монтажных организаций», утвержденных Главным государственным санитарным врачом Республи- ки Беларусь 27.01.1994. 203 Помимо вышеназванных нормативных правовых актов, нормы, регулирующие санитарно-бытовое обеспечение работающих, закреплены в ст. 231 Трудового кодекса Республики Беларусь. Так, нанимателями оборудуются с учетом характера производства санитарно- бытовые помещения (гардеробные, умывальные, туалеты, душевые, комнаты личной гигиены, помещения для приема пищи (столовые), обогрева, отдыха и др.), оснащенные необходимыми устройствами и средствами, организуется питьевой водоснабжение. Нор- мы обеспеченности и требования к указанным помещениям, устройствам и средствам устанавливаются со- ответствующими нормативными правовыми актами по охране труда. Для расчета площади, оборудования и устройств бытовых помещений устанавливается списочная численность работающих (при наиболее многочисленной смене численность работающих). Санитарно-бытовые помещения (тип гардеробных, оборудования, состав специальных помещений) зависят от групп производственных процессов. Группа производственных процессов определяется по технологическому процессу с учетом вредных факторов производственной среды (избытки явного тепла и пыли, химические вещества 1 – 4 классов опас- ности, неблагоприятные метеорологические условия). Также учитывается загрязнение рук, тела, спецодеж- ды. В набор санитарно-бытовых помещений входят: - гардеробные, душевые, умывальные, уборные, комнаты гигиены женщин; - курительные, комнаты приема пищи и др.; - здравпункты и устройства, выполняющие вспомогательные функции. Гардеробные предназначены для хранения уличной, домашней и спецодежды. В гардеробных коли- чество шкафов и отделений в них для домашней, спецодежды должно соответствовать списочной численно- сти работающих. Душевые должны размещаться смежно с гардеробными. При душевых с количеством душевых сеток более четырех следует предусматривать преддушевые (предназначенные для вытирания тела). Душевые должны быть оборудованы открытыми душевыми кабинами, огражденными с трех сторон. Для инвалидов с нарушением опорно-двигательного аппарата должны быть установлены закрытые душевые кабины. Умывальники также размещаются смежно с гардеробными помещениями. Допускается установка умывальных непосредственно в гардеробных на предусмотренных для этой цели площадях. До 40 % необ- ходимого количества умывальников допускается размещать вблизи рабочих мест в производственных по- мещениях, в том числе в тамбурах при уборной. Уборные в многоэтажных административных, бытовых и производственных зданиях должны быть на каждом этаже. При численности работающих на двух смежных этажах не более 30 человек допускается установка уборных только на этаже с наибольшей численностью работающих. При численности работаю- щих в наиболее многочисленной смене не более 15 человек допускается предусматривать общую уборную для мужчин и женщин. Вход в уборную следует устраивать через тамбур с самозакрывающейся дверью. В гардеробных, туалетах, умывальниках, душевых полы должны быть влагостойкими, с нескользкой поверхностью, светлых тонов, стены и перегородки облицованы на высоту 1,8 м влагостойкими материала- ми светлых тонов, допускающими легкую очистку и мытье горячей водой. В санитарно-бытовых помещениях следует предусматривать помещение для курения, которое разме- щается смежно с помещениями для отдыха в рабочее время или с уборными. Все курительные оборудуются вытяжной вентиляцией. В зависимости от технологического процесса на предприятиях необходимо устройство помещений для обогрева или охлаждения, которые могут размещаться в зависимости от условий работы в отдельных помещениях, помещениях для отдыха в рабочее время. Стирка и ремонт спецодежды должны производиться централизованно по мере необходимости, но не реже одного раза в месяц. В производствах, связанных с воздействием вредных химических веществ и ин- фицированных материалов, проводятся дегазация и дезинфекция. Поэтому для стирки спецодежды при про- изводственных предприятиях должны предусматриваться прачечные с отделениями химической чистки и восстановления пропитки спецодежды. Допускается использование городских прачечных при условии на- личия в них отделений химчистки и восстановления пропитки спецодежды. Расстояние до уборных, курительных, помещений для обогрева или охлаждения, устройств питьевого водоснабжения от рабочих мест в производственных зданиях должно быть не более 75 м (для инвалидов с нарушением опорно-двигательного аппарата – не более 60 м), а от рабочих мест на площадке предприятия – не более 150 м. Все санитарно-бытовые помещения должны ежесменно убираться с использование дезинфицирую- щих средств (разрешенных к применению Министерством здравоохранения Республики Беларусь) и про- ветриваться. Приборы для мытья унитазов, писсуаров должны быть исправными. Полы в туалетах должны посто- янно содержаться в сухом состоянии. 204 В душевых должны быть резиновые либо пластиковые коврики, вешалки для одежды и банных при- надлежностей. Банные принадлежности и коврики необходимо ежсменно подвергать дезинфекции. Исполь- зование деревянных трапов и решеток не допускается. Душевые должны обеспечиваться горячей водой в достаточном количестве для всех работающих, пользующихся душем. При умывальниках должно быть мыло и регулярно сменяемые или разовые полотенца. Допускается использование воздушных осушителей рук. Выдаваемое мыло для индивидуального и для коллективного пользования не должно раздражать кожу рук. УДК 331.45(476) Создание здоровых и безопасных условий труда Студентка гр.114617 Вшивкова Д.П. Научный руководитель – Кузьмич Т.П. Белорусский национальный технический университет г. Минск Усиление внимания к человеку на производстве, возрастание роли субъективного фактора в промыш- ленности – это общемировая тенденция. В промышленно развитых странах вопросам человеческого фактора в сфере производства уделяется серьезное внимание, причем важнейшим направлением здесь является про- блема охраны труда и промышленной безопасности. Республика Беларусь не является исключением. Для предотвращения несчастных случаев, травма- тизма, заболеваний работников на предприятиях государство реализует целевую программу по улучшению условий и охраны труда в организациях города Минска на 2006 – 2010 гг., утвержденную решением сессии Минского городского Совета депутатов от 23 марта 2006 г. № 227, а также районные целевые мероприятия. К примеру, месячники и семинары, мониторинги внедрения систем управления охраной труда. Также разра- батывается комплекс по техническому перевооружению и модернизации производств. Кроме того, особое внимание уделяется подготовке, переподготовке и повышению квалификации ра- ботников по вопросам охраны труда. Таким образом, в г. Минске создана система мер, направленная на по- вышение уровня охраны труда и профилактику производственного травматизма. Однако по данным Департамента государственной инспекции труда ежегодно на предприятиях и в организациях республики при выполнении работ травмируется свыше 10 тысяч человек, из них около 30 человек погибает, свыше 700 человек получают тяжелые травмы. В 2009 году государственными инспекто- рами труда выявлено и предписано к устранению 232 тыс. нарушений законодательства о труде и об охране труда. По оперативным данным Департамента государственной инспекции труда в январе 2010 года в ре- зультате несчастных случаев на производстве погибли 19 работников, что соответствует уровню января прошлого года. Каковы же причины подобной ситуации в республике? Анализ причин установленных нарушений требований безопасности труда показывает, что зачастую они являются следствием неисполнения должностными лицами всех уровней своих должностных обязанно- стей по созданию здоровых и безопасных условий труда. Основной причиной несчастных случаев на производстве было и остается невнимательность работ- ников к вопросам по охране труда, их неорганизованность и безразличие при проведении вводного и после- дующих инструктажей по технике безопасности. Много ли вы найдете сотрудников, имеющих представле- ние и плане эвакуации в своей организации? Многие ли работники обращают внимание на запрещающие таблички и надписи? Вопрос остается открытым: как добиться выполнения работниками трудовой и произ- водственной дисциплины, как заставить их интересоваться вопросами по охране труда, чем привлечь их к вопросам собственной безопасности. Ответ может быть найден в самих служащих организации. Кому интересно выслушивать монотонный доклад по технике безопасности, повторяющийся из года в год? Кому нравятся картинки-призывы, выцвет- шие на стенах? Необходимо вносить свежее дыхание в проведение семинаров, месячников по охране труда, коренным образом перестраивать представление служащих о важных вопросах личной безопасности. К примеру, на Нововоронежской АЭС проводятся конкурсы по охране труда в деловой игре, выполняя тесто- вые задания, решая кроссворды и ребусы. Самым увлекательным заданием является конкурс игра-аналог теле-шоу «Что? Где? Когда?». В «Дальневосточной распределительной сетевой компании» ежегодно прово- дят соревнования по охране труда, включающие в себя несколько мероприятий, в том числе соревнования профессионального мастерства, акции «Неделя техники безопасности», конкурсы на звание «Лучший по профессии», взаимопроверки между филиалами по вопросам состояния охраны труда. Естественно, конкур- сы не могут заменить основных форм обучения персонала, но они необходимы для того, чтобы заинтересо- 205 вать людей в повышении уровня знаний по охране труда. Из опыта мировой практики и из своего собствен- ного мы знаем, что основным средством профилактики травматизма является обучение персонала. Чем лучше работники знают правила, чем глубже понимают их, тем безопаснее организован их труд. Таким образом, организация действенной, а не показной заботы о создании условий для безопасного труда – залог успешного развития работников по данным вопросам. Необходимым условием успешного ре- шения всего комплекса проблем охраны труда, профилактики производственного травматизма, профессио- нальных заболеваний должно стать повышение уровня знаний по этим вопросам руководителей и их замес- тителей, специалистов по охране труда. УДК 331.453 Система менеджмента охраны здоровья и обеспечения безопасности труда Студентка гр.113536 Доморад Ю.Ф. Научный руководитель – Науменко А.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск С ростом масштабов производства и технологических возможностей увеличивается и масштаб по- следствий от аварий, а также опасность для здоровья и жизни работников этих производств. Промышлен- ные компании стремятся, с одной стороны, уменьшить затраты, связанные с охраной здоровья и безопасно- стью труда, с другой, улучшить корпоративный имидж и одновременно повысить эффективность производ- ства. Преследуя эти цели, предприятия внедряют у себя системы менеджмента охраны здоровья, когда знание предмета подменяется наличием подписи в соответствующем документе. Кроме того, за прошедшие годы была утрачена культура безопасности, а техника и технология не всегда соответствует новым требова- ниям. В этом случае наличие действенной системы позволит управлять рисками и, соответственно, умень- шить потери. В настоящее время все больше компаний уделяют внимание данному вопросу, одни организа- ции ставят перед собой такие цели как отсутствие травм на производстве за определенный период, другие отказываются от услуг подрядчиков, если требования по безопасности не выполняются. Из всего вышеска- занного можно сделать вывод, что системы менеджмента здоровья и безопасности на производстве будут приобретать все большее значение. Сегодня инструментом для разработки, внедрения и эффективного функционирования такой системы являются международные стандарты OHSAS 18001:2007 «Системы менеджмента охраны здоровья и обес- печения безопасности труда» и OHSAS 18002:2001 «Системы менеджмента охраны здоровья и обеспечения безопасности труда – Руководящие указания по внедрению OHSAS 18001». Данные стандарты разработаны Международной организацией по стандартизации (ISO) с целью управления профессиональными рисками в области безопасности и здоровья и повышения эффективности такого управления и направлен на выявление потенциальных опасностей и рисков, их последующее сокращение и предотвращение несчастных случаев, влекущих за собой потери трудоспособности, рабочего времени, производственные потери и наносящих урон окружающей среде. Стандарт OHSAS 18001:2007 позволяет значительно снизить производственные риски. Действен- ность стандарта обусловлена тем, что он подходит к решению вопросов безопасности «системно». Именно системы менеджмента являются эффективным инструментом управления рисками и снижения их вероятно- сти, поскольку основаны не на реагировании и «тушении пожаров», а на системном, логическом подходе, позволяющем предупреждать возможные аварийные ситуации. Стандарт OHSAS 18001:2001 носит рекомендательный характер и направлен на оказание определен- ной помощи организациям по внедрению или улучшению системы менеджмента охраны здоровья и обеспе- чения безопасности труда. Достоинством стандартов OHSAS 18001 и OHSAS 18002 является то, что они применимы к любой организации (независимо от вида деятельности, отрасли промышленности и сектора экономики), которая желает: - создать систему менеджмента охраны здоровья и обеспечения безопасности труда для устранения или минимизации рисков для работников и других заинтересованных сторон, здоровье которых может под- вергаться опасностям, связанным с осуществляемой ими деятельностью; - внедрить, поддерживать в актуальном состоянии и постоянно улучшать систему менеджмента охра- ны здоровья и обеспечения безопасности труда; - убедиться в соответствии деятельности своей организации заявленной потикике в области охраны здоровья и обеспечения безопасности труда; - демонстрировать соответствие настоящему стандарту охраны здоровья и обеспечения безопасности труда. 206 Системы менеджмента охраны здоровья и обеспечения безопасности труда в соответствии с требова- ниями OHSAS 18001 – это система менеджмента, позволяющая оценить производственные опасности, иден- тифицировать связанные с ними риски и эффективно управлять ими. В результате внедрения системы ме- неджмента охраны здоровья и обеспечения безопасности труда возможности возникновения аварийных си- туаций сводятся к минимуму, снижаются производственные риски, обеспечивается должный уровень охраны здоровья персонала и соблюдения техники безопасности на рабочих местах. В соответствии со стандартом OHSAS 18001 обязанности, полномочия и ответственность персонала, который осуществляет менеджмент, исполняет и проводит проверки деятельности, оказывающие влияние на риски, связанные с работой организации, ее оборудования и процессов, должны быть четко определены, документально оформлены и доведены до сведения всех работников. При этом вся ответственность за эф- фективную работу в области охраны труда и предупреждения профзаболеваний лежит на руководстве орга- низации, за которым закреплена обязанность по предоставлению ресурсов, необходимых для внедрения, контроля и совершенствования системы менеджмента в рассматриваемой области. Порядок проведения мероприятий по внедрению системы менеджмента охраны здоровья и обеспече- ния безопасности труда: - разработка политики и целей по организации безопасного производства и созданию безопасных и здоровых условий труда на каждом рабочем месте; - анализ действующих процессов, видов деятельности для идентификации опасных и вредных произ- водственных факторов, оценки риска от их воздействия, подготовка персонала в действиям в нештатных (аварийных) ситуациях; - разработка и внедрение мероприятий, направленных на предупреждение производственных аварий, инцидентов, производственного травматизма и профессиональных заболеваний; - разработка процедур проведения расследований несчастных случаев, профессиональных заболева- ний, производственных инцидентов; - разработка компенсационных мероприятий для снижения воздействия вредных и опасных факторов. Реализация программы по внедрению системы менеджмента охраны здоровья обеспечения безопас- ности труда откроет новые возможности для предприятия в рамках управления охраной труда на производ- стве. Среди основных преимуществ внедрения системы можно выделить следующие: - снижение случаев летального исхода, травматизма, людских потерь и общего количества болезней персонала; - сокращение прямых и косвенных издержек бизнеса, включая оплату больничных или страховки по состоянию нетрудоспособности работников; - изменение корпоративной и производственной культуры организации, улучшение качества рабочих мест; - увеличение уровня сатисфакции персонала во время исполнения своих профессиональных обязан- ностей и общего морального состояния компании; - улучшение привлекательности и имиджа предприятия за счет низких показателей травматизма; - управление возможными рисками и нештатными ситуациями, возникающими на производстве. Положительное воздействие внедрения системы менеджмента охраны здоровья и обеспечения безо- пасности труда на уровне организации как на снижение опасностей и рисков, так и на производительность, в настоящее время признано правительствами, работодателями и работниками во всем мире. УДК 628.511 Профилактика неблагоприятного воздействия микроклимата Студенты гр.106116 Бочков А.С., Горовой И.А. и гр. 105427 Рощина Н.С. Научный руководитель – Мордик Е.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Необходимым и обязательным условием эффективной производственной деятельности человека яв- ляется обеспечение нормальных метеорологических условий, т.е. микроклимата. Подавляющее большинство работников выполняют свою работу при различных комбинациях метео- рологических элементов, составляющих микроклимат: высоких (или низких) температурах воздуха, чере- дующихся с нормальной, высокой или низкой влажностью; со значительной интенсивностью инфракрасного излучения; с большой или малой подвижностью воздуха. Кроме того, значительное количество работников занято на работах на открытом воздухе (строительство, геология, сельское хозяйство и др.), в неотапливае- мых помещениях (строительство, изготовление крупногабаритных изделий в машиностроении, складское хозяйство, элеваторы и т.д.), морозильных камерах (пищевая и перерабатывающая промышленность). Все эти возможные сочетания параметров микроклимата по-разному влияют на тепловой обмен и тепловое со- стояние человека, его самочувствие, работоспособность и состояние здоровья. 207 Нарушение теплового баланса ведет к перегреву или переохлаждению и, в дальнейшем, к нарушению функционального состояния работника, снижению и потере трудоспособности, возникновению несчастных случаев, травм. В конечном итоге, при перегреве возможны потеря сознания и летальный исход, при пере- охлаждении – замерзание. Мене выраженные отклонения комбинаций параметров микроклимата, обеспечи- вающих комфортное состояние человека, способствуют продлению временной нетрудоспособности, воз- никновению профессиональной патологии. Профилактика неблагоприятного воздействия параметров микроклимата заключается в приведении параметров микроклимата к оптимальным (допустимым) значениям. Основным путем «оздоровления» условий труда в горячих цехах является изменение технологиче- ских процессов в направлении ограничения (экранирования) источников тепловыделений и уменьшения времени контакта работающих с нагревающим микроклиматом. Достигнуть уменьшения контакта работни- ков с источниками теплового излучения и влагой, поступающей в воздух рабочей зоны, можно при помощи широкой автоматизации и механизации технологических процессов, герметизации производственного обо- рудования, перехода от циклических процессов производства к непрерывным, а также уменьшения физиче- ских усилий, напряжения внимания и предупреждения утомления работников. Значительно уменьшаются теплоизлучение и поступление лучистого и конвекционного тепла в рабо- чую зону при применении средств теплоизоляции и экранирования. Расчеты показывают, что теплоизоляция стенок термических печей, снижающая температуру их поверхности со 130 до 50 0С уменьшает тепловыде- ление в 5 раз. Весьма эффективной защитой от лучистого тепла являются отражательные экраны и водяные завесы. Слоя воды в 10 мм достаточно, чтобы поглотить все тепловое излучение от открытой нагреватель- ной печи. В производственных помещениях с наличием мощных источников конвекционного и лучистого тепла одной из важных мер по нормализации метеорологических условий является аэрация, обеспечивающая бес- препятственный выход нагретого воздуха через шахты и окна в верхней зоне помещений. Среди мер профилактики перегревания существенное значение имеет правильная организация питье- вого режима. При значительных потерях влаги (более 3,5 кг за смену) и значительном времени облучения инфракрасным излучением (5- % рабочего времени и более) применяется охлажденная (до +8 0С) подсолен- ная (0,3 % поверенной соли) газированная вода с добавлением витаминов. Эффективна замена воды охлаж- денным черным или зеленым чаем. При меньших потерях влаги расход солей восполняется с приемом пи- щи. Введение перерывов на протяжении смены способствует восстановлению функционального состоя- ния сердечно-сосудистой системы. При работах на холоде в отдельных случаях важным является применение устройств местного лучи- стого обогрева (на постоянных рабочих местах) или организация периодических перерывов в работе с це- лью согревания в специальных теплых помещениях, расположенных не далее 75 м от рабочих мест в 150 м на территории предприятия. Температура воздуха в этих помещениях должна быть не меньше 23 0С. Работники, постоянно или периодически осуществляющие свою трудовую деятельность в неблаго- приятных микроклиматических условиях, должны регулярно проходить медицинский осмотр с участием профпатолога. УДК 658.567.002.68 Утилизация люминесцентных ламп Студенты гр.106316 Перемотова О.Н., Гаврилович Д.А. Научный руководитель – Филянович Л.П. Белорусский национальный технический университет г. Минск Разновидностей люминесцентных ламп достаточно много. Газоразрядные лампы представляют собой искусственные источники оптического излучения, в которых свечение создается от электрического разряда в парах ртути или в смеси газа и пара. И все они совершенно безвредны пока целы. Дело в том, что в подав- ляющем большинстве веществом, пары которого при воздействии электрического разряда излучают свет, является ртуть. Ртуть оказывает огромное влияние на жизнедеятельность организма. Особенно сильно она поражает нервную и выделительную системы. При воздействии ртути возможны острые (проявляются быстро и резко, обычно при больших дозах ртутной экспозиции) и хронические (влияние малых доз ртути в течение относи- тельно длительного времени) отравления. Основные пути воздействия ее на человека связаны с воздухом (при дыхании), с пищевыми продуктами, питьевой водой, также возможны воздействия через кожу, при ку- пании в загрязненном водоеме, при контакте с загрязненной почвой и т. п. 208 Поэтому отслужившие своё или перегоревшие ртутные лампы должны быть утилизированы, а хране- ние отработанных ламп допускается только в герметичной таре. Утилизация стекла в рациональной Европе организована на государственном уровне. Лидером по- вторного использования такого мусора считаются Нидерланды: 78 % использованных изделий здесь перера- батываются и трансформируются в новую продукцию. Стекло также можно использовать и как вторсырье. Самым естественным продуктом, который появляется в процессе утилизации стекла, становится новое изде- лие. Расплавленная масса заливается в новые формы, затем остужается и – новое изделие готово. Не менее распространено применение стекла в качестве дополнительного сырья для изготовления строительных материалов. Например, на 70% из стекла состоит популярный теплоизоляционный материал «стекловолокно». Хорошая теплоизоляция в свою очередь позволяет сократить расходы топлива на отопле- ние помещений. Так стеклоотходы, становясь теплоизоляционным материалом, включаются в общую це- почку экономии природных ресурсов и бережного отношения к экологии. Но важно отметить, что более проблематична утилизация ртутьсодержащих веществ. В настоящее время за утилизацию ламп надо платить. Для предприятия-переработчика ртутные лампы являются сырьём. Переработчик лампы демеркуризирует – извлекает из них ртуть, или обогащённое ею вещество. Получает при этом всё, что в них еще есть ценного: стекло, алюминий. Но выбора, как оказалось, сегодня нет. Рынок диктует свои условия. Процесс утилизации достаточно энергоёмок и дорогостоящ. Стоимость работ по упа- ковке ртутьсодержащих отходов в соответствии с существующими требованиями, транспортировке отходов к месту переработки и самой утилизации составляет около 300 долларов США за тонну отходов. Проблема утилизации люминесцентных ламп стоит достаточно остро в современном мире не только в связи с ростом уровня загрязненности планеты тяжелыми металлами, но и с ростом использования ртутных ламп в современном производстве и быту. Последний обусловлен особенностью ртутных источников света: световая отдача достигает 100 лм/Вт при низкой рабочей температуре и сроке службы до 40 тысяч часов. Ртутные лампы имеют очень широкое распространение и в развитых странах обеспечивают от 50 до 80% световой энергии, генерируемой искусственными источниками света. Ежегодно образуются миллионы от- работанных люминесцентных ламп, требующих утилизации. Существует несколько фирм по утилизации ламп, и юридические лица, а также индивидуальные предприниматели обязаны сдавать лампы на переработку и разрабатывать паспорт опасного отхода. Тем организациям, на территории которых происходит накопление и хранение отслуживших люминесцентных ламп, следует помнить: ртуть, содержащаяся в таких изделиях, является непосредственным источником за- грязнения помещений, причем это загрязнение не видно, но опасно для здоровья работающих там людей. Более того, вначале действие ртути на организм человека незаметно, и лишь со временем начинают появ- ляться характерные для хронического отравления организма симптомы. А поэтому единственное правиль- ное решение данного вопроса: затягивать с вывозом люминесцентных ламп с территории предприятия нель- зя. Рассмотрим некоторые способы демеркуризации. Известен способ демеркуризации ртутных ламп, включающий измельчение, промывку водой, обра- ботку химическими реагентами, которые переводят ртуть в соединения с низким давлением паров. Сами соединения остаются, как правило, в составе отходов. Кроме того, возникает проблема очистки от соедине- ний ртути воды, используемой для промывания. Соединения ртути, так же как и ртуть, являются вещества- ми повышенной опасности. Известен способ термической демеркуризации загрязненных ртутью материалов включающий раз- рушение ламп, нагрев материалов в герметичной камере, вакуумную дистилляцию паров ртути, улавливание паров ртути в низкотемпературной ловушке. В этом способе металлическая ртуть собирается в низкотемпе- ратурной ловушке и ее можно после очистки вернуть в производство. Однако в реализации этого способа есть недостатки, которые мешают в полной мере использовать достоинства метода: 1. вакуумная технология не приспособлена к переработке грязных, битых ламп; 2. вакуумная технология рекомендует нагревания до температур не более 170°С, выше которых компоненты текстолита и компаундов засоряют вакуумную сис- тему, а наиболее устойчивые соединения ртути не разлагаются, и ртуть не испаряется целиком из демерку- ризуемых материалов. Кроме того, производительность такой технологии и оборудования ограничена, тех- нология энергоемка, требует для реализации большое количество электроэнергии, применения дорогостоя- щего жидкого азота. Предлагается способ утилизации ртутьсодержащих люминесцентных ламп, заключающийся в их раз- рушении, разделении на стеклобой, цоколи, ртутьсодержащий люминофор в потоке воздуха с использова- нием вибрации, отличающийся тем, что поток воздуха создают разрежением 100-10000 Па, используют виб- рацию в диапазоне 1...10000 Гц, ртутьсодержащий материал, измельченный до размеров не более 1 мм, на- гревают в герметичном объеме до температур в диапазоне 600-900°С, выдерживая при температуре 600- 700°С не менее 30 минут, пары ртути конденсируют в охлаждаемой ловушке и при проведении всех процес- сов обеспечивают двойную герметизацию. 209 Отметим, что предельно допустимые концентрации ртути в жилых районах очень и очень малы, пре- высить их — запросто, а это медленно, но обязательно отразится на здоровье, ибо ртуть будет попадать в воду, в воздух, в почвы. УДК 621.165 Оценка условий труда старшего машиниста турбинного отделения Студенты гр. 106426 Байх И.В., Коломыцкий Б.Н., Шантаренко П.В., Шилко М.А. Научный руководитель – Винерский С.Н. Белорусский национальный технический университет г. Минск Старший машинист турбинного отделения относится к оперативному дежурному персоналу, поэтому, приступая к работе, он должен принять смену от предыдущего дежурного, а после окончания работы сдать смену следующему дежурному по 3-сменному графику. При приемке смены дежурный должен: - ознакомиться с состоянием и режимом работы оборудования, находящегося в его оперативном управлении в объеме, определяемом соответствующими инструкциями; - получить информацию от сдающего смену об оборудовании, за которым необходимо вести тща- тельное наблюдение для предупреждения нарушений в работе, и об оборудовании, находящемся в ремонте; - выяснить перечень работ, которые выполняются по нарядам и распоряжениям; - проверить и принять инструмент, ключи от помещений, оперативную документацию; - ознакомиться со всеми записями и распоряжениями, сделанными за время, прошедшее со своего предыдущего дежурства; - доложить начальнику смены о вступлении в дежурство и недостатках, выявленных при приемке смены; - оформить приемку-сдачу смены записью в журнале, заверив ее своей подписью и подписью сдаю- щего смену. В течение смены он должен по утвержденным графикам осуществлять контроль за работающим обо- рудованием (производить опробование, осмотр оборудования, контроль показаний КИП, приборов автома- тики), а при нарушениях режима его работы немедленно принять меры к восстановлению нормального ре- жима работы (ликвидации аварийного положения и предотвращения аварии), а затем сообщить о проис- шедшем начальнику смены или начальнику котлотурбинного цеха. Фактический баланс рабочего времени старшего машиниста турбинного отделения представлен в таблице. Рабочая зона (точки обслуживания) Процент времени смены 1. Главный щит управления 30,0 2. На отметке 4,5 м: - у турбины, у рабочего стола 30,0 - у бойлеров 2,5 - у подогревателей высокого давления 2,5 3. На нулевой отметке: - у сетевых насосов, подогревателей, питательных насосов 12,5 - у масло- и воздухоохладителей 5,0 4. На отметке 11,0 м на площадке обслуживания деаэраторов 7,5 5. На отметке 14,5 м на площадке обслуживания РОУ-2 и РОУ-3 5,0 210 Концентрация вредных веществ в воздухе рабочей зоны, мг/м3, представлена в таблице. Место замера NO2 (ПДК = 2 мг/м3) SО2 (ПДК = 10 мг/м3) СО (ПДК = 20 мг/м3) CnHm (ПДК = 300 мг/м3) Масла мине- ральные (ПДК = 5 мг/м3) 1. Главный щит управления 1,02 0,9 10,0 36 - 2. На отметке 4,5 м 0,6 0,52 8,3 - 2,2 3. На нулевой отметке 0,68 0,6 9,4 - 2,6 4. На отметке 11,0 м 0,9 0,8 13,8 - - 5. На отметке 14,5 м 0,95 0,82 12,4 - - Уровни шума в различных точках рабочей зоны составили Параметры шума Место замера Нормативное значе- ние (ПДУ), дБА Фактическая величина, дБА 1. Главный щит управления 65 67 2. На отметке 4,5 м: - у рабочего стола 80 90 - у турбины 80 95 - у бойлеров 80 87 - у подогревателей высокого давления 80 88 3. На нулевой отметке: - у питательных насосов, у генераторов, возле воздухоохла- дителей 80 91 4. На отметке 11,0 м 80 84 5. На отметке 14,5 м 80 101 Температура воздуха (работа выполнялась в холодный период года) в рабочей зоне приведена в таблице Температура, 0С Место замера Нормативное значение Фактическая величина Главный щит управления 21…25 29,8 2. На отметке 4,5 м: - у рабочего стола 20…24 29,4 - у турбины 20…24 23,8 - у бойлеров 20…24 22,0 - у подогревателей высокого давления 20…24 23,2 3. На нулевой отметке: - у питательных насосов 20…24 24,0 - у генераторов возле воздухоохладителей 20…24 25,0 4. На отметке 11,0 м 20…24 31,0 5. На отметке 14,5 м 20…24 40,8 Таким образом, работа старшего машиниста турбинного отделения выполняется в неблагоприятных санитарно-гигиенических условиях труда (при повышенном уровне шума, высокой температуре, наличии вредных веществ в воздухе рабочей зоны) при регулярно чередующейся 3-х сменной работе (с ночной сме- ной) и связана с высоким нервно-эмоциональным напряжением, вызываемом риском возможных аварийных ситуаций. УДК 621.311 Противопожарные тренировки на энергетических объектах Студенты гр.106316 Соболева Е.В., Немкович А.С. Научный руководитель – Филянович Л.П. Белорусский национальный технический университет г. Минск Противопожарные тренировки (в дальнейшем тренировки) являются одной из обязательных форм производственно-технического обучения и повышения квалификации оперативного, оперативно- 211 ремонтного и ремонтного персонала, обслуживающего энергетическое оборудование электрических стан- ций, электрических и тепловых сетей, ведомственных котельных. Проведение тренировок направлено на решение следующих задач: - проверка способности персонала к быстрым и правильным действиям; - правильное применение средств пожаротушения; - предотвращение возможных аварий оборудования; - отработка взаимодействия персонала энергетических объектов с личным составом органов и под- разделений МЧС; - определение правильных методов тушения пожара на электрооборудовании, особенно находящим- ся под напряжением; и др. Общее руководство и ответственность за организацию и проведение противопожарных тренировок возлагается на главных инженеров организаций и филиалов. Лица, участвующие в тренировках, обязаны строго соблюдать Правила техники безопасности и производственные инструкции. Запрещается произво- дить какие-либо операции с оборудованием, механизмами и аппаратурой управления (ключами, приводами задвижек, вентилей и др.) а также выполнять другие действия, непредусмотренные программой противопо- жарной тренировки. Плановые тренировки рекомендуется проводить в свободное от дежурства время. Индивидуальные тренировки с разрешения руководителя соответствующего подразделения могут проводиться во время де- журства, если этому не препятствует загруженность тренирующегося и обстановка на рабочем месте. Про- должительность плановой противопожарной тренировки не должна превышать трех часов с учетом разбора действий персонала. Время проведения тренировки включается в рабочее время тренирующихся. Тренировки проводятся с имитацией условного пожара и действиями персонала по его ликвидации, оценками этой деятельности. Противопожарные тренировки делятся на цеховые, объектовые и совместные. Цеховой считается тренировка, которая проводится с персоналом структурного подразделения (цеха) электростанции. Объек- товой считается тренировка, которая проводится с персоналом одного объекта, ПС, РЭС, котельной или электростанции, нескольких цехов электростанции, связанных единым технологическим процессом произ- водства передачи и распределения электрической и тепловой энергии. Совместной считается тренировка, в которой участвует персонал объекта и подразделения МЧС. Противопожарные тренировки делятся также на плановые и внеочередные. Плановой считается тре- нировка, которая проводится в соответствии с годовым планом работы с персоналом, утвержденным руко- водством предприятия. Внеочередной считается тренировка, которая проводится сверх плана по специаль- ному распоряжению руководства предприятия в следующих случаях: - при получении неудовлетворительных оценок по итогам плановой тренировки; - по приказам, указаниям, противопожарным циркулярам вышестоящей организации. Цеховые тренировки проводятся с персоналом цеха (структурного подразделения) с периодичностью не менее одной тренировки в квартал. Объектовые тренировки проводятся с персоналом нескольких цехов (структурных подразделений) с периодичностью не менее трех тренировок в текущем году. Совместные тренировки проводятся с периодичностью одной тренировки в год, в тренировке участвует персонал объек- та (одного или нескольких цехов) и подразделения МЧС. На электростанциях, обслуживаемых подразделениями МЧС на договорной основе, противопожар- ные совместные тренировки проводятся с периодичностью один раз в квартал. Противопожарные трениров- ки готовятся на основании графика проведения тренировок и программы проведения тренировок. Програм- мы проведения тренировок персоналу и руководителю тушения пожара заранее не сообщаются, вопросы, возникающие по ходу проведения тренировки, решаются ими по вводным и соответствующим условным обозначениям. Программы тренировок следует составлять с учетом действий персонала в более сложной при пожаре обстановке, например: - отсутствие освещения и падение давления в противопожарном водопроводе из-за аварии на собст- венных нуждах объекта; - авария на участке наружного противопожарного водопровода или водозаборных устройствах; - переход огня на покрытие главного корпуса и угроза обрушения строительных конструкций; - сильное задымление в производственных помещениях; - пожар на автотрансформаторе с отказом пуска автоматического пожаротушения. В процессе разработки программа тренировки должна быть обсуждена с руководителями участков, на которых будет проводиться тренировка. Темы цеховых и объектовых противопожарных тренировок составляются ежегодно с учетом проис- шедших в структурных подразделениях или в энергосистеме пожаров, пожарной опасности технологиче- ского процесса производства и обеспечения надежности работы оборудования. 212 Обстановку условного пожара при проведении противопожарных тренировок имитируют следующи- ми средствами: - очаг пожара – красными флажками; - зона задымления – синими флажками; - зона токсичных газов, выделения вредных паров – желтыми флажками. Имитация пожара на тренировках должна бать наглядной и подвижной, для возможности ее измене- ния посредниками в ходе проведения тренировки на определенном участке в соответствии с тактическим замыслом руководителя тренировки. В качестве средств имитации пожара допускается использовать дымо- вые шашки, фонари и другие средства, способствующие созданию необходимой обстановки. Запрещается применять для имитации средства, могущие вызвать пожар, аварию и повреждение помещения и оборудо- вания, а также травмы участников тренировки. Противопожарные тренировки должны проводиться с приближением к реальной обстановке пожара, с приведением в действие имеющихся средств пожаротушения объекта, при условии, что эти средства не представляют угрозу нарушения работы основного технического процесса, а также с использованием имеющихся тренажеров и управляемых моделей исходя их местных условий. Для приобретения практических навыков на тренировках рекомендуется применят ь первичные сред- ства пожаротушения, следует проводить тушение горючих материалов в специальных противнях или других несгораемых устройствах площадью 1 – 2 м2. Установка противней или других устройств для тушения пожара должна быть не ближе 15 м от сго- раемых материалов, конструкций, оборудования и зданий. По окончании объектовых и совместных противопожарных тренировок должен проводиться разбор действий всех участников. УДК 621.165 Оценка условий труда старшего машиниста котельного оборудования на оршанской ТЭЦ Студенты гр. 106516 Галиновская Д.С., Лопатин Э.Ю., гр. 106416 Пикуза И.А. Научный руководитель – Винерский С.Н. Белорусский национальный технический университет г. Минск Старший машинист котельного оборудования осуществляет организационное обслуживание (допуск по наряду), контроль за работающим оборудованием по показаниям КИП и приборов, опробирование рабо- тоспособности предохранительных клапанов и осмотр работающего оборудования с целью своевременного выявления нарушений в его работе во время регулярных обходов. Фактический баланс оперативного времени при работе старшего машиниста котельного оборудова- ния представлен в таблице. Рабочая зона (точки обслуживания) Процент времени смены Главный щит управления 35,0 Мазутный, газовый и питательный узлы (отметка 6,6 м) 30,0 Отметка обслуживания барабана котла (отметка 18,0 м) 15,0 Нулевая отметка 10,0 Концентрация вредных веществ в воздухе рабочей зоны, мг/м3, дана в таблице: Место замера NO2 (ПДК = 2 мг/м3) SO2 (ПДК = 10 мг/м3) СO (ПДК = 20 мг/м3) CnHm (ПДК = 300 мг/м3) Главный щит управления 1,0 0,9 10,0 36,0 Мазутный, газовый и питательный узлы (отметка 6,6 м) 1,6 1,4 15,8 70,0 Отметка обслуживания барабана котла (отметка 18,0 м) 4,2 1,8 21,2 65,0 Нулевая отметка 0,8 0,7 8,6 30,0 213 Уровни шума, создаваемые в точках обслуживания, приведены в таблице. Место замера Нормативное значе- ние (ПДУ), дБА Фактическая величина, дБА Главный щит управления 65 66 Мазутный, газовый и питательный узлы (отметка 6,6 м) 80 88 Отметка обслуживания барабана котла (отметка 18,0 м) 80 84 Нулевая отметка 80 81 Параметры микроклимата (работа выполнялась в холодный период года) приведены в таблице. Температура, 0С Относительная влажность, % Место замера Нормативное значение Фактическая величина Нормативное значение Фактическая величина Главный щит управления 21…25 29,8 не более 75 30 Мазутный, газовый и питатель- ный узлы (отметка 6,6 м) 20…24 23,2 не более 75 39 Отметка обслуживания барабана котла (отметка 18,0 м) 20…24 50,0 не более 75 18 Нулевая отметка 20…24 21,0 не более 75 46 Интенсивность инфракрасного (теплового) излучения на местах обслуживания котла дана в таблице. Место замера Нормативное значе-ние Фактическая вели- чина Мазутный, газовый и питательный узлы (отметка 6,6 м) 100 70 Отметка обслуживания барабана котла (отметка 18,0 м) 100 210…350 Таким образом, работа старшего машиниста котельного оборудования выполняется в потенциально жизне- и травмоопасных условиях с возможностью аварийных ситуаций и риском для здоровья (с сосудами под давлением и вредными химическими веществами), в неблагоприятных санитарно-гигиенических усло- виях труда (при повышенном уровне шума, высокой температуре, низкой относительной влажности, повы- шенной интенсивности инфракрасного излучения), при регулярно чередующейся трехсменной работе с ноч- ной сменой. УДК 621.181 Оценка условий труда начальника котлотурбинного цеха на Оршанской ТЭЦ Студенты гр. 106526 Глусова А.И., Михаленок Е.Е., Назаркин Н.А., Цыбульская Н.Е. Научный руководитель – Винерский С.Н. Белорусский национальный технический университет г. Минск Начальник котлотурбинного цеха относится к группе руководящего оперативного персонала, поэтому фактический баланс его рабочего времени включает организационное обслуживание (15 % времени смены – на ведение технической документации и работу с персоналом в кабинете) и оперативное время, которое предусматривает контроль за работой оперативного персонала и оборудования, как по показаниям КИП, приборов автоматики на главном щите управления, так и личным осмотром работающего оборудования во время обхода. Фактический баланс оперативного времени при работе начальника котлотурбинного цеха Оршанской ТЭЦ представлен в таблице. Рабочая зона (точки обслуживания) Процент времени смены Главный щит управления 30,0 Мазутный, газовый и питательный узлы (отметка 6,6 м) 25,0 Отметка обслуживания барабана котла (отметка 18,0 м) 15,0 Нулевая отметка 5,0 Мазутонасосная 5,0 214 Концентрация вредных веществ в воздухе рабочей зоны, мг/м3, дана в таблице: Место замера NO2 (ПДК = 2 мг/м3) SO2 (ПДК = 10 мг/м3) СO (ПДК = 20 мг/м3) CnHm (ПДК = 300 мг/м3) Масла ми- неральные (ПДК = 5 мг/м3) Главный щит управления 1,0 0,9 10,0 36,0 - Мазутный, газовый и питатель- ный узлы (отметка 6,6 м) 1,6 1,4 15,8 70,0 - Отметка обслуживания бараба- на котла (отметка 18,0 м) 4,2 1,8 21,2 65,0 - Нулевая отметка 0,8 0,7 8,6 30,0 - Мазутонасосная - - - 30,0 7,9 Уровни шума, создаваемые в точках обслуживания котла, приведены в таблице. Место замера Нормативное значе- ние (ПДУ), дБА Фактическая ве- личина, дБА Главный щит управления 65 66 Мазутный, газовый и питательный узлы (отметка 6,6 м) 80 88 Отметка обслуживания барабана котла (отметка 18,0 м) 80 84 Нулевая отметка 80 81 Мазутонасосная 80 96 Параметры микроклимата (работа выполнялась в холодный период года) приведены в таблице. Температура, 0С Относительная влажность, % Место замера Нормативное зна- чение Фактическая величина Нормативное значение Фактическая величина Главный щит управления 21…25 29,8 не более 75 30 Мазутный, газовый и пита- тельный узлы (отметка 6,6 м) 20…24 23,2 не более 75 39 Отметка обслуживания бара- бана котла (отметка 18,0 м) 20…24 50,0 не более 75 18 Нулевая отметка 20…24 21,0 не более 75 46 Мазутонасосная 20…24 39,0 не более 75 22 Таким образом, работа начальника котлотурбинного цеха выполняется в потенциально жизне- и травмоопасных условиях с возможностью аварийных ситуаций и риском для здоровья (с сосудами под дав- лением и вредными химическими веществами), в неблагоприятных санитарно-гигиенических условиях тру- да (при повышенном уровне шума, высокой температуре и низкой относительной влажности) и связана с ответственностью за безопасность других лиц. УДК 614.842.43 Пожарный извещатель – современное, надежное и оперативное средство извещения о пожаре Студентка гр.113526 Климчук Д.С. Научный руководитель – Науменко А.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Пожарный извещатель – устройство для формирования сигнала о пожаре. Условные обозначения пожарных извещателей должно состоять из следующих элементов: ИП Х1Х2Х3-Х4-Х5. Аббревиатура ИП определяет наименование «извещатель пожарный». Х1 – обозначает кон- тролируемый признак пожара: 1 – тепловой; 2 – дымовой; 3 – пламени; 4 – газовый; 5 – ручной; 6…8 – ре- зерв; 9 – при контроле других признаков пожара. Х2Х3 - обозначает принцип действия ИП: 01 – с исполь- зованием зависимости электрического сопротивления элементов от температуры; 02 – с использованием термо-ЭДС; 03 – с использованием линейного расширения 34 – термошумовой. Х; - обозначает порядковый номер разработки извещателя данного типа. Х5 – обозначает класс извещателя. Тепловые извещатели применяются, если на начальных стадиях пожара выделяется значительное ко- личество теплоты, например в складах горюче-смазочных материалов. Либо в случаях, когда применение других извещатедей невозможно. Применение в административно-бытовых помещениях запрещено. 215 Тепловые многоточечные извещатели – это автоматические извещатели, чувствительные элементы которых представляют собой совокупность точечных сенсоров дискретно расположенных на протяжении линии. Типы линейных тепловых пожарных извещателей: - полупроводниковый – линейный тепловой пожарный извещатель, у которого в качестве сенсора температуры используется покрытие проводов веществом, имеющим отрицательный температурный коэф- фициент; - механический – в качестве сенсора температуры данного извещателя используется герметичная ме- таллическая трубка, заполненная газом, а также датчик давления, подключенный к электронному блоку управления; - электромеханический – линейный тепловой пожарный извещатель, у которого в качестве сенсора температуры используется термочувствительный материал, нанесенный на два механически напряженных провода (витая пара). Под воздействием температуры термочувствительный слой размягчается, и два про- водника накоротко замыкаются. Дымовые извещатели – извещатели, реагирующие на продукты горения, способные воздействовать на поглощающую или рассеивающую способность излучения в инфракрасном, ультрафиолетовом или види- мом диапазонах спектра. Оптические извещатели могут быть точечными, линейными, аспирационными и автономными. Оптические: Дымовые извещатели, использующие оптические средства обнаружения, реагируют по-разному на дым разных цветов. Точечный извещатель реагирует на факторы пожара в компактной зоне. Принцип действия точечных оптических извещателей основан на рассеивании серым дымом инфракрасного излучения. Хорошо реаги- руют на серый дым, выделяющийся при тлении на ранних стадиях пожара. Плохо реагирует на черный дым, поглощающий инфракрасное излучение. Экспериментальные исследования показали, что время обнаружения тестового очага пожара при рас- положении дымовых извещателей на расстоянии 0,3 м от потолка возрастает в 2…5 раз. А при установке извещателя на расстоянии 1 м от перекрытия можно прогнозировать увеличение времени определения по- жара уже в 10…15 раз. Линейный – двухкомпонентный извещатель состоящий из блока приемника и блока излучателя реа- гирует на появление дыма между блоком приемника и излучателя. Устройство линейных дымовых пожарных извещателей основано на принципе ослабления электро- магнитного потока между разнесенными в пространстве источником излучения и фотоприемником под воз- действием частиц дыма. Прибор такого типа состоит их двух блоков, один их которых содержит источник оптического излучения, а другой – фотоприемник. Аспирационный извещатель использует принудительный отбор воздуха из защищаемого объема с мониторингом ультрачувствительными лазерными дымовыми извещателями обеспечивает сверхраннее об- наружение критической ситуации. Пожарный апирационный извещатель применим в помещениях архивов, музеев, складов, серверных, компьютерных залов и других помещений с дорогостоящим оборудованием. При этом, учитывая, что такие зоны обычно оснащены системой контроля температуры и влажности, в них производится фильтрация воздуха, имеется возможность значительно увеличить чувствительность пожарно- го извещателя, избежав при этом ложных срабатываний. Недостатком аспирационных извещателей является их высокая стоимость. Автономный пожарный извещатель, реагирующий на определенный уровень концентрации аэрозоль- ных продуктов горения (пиролиза) веществ и материалов и, возможно, других факторов пожара в корпусе которого конструктивно объединены автономный источник питания и все компоненты, необходимые для обнаружения пожара и непосредственно оповещения о нем. Автономный извещатель также является точеч- ным. Принцип действия ионизационных извещателей основан на регистрации изменений ионизационного тока, возникающих в результате воздействия на него продуктов горения. Ионизационные извещатели де- лятся на радиоизотопные и электроиндукционные. Радиоизотопный извещатель – это дымовой пожарный извещатель, который срабатывает вследствие воздействия продуктов горения на ионизационный ток внутренней рабочей камеры извещателя. Принцип действия радиоизотопного извещателя основан на ионизации воздуха камеры при облучении его радиоак- тивным веществом. При введении в такую камеру противоположно заряженных электродов возникает иони- зационный ток. Заряженные частички «прилипают» к более тяжелым частичкам дыма, снижая свою под- вижность – ионизационный ток уменьшается. Его уменьшение до определенного значения извещатель вос- принимает как сигнал «тревога». Недостаток этих извещателей: использование в конструкции извещателей источника радиоактивного излучения. В связи с этим возникают проблемы соблюдения мер безопасности при эксплуатации, хранении и транспортировки, а также утилизации извещателей после окончания срока 216 эксплуатации. Эффективен для онаружения возгораний сопровождающихся появлением так называемых «черных» видов дыма, характеризующихся высоким уровнем поглощения света. Принцип работы электроиндукционного извещателя: аэрозольные частицы засасываются их окру- жающей среды в цилиндрическую трубку (газоход) при помощи малогабаритного электрического насоса и попадают в зарядную камеру. Датчик осуществляет селекцию сигнала по скорости, амплитуде и длительно- сти и выдает информацию при превышении заданных порогов виде замыкания контактного реле. Электро- индукционные извещатели используются в системах пожарной сигнализации модулей «Заря» и «Пирс» МКС. Извещатели пламени – извещатель, реагирующий на электромагнитное излучение пламени или тлеющего очага. Извещатели пламени применяются для защиты зон, где необходима высокая эффектив- ность обнаружения. Извещатели пламени обеспечивают возможность защиты зон со значительным тепло- обменом и открытых площадок, где невозможно применение тепловых и дымовых извещателей. Извещате- ли пламени применяются для организации контроля наличия перегретых поверхностей агрегатов при авари- ях, например, для обнаружения пожара в салоне автомобиля, под обшивкой агрегата, контроля наличия твердых фрагментов перегретого топлива на транспорте. Проточные пожарные извещатели применяют для обнаружения факторов пожара в результате анали- за среды, распространяющейся по вентиляционным каналам вытяжной вентиляции. УДК 693.22.004.18 Приоритетные задачи по обеспечению безопасности жизнедеятельности работников лесопромышленного комплекса Студентка гр.4 5 курс фак-та ТТЛП Гузовская Н.С. Студентка гр.3 2 курс фак-та ТТЛП Минигалиева Н.Г. Научные руководители – Перетрухин В.В., Чернушевич Г.А. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Наиболее серьезной экологической проблемой в Республике Беларусь следует отнести последствия катастрофы на Чернобыльской АЭС: в зоне радиоактивного загрязнения оказалось 1,73 млн. га лесов или 25% лесных угодий Республики Беларусь, из которых в зоны с уровнями 555 кБк/км2 и выше около 10% от загрязненных лесов, что заставило пересмотреть многие подходы к лесопользованию на загрязненных тер- риториях. До настоящего времени, несмотря на процессы физического распада цезия-137 и стронция-90, загрязнение этими радионуклидами древесины и пищевой продукции леса в загрязненных регионах Белару- си за последние годы существенно не уменьшается, что оказывает существенное влияние на здоровье насе- ления, проживающее в экологически неблагоприятных регионах Республики Беларусь. [1]. С одной стороны нельзя полностью отказаться от ведения лесного хозяйства на загрязненных радио- нуклидами территориях, поскольку снижается роль лесов в предотвращении миграции радионуклидов на сопредельные территории, ухудшается их состояние из-за болезней и отпада деревьев при отсутствии сис- тематического ухода. С другой стороны опасно снимать все запреты на ведение экономической деятель- ности и на использование лесной продукции во всех зонах радиоактивного загрязнения, поскольку это может увеличить дозы внешнего и внутреннего облучения населения. В процессе выполнения на кафедре безопасности жизнедеятельности научно-исследовательской ра- боты ГБ 37–06 проведен анализ влияния степени радиоактивного загрязнения продукции в Ветковском и Ельском лесхозах на формирование доз внешнего и внутреннего облучения. Из анализа следует, что загряз- ненный лесной фонд является источником радиационной опасности для населения. В лесах Беларуси произ- растает около 200 типов грибов, из которых 35 хорошо известны и традиционно используются в питании населения, наряду с грибами используются и лесные ягоды. В публикации [2] на основе статистической ин- формации о годовом потреблении основных продуктов питания городскими жителями Республики Беларусь за 2007 год приведены результаты расчетов возможной годовой дозы внутреннего облучения при употреб- лении данного пищевого рациона соответствующего республиканским допустимым нормам, которая соста- вит около 1 мЗв/год [3]. Кроме продуктов пищевого рациона жители лесных регионов Беларуси употребля- ют грибы, ягоды лесные, мясо диких животных, рыбу местного улова в гораздо большем объеме, чем город- ские жители. Поэтому они получают дополнительную дозу радиации (табл. 1). Повышенная опасность радионуклидов обусловлена рядом структурных, функциональных и генетиче- ских нарушений в органах и тканях, значительной продолжительностью облучения до момента выведения радионуклида из органа в результате обменных процессов или уменьшения активности вследствие естест- венного радиоактивного распада. Любые столь угодно малые дозы дополнительного радиационного воздей- ствия увеличивают риск развития различных заболеваний у работников. 217 При хроническом потреблении загрязненных цезием-137 продуктов питания расчет индивидуальной дозы внутреннего облучения осуществляется по формуле:   i mi iAmkН внутр , (1) где k – пересчетный коэффициент, равный 1,3∙10–8 Зв/Бк; mi – годовое потребление i продукта питания, кг; Ami – удельная активность i продукта, Бк/кг. Таблица 1 – Возможная дополнительная дозовая нагрузка при употреблении населением пищевой продукции леса Наименование лесхоза С ре дн яя эк ви ва ле нт на я до за , м Зв /г од Наименование продук- ции Г од ов ое по тр еб ле ни е, кг и ли л М ак си м ал ьн ое зн ач ен ие уд ел ьн ой ак ти вн ос ти , Б к/ кг Го до ва я до за , м Зв /г од С ум м ар на я го до ва я до за по л ес хо зу , м Зв /г од Мясо диких животных 4,0 6570 0,342 Грибы свежие 4,0 40260 2,094 Грибы сушеные 4,0 2500 0,130 Ягода черника 4,0 2762 0,144 Дикорастущая ягода 4,0 411 0,021 Ветковский 0,88 Сок березовый 4,0 701 0,036 2,767 Мясо диких животных 4,0 5688 0,296 Грибы свежие 4,0 11210 0,583 Грибы сушеные 4,0 6008 0,312 Ягода черника 4,0 1015 0,053 Ельский Дикорастущая ягода 4,0 747 0,039 1,283 Комплекс мер в лесном секторе экономики снижающих дозы облучения работающих реализует- ся в следующих направлениях: – контроль доз облучения работающих; – ограничение продолжительности; – механизация работ, проводимых на загрязненных радионуклидами территориях; – курсовое обучение и проверка знаний правил безопасного ведения работ всех лиц, допущенных к работе на территории, загрязненной радионуклидами; – доставка работающих к месту проведения работ и обратно должна производиться специально оборудованным крытым автотранспортом; – доставка и хранение питьевой воды и продуктов питания должна производиться в закрытых емко- стях; – все работы связанные с повышенным пылеобразованием рекомендуется проводить при влажной по- годе или при наличии снежного покрова с использованием индивидуальных средств защиты органов дыха- ния и специальной защитной одежды; При проведении работ на загрязненных территориях лесхозов для обеспечения радиационной безо- пасности осуществляется контроль доз облучения, который включает: – измерение мощности дозы (МД) гамма-излучения на рабочих местах; – индивидуальный учет фактического времени, затраченного, на выполнение работ; – индивидуальный контроль доз внешнего облучения с использованием дозиметров, при работах на загрязненных территориях с уровнями МД более 0,67 мкЗв/ч (70 мкР/ч); – определение содержания цезия-137 в организме человека с помощью счетчиков излучения человека (СИЧ); – расчет доз внешнего облучения с учетом значений мощности дозы. Основными задачами радиационной защиты населения на современном этапе развития пост- аварийной ситуации является осуществление комплекса оптимизированных мер, направленных на снижение индивидуальных и коллективных доз облучения. Литература 1. ЛЕС. ЧЕЛОВЕК. ЧЕРНОБЫЛЬ. Лесные экосистемы после аварии на Чернобыльской АЭС: состоя- ние, прогноз, реакция населения, пути реабилитации. В. А. Ипатьев, В. Ф. Багинский, И. М. Булавик и др. Под ред. В. А. Ипатьева – Гом.: ИЛ НАН, 1999. – 454 с. 218 2. Перетрухин В.В. Оптимизация питания населения, проживающего в условиях повышенного риска / В. В. Перетрухин, Г. А. Чернушевич // Труды БГТУ. Сер. II, Лесная и деревообрабат. пром-сть.-2009. –Вып. XVII. – С. 268 –273. 3. Статистический ежегодник Республики Беларусь. Минск: Главный вычислительный центр, 760 с УДК 666.714:724 Анализ влияния компонентов керамических масс на эффективную удельную активность радионуклидов в керамическом кирпиче Студент 9 гр. 4 курса факультета ХТиТ Жук Н.Н. Научный руководитель – Пищ И.В. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Целью настоящей работы является анализ и сравнение влияния компонентов керамических масс на эффективную удельную активность радионуклидов в строительном кирпиче. По результатам зарубежных исследований, от 60 до 90 % времени человек проводит внутри помеще- ний. Поэтому становится, очевидно, насколько большую роль играет строительная отрасль в ограничении облучения населения природными источниками ионизирующего излучения, содержащимися в строительных материалах. Традиционные строительные материалы – дерево, кирпич, бетон обладают сравнительно низкой активностью. Принято считать, что вклад в годовую эффективную дозу за счет строительных материалов в среднем для населения Земли составляет от 0,5 до 1,5 мЗв на человека. Наименьшие дозы получает населе- ние, проживающее в деревянных домах, – 0,5 мЗв/год, в кирпичных домах – 1,0 мЗв/год и в бетонных – 1,7 мЗв/год. Однако все чаще в строительный материал начинают вводить не только добавки природного или синтетического происхождения, но и техногенного, к которым относятся отходы различных произ- водств. Глинистые породы обладают свойством активно сорбировать и удерживать радионуклиды. При термической обработке глинистых пород в процессе изготовления из них материалов строи- тельного назначения повышается концентрация радионуклидов за счет выгорания различных орга- нических примесей. Поэтому необходим радиационный контроль строительных материалов на со- ответствие допустимым уровням. Это будет способствовать улучшению условий жизнедеятельно- сти человека и среды его обитания. Таблица 2 - Эффективная удельная активность (Бк/кг) глин Удельная активность, Бк/кг Наименование мате- риала Ra-226 Th-232 Cs-137 K-40 Суммарная Аэф, Бк/кг Песок кварцевый 5,31 2,27 16,82 62,21 13,58 Глина Щебрин 53,22 33,29 18,89 824,1 166,8 Глина Гайдуковка 43,62 37,62 30,52 1124 188,4 Глина Осетки 64,13 52,03 30,23 1455 255,9 Таблица 1 - Эффективная удельная активность (Бк/кг) добавок Удельная активность, Бк/кг Наименование материала Ra-226 Th-232 Cs-137 K-40 Суммарная Аэф, Бк/кг Треста льняная * 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 ОФС 12,68 13,18 0,223 9,04 30,62 Отходы сахарного производства 4,40 0,00 0,00 356,7 34,72 Полиорганические силоксаны** 0,00 68,12 0,00 0,00 89,24 Гранитные отсевы 45,57 23,65 28,14 1505 204,5 Зола древесная 0,00 71,99 2033 3844 334,2 * Из-за небольшой массы (~ 45г в 500 мл объема), не определен уровень активности превышающий фон. ** Из-за небольшой массы (~ 20г в 500 мл объема) не определен уровень удельной активности по неко- торым радионуклидам. Определение удельных активностей в образцах проводили с помощью радиометрической установки на основе сцинтилляционного 4-х канального гамма-радиометра РУГ-91М на навесках проб. В качестве проб использовались материалы применяемые в производстве кирпича: глина, гранитные отсевы, кварцевый 219 песок, зола древесная, полиорганические силоксаны, льняная треста, отходы сахарного производства, гото- вый керамический кирпич. Эффективная удельная активность (Аэф) природных радионуклидов в строительных материа- лах рассчитывается по формуле Аэф =АRa +1,3АTh +0,085Ак где АRa и АTh – удельные активности радия-226 и тория-232, Бк/кг; АК – удельная активность калия-40, Бк/кг. Таблица 3 - Эффективная удельная активность(Бк/кг) обожженного кирпича с различным содержанием одинакового выгорающего компонента. Удельная активность, Бк/кг Наименование материала Ra-226 Th-232 Cs-137 K-40 Суммарная Аэф, Бк/кг Глина Осетки 3% полиорганические силоксаны 50,23 23,02 31,12 982,4 168,6 Глина Осетки 5% полиорганические силоксаны 52,54 24,89 30,78 974,8 168,0 Глина Осетки 7% полиорганические силоксаны 60,03 25,62 36,80 987,6 182,2 Полученные результаты на радиационное качество карьерных материалов и готовой продукции свиде- тельствует о том, что исследованные материалы являются низкорадиоактивными объектами и согласно НРБ- 2000 относятся к I и II классу опасности могут использоваться в производстве керамического кирпича. Анализ Аэф показывает, что основной вклад в суммарную гамма-активность глинистых материалов вносят все исследованные радионуклиды: K-40, Ra-226 и Th-232. Однако они не превышают допустимый предел в 370 Бк/кг Литература 1. Кашкаев И.С., Шейман Е.Ш. “Производство глиняного кирпича” Москва “Высшая школа”, 1978; 2. Чернушевич Г.А., Перетрухин В.В., Терешко В.В. “Радиационная безопасность. Лабораторный практикум”, Минск БГТУ, 2007 3. СТБ 1160-90 «Кирпич и камень керамический. Технические условия» УДК 331.103.32:666.3.013.8 Анализ условий труда на ОАО «Керамин» Студент гр. 9 Позняк А.И. Научный руководитель – Радченко Ю.С. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Предприятие представляет собой разумное сочетание производственного процесса и комплекса меро- приятий, направленных на сохранение жизни, здоровья и работоспособности человека в процессе трудовой деятельности. Известно, что неудовлетворительные условия труда являются основной причиной ухудшения состояния здоровья работников, их повышенной утомляемости и временной нетрудоспособности, что в дальнейшем может привести к более серьезным последствиям, таким как аварии и несчастные случаи на производстве. В связи с этим необходимо вести строгий учет всех факторов производственной среды, воз- действующих на здоровье человека. Целью данной работы явилось проведение детального анализа условий труда на ОАО «Керамин» в цехе № 5 по приготовлению фритты. Данное производство характеризуется наличием физических, химиче- ских и психофизиологических вредных производственных факторов. Анализ условий труда проводился по результатам аттестации рабочих мест, которая проходила в ноябре 2008 года. В качестве объектов анализа были выбраны две основные профессии цеха: фриттоварщик и шихтовщик, которые подвергались наиболь- шему воздействию вредных производственных факторов. В воздухе рабочей зоны помещения цеха зафиксировано содержание таких вредных веществ как ди- оксид азота, относящийся ко 2 классу опасности, и диоксид углерода, относящийся к 4 классу опасности. Данные вредные выбросы образуются в результате сжигания топлива, в качестве которого используется природный газ. Предельная допустимая концентрация (ПДК) диоксида азота и углерода составляют 2 и 20 мг/м3 соответственно. С учетом времени воздействия данного фактора класс условий труда является допус- тимым. Кроме того, в воздухе рабочей зоны, помимо вышеуказанных вредных веществ обнаружено наличие 220 пыли и аэрозоля, величина которых составила 5,1 мг/м3 (для профессии фриттоварщик) и 5,9 мг/м3 (для профессии шихтовщик), что на 3,1 и 3,9 мг/см соответственно превышает нормативное значение. Основным источником пыли в данном цехе является участок дозировки. Известно, что поташ, бура и кварцевый песок, являющиеся основными компонентами для приготовления фритты, поступают на производство в мелкодис- персном состоянии. При дозировке, измельчении и транспортировки основных компонентов наблюдается обильное пыление. Теплотехнические установки также являются источниками выбросов пыли и аэрозоле- вых частиц, содержащихся в значительных количествах в отходящих газах. Данный фактор превышает нор- мативное значение в 2,55 и 2,95 раз соответственно и с учетом времени воздействия на работающих в тече- ние трудового дня относится к 3.1 классу условий труда. К физическим вредным производственным факторам в рассматриваемом цехе относится шум. В соот- ветствии с СанПиН № 2.2.4/2.1.8.10-32-2002 нормативное значение шума на рабочих местах составляет 80 дБ. Аттестационной комиссией зафиксировано превышение данного показателя на 13 единиц (для профес- сии фриттоварщик) и 10 единиц (для профессии шихтовщик). Источником шума в цехе по производству фритты является наличие такого технологического оборудования как вибросита и протирочные машины, вращающие со скоростью 1500 об/мин. Помимо этого, основным тепловым агрегатом является вращающая- ся печь, постоянно находящаяся в движении, и тем самым, создавая шумовую нагрузку. Данный фактор превышает нормативное значение в 1,16 и 1,12 раз и с учетом времени воздействия относится к 3.1 классу условий труда. В рассматриваемом цеху имеется в наличии 6 тепловых агрегатов, в связи с чем, большое внимание должно уделяться учету воздействия метеорологических факторов на работающих. В соответствии с Сан- ПиН № 9-80-98 установлены нормативные значения показателей, характеризующих микроклимат в произ- водственном помещении. Так, для профессии фриттоварщика температура воздуха рабочей зоны составляет 18-22 °С, относительная влажность воздуха 15 – 65%. Для профессии шихтовщика данные показатели со- ставляют 18-27 °С, 15 – 75% соответственно. Установленное значение скорости движения воздуха составля- ет 0, 1 – 0, 4 м/с для двух профессий. Интенсивность теплового излучения составляет 140 Вт/м2. Аттестаци- онная комиссия зафиксировала превышение нормативных значений по данным показателям для профессии фриттовщик. Температура воздуха рабочей зоны превышает верхний оптимальный предел в 1,18 раз. С уче- том времени воздействия данному производственному фактору присвоен 3.1 класс. Интенсивность теплово- го излучения превышает нормативное значение в 4,85 раз и относится к 3.2 классу. С учетом времени влия- ния данного фактора в течение трудового дня (50%) класс условий труда понижается на одну степень и со- ставил 3.1. Психофизиологические факторы в цехе по производству фритты раскрываются через такие показате- ли как: общая величина физической нагрузки (до 83 000 кг/м); статическая нагрузка на смену на одну руку (до 43000 кг/с), на обе руки (до 97000 кг/с), на все тело (до 130000 кг/с); длительность сосредоточенного наблюдения (75 % времени смены). По данным показателям аттестационной комиссией превышений не за- фиксировано. От 30 до 50 % времени рабочие находятся в наклонном положение, что превышает допусти- мую величину. Класс условий труда по данному фактору составил 3.1. За эстетический и физиологический дискомфорт и трехсменный режим работы условия труда отнесены к 3.1 классу. Общая оценка условий труда на рассмотренных рабочих местах, установленная по наиболее высоко- му классу, относится к 3.1. В связи с тем, что количество производственных факторов, имеющих данную степень превышает 3, то общая оценка условий труда повышается на 1 степень и составляет 3.2. В результате проведенного анализа стало очевидным, что условия труда на рассмотренном участке производства являются неудовлетворительными и пагубно влияют на здоровье работающих. В связи с этим, к уже существующим мероприятиям по охране труда, рекомендуется провести ряд дополнительных, на- правленных на улучшение условий труда. Наибольшее превышение по сравнению с нормативным значением имеет такой производственный фактор, как наличие пыли и аэрозоля в воздухе рабочей зоны на участке дозировки исходных компонентов. Для уменьшения воздействия данного фактора самым эффективным методом является замена ленточных конвейеров пневмотранспортом, характеризующимся отсутствием пыления в связи с его четкой герметиза- цией. Известно, что пыль в первую очередь воздействует на слизистые оболочки глаз и органы дыхания, оказывая при этом раздражающие воздействие. Поэтому необходимо обеспечить наличие требуемого коли- чества средств индивидуальной защиты (СИЗ) и осуществлять контроль по их использованию. Для оптимизации производственного микроклимата в цехе № 5 необходимо организовать системы местного кондиционирования и воздушного душирования рабочих мест вблизи тепловых агрегатов, четко контролировать использование рабочими СИЗ во избежании тепловой гипертермии рабочих. Кроме того, является необходимым использовать совершенные СИЗ для глаз, т.к. интенсивность инфракрасного излуче- ния на 575 единиц превышает нормативное значение, что при длительном воздействии может привести к развитию такого профессионального заболевания как производственная катаракта. 221 Для уменьшения воздействия шума в рассмотренном цехе необходимо осуществлять изоляцию ис- точников шума. Так, для тепловых агрегатов рекомендуется устроить звукоизоляцию с помощью устройства преград, а для вибросит и протирочных машин – звукопоглощение с использованием капронового волокна. УДК 005.334:005.52 Риск и возможность его оценки на производстве Студент 4 курса, гр.1 Кульш А.В. Научный руководитель – Радченко Ю.С. Белорусский государственный технологический университет г. Минск До недавнего времени человек достаточно вольно обращался с такими понятиями, как опасность, риск, авария, страх, катастрофа и т.п., и даже не пытался их количественно оценивать. С развитием научного подхода, особенно с привнесением его в промышленность, экономику, торговлю, смысл таких понятий на- чал детализироваться, и появилось стремление ввести меру для некоторых из них, то есть научиться сравни- вать и измерять их в каких-либо единицах. Риск – вероятностная мера возникновения техногенных или природных явлений, сопровождающихся формированием и действием вредных факторов, а также нанесенного при этом социального, экологическо- го, экономического и других видов ущербов. Долгие годы в основе функционирования промышленных предприятий лежала так называемая кон- цепция «абсолютной безопасности» или «нулевого риска» – принцип ALAPA (As Low As Practically Achievable). Концепция «нулевого риска» предусматривала такую организацию производственного объекта, при которой полностью исключалась возможность аварии. Отмечается, что по этой же причине концепция абсолютной безопасности в настоящее время признается неадекватной внутренним законам техносферы. Одним из стратегических направлений решений проблем в области охраны труда является предупре- ждение рисков, подразумевающее переход от реагирования на несчастные случаи постфактум к управлению рисками повреждения здоровья работников. Данная цель может быть достигнута путем создания всеобъем- лющей, сквозной системы управления профессиональными рисками, функционирующей в режиме их пер- манентной идентификации и оценки. На смену концепции «нулевого риска» пришла так называемая концепция «приемлемого риска», в основе которой заложен принцип «предвидеть и предупредить» – принцип приемлемого риска ALARA (As Low As Reasonably Achievable). Эта концепция предусматривает возможность аварии и соответственно меры по предотвращению ее возникновения и развития. В настоящее время усилия ученых и управленческого персонала направлены на снижение природных и техногенных рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций путем разработки системы мер по управлению рисками. Система управления риском в обществе основывается на четырех принципах: 1. Оправданность практической деятельности. 2. Продление среднестатистической ожидаемой продолжительности предстоящей жизни. 3. Интегрированный подход в управлении риском 4. Экологическая политика в управлении риском. Все методы управления риском можно по природе происхождения классифицировать на следующие группы: информационные, технологические, организационно-экономические и экономические. Информационные методы могут реализоваться с помощью мониторинга, компьютерных системных продуктов, пропаганды, прогнозирования, образования. К технологическим методам управления безопасностью и риском относят: автоматизированные сис- темы управления безопасностью технологических процессов, высоконаучные экологически безопасные тех- нологии и средства измерения и анализа. Наиболее значимым и прогрессирующим из всех методов являются автоматизированные системы управления безопасностью технологических процессов, которые нашли наиболее широкое применение на предприятиях химической промышленности. Административные методы управления безопасностью и риском подразделяются на правовые и кон- трольные. К правовым относят: нормы права, стандарты, обязательное получение государственного разрешения на эксплуатацию машин, механизмов и другое оборудования, деятельность которых связана с повышенной опасностью, проведение экспертизы промышленной безопасности. Контрольные методы управления безопасностью и риском включают в себя: неразрушающий кон- троль, сертификацию, лицензирование, аудирование. 222 Экономические стимулы (субсидии и дотации, льготные займы и кредиты и др.) как предупредитель- ные экономические методы управления безопасностью и риском на сегодняшний день плохо разработаны из-за недостаточности законодательной и методологической базы. К принудительным мерам наказания за нарушения природоохранного законодательства относятся штрафы и компенсационные выплаты за нанесенный ущерб, меры юридической ответственности и страхо- вание. Для оценки профессионального риска более уместно использовать интегральный показатель, отра- жающий качественные характеристики производственных систем с точки зрения обеспечения в них здоро- вых и безопасных условий труда. Зарубежные специалисты предполагают, что те же проблемы управления производством, которые ве- дут к снижению качества продукции или к перерывам в производстве, ведут и к травматизму и профзаболе- ваемости. Такие показатели рассматриваются ими как косвенные, которые характеризуют трудовой процесс и организацию труда в целом. К ним, например, относятся: 1. Текучесть кадров, которая является индикатором состояния условий труда и степени удовлетво- ренности работой. Высокий уровень смены кадров может рассматриваться как признак неудовлетворенно- сти работой. 2. Инвестиционные вложения в улучшение условий труда, которые характеризуют деятельность службы охраны труда на предприятии, деятельность медпункта, улучшение производственных процессов и повышение квалификации, приобретение техники, имеющей отношение к охране труда и производственной сфере. 3. Вложения в производственную среду и охрану труда. 4. Обучение и повышение квалификации в области охраны труда, непосредственно предусматривает обучение навыкам безопасного труда. 5. Профессионально-техническое обучение, которое предусматривает повышение квалификации ра- бочих и служащих и в своей программе должно содержать вопросы обеспечения здоровых и безопасных условий труда. Интегральный показатель рисков травмоопасности определяется на основе суммирования величин обобщающих показателей, скорректированных на степень их весомости в общем числе несчастных случаев по всем причинам. Риск нанести ущерб здоровью работников складывается в условиях многофакторного, разноуровне- вого воздействия производственной среды. В соответствии с этим появляется возможность его оценки на основе показателей, характеризующих организацию производственной системы: организация производства, применяемые технические средства, технологические мероприятия, квалификацию и поведение работников. Такой подход позволит оценивать текущую деятельность по обеспечению охраны труда, анализиро- вать входящие показатели, прямым и косвенным путем характеризующие состояние и организацию произ- водства, и, таким образом, своевременно выявлять возможные негативные тенденции, обусловленные ими. УДК 614.8.086.4:331.461 Безопасность транспортировки и хранения изотопов стронция Студенты 1 курса, гр.1 Курбыко С.С., Бударина М.Ю. Научный руководитель – Радченко Ю.С. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Ежегодно в мире транспортируется около 10 млн. упаковок с радиоактивными веществами (РВ) раз- личного вида. Обеспечение безопасности транспортирования РВ и изделий на их основе имеет большое зна- чение в связи с наличием потенциального риска нанесения ущерба людям, окружающей среде и имуществу в процессе их перевозки, выполнения погрузочно-разгрузочных операций и промежуточного хранения. Наличие такого риска обусловлено возможностью аварии транспортного или погрузочного средства, воздействием на упаковки разрушающих механических и тепловых нагрузок в процессе перевозки, которые могут привести к рассеянию РВ в окружающую среду и облучению персонала сверх установленных норм при нарушениях правил безопасного обращения с упаковками. Касаясь перевозки РВ, содержащих изотопы стронция можно говорить о том, что наиболее распро- страненным случаем транспортировки изотопов стронция является случай транспортировки отработанного ядерного топлива (ОЯТ), в состав которого обычно входит от 2 до 30% различных химических соединений стронция 89Sr, 90Sr, 91Sr, 92Sr. 223 К числу наиболее часто перевозимых веществ, содержащих изотопы стронция и включаемых в пе- речни опасных, обычно относят: стронция арсенит № ООН 1691 (класс опасности 6.1); стронция диоксид № ООН 1509, стронция нитрат № ООН 1507, стронция пероксид № ООН 1509, стронция перхлорат № ООН 1508, стронция хлорат № ООН 1506, (класс опасности 5.1); стронция сплавы пирофорик № ООН 1383 (класс опасности 4.2); стронция фосфат № ООН 2013 (класс опасности 4.3). Транспортирование радиоактивных материалов (РМ) и изделий на их основе регламентируется меж- дународными (межгосударственными) соглашениями. Главной целью такой регламентации является пре- дотвращение в максимально возможной мере несчастных случаев с людьми, повреждения имущества, транспортных средств и других грузов посредством установления норм безопасности, обеспечивающих приемлемый уровень контроля за радиационной и ядерной опасностью при перевозках РМ. Основным документом, устанавливающим требования к перевозкам РМ являются «Правила безопас- ной перевозки радиоактивных веществ МАГАТЭ». Эти правила впервые были изданы в 1961 г. и в них ре- гулярно вносятся поправки и усовершенствования с учетом прогресса в радиологической защите и в разви- тии транспортных средств и методов. Последнее всеобъемлющее пересмотренное издание правил транспор- тировки было опубликовано в 1996 г. Изложенные в этих документах нормы и правила безопасности охватывают все операции и условия (в т.ч. и аварийные), связанные с транспортированием РМ, включая классификацию РМ, проектирование, из- готовление, испытания и техническое обслуживание транспортных упаковочных контейнеров (ТУК), подго- товку, отправку, обработку, перевозку, транзитное хранение упаковок и их приемку грузополучателем. Действие правил распространяются на перевозку РВ с -излучением и -излучением. Под эти прави- ла, как -излучатели, подпадают и изотопы стронция с удельной активностью больше 74 Бк/г, а также с суммарной активностью радионуклидов стронция (89Sr, 90Sr, 91Sr, 92Sr более 106 Бк). Транспортирование стронция с меньшей активностью производится в производственно-технической таре, исключающей распространение вещества в окружающую среду, при этом мощность эквивалентной дозы излучений на поверхности тары не должна превышать 3 мкЗв/ч. На внешней поверхности тары не должно быть радиоактивного поверхностного загрязнения, а на внутреннюю поверхность наносится знак радиационной опасности. При соблюдении перечисленных требований такие упаковки перевозятся всеми видами транспорта и почтовой связи и хранятся на общих складах как обычный груз. Поскольку безопасность перевозки РВ в значительной мере определяется качеством упаковочных комплектов, последние должны соответствовать следующим основным требованиям: предотвращать рас- пространение радиоактивных веществ в окружающую среду в условиях перевозки с возможными аварий- ными случаями; ослаблять мощность дозы до установленного уровня в соответствии с категорией упаковки (I категория – 0,005 мЗв/ч, II категория – 0,15 мЗв/ч, III категория – 2 мЗв/ч, IV категория – 10 мЗв/ч). Перевозка радиоактивных веществ в упаковках всех транспортных категорий может осуществляться воздушным, железнодорожным, морским, речным или автомобильным транспортом с соблюдением уста- новленных для каждого вида транспорта специфических правил. Чтобы обеспечить безопасность при перевозках, запрещается транспортировать упаковки с радиоак- тивными веществами общественным городским транспортом (трамваями, троллейбусами, автобусами, мет- ро, пассажирскими вагонами пригородных поездов). Разрешается перевозка упаковок I и II категорий в так- си без посторонних пассажиров. Транспортировка источников излучения внутри помещений, на территории учреждений должна производиться в контейнерах на специальных транспортных устройствах. При перевозке РВ всеми видами транспорта необходимо: помещать РВ в упаковки, обеспечивающие защиту лиц, постоянно занятых приемкой, разгрузкой, хранением, выдачей, погрузкой и транспортировкой упаковок и отдельных лиц из населения от облучения свыше предельно допустимых или свыше контроль- ных доз; принимать необходимые меры для предотвращения загрязнения РВ упаковки, транспортных средств и перевозимых с этими веществами обычных грузов свыше допустимого уровня загрязнения; осу- ществлять погрузку и выгрузку упаковок с РВ с возможно более короткими сроками с использованием по- грузочно-разгрузочных средств; размещать упаковки с РВ на таких расстояниях от мест пребывания людей, чтобы дозы облучения не превышали допустимых значений. Запрещается перевозить и хранить упаковки с радиоактивными веществами вместе с легковоспламе- няющимися, взрывчатыми и едкими веществами, сжатыми и сжиженными газами. Следует помнить также о возможности засвечивания непроявленных кино- и фото, и рентгеновских пленок и пластинок и размещать упаковки с ними на расстояниях, обеспечивающих полную сохранность этих материалов. Для обеспечения безопасности населения при транспортировании РВ и безопасных условий труда персонала при погрузочно-разгрузочных операциях, а также в период сопровождения груза биологическая защита ТУК должна быть такова, чтобы мощность эквивалентной дозы -, n-излучений в любой точке внешней поверхности транспортного средства, загруженного РВ, которое помимо изотопов стронция, может включать также и другие изотопы, излучающие -, n-потоки, как это имеет место в случае ОЯТ, не превы- шала 2 мЗв/ч, а на расстоянии 2 м от вертикальных (боковых и торцевых) поверхностей вагона-контейнера – 0,1 мЗв/ч. 224 В современных условиях в системе безопасности перевозок РМ наибольшую настороженность вызы- вают степень безопасности специализированного подвижного состава, контейнеров и оборудования, приме- няемого для транспортировки и хранении РМ, в условиях значительного объема перевозок (прежде всего железнодорожным транспортом) самых разнообразных, в том числе и опасных грузов, и, как следствие, воз- никающих при этом аварий, а также повышенная уязвимость транспортных инфраструктур к проявлениям терроризма. Вместе с тем достижения научно-технического прогресса в области новых материалов, создания спе- циальных транспортных средств и химических материалов позволяют надеяться, что перевозки РМ станут в ближайшем будущем более безопасными для населения территорий, по которым осуществляется транспор- тировка. Шум как фактор профессионального риска для работников нефтепереработки Магистрант гр.09-МН Булавка Ю.А. Научный руководитель – Чеботарев П. А. Полоцкий государственный университет г. Полоцк Ведущей отраслью топливно-энергетического комплекса в нашей стране является нефтеперерабаты- вающая промышленность. Новополоцкий и Мозырьский нефтеперерабатывающие заводы являются важ- нейшими государственными объектами. Исторически сложилось так, что из-за социальных благ и льгот, предоставляемых на предприятиях нефтеперерабатывающей отрасли, наиболее активная, здоровая и доста- точно образованная часть населения идет работать именно туда. Возрастание контингента рабочих на дан- ных предприятиях требует всестороннего контроля и профилактики возможных неблагоприятных воздейст- вий факторов производственной среды, которые могут внести определенную специфику в формирование профессиональной, профессионально обусловленной и общей заболеваемости работников. Условия труда на большинстве рабочих мест нефтеперерабатывающих предприятий характеризуются наличием ряда вредных и опасных факторов производственной среды, что обусловлено особенностями пе- рерабатываемого углеводородного сырья и характером технологических процессов. Загрязнение воздуха рабочей зоны составляющими сырья, технологическими и вспомогательными материалами, полуфабрика- тами и конечными продуктами переработки на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ), в т. ч. и ОАО «Наф- тан», является ведущим неблагоприятным фактором. В воздухе рабочей зоны данного предприятия наблю- дается одновременное присутствие большого количества химических веществ 1…4 класса опасности. Тру- довой процесс связан с применением технического оборудования, являющегося источником производственного шума, инфра- и ультразвука, общей технологической вибрации, теплового излучения от нагретых поверхностей печей, котлов и трубопроводов, а также электромагнитных излучений промышлен- ной частоты. На работников воздействуют сезонные изменения параметров микроклимата производствен- ных помещений и открытых пространств. Выполнение производственных операций сопровождается выра- женным нервно-эмоциональным напряжением, что связано с использованием в технологическом процессе пожаро- и взрывоопасных веществ, чередующейся трехсменной работой. Целью работы является оценка потенциального риска профессионального снижения слуха от воздей- ствия шума на работников нефтеперерабатывающей промышленности. Актуальность исследования данного вопроса определяется тем, что шум является вторым вредным фактором, после химического, по значимости и выраженности на здоровье работников. Объектами исследования являлись условия труда работающих ус- тановки Деасфальтизации гудрона пропаном завода ОАО «Нафтан». Постоянными источники интенсивного шума на НПЗ являются: технологическое оборудование (особенно форсунки печей, аппараты воздушного охлаждения), трубопроводы, вентиляторы, насосное и компрессорное оборудование. Основные источники шума на анализируемой установке: работающие компрессоры, насосы, газодувки, горелки печей, парогазо- проводы и продуктопроводы и связанные с ними узлы регулировки, подогреватели низкого и высокого дав- ления, испарители, нагнетатели, ручной механизированный инструмент, а также системы приточно- вытяжной вентиляции и кондиционирования воздуха. Так, на исследуемой установке уровень шума в компрессорной составляют 87 дБА, что превышает допустимый уровень (ПДУ) на 7 дБА. Шум в помещениях насосных (пропановой и горячей) постоянный, широкополосный, высокочастотный, уровни его в пределах 88 …89 дБА. Шум, создаваемый нагреватель- ными печами – максимально наблюдаемый по установке, – широкополосный, превышающий ПДУ на 14 дБА. На наружных установках, временных рабочих местах, уровни шума составляют 85 дБА, что превыша- ет ПДУ на 5 дБА. В помещениях операторных, кабинете начальника установки и механика уровни шума не превышают ПДУ (65 дБА) и составляют 59 дБА. 225 Таким образом, наиболее высоким уровням шума подвержены машинисты компрессорных установок и машинисты технологических насосов. Согласно последней проведенной на установке аттестации рабочих мест по условиям труда, по параметрам шума условия труда на установке определены как вредные 3 класса 2 степени для всех производственно-профессиональных групп (кроме начальника установки и механика, для которых класс 3.2 установлен по напряженности труда). Определение уровня шума на рабочих местах установки Деасфальтизации ОАО «Нафтан» позволило произвести расчет вероятности профессионального снижения слуха в зависимости от биологической дозы шума и стажа работы. Известно, что при длительном воздействии шума на организм человека развивается утомление, пере- ходящее в переутомление, поражение кохлеарного нерва с постепенным развитием тугоухости. Неспецифи- ческие воздействия шума проявляются раньше, чем изменения в органе слуха: невротический и астатиче- ский синдромы в сочетании с вегетативной дисфункцией, раздражительность, общая слабость, головная боль, головокружение, повышенная утомляемость, расстройство сна, ослабление памяти, изменение сухо- жильных и периостальных рефлексов на руках и ногах, тремор пальцев вытянутых рук. Могут наблюдаться также изменения секреторной и моторной функции желудочно-кишечного тракта, сдвиги в обменных процес- сах и др. Оценку риска воздействия производственного шума осуществляли в соответствии с моделью индиви- дуальных порогов действия (нормально-вероятностным распределением частоты эффектов), учитывающей стажевую дозу Lgm(T) для стажа, составляющего Т лет. Расчет риска (R) осуществляется по формулам (при T0= 1 год): dteR t 2Prob 2 2 1     где )(0,07-8,25Prob TLgm где 0 lg10.)( T T LэквTLgm  В последней формуле Lэкв характеризует продолжительность действия шума в течение рабочего дня, Prob – вероятность неблагоприятного эффекта (риск) в виде нормально-вероятностной шкалы. Характери- стика действия шума на производственно-профессиональную группу работников установки Деасфальтиза- ции ОАО «Нафтан» и оценка риска воздействия производственного шума в зависимости от стажа работы приведена в таблице 1. Таблиза 1- Характеристика действия шума на работников Деасфальтизации ОАО «Нафтан» Производственно-профессиональные группы Показатели Начальник установки Механик Машинист ком- прессорных ус- тановок Машинист тех- нологических насосов Оператор техно- логических уста- новок 1 Средние экви- валентные уров- ни шума на ра- бочих местах, дБА 84 83 87 89 84 2.Время воздей- ствия, % 59 83 100 100 87 3.Эквивалентные уровни звука, дБА 81 83 87 89 84 4. Индивидуальный риск профессиональной тугоухости (R) в % при стаже работы 10 лет 3 4,1 7,2 9,3 4,7 15 лет 3,9 5,3 9 11,5 6,1 25 лет 5,5 7,2 11,9 14,9 8,2 Примечание: ПДУ шума - 80 дБА (по СанПиН № 13-2-2007 РБ «Гигиеническая классификация условий труда») Самый высокий риск возникновения профессиональной тугоухости у работающих установки Деас- фальтизации ОАО «Нафтан», как видно из таблицы 1, регистрируется на рабочих местах машинистов тех- нологических насосов, поскольку риск возникновения неспецифической шумовой патологии при 10, 15 и 25 летнем стаже работы является максимальным для изучаемой производственно-профессиональной группы 0,09, 0,115 и 0,149 соответственно. 226 По результатам исследования можно утверждать, что сочетанное действия химического и физических факторов (в т.ч. шума) создает значительный риск производственно-обусловленной и профессиональной забо- леваемости работников нефтеперерабатывающей промышленности. 227 Химические технологии 228 УДК 625.7 Методы синтеза нанокристаллических металлических порошков Студент гр. 104138 Савченко А.И. Научный руководитель – Яглов В.Н. Белорусский национальный технический университет г. Минск Нанокристаллические материалы представляют собой особое состояние конденсированного вещества – макроскопические анспмбли ультрмалых частиц с размерами до нескольких нанометров. Необычные свойства этих материалов обусловлены как особенностями отдельных частиц (кристаллитов), так и их кол- лективным поведением, зависящим от характера взаимодействия между наночастицами. Структура и дисперсность (распределение зерен по размерам), а, следовательно, и свойства наноме- териалов зависят от способа их получения: 1. Газофазный синтез (конденсация паров). Изолированные частицы обычно получают испаре- нием металла, сплава или полупроводника при контролируемой температуре в атмосфере инертного газа низкого давления с последующей конденсацией пара вблизи или на холодной поверхности. Это самый про- стой способ получения нанокристаллических порошков. В отличие от испарения в вакууме, атомы вещества, испаренного в разреженной инертной атмосфере, быстрее теряют кинетическую энергию из-за столкнове- ний с атомами газа и образуют сегрегации (кластеры). Состав и размер наночастиц можно контролировать изменением давления и состава атмосферы (инертный газ и газ-реагент), мощностью лазерного импульса, температурного градиента между испаряемой мишенью и поверхностью, на которую происходит конденса- ция. 2. Плазмохимический синтез. При плазмохимическом синтезе используется низкотемператур- ная (4000 – 8000 К) азотная, аммиачная, углеводородная, аргоновая плазма дугвого, тлеющего, высоко- или сверхвысокочастотного разрядов; в качестве исходного сырья применяют элементы, их галогениды и другие соединения. Характеристики получаемых порошков зависят от используемого сырья, технологии синтеза и типа плазмотрона. Частицы плазмохимических порошков являются монокристаллами и имеют размеры от 10 до 100-200 нм и более. Плазмохимический синтез обеспечивает высокие скорости образования и конден- сации соединения и отличается достаточно высокой производительностью. Главные недостатки плазмохи- мического синтеза – широкое распределение частиц по размерам и, вследствие этого, наличие довольно крупных (до 1-5 мкм) частиц, т.е. низкая селективность процесса, а также высокое содержание примесей в порошке. 3. Осаждение из коллоидных растворов. Обычный способ получения наночастиц с помощью коллоидных растворов заключается в их синтезе из исходных реагентов раствора и прерывании реакции в определенный момент времени, после чего дисперсная система переводится из жидкого коллоидного со- стояния в дисперсное твердое. Так нанокристаллические порошки сульфидов получают с помощью реакции сероводородной кислоты H2S или сульфида Na2S с водорастворимой солью металла. Например нанокристал- лический сульфид кадмия CdS получают осаждением из раствора перхлората кадмия и сульфида натрия; рост размеров наночастиц прерывают скачкообразным увеличением рН раствора. 4. Термическое разложение и восстановление. При термическом разложении используют обыч- но сложные элементо- и металлоорганические соединения, гидроксиды, карбонилы, формиаты, нитраты, оксалаты, амиды металлов, которые при определенной температуре распадаются с образованием синтези- руемого вещества и выделением газовой фазы. Получение высокодисперсных металлических порошков ме- тодом термического разложения формиатов железа, кобальта, никеля, меди в вакууме или в инертном газе при температуре 470-530 К получают дисперсные порошки металлов со средним размером частиц 100– 300 нм. 5. Механосинтез. Основой механосинтеза является механическая обработка твердых смесей, в ре- зультате которой происходят измельчение и пластическая деформация веществ, ускоряется массоперенос и осуществляется перемешивание компонентов смеси на атомарном уровне, активируется химическое взаи- модействие твердых реагентов. В результате механического воздействия в приконтактных областях твердо- го вещества создается поле напряжений. Релаксация поля напряжений может происходить путем выделения тепла, образования новой поверхности, образования различных дефектов в кристаллах, возбуждения хими- ческих реакций в твердой фазе. Механическое воздействие при измельчении материалов является импульс- ным, поэтому возникновение поля напряжений и его последующая релаксация происходят не в течение все- го времени пребывания частиц в реакторе, а только в момент соударения частиц и в короткое время после него. По этой причине при механохимическом синтезе нужно учитывать характер формирования поля на- пряжений во времени и кинетику последующих релаксационных процессов. 6. Детонационный синтез и электровзрыв. Существует еще один вид механического воздейст- вия, который одновременно создает условия как для синтеза кончного продукта, так и для его дипергирова- 229 ния. Это ударная волна. С помощью ударно-волновой обработки смесей графита с металлами при давлении в ударной волне до нескольких десятков ГПа получают нанокристаллические алмазные порошки со сред- ним размером частиц 4 нм. Более технологично получение алмазных порошков путем взрыва органических веществ с высоким содержанием углерода и относительно низким содержанием кислорода. Детонация взрывчатых веществ, т.е. энергия взрыва, достаточно широко, используется для осуществления фазовых переходов в веществах и детонационного синтеза. Детонационный синтез, как быстро протекающий про- цесс, позволяет получать тонкодисперсные порошки в динамических условиях, когда важную роль приобре- тают кинетические процессы. 7. Упорядочение нестехиометрических соединений как метод создания наноструктуры. Мо- нокарбиды переходных металлов МСу входят в группу сильно нестехиометрических соединений. В неупо- рядоченном состоянии монокарбиды МСу имеют кубическую структуру и могут содержать до 50% струк- турных вакансий в неметаллической подрешетке. При температуре ниже 1300 К структура становится неус- тойчивой и в нестехиометрических карбидах происходят фазовые переходы беспорядок-порядок, приводящие к образованию упорядоченных фаз со сложными сверхструктурами. Если охлаждение осущест- вляется быстро, то процесс упорядочения не успевает закончиться и нестехиометрический карбид остается в метастабильном неупорядоченном состоянии. Из-за различия параметров решеток неупорядоченной и упорядоченной фаз в образце возникают напряжения, которые с течением времени приводят к растрескива- нию кристаллов и образованию наночастиц. УДК 691.168 Синтез цинковых мыл на основе соапстока Студент гр. 104429 Макаревич В.А. Научные руководители – Шнып И.А., Лукьянова Р.С. Белорусский национальный технический университет г. Минск Соапсток – побочный продукт, получаемый в процессе рафинирования растительных масел, в частно- сти, при производстве маргарина. Соапсток представляет собой водный раствор натриевых солей жирных кислот, содержащий дополнительно триглицериды (нейтральные жиры), фосфолипиды, красящие вещества и другие компоненты исходных жиров и масел. Согласно ТУ РБ 190239501.034-2002, в соапстоке – массовая доля общего жира не менее 25,0%, массовая доля натриевых солей жирных кислот – не менее 15,0%, ос- тальное – вода и другие примеси (~ 60%). При производстве строительных материалов важно получить материалы с минимальным водопогло- щением, т.к. именно водопоглощение материала во многом определяет ряд физико-технических показате- лей, таких как морозостойкость, трещиностойкость, коррозионная стойкость и т.д. Под влиянием губитель- ного действия влаги атмосферы происходит постоянное разрушение всех видов строительных материалов: камня, бетона, кирпича, известняка, дерева, гипса. Поэтому повышение атмосферостойкости строительных материалов и конструкций, главным образом защита их от действия влаги, - является большой народнохо- зяйственной задачей. Известно, что мыла – соли высших жирных кислот: R – COOMe и (R – COO)2Me - обладают поверх- ностно-активными свойствами и снижают водопоглощение обработанных ими материалов, т.е. придают им гидрофобные свойства. Особенно высокие показатели гидрофобизации показали стеараты и олеаты щелоч- ноземельных металлов, которые стабильны во времени, не подвергаются деструкции в цементных бетонах. Наиболее высокое гидрофобное действие оказывал стеарат цинка, который позволил получить минераль- но-шлаковую композицию с добавкой ~ 2,4% стеарата цинка с пониженным водопоглощением при экспо- нировании в воде до 8 месяцев. Стеарат цинка также активизирует набор прочности при длительном водном твердении. В качестве источника для выделения высших жирных кислот (ВЖК) и их натриевых и цинковых со- лей нами использован постоянно возобновляемый и относительно дешевый отход маргаринового производ- ства, соапсток. Процесс получения мыл осуществлялся в 2 стадии: 1. Проводился щелочной гидролиз жировых компонентов соапстока насыщенным при комнатной температуре раствором NaOH, с двукратным избытком щелочи. Процесс проводился при нагревании реак- ционной смеси на водяной бане при постоянном перемешивании. При этом образовался ~ 60%-водный рас- твор Na-мыла в виде вязкой темнокоричневой массы; 2. Проводился процесс обменного разложения Na-солей насыщенным раствором хлорида цинка при комнатной температуре. Выделялись цинковые мыла в виде серой очень густой массы или в виде серо- зеленого осадка, хорошо отделяемого от водного слоя. 230 Получены битумно-песчаные композиции с добавками синтезированных натриевых и цинковых мыл. Исследуется сцепление модифицированного битума с песком (ГОСТ 11508-74) и определение водопогло- щения при долговременном погружении (СТБ ЕН 12087-2007). УДК 666. 9 Разработка составов модифицированных вяжущих Студент гр. 104128 Бердник Е.Н. Научный руководитель – Бурак Г.А. Белорусский национальный технический университет г. Минск Рациональное использование дорожно-строительных материалов в конструктивных слоях дорожных одежд - важная народнохозяйственная задача; актуальным вопросом при этом является обеспечение работо- способности дорожной конструкции в различных условиях эксплуатации с учетом транспортных нагрузок и климатических факторов. Одним из перспективных направлений, позволяющих решить данную задачу, яв- ляется применение битумов, модифицированных полимерами. В результате модификации нефтяных би- тумов можно изменить их структуру, и, как результат, физико-механические и технологические свойства. Для модификации битума применялась сера (s, = 1-3 % от массы битума). Сера перемешивалась с латексом (ms = 0,33m латекс) и полученная смесь вводилась в нагретый до 1000С битум. Температура , в процессе перемешивания, поднималась до 140 0С. В горячем состоянии вяжущее более жидкое, чем битум. В холодном состоянии осаждение раство- ренной серы способствует образованию пластичной смеси, а затем кристаллизация серы обеспечивает еще большую жесткость смеси. Сера, введенная в битум при температуре 120 - 140 С, расплавляется и равно- мерно распределяется в нем. В процессе перемешивания сера частично растворяется в масляных компонен- тах битума. Растворенная и расплавленная сера оказывает на битум пластифицирующее действие. При тем- пературе ниже 120 °С расплавленная сера начинает выкристаллизовываться. Кристаллическая сера играет роль дисперсного наполнителя в асфальтобетоне, повышает его прочность и теплостойкость. Результаты испытаний битума с серой. Удерживающая способность при ударе Показатели физико- мех.свойств после прогрева № пп П25 П КиШ Тхр Э13 % До, см -tмах +tмах КиШ П25 Э13 1 60 25 51 -12 72 10 -10 +50 5 86 40 2 60 26 49 - - - - - - - 3 60 22 52 -12 74 8 -10 +50 4 89 52 Так температура размягчения по КиШ повышается с 45 оС до 52 оС, однако при этом система становится более вязкой (пенетрация снижается с 85 до 60оС), но увеличивается эластичность и не- сколько снижается температура хрупкости до -12 оС. На основании полученных экспериментальных данных установлено, что битум с добавлением серы однороден и по физико-химическим показателям соответствуют нормам СТБ. Применение асфальтобе- тона, модифицированного серой, по сравнению с традиционным асфальтобетоном позволяет:сэкономить до 30 % битума; повысить производительность асфальтосмесителей на 10 % за счет уменьшения времени пе- ремешивания; снизить температуры нагрева вяжущего и минеральных компонентов асфальтобетонных сме- сей на 20-30 °С; увеличить срок службы покрытия на 5 %. УДК 546.57 Разработка методики получения металлических частиц серебра в нанометровом диапазоне размеров Студентка гр. 104518 Садовская О.И. Научный руководитель – Беляцкий В.Н. Белорусский национальный технический университет г. Минск В связи с бурным развитием исследований в области нанохимии и нанотехнологии в последние деся- тилетия во всех промышленно развитых странах интенсивно развиваются методы получения веществ, и металлов в частности, с размерами частиц, находящими в пределах 1-100 нанометров, так называемых нано- частиц. 231 Целью работы являлась разработка методики получения металлических частиц серебра с размерами, составляющими несколько десятков нанометров. Нанометр (1нм=10-9м) – одна миллиардная часть метра, очень маленькая величина, составляющая всего порядка 10атомов. В последние 10-15 лет проводятся исследования наноразмерных объектов, имею- щих величину от долей нанометра до приблизительно 100нм. Нижний размер частиц определяется разме- рами единичных атомов и молекул, верхняя граница размеров в некотором роде условна, это при котором частицы уже начинают иметь свойства объемных материалов. Для наночастиц необходимо учитывать кван- товые особенности небольших образований атомов и молекул. Получение частиц с размерами, находящимися в пределах нескольких нанометров возможно как по принципу дробления вещества (принцип «сверху-вниз»), так и по пути создания отдельных частиц путем их укрупнения из отдельных атомов и молекул (принцип «снизу-вверх»). Для обоих этих подходов характерно то, что образующиеся частицы необходимо зафиксировать в подобном состоянии, поскольку наночастицы металлов менее 10нм являются системами, обладающими избыточной поверхностной энергией и высокой химической активностью. Частицы размером 1нм практически без энергии активации вступают в процессы агрегации, приводящие к образованию наночастиц металлов, и в реакции с другими химическим соедине- ниями, обуславливающие получение веществ с новыми свойствами. Запасенная энергия таких объектов оп- ределяется в первую очередь нескомпенсированностью связей поверхностных и приповерхностных атомов, что может стать причиной возникновения необычных поверхностных явлений и реакций. В этой связи нами был выбран способ получения металлических частиц из коллоидного раствора нитрата серебра путем его восстановления солянокислым гидразином в аммиачной среде. Суть разработанной методики состояла в следующем: В качестве водорастворимого полимера использовался гидролизованное в среде КОН полиамидное волокно, которое в первоначальном виде представляло собой пасту с содержанием органического вещества 50%. Готовился ряд растворов с содержанием водорастворимой органической фазы 5-20% . В раствор (объ- ем 100мл) гидролизованного полиамида вносилось азотнокислое серебро в виде 3% водного раствора в ко- личестве от 1мл до 10мл. В случае необходимости добавлялось 1мл раствора NH4OH до рН ≈ 10-11 и при интенсивном перемешивании вносилось от 1мл до 5мл 5%раствора солянокислого гидразина N2H4xHCl. Ре- акционная смесь выдерживалась при интенсивном перемешивании в течение одного часа. Наблюдался зна- чительный индукционный период восстановления серебра, (несколько часов, особенно для разбавленных растворов). Об образовании коллоидного серебра говорит наличие конуса Тиндаля при пропускании пучка света. Определение размеров методом атомно-силовой микроскопии показало, что образуются сферические частицы серебра от 30нм до 100нм. УДК 627.7 Использование техногенных продуктов в дорожном строительстве Студент гр. 104618 Сманцер Р.В. Научный руководитель – Медведев Д.И. Белорусский национальный технический университет г. Минск В настоящее время в связи с ростом интенсивности и грузонапряженности движения транспортных средств особенно важную роль приобретают своевременность и качество проведения работ по текущему ремонту автодорог. Несвоевременность выполнения текущего ремонта вызывает в дальнейшем существен- ное увеличение объема ремонтных работ и снижает безопасность движения. Однако проведение ремонтных работ в осенне-весенний период затруднено неблагоприятными погодными условиями на территории Рес- публики Беларусь. Эти недостатки можно устранить путем применения новых вяжущих материалов (пла- стобетонов), обладающих значительно лучшими физико-механическими свойствами. Ранее проведенными исследованиями было установлено, что использование технического полиуре- танового аддукта с отвердителем и дисперсных гранитных отсевов (Микашевичи) в сочетании с песком со- провождается образованием структур, обладающих высокой механической прочностью (8-9 МПа), низкими значениями водопоглощения (0,5 – 1,5%) и высокой морозостойкостью. Однако, недостатком таких компо- зиций являлось применение в композициях дорогостоящего отвердителя (изоцианатов), что снижало воз- можность использования составов для ямочного ремонта дорог. В связи с этим в работе исследована возможность использования технического отвердителя полиуре- танового аддукта для получения композиций холодного твердения с короткими сроками схватывания. Методика приготовления образцов включала введение технического отвердителя в полиуретановый аддукт в соотношении 1:5 и 1:6. Для снижения вязкости аддукта его предварительно растворяли в сольвенте 232 в количестве 20% от массы аддукта. Полученное, таким образом, вяжущее вводили в наполнитель (песок + щебень), тщательно перемешивали до получения однородной массы и укладывали путем штыкования в формы размером 40× 40 × 160. После затвердевания композиций образцы извлекали из форм и исследовали их физико-механические свойства. В результате проведенных исследований было установлено, что оптимальное количество отвердителя находится в тех же пределах (5–1, 6–1) как и для индивидуальных отвердителей. Показано, что повышенное содержание отвердителя приводит к некоторому вспучиванию образцов. Последнее несколько снижает прочностные свойства (с 8 – 9 МПа до 6 – 7 МПа). Однако величины водопоглощения практически не изме- няются и не превышают 0,5%. Применение в качестве отвердителя технического продукта не влияет также и на морозостойкость композиций, которые удовлетворяют требованиям ГОСТа для дорожных покрытий. УДК 625.7 Исследование адгезионных свойств битума обработанных ультразвуком Студент гр. 104118 Равинский Е.Н. Научный руководитель – Меженцев А.А. Белорусский национальный технический университет г. Минск Битумы при быстрых деформациях ведут себя подобно хрупким телам, поэтому можно предположить, что интенсивные механические воздействия приведут к изменению их структуры и свойств. Одним из путей такой интенсификации является ультразвуковая обработка битума. Повышение активности модифициро- ванных битумов должно способствовать формированию устойчивой адгезионной связи их с минеральными материалами и за счет этого увеличению коррозионной устойчивости и долговечности асфальтового бетона. Эффективность ультразвуковой обработки битума эа счет явлений кавитации, перемешивания и радиа- ционного давления, характерных для действия ультразвука, обусловлена тем, что частота механического воз- действия превышает скорость релаксационной подвижности обрабатываемых структурных элементов битума при технологической температуре. Одни из наиболее активных компонентов битума (асфальтены) образуют при обычных условиях надмо- лекулярные структуры или блоки в виде ассоциированных комплексов. В случае расположения полярных групп внутри таких комплексов углеводородные цепочки образуют внешнюю оболочку, затрудняющую полярным группам вступать во взаимодействие с минеральной поверхностью. При обычной технологии приготовления асфальтобетонных смесей адгезионные свойства асфальтенов, а также смол используются слабо, так как прак- тически единственным фактором легализации надмолекулярных структур асфальтенов является тем- пература. При ультразвуковом воздействии возможно максимальное paзрушение таких комплексов, при котором, предположительно, связи межмолекулярного характера между блоками могут разрываться, а полярные группы высвобождаться из углеводородного экрана, что даст возможность использовать но- вые связи и группы в процессе взаимодействия битума с поверхностью минеральных материалов, т.е. усиливается адгезия битума. Данные, полученные при определении поверхностного натяжения битумов, показали снижение дан- ного показателя у битумов, подвергнутых УЗ-обработке, что также свидетельствует об увеличении их по- лярности и соответственно отражается на улучшении адгезионных свойств битумов. Механизм действия ультразвука на структуру битума обусловливает возможность кратковре- менного существования эффекта У3-обработки с восстановлением исходной структуры битума после завершения воздействия. Основной частотой ультразвука в исследовании была выбрана частота 18 кгц. Это было обусловлено максимальным эффектом улучшения свойств битумов и асфальтовых бетонов, полученным при использова- нии данной частоты, а также тем, что выпускаемые промышленностью ультразвуковые аппараты работают в диапазоне частот 15-22 кгц. Проведенные исследования битумов показали, что УЗ-обработка приводит к разрушению асфальте- новых комплексов, выражающемуся в их измельчении, и уменьшению размеров отдельных глобул. Резуль- таты стандартных испытаний асфальтовых бетонов показали, что при использовании битума обрабо- танного ультразвуком снижаются показатели водонасыцения и набухания асфальтобетона, что хорошо коррелируют с полученными при испытании битумов результатами, свидетельствующими об увеличе- нии при УЗ-обработке битумов их адгезионных свойств, которыми, в основном, и определяется водоустой- чивость асфальтовых бетонов. В среднем, увеличение адгезионных свойств битумов при УЗ-обработке состав- ляет 30-70%. 233 УДК 544(075.8) Получение углеродных нанотрубок методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза Студент гр. 104138 Слижов Д.Ю. Научный руководитель – Яглов В.Н. Белорусский национальный технический университет г. Минск Под реакцией самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) понимается реакция, вызываемая локальным выделением тепла на границе смеси порошкообразных реагентов, которая распро- страняется затем за счет тепловыделения в области реакции и передачи тепла от горячих областей смеси к холодным. Метод СВС широко применяется для синтеза самых разнообразных материалов, в том числе и неуглеродных наноматериалов. Исходные продукты для проведения реакций СВС с целью получения углеродных нанотрубок (УНТ) должны браться таким образом, чтобы один из них был носителем углерода, а другой – его восстановите- лем, например, Na2CO3 + 2Mg → 2MgO + C + Na2O (1) CaCO3 + 2Mg → 2MgO + CaO + C (2) Метод СВС позволяет получать в реакциях такого типа углеродные нанотрубки лишь при добавлении к исходной смеси реагентов третьего компонента – одного из известных катализаторов получения УНТ, на- пример металлов подгруппы железа (Fe, Co, Ni). В противном случае формируются лишь сфероподобные сажевые частицы углерода. В отличие от пиролитических методов выращивания УНТ на заранее приготовленной подложке, ме- тод СВС не контролируем в том смысле, что локальные параметры процесса практически не поддаются не- посредственному наблюдению. В этом процесс схож с дуговым методом синтеза УНТ с катализатором. Со- ответственно, как и в случае дуги, можно надеяться на оптимизацию процесса подбором количества катали- затора по отношению к реагентам. В дуговом методе оптимальная для роста нанотрубок пропорция составляет ~ 1 мас. % катализатора по отношению к углероду в теле анода. В работе использовали никелевый катализатор в виде оксида NiO, из которого в ходе реакции с маг- нием восстанавливался никель. К сожалению, добиться значительного увеличения содержания нанотрубок при увеличении количест- ва катализатора не удается. При добавлении катализатора структура полученного продуктахарактеризуется переплетением большого количества наноуглеродных волокон. Нанотрубок при этом практически нет; встречается лишь небольшое количество углеродных наночастиц, заключающих в себе наноразмерные кла- стеры никеля. При большом содержании никеля количество таких структур резко нарастает и одновременно резко уменьшается количество сфероподобных сажевых аморфных частиц, но количество нанотрубок уве- личивается незначительно. Утверждать или отрицать в условиях СВС возможность карбидов и их участия в образовании УНТ весьма сложно. При Т ≥ 700оС карбиды металлов группы железа не образуются. С другой стороны, образо- вание УНТ или нановолокна из карбида на стадии спада температуры тоже маловероятно, так как наличие карбида резко осложняет растворение углерода в частицах катализатора. Исходя из изложенного следует отметить, что метод СВС вряд ли использовать для синтеза материа- ла с высоким содержанием УНТ. Интерес в данном случае представляет определение границ метода при движении от весьма дорогих исходных компонентов к более дешевым (известняк-магний) и упрощении ус- ловий синтеза (от взаимодействия в вакууме к реакции на воздухе). С этим и связан выбор наиболее дешевого из всех мыслимых порошкообразных носителей углерода – известняка CaCO3 в реакции (2). Вместе с тем если ориентироваться на использование продуктов СВС, как модификаторов композиционных материалов, реакция расщепления известняка (2) менее выгодна, нежели, например, реакция расщепления соды (1), так как она дает меньший тепловой эффект (334,4 кДж/моль про- тив 585,2 кДж/моль в (1). Таким образом, реакция СВС в системе сода-магний с целью получения углеродных нанотрубок УНТ весьма малочувствительна к выбору количества катализатора. Заметное увеличение выхода нанотрубок пе- рестает наблюдаться при увеличении относительного содержания катализатора > 10 мас.%. Реакция СВС может быть осуществлена в системе известняк-магний, т.е. с наиболее дешевым порош- кообразным реагентом, содержащим углерод, несмотря на сравнительно небольшой тепловой эффект реак- ции. Процесс в данном случае приводит к образованию небольшого числа УНТ (не более нескольких масс. %). Наблюдается также некоторое количество кристаллической фазы (преимущественно в виде MgO), ко- 234 торая в совокупности с нанотрубками и нановолокнами, может представлять интерес с точки зрения прак- тического использования полученного материала, после его обогащения. УДК 625.84.667 Люминофоры длительного послесвечения в дорожном строительстве Студентка гр. 104219 Бекетова И.Ю. Научные руководители – Шагойко Ю.В., Кречко Н.А. Белорусский национальный технический университет г. Минск На современном этапе развития дорожной отрасли ужесточаются требования к дорожной разметке: увеличение гарантийных сроков эксплуатации, сохранность дорожной разметки по площади и фотометри- ческим параметрам. Поэтому, краска для разметки дороги должна быть высококачественной, отвечать меж- дународным требованиям и стандартам и обеспечивать всесезонное наличие горизонтальной дорожной раз- метки на проезжей части автомобильных дорог. Соответственно, краски для разметки дорог должны быть быстросохнущими, ударопрочными, устойчивыми к погоде и свету, обладать достаточной эластичностью и износостойкостью, иметь высокие сроки службы, обеспечивать стойкость к химикатам, применяемым для борьбы со снегом, льдом и возможность их использования для разметки и маркировки асфальтных, асфальто- бетонных, шлакобетонных, цементобетонных и нефтебитумных поверхностей дорог. Люминофоры — вещества, способные преобразовывать поглощаемую ими энергию в световое излучение (люминесцировать). Ранее использовались люминофоры на основе оксидов цинка. Они обла- дали не очень большой светимостью, имели высокую себестоимость, а также плотность (что фактически делало невозможным практическое применение порошка - он моментально выпадал в осадок). Как альтернатива данным материалам было предложено использование оксидов алюминия. Такие вещества обладают достаточной светимостью при относительно небольшой фракции (плотность до 2 г/мл). В зависимости от используемой технологии изготовления - пропекания люминофора - он будет светиться ярче или тусклее, будет безопасным или нет для человека. Люминофор следует рассматривать как добавку в оп- ределённые материалы в качестве светлоизлучателя. Материалы, заряженные дозой люминофора, с точки зрения наблюдателя, приобретают свойства свечения. Имеет значение светопреломляющие способности носителя. Определённые носители способны усилить видимое значение светимости до полутора раз. Яр- кость светимости напрямую зависит от способности материала, на который был нанесён носитель, отражать свет. В определённых случаях необходимо наличие специального отражающего слоя. Такой слой принято определять, как отражатель. Отражатель в большинстве случаев должен быть белого цвета. Частицы люминофора в носителе не растворяются, а находятся во взвешенном состоянии. Хи- мических реакций между частицами люминофора и веществом носителя не протекает. Следовательно, необходимо учитывать в основном только один фактор - укрывистость частиц люминофора. Чем плотнее окажется слой частиц люминофора, тем выше будет яркость свечения. Но следует помнить, что люмино- фор непрозрачен, значит, нижние слои частиц при высокой плотности не будут получать заряд света и окажутся неактивными. Продолжительность свечения после облучения составляет от 10 до 24 часов, в зависимости от свойств люминофоров. При этом яркость свечения не линейна. В первые минуты после свечения в темноте яркость максимальна, уменьшается пропорционально времени свечения. Спустя несколько часов свечение люми- нофора продолжает оставаться хорошо заметным, по мере того, как человеческий глаз привыкает к темноте. Важно отметить, что свечение в темное время суток эквивалентно свету полной Луны (0,1 люкс). Люминофор (на основе алюмината стронция) представляет собой в чистом виде порошок светло- жёлтого цвета. Размер крупинки 100 – 130 микрон. Крупицы люминофора не прозрачны и, значит, свет сквозь себя не пропускают. Люминофор смешивался с лаком (связующим) в соотношении 1:3. Расход со- ставил 50 г на м2. Полученный материал был нанесён на видимую поверхность подложки, в качестве ко- торого использовались образцы асфальтных, асфальтобетонных, керамических покрытий. Для выяснения целесообразности применения отражателя, была использована специальная краска. Также в качестве светоотражающего покрытия была использована люминофорная краска ТАТ – 33. Дан- ный материал способен аккумулировать большие светосуммы энергии при естественном или искусст- венном освещении и потом может отдавать накопленные светосуммы в течение 8-12 часов после пре- кращения внешнего освещения. Для «зарядки» изделий с покрытием из люминофоров образцы в течение 10-15 секунд выдерживались у источника света. Оценивалась длительность послесвечения: для этого ис- следуемый образец помещали под источник света заранее известной мощности (силе излучения) и дер- жали его определенное время (1 час, 2 часа, 5 часов и т.д.). После каждого испытания образец помещали в абсолютную темноту, где оценивали параметры его светимости: длительность и яркость свечения. 235 Люминофор перестает светиться, если уровень освещения, которое он создает, не превышает неко- торую наперед заданную величину (зависит от типа люминофора, размера частицы, составляющих люми- нофора). Для ТАТ – 33 этот показатель равен 11,2 часа. Материал на основе алюмината стронция также про- являл высокие изучаемые характеристики. Применение отражателя увеличивает яркость свечения во всех случаях. Таким образом, применение люминофора на основе алюмината стронция является целесообразным, т.к. создает хорошую светимость, которая может быть увеличена с помощью светоотражателя. Также хо- рошие свойства по аккумулированию световой энергии проявляет люминофорная окраска ТАТ – 33. Ука- занные материалы могут эффективно работать в качестве элементов дорожной разметки. УДК 541.128.13:542.91:665.652.17 Получение основных компонентов нефти из ненефтяного сырья Cтудент гр. 104819 Бабич И.А. Научный руководитель – Краецкая О.Ф. Белорусский национальный технический университет г. Минск Основным источником моторных топлив в настоящее время является нефть, из которой путем пере- гонки выделяют различные углеводородные фракции. Добавляя к этим фракциям специальные добавки для улучшения качества и стабилизаторы, получают товарный продукт. Однако запасы нефти в мире ограничены, а расходы ее огромны. Вследствие этого важное значение имеет разработка методов получения традиционных нефтяных продуктов (и прежде всего, топлива) из аль- тернативного (ненефтяного) сырья. К таким методам относится, в частности, синтез Фишера–Тропша — синтез углеводородов из синтез- газа — смеси монооксида углерода и водорода. В общем виде синтез Фишера–Тропша можно представить как совокупность реакций прямого пре- вращения СО и Н2 (синтез-газа) в смесь алифатических углеводородов и кислородсодержащих соединений: nCO + mH2  СхНуОz Состав образующейся смеси продуктов зависит от условий проведения процесса и примененного ка- тализатора. В настоящее время в промышленности наибольшее применение нашли железные и кобальтовые ката- лизаторы. Перспективным направлением в синтезе углеводородов из СО и Н2 является изучение свойств Со- катализаторов на основе смешанных оксидов (металлосиликатов). Катализаторы готовили методом пропитки. В качестве носителей использовали силикагель и метал- лосиликаты MSiOx (где М = Al, La, Fe, Co, Ce и Ni). Металлосиликаты готовили пропиткой силикагеля вод- ным раствором нитрата соответствующего металла с последующим прокаливанием в токе воздуха. Мольное отношение Si/М составляло 1–5. Содержание кобальта в катализаторах — 20 мас.%. Перед синтезом образцы восстанавливали в токе водорода при 450°С. Синтез проводили в проточной каталитической установке с кварцевым реактором при атмосферном давлении в интервале температур 150– 210°С. Мольное отношение Н2/СО = 2. Установлено, что все изученные образцы были активны в превращении смеси СО и Н2. Наиболее эф- фективными являются катализаторы, содержащие La -, Co- и Ce-силикаты. Показано, что на синтез углеводородов из СО и Н2 оказывает влияние мольное отношение Si/M в ме- таллосиликатах. Наибольшей активностью обладали катализаторы:  20%Со/СеSiOx, при Si/Се = 1,5;  20%Со/LaSiOx, при Si/La = 1,5;  20%Со/СоSiOx, при Si/Со = 2,5. При использовании образца на основе церийсиликата показатели процесса были наилучшими. Ката- лизатор 20%Со/СеSiOx характеризуется высоким выходом жидких углеводородов (161 г/м3) и селективно- стью в отношении их образования (91%), а также низкой селективностью по метану (5%). Применение это- го катализатора позволяет синтезировать углеводороды С5+, содержащие 83% парафинов нормального строения и характеризующиеся вероятностью роста цепи 0,85. Полученные результаты каталитического исследования согласуются с данными термопрограммиро- ванной десорбции аммиака. Согласно данным ТПД, наибольшее количество аммиака (576 мкмоль/гкат.) де- сорбируется со слабых кислотных центров (Тmax = 100–190°С), расположенных на поверхности образца 236 20%Со/CeSiOx. Именно эти центры, по литературным данным, участвуют в синтезе углеводородов С5+ из СО и Н2. УДК 625.7 Состояние проблемы по использованию ПАВ из вторичных ресурсов для улучшения свойств битума и асфальтобетона Студентка гр. 104519 Стройкина А.С. Научный руководитель – Зык Н.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Современное строительство автомобильных дорог предъявляет повышенные требования к дорожно- строительным материалам, особенно к вяжущим веществам, в частности к битумам для асфальтобетона. Одним из путей улучшения свойств битума и асфальтобетона является применение поверхностно-активных веществ. От них зависит возможность получения высококачественного асфальтобетона с заданными свойст- вами, и прежде всего с такими важными физико-механическими характеристиками, как коррозионная стой- кость, прочность, пластичность и упругость. ПАВ в зависимости от свойств, проявляемых ими в воде, делят на анионные (анионактивные), кати- онные (катионактивные), амфотерные (амфолитные), неионные (неионогенные). На протяжении ряда лет многими учеными исследовались различные поверхностно-активные веще- ства с целью применения их в дорожном строительстве. Так, рассматривались влияние их на адгезию биту- ма к поверхности минерального материала, изменение водонасыщения, набухания, водостойкости асфаль- тобетона, а также влияние добавок на скорость перемешивания, удобоукладываемость и уплотняемость сме- сей. При применении специально вводимых ПАВ следует иметь в виду, что битумы являются носителями определенных кислородных, сернистых и азотистых соединений, играющих роль ПАВ. Поскольку в биту- мах присутствуют ПАВ преимущественно анионного типа, хемсорбционные процессы возможны лишь на поверхности минеральных материалов, содержащих оксиды щелочноземельных и тяжелых металлов. На поверхности же минеральных материалов кислой породы адсорбция обычно имеет физический характер. Положительный заряд поверхности основных пород минеральных материалов благоприятствует адсорбции анионных ПАВ, но она не всегда заряжена положительно. Адсорбционные процессы и молекулярно-поверхностные явления, связанные с адсорбцией ПАВ, из- меняют структуру пограничных слоев битума и влияют на свойства битумоминеральных смесей. Анионак- тивные ПАВ обеспечивают хорошую адгезию тогда, когда образуются труднорастворимые мыла. Установ- лено, что карбоксильные соединения закрепляются на поверхности минералов как в молекулярной, так и в ионной форме. Поэтому существенное значение имеет предварительная активация минеральной поверхно- сти. Введение ПАВ в асфальтобетонные смеси позволяет улучшить адгезию битума к минеральным состав- ляющим, улучшить их технологические свойства. В дорожном строительстве в различных регионах получили применение следующие добавки, содер- жащие поверхностно-активные вещества: катион-активные вещества - ОДА (октадециламин), ЭВ (эвазин), ДД (диамин диолеат), ДТ (диамин Т), БП-2, БП-3, выравниватель А, катамины А и К и др.; анионактивные вещества - ГС (госсиполовая смола), ПО (парафиновый оксидат), СЖК (синтетические жирные кислоты), 2ЖГ (второй жировой гудрон), ОР (окисленный рисайкл), соапсток, асидолмылонафт, сульфатное мыло, сульфанол, контакт Петрова и др., регламентированные инструкцией по применению ПАВ. На современном этапе дорожного строительства остро стоит вопрос о промышленном производстве недорогих специально синтезируемых веществ на основе вторичных ресурсов, так как зарубежные ПАВ дорогостоящие. Известно применение в дорожном строительстве таких адгезионных добавок, как "Камид", "Шедор", "Котриол", "Кодид", АСД-1, АСД-2. В последние годы наибольший объем внедрения получили катионак- тивные добавки "Кодид", "Кодид-2М", "Бикор" и "Тамин-Т4". Данные добавки эффективно используются для повышения адгезии битума с минеральными материалами кислых горных пород (гранит, кварцит, квар- цито-песчаник) и улучшения за счет этого качества асфальтобетонных покрытий и поверхностной обработ- ки, что особенно важно для регионов, на территории которых имеются месторождения этих горных пород. Сравнительные исследования эффективности разработанных и вновь синтезированных ПАВ на по- вышение качества асфальтобетона, на наш взгляд, необходимо проводить с использованием одних и тех же составов асфальтобетонных смесей, минеральных материалов (кислых и основных), марок и видов нефтя- 237 ных битумов применительно к условиям работы дорожных покрытий с использованием современных стан- дартных и физико-химических методов анализа. УДК 625.7 Битум-полиуретановое вяжущее для дорожных покрытий Студент гр. 104138 Кулинка С.С. Научный руководитель – Евсеева Е.А. Белорусский национальный технический университет г. Минск Асфальтобетоны широко используются в дорожном, аэродромном, промышленном, жилищном и гидротехническом строительстве. Однако при высоких температурах эксплуатации вязкость и прочность битума снижается, что приводит к зарождению дефектов, ведущих к разрушению дорожных покрытий. Ин- тенсивное трещинообразование наблюдается при температурах воздуха ниже температуры хрупкости биту- ма несмотря на то, что применяемые в дорожном строительстве битумы соответствуют требованиям ГОСТ. Поэтому создание и внедрение новых комплексных битумных вяжущих, способных повысить долговеч- ность и экономичность дорожных покрытий является актуальной задачей. Одним из направлений усовершенствования качества вяжущего является введение в них различных полимеров, позволяющих повысить трещиностойкость, водо- и морозостойкость, устойчивость к старению покрытий на их основе. Анализ различных классов полимеров показывает широкие возможности и целесо- образность применения полиуретанов для модификации битумов. Для полиуретанов характерно уникальное сочетание высокой прочности и твердости с эластичностью и износостойкостью. В связи с этим нами изуче- но влияние добавок полиуретанов на свойства битумов и асфальтобетонов на их основе. Модификация битумов добавками большинства полимеров протекает по принципу физического растворения. Гомогенизация добавок достигается при высоких температурах в течение длительного време- ни, что связано с явлениями расслоения из-за большого различия плотности, вязкости и поверхностного на- тяжения соответствующих битумов и полимеров. Это сказывается на эксплуатационных свойствах модифи- цированных битумов. Битум-полиуретановые вяжущие (полиуретановый аддукт) имеют существенные пре- имущества перед ранее используемыми добавками полимеров. Полиуретановый аддукт представляет собой продукт, который хорошо совместим с битумами. Его взаимодействие с битумными компонентами протека- ет в мягких условиях: температура 120-140оС при смешении в течение одного часа. При производстве ас- фальтобетонов на асфальтобетонных заводах битум подвергается длительному нагреву, поэтому обязатель- ным показателем качества должна быть термическая устойчивость. Проведенные в этом направлении иссле- дования показали, что полученные нами битум-полиуретановые композиции разрушаются при температурах, значительно превышающих температуры технологической переработки битумов. Для получения битум-полиуретанов использовался способ одностадийного смешения битумов марки БНД 60/90 и БНД 90/130 с полиуретановым аддуктом и отвердителем. Введение добавок расширило темпе- ратурный интервал эксплуатации за счет повышения температуры размягчения по кольцу и шару на 5-9оС при одновременном снижении температуры хрупкости до – 17 – 18оС в зависимости от количества полиуре- танового аддукта. Результаты испытаний показали улучшение и деформационных свойств композиций. Зна- чения растяжимости значительно превысили показатели для исходного битума и составили при температуре 25оС 90 см, а при 0оС - 40 см. Относительное удлинение за счет появления эластичных свойств возросло с 20 до 30%. Для того, чтобы дорожное покрытие находилось в хорошем состоянии длительное время, прочность асфальтобетона должна превышать реальные напряжения, возникающие в этом материале под влиянием растягивающих, сжимающих и изгибающих усилий, связанных с воздействием статических и динамических нагрузок. Проведенные исследования показали, что значения предела прочности при сжатии при 20оС ас- фальтобетонов на основе битум-полиуретановых вяжущих превышает величину, заданную ГОСТ, и состав- ляет 3,1-3,3 МПа в зависимости от количества введенного полиуретанового аддукта, а при 50оС этот показа- тель составил 1,2-1,3 МПа. Кроме того, образцы показали увеличение водостойкости и снижение водонасы- щения по сравнению с асфальтобетонами на основе исходных битумов. Таким образом, проведенные исследования показали возможность получения битум-полиуретановых вяжущих с повышенными физико-механическими, реологическими, теплофизическими свойствами. Ас- фальтобетоны на основе битум-полиуретанов характеризуются повышенной прочностью, улучшенными деформационными свойствами и водостойкостью. 238 УДК 621.74; 699.131.7 Способ извлечения молибдена из отработанных катализаторов Студент гр. 104616 Резвицкий Н.С. Научный руководитель – Проворова И.Б. Белорусский национальный технический университет г. Минск Большинство катализаторов, используемых при перегонке нефти, содержат 10-70% оксидов ценных металлов (Ni, Co, Mo, Cr и др.). На предприятиях нефтеперерабатывающей и химической промышленности Республики Беларусь ежегодно собирается свыше 1000 тонн отходов катализаторов. Захоронение отходов недопустимо по экологическим соображениям, а утилизация с целью рециклинга металлов по разным при- чинам не производится. Известен способ извлечения молибдена из отработанных молибденсодержащих катализаторов, вклю- чающий окислительный обжиг, обработку отходов водным раствором карбоната натрия при температуре ~500ºС для перевода триоксида молибдена (МоО3) в растворимый молибдат натрия (Na2MoO4). Последний осаждается в виде молибденовой кислоты (Н2МоО4) при обработке 53%-ным раствором азотной кислоты (рН раствора 5,2-5,5). Выход молибдена в виде молибденовой кислоты составляет 85%. Недостатком данного метода является то, что в результате обработки раствором карбоната натрия в раствор переходят все основные компоненты отработанного катализатора (Al, Со, Мо). Следовательно, воз- никает необходимость увеличить количество стадий в технологическом процессе для их выделения. Кроме того, существует способ извлечения молибдена в виде оксида молибдена из отработанных ка- тализаторов, включающий смешивание катализатора с порошкообразным карбонатом натрия, добавление воды и повторное перемешивание для того, чтобы пропитать частицы катализатора раствором карбоната натрия. Затем смесь нагревают для превращения присутствующего молибдена в молибдат натрия, обраба- тывают при комнатной температуре углекислым газом, после чего обрабатывают горячей водой для раство- рения молибдата натрия. Последний осаждают в виде молибденовой кислоты в результате трехстадийной обработки раствора азотной кислотой (рН раствора 5,2-5,5). Недостатком данного метода является то, что для осаждения молибденовой кислоты раствором азот- ной кислоты, необходимо осуществлять непрерывный контроль величины рН, значение которой должно выдерживаться в достаточно узком интервале. Кроме того, выход молибдена в виде молибденовой кислоты составляет не более 85%, а оставшийся после фильтрации кислый раствор требует нейтрализации для по- следующей утилизации. В предлагаемом способе молибден извлекается в виде осадка молибдата кальция, что позволяет уве- личить степень извлечения молибдена до 90%, существенно упростить технологическую схему, а также ис- ключить образование кислых растворов, требующих дополнительной нейтрализации. Поставленная задача достигается тем, что в способе извлечения молибдена из отработанных катали- заторов, включающем прокалку отработанного катализатора при температуре 700ºС в течение 3 часов, его смешивание с порошкообразным карбонатом натрия, добавление воды, повторное перемешивание для того, чтобы пропитать частицы катализатора раствором карбоната натрия, нагрев для превращения молибдена в молибдат натрия при температуре 750ºС в течение 1 часа, обработку при комнатной температуре углекис- лым газом в течение 3 часов, добавление горячей воды для растворения молибдата натрия, осаждение мо- либдена ведут хлоридом кальция с последующей фильтрацией и сушкой осадка. Полученный в результате осаждения молибдат кальция является конечным продуктом переработки. Метод осуществлялся следующим образом: 1000 г отработанного катализатора АКМ (12% МоО3, 4 %СоО, 84 % Al2O3) прокалили при температуре 700ºС в течение 3 часов. Прокаленный катализатор сме- шивался с порошкообразным карбонатом натрия массой 135 г и перемешивали в течение 15 минут для гомо- генизации смеси. К полученной смеси добавляли 350 мл Н2О и перемешивали в течение 15 минут для того, чтобы пропитать частицы катализатора раствором карбоната натрия. Полученная смесь подвергалась нагре- ву при температуре 750ºС в течение 1 часа. После охлаждения смеси до комнатной температуры осуществ- ляли продувку углекислым газом в течение 3 часов. Обработанную смесь смешивали с горячей водой (на 1 кг смеси 1,5 л воды) для перевода в раствор молибдата натрия. К образовавшемуся после фильтрации рас- твору молибдата натрия добавили 40% раствор хлорида кальция в молярном соотношении 3,5:1 соответст- венно. В результате фильтрации, промывки холодной водой и сушки осадка молибдата кальция его масса составила 172 г следующего состава: Элемент Мо Са О S Р Примеси % 41,98 20,60 36,58 - - 0,84 239 Полученный осадок соответствует марке МДК-2 технических условий на молибдат кальция. Выход молибдена из отработанного катализатора составил 90 %. УДК 625.7 Выбор полимерного модификатора при изготовлении дорожных покрытий с заданными эксплуатационными характеристиками Студент гр. 104128 Бондарович Д.Н. Научный руководитель – Слепнева Л.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск В настоящее время к качеству дорожных покрытий предъявляются жесткие требования в связи с раз- витием интенсивного и скоростного движения автомобилей, выполнение которых связано с необходимо- стью повышения прочности, эластичности и теплостойкости в широком диапазоне эксплуатационных тем- ператур. Это достигается введением в минеральное покрытие небольших добавок высокополимерных мате- риалов - полимерных модификаторов. С целью выбора подходящего полимерного модификатора была изучена растворимость промышленных полимерных материалов в органических растворителях. В качестве испытуемых полимерных материалов были выбраны каучуки разных марок, полипропилен полиуретан и пенополистирол. Качественное и количественное определение растворимости исследуемых материалов проводили по стандартной методике. Для качественного определения растворимости в пробирку с притертой пробкой по- мещали 0,5 г хорошо измельченного испытуемого полимера, приливали 5 мл растворителя и оставляли на 2 часа при комнатной температуре, изредка встряхивая содержимое пробирок. При определении растворимости полимерных материалов в органических растворителях в качестве объектов исследования использовали гранулированные полимерные материалы: образец №1 – полипропи- лен производства Беларуси, г. Полоцк, образец №2 – полипропилен производства Словении, образец №3 – полиуретан. В качестве растворителей использовали: бензин марки А–92, ацетон, этилацетат, а также смесь растворителей состава: 80 % об ацетона и 20 % об. этилацетата. Установлено, что образцы № 1 и № 2 прак- тически не растворимы в исследуемых растворителях; образец № 3 не растворим в бензине, малорастворим в этилацетате (наблюдается частичное набухание гранул полимера), хорошо растворим в ацетоне и смешан- ном растворителе. Изучение растворимости ряда каучуков в бензине показало, что каучуки СКИ, СКД, АРМК-15, ХБК, БК-1675, АРК растворимы в бензине. Не растворимым в бензине оказался натуральный каучук. Растворы каучуков в бензине различались по вязкости. Растворы СКД, АРК и АРМК-15 имели высокую вязкость, а растворы СКИ, ХБК, БК-1675 имели низкую вязкость. Было изучено также растворение пенополистирола в ряде растворителей: этиленгликоль, бензин, нефрас, сольвент. Наблюдалось полное растворение пенополистирола в этиленгликоле, но раствор оставался мутным. При растворении пенополистирола в бензине вначале наблюдалось бурное растворение, которое оканчивалось образованием плотного нерастворимого сгустка полимера. Пенополистирол в нефрасе не рас- творялся, однако наблюдалось полное растворение пенополистирола в сольвенте, раствор был прозрачным. О растворяющей способности можно судить по количеству осадителя, способного вызвать помутне- ние раствора полимера. Чем больше осадителя требуется добавить в раствор до появления мути, тем лучшей растворяющей способностью обладает данной растворитель. Для количественной оценки в коническую кол- бу помещали 0,1 г хорошо измельченного испытуемого полимера и растворяли в 3 мл растворителя. Затем из бюретки приливали к раствору осадитель до появления неисчезающей мути. Объем добавленного осади- теля, приходящийся на 1 мл взятого растворителя является количественной характеристикой растворимости полимера в данном растворителе. Для количественной оценки растворимости полиуретана в ацетоне и смешанном растворителе опре- деляли массу нерастворившейся (не набухшей) твердой фазы после ее высушивания на воздухе в течение 6 часов при комнатной температуре. Установлено, что растворимость полиуретана в ацетоне составляет 205±4 г/л растворителя, в смешанном растворителе – 162±4 г/л растворителя. 240 УДК 625.7 ЭПР исследование образцов битума Студент гр. 104128 Шульга А.В. Научный руководитель – Глушонок Г.К. Белорусский национальный технический университет г. Минск В соответствии с теорией, разработанной профессором Ф.Г. Унгером, имеющиеся на поверхности минеральных материалов свободные радикалы могут являться центрами, на которых осаждаются асфальте- ны. Поскольку асфальтены являются парамагнетиками, показателем интенсивности процесса старения неф- тяной дисперсной системы может быть концентрация в ней парамагнитных центров, свидетельствующая о концентрации асфальтенов. ЭПР исследование образцов битума проводилось на ЭПР спектрометре ERS-220 в Х-диапазоне (рабо- чая частота 9,45 ГГц) в резонаторе прямоугольной формы. Спектры регистрировались при комнатной тем- пературе (295К) и при температуре жидкого азота (77К). Амплитуда ВЧ-модуляции (100 кГц) составляла 1,0 Гс. Измерения концентрации парамагнитных частиц и определение g-фактора свободных радикалов в об- разцах битума проводилось с использованием аттестованного стандарта Mn+2 в решетке ZnS, помещенного в боковой канал резонатора. Двойное интегрирование сигналов при измерении концентрации парамагнитных частиц осуществлялось с помощью программы Scan1V, обеспечивающей работу спектрометра и его связь с компьютером. Полученные спектры ЭПР содержат интенсивный сигнал свободных радикалов, который сопоставим по величине во всей образцах, и ряд слабых сигналов, которые могут относиться к спектрам ЭПР комплекс- ных соединений металлов переменной валентности, металлоорганическим производным и сигналам от ми- неральных примесей, присутствующих в исследуемых объектах. Следует отметить, что новых сигналов в спектрах при температуре 77К, не обнаруживается. Значения g-факторов свободных радикалов для исследуемых образцов битума составили 2,0038 (об- разец 1), 2,0038 (образец 2) и 2,0040 (образец 3), что указывает, на то, что основной сигнал принадлежит радикалам с локализацией неспаренного электрона на углеродных атомах. Общая концентрация парамагнитных частиц в образцах битума находится на уровне (2,5 – 3,0).1017 г-1 и обусловлена более чем наполовину органической составляющей ЭПР спектра, т.е. неспарен- ными электронами локализованными преимущественно на углеродных атомах асфальтенов. При различных способах математической обработки концентрация радикалов существенных измене- ний не претерпевает, а содержание свободных радикалов предполагает качество образцов битума одинако- вым и достаточно высоким. Полученные результаты в дальнейшем будут использоваться для оценки резуль- татов модификации асфальтовых покрытий различными способами. УДК 666.117.3:546.3-31 Разработка составов термостойких ситаллов в системе Li2O–ZnO–Al2O3–TiO2–SiO2 Студентка гр. 8 Давидович Е.В. Научный руководитель – Кравчук А.П. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Для производства изделий, сочетающих высокую механическую прочность и стойкость к тепловому удару, значительный интерес представляют ситаллы, основными кристаллическими фазами в которых яв- ляются литиевые алюмосиликаты, характеризующиеся близким к нулю или отрицательным температурным коэффициентом линейного расширения: β–сподумен (Li2O∙Al2O3∙4SiO2 α1200°С = 9∙10-7 К-1), эвкриптит (Li2O∙Al2O3∙2SiO2 α1200°С = –90∙10-7 К-1), и метастабильные твердые растворы на основе β–кварца. Целью данной работы являлось получение термостойких ситаллов и изучение их физико-химических свойств. Для исследований была выбрана область системы Li2O–ZnO–Al2O3–TiO2–SiO2, ограниченная содер- жанием Li2O 8–18,0 мас.%, ZnO 2,0–12,0 мас.%; SiO2 55–65 мас.%. Оксиды Li2O, Al2O3, SiO2 вводились для формирования кристаллических фаз, представленных β–сподуменом и эвкриптитом. Снижение деформацион- ной способности опытных стекол при кристаллизации предполагалось обеспечить введением ZnO. В качестве эффективного катализатора кристаллизации литийалюмосиликатных стекол использовался TiO2 в количестве 5 мас.%.. 241 Синтез стекол осуществлялся в фарфоровых тиглях в газовой стекловаренной печи при температуре 1500°С с выдержкой 1 ч. Формование стекол производилось путем отливки в виде плоскопараллельных пластин и штабиков. Отжиг проводился в электрической муфельной печи при температуре 580 °С. Все стекла хорошо проварились и осветлились. Цвет стекол при увеличении ZnO изменялся от желто- го к фиолетовому, что, по-видимому, связано с переходом титана из степени окисления Ti4+ в Ti3+. В результате изучения кристаллизационной способности опытных стекол выявлено, что в интервале температур 700–1100 °С они кристаллизуются в объеме. Стекла с повышенным содержанием Li2O деформи- ровались при кристаллизации в интервале температур 1000–1100 °С. Исследование ТКЛР опытных стекол, позволило установить, что его значения изменяются в пределах 57–90∙10-7 К-1. Замена SiO2 на ZnO не оказывала существенного значения на изменение величины ТКЛР. В то время как увеличение содержания Li2O, компонента понижающего степень полимеризации кремнекисло- родного каркаса стекла, приводило к повышению ТКЛР опытных стекол. Для получения ситаллов была проведена термообработка опытных стекол по двухступенчатому ре- жиму: подъем температуры до 650°С (выдержка 30 минут) для формирования центров кристаллизации; подъем температуры до 1050°С (выдержка 1 ч) с целью обеспечения роста основных кристаллических фаз; инерционное охлаждение в печи. При исследовании теплового расширения закристаллизованных были определены значения ТКЛР закри- сталлизованных стекол, которые изменялись в пределах от 9,6 до 16,4∙10-7 К-1. Исходя из полученных данных видно, что ситаллы обладают более низкими значениями ТКЛР, чем у исходных стекол, очевидно это связано с формированием при кристаллизации β–сподумена и β–эвкриптита, что подтверждается данными рентгенофа- зового анализа. На основе анализа совокупности данных полученных по изучению кристаллизационных технологиче- ских и физико-химических свойств был выбран оптимальный состав стекла для получения ситалла с высо- кой термостойкостью. Таким образом, были разработаны составы для получения ситаллов в системе Li2O–ZnO–Al2O3–TiO2– SiO2, характеризующиеся низкими значениями ТКЛР (9,6–16,4∙10-7 К-1). УДК: 678.652.029.5 Пути снижения токсичности продукции на основе карбамидоформальдегидных смол Студентка к. 5 гр. 4 ф-та ТОВ Орличеня Н. Г. Научный руководитель – Крутько Э.Т. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Карбамидоформальдегидные смолы получают путём поликонденсации карбамида с формальдегидом. Технология получения смол такого класса состоит, как правило, из трех стадий: щелочная конденсация, кислая конденсация, стадия сушки. После смолу охлаждают и проводят ее модификацию, направленную на улучшение ее физико-механических свойств. Синтез проводят в аппарате с перемешивающим устройством, снабженным рубашкой. Карбамидоформальдегидные смолы нашли широкое распространение в различных сферах производ- ства и строительства. Они применяются при производстве карбамидно-формальдегидного пенопласта, дре- весностружечных и древесноволокнистых плит, фанеры, специальных влагопрочных сортов бумаги и кар- тона. Но, не смотря на ряд присущих карбамидоформальдегидным смолам положительных технологиче- ских, эксплуатационных и экономических факторов, они имеют существенный недостаток - токсичность, обусловленная выделением свободного формальдегида. Карбамидоформальдегидные смолы химически не- стабильны. Они могут выделять как формальдегид, который не прореагировал и остался в смоле, так и формальдегид, непосредственно выделившийся при гидролитическом разложении смолы. Формальдегид — мощный раздражитель глаз, верхних дыхательных путей и кожи. Он также оказы- вает влияние на центральную нервную систему, вызывая головные боли, усталость и депрессию. Рост беспокойства относительно потенциальной возможности вредного воздействия формальдегида при эксплуатации и производстве продукции на основе карбамидоформальдегидных смол привел к увеличе- нию требований по улучшению их токсических свойств. Поэтому исследования в направлении снижения выделения формальдегида являются целесообразными и необходимыми. В настоящий момент определилось несколько направлений решения проблемы токсичности карбами- доформальдегидных смол: 242 1. Минимизация содержания свободного формальдегида в используемых карбамидоформальдегид- ных смолах. Синтез маломольных смол обеспечивает сокращение содержания свободного формальдегида и снижает его эмиссию из готовой продукции. 2. Достичь снижения токсичности возможно при помощи наполнителей, выступающих в качестве сорбентов (алюмосиликаты) и акцепторов (крахмалосодержащие добавки) по отношению к СН2О. Однако, некоторые из акцепторов имеют высокую стоимость, что увеличивает себестоимость целевой продукции. Таким образом, анализ научной и патентной литературы по этому вопросу показал, что наиболее пер- спективными являются акцепторы и сорбенты формальдегида. Они не только прочно связывают формальде- гид, но и часто выступают в качестве модификатора. Для снижения выделения формальдегида перспектив- ным является использование нескольких веществ одновременно. Это позволяет добиться значительного снижения эмиссии формальдегида. Целесообразны дальнейшие исследования в этом направлении, так как требования к выделению формальдегида увеличиваются. УДК 666.01 Кинетика взаимодействия электродных стекол со фторсодержащими средами Студентка 5 курса 8 гр. Буйденкова О.А. Научный руководитель – Бобкова Н.М. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Разработка электродных стекол, устойчивых к фторсодержащим средам для изготовления рабочей (ак- тивной) части стеклянного электрода, является актуальной задачей при производстве рН метрических прибо- ров на ПРУП «Гомельский завод измерительных приборов». В настоящее время такие электроды поставля- ются из стран Европы и СНГ. Фторсодержащие среды, в частности растворы фтористоводородной кислоты, проявляют себя по от- ношению к силикатным стеклам как агрессивные реагенты, способные разрушать основную структурную сетку стекла. На таком их свойстве основан технологический процесс матирования или травления стекла растворами HF или фторидов с целью создания матовой или полуматовой поверхности, рассеивающей свет. Поэтому разработка составов стекол с повышенной устойчивостью к фторсодержащим средам на основе силикатных систем явлется сложной задачей и требует введение компонентов, способствующих повышению устойчивости стекол к фторидам. В качестве таких компонентов, на основании данных литературы выбраны ZrO2, P2O5 и F- ион. Оксид циркония является уникальным компонентом, повышающим химическую устой- чивость стекол, как к щелочным средам, так и кислотным [1]. Однако, введение ZrO2 в составы стекол спо- собствует повышению температуры синтеза стекол, вязкости и в ряде случаев приводит к потере прозрачно- сти, вследствие ограниченной растворимости в силикатном расплаве. Кроме того, введение ZrO2 свыше 2 мол.% приводит к ухудшению электродных характеристик стекол. Введение P2O5 способствует повышению устойчивости стекол к фторсодержащим средам [2]. Но содержание Р2О5 в силикатных стеклах также огра- ничено из-за глушения последних вследствие ликвационных явлений и их структурной неоднородности. Интерес представляют фторсодержащие соединения – фториды щелочных и щелочноземельных металлов, введение которых в силикатные стекла приводит к повышению устойчивости последних к растворам HF и фторидов [3]. Положительный эффект от добавления галогена проявляется уже на стадии синтеза – улуч- шаются выработочные характеристики стекла. Замещение части кислорода в структурной сетке стекла экви- валентным количеством фтора приводит к получению анионной составляющей смешенного типа. Но в об- щем случае влияние фторидов неоднозначно. Фтор способствует увеличению химической устойчивости малостойких стекол и наоборот снижает ее при введении в химически стойкие стекла. Введение фторидов в силикатные стекла ограничено 4–5 мас.%, так как при большей концентрации приводит к глушению стекол за счет ограниченной растворимости фторидов в силикатном расплаве и выделению из расплава фторидов и силикофторидов в кристаллическом состоянии. Составы электродных стекол синтезированы на основе SiO2–La2O3–Li2O–K2O (Cs2O) системы, в кото- рую вводились ZrO2, P2O5 и F в количестве от 0 до 5 мол.% в переменном соотношении. Синтез стекол осу- ществлялся в корундизовых тиглях при 1300 ºС в газопламенной печи с выдержкой при максимальной тем- пературе 1 час. Для измерения значений кислотоустойчивости стекол к фторсодержащим средам готовились штабики в соответствии с требованиями применяемых методик. При изучении поведения экспериментальных стекол в растворе HF с концентрацией 1000 мг/л уста- новлено, что линейная зависимость потерь массы стекла от времени выдержки наблюдается при выдержке в растворе только в течение первых 7 суток (168 часов). Как видно из приведенных зависимостей на рисунке при выдержке в растворе HF наблюдается пропорциональный рост потери массы от времени выдержки, что согласуется с закономерностями поведения силикатных стекол в растворах реагентов II группы, к которым 243 относятся растворы HF и фториды. Однако при дальнейшей выдержке до 28 суток (672 часа) наблюдается резкое замедление процесса разрушения стекла. Скорость стравления постепенно снижается, и весь процесс останавливается. Следует предположить, что на поверхностности образцов образуется защитный слой, препятствующий дальнейшему разрушению стекла. Согласно схеме приведенной в [4], разрушение силикатного стекла под действием HF идет следую- щим образом: (–Si–O–Si–)∞–O–Si– + HF → SiF4 + (–Si–O–Si–)∞OH, то есть кроме фторида кремния образуется и гидросиликат. В случае электродного стекла этот процесс, сопровождается взаимодействием HF с оксидом лития, входящим в состав стекла, с образованием фторида лития LiF. Последний, нерастворим и вначале выделяет- ся в виде осадка, что и наблюдалось в ходе экспериментальных исследований. Следует ожидать, что на по- следующих стадиях взаимодействия HF со стеклом на поверхности образцов постепенно формируется слой гидросиликата («кремнеслоистая пленка»). Эта пленка защищает поверхность стекла от дальнейшего раз- рушения и процесс затухает. Однако, в соответствии с [5] в SiO2–La2O3–Li2O системах, содержащих фтори- ды возможно формирование структурных групп [LaO3/2F], имеющих сильно-кислотный характер, что также будет ослаблять взаимодействие стекла с растворами HF. 0 200 400 600 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 0 200 400 600 0 5 10 15 20 б Время, ч П о те р и м ас сы , м г/ л3 2 П о те р и м ас сы , % Время, ч 1 а 3 2 1 Зависимость потери массы образцов стекол в % (а) и мг/л (б) при выдержке в растворе HF с концен- трацией 1000 мг/л: 1–3 номера оптимальных составов Таким образом, при использовании разработанных электродных стекол необходимо производить предварительную выдержку их растворах HF, что будет приводить к стабилизации процессов взаимодейст- вия стекла и HF. Литература 1. Парфенов, А.И. Электродные свойства стекол систем Na2O−Al2O3−ZrO2−SiO2, Na2O−Al2O3−SnO2−SiO2, Na2O−ZrO2−SnO2−SiO2 / А.И. Парфенов, Л.П. Филина. − Физика и химия стекла. − 1977. − Т.3 №2. − С. 161−167. 2. Демская, Э.Л. Химическая устойчивость стекол системы Р2О5–SiO2 и В2О3– SiO2 / Э.Л. Демская, Т.И. Прохорова, А.Г. Соколова // Физика и химия стекла.– 1990. – Т. 16, № 1. –С. 145–147. 3. Киприанов, А.А. Влияние фторидных добавок на электрические характеристики щелочно- силикатных электродных стекол/ А. А. Киприанов, Н. Г. Карпухина // Физика и химия стекла.−2001.−Т.27, №1.−С.108−115. 4. Химическая технология стекла и ситаллов / Под ред. Н. М. Павлушкина. – М.: Стройиздат, 1983.– 432 с. 5. Корпухина, Н.Г. Электродные свойства некоторых фторсодержащих щелочно-силикатных стекол / Н.Г. Корухина, А.А. Кирианов,// Физика и химия стекла. – 2001. – т. 27, № 1. – С. 101–107 244 УДК 666. 117.9.058.1 Новые составы стекол для светофильтров, отрезающих УФ область спектра Студентка 5 курса 8 гр. Печень Е.В. Научный руководитель – Бобкова Н.М. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Интенсивное развитие основных направлений конструкционной оптики и других отраслей техники, применяющих стекла светотехнического назначения, требует создания и исследования новых материалов с заданными оптическими характеристиками, в частности различных видов светофильтров. Светофильтры, отрезающие УФ область спектра находят применение в разных спектральных приборах для регулирования спектрального состава излучения, а также для защиты от ультрафиолетового излучения для работающих с УФ лампами, сваркой и другими УФ-источниками. Вопросу создания светофильтров, отрезающих УФ об- ласть спектра, посвящен ряд работ, однако большинство предлагаемых решений связаны с применением дорогостоящих компонентов, например Eu2O3 [1] или GeO2 [2]. Кроме того, ряд предложенных составов не обеспечивает полного поглощения при 300–400 нм, что также относится к УФ области спектра. Целью на- стоящего исследования является разработка новых составов стекол для светофильтров, отрезающих УФ об- ласть спектра, обеспечивающих полное поглощение в УФ области спектра и прозрачных в видимой и ближ- ней ИК области спектра. Синтезированы составы стекол на основе SiO2–CaO–BaO–K2O стеклообразующей системы с введени- ем СеО2/Bi2О3 в широком диапазоне. Синтез стекол осуществлялся при температуре 1450 ˚С с выдержкой при максимальной температуре в течение 2 часов. Все стекла хорошо проварились и осветлились. Для опре- деления оптических характеристик отформованное стекло нарезалось на пластины толщиной 1 мм, которые подвергались шлифовке и полировке. Для полученных стекломатериалов исследованы спектры оптического пропускания в УФ и ближней ИК об- ластях спектра (330–1100 нм). Следует отметить, что стекла прозрачны в указанном диапазоне длин волн и имеют крутой край оптического поглощения на границе видимой и УФ областей спектра. Крутизна нарастания оптиче- ской плотности исследуемых стекол составляет 2,7–3,3 нм-1, коэффициент оптического светопропускания варьируется в диапазоне 80–90 % в зависимости от соотношения СеО2/Bi2О3. Положение края поглощения регулируется молярном соотношением СеО2/ Bi2О3 и на рисунке показано для интервала от 380 до 800 нм. 1 – 0,5 %; 2 – 1,5 %; 3 – 3,0 %; 4 – 5,0 %; 5 – 7,0 %; 6 – 10,0 % Bi2O3 Спектры оптического светопропускания стекол, содержащих 1,5 % СеО2 Установлено, что разработанные стекла не прозрачны в УФ области спектра и прозрачно в видимой области спектра до 1100 нм. Указанные свойства предлагаемых Се-Bi-содержащих стекол позволяют изго- тавливать светофильтры, отрезающие УФ область спектра. Литература 1. Стекло для изготовления светофильтров: пат. 441246, МКИ С 03 С/06 / В.М. Кафыров, Р.Т. Колосо- ва - №1901250/29-33; Заявл. 30.03.73; Опубл. 30.08.74 // Бюллетень – 1974 - № 32. 2. Стекло для светофильтров: пат. 2255913, МПК С03 С 3/253, 3/14 / Г.Е. Рачковская, Г.Б. Захаревич. - Заявл. 18.03.04; Опубл. 10.07.05 // Бюллетень – 2005 - № 19. 245 УДК 661.183.6 + 676.16 Получение тринатрийфосфата для моющих средств Студентка 5 к., 6 гр., факультета ХТиТ Лукомская Д.В. Научный руководитель – Ещенко Л.С. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Моющие средства любого назначения практически всегда используются в жесткой воде. Жесткость воды обусловлена наличием ионов кальция, магния и железа, что снижает моющее действие СМС. Одним из эффективных смягчителей воды является тринатрийфосфат (ТНФ), обладающий также антикоррозионными и диспергирующими свойствами. Антикоррозионные свойства обусловлены образованием на поверхности металла фосфатной пленки, которая защищает обрабатываемую поверхность от коррозии. К тринатрийфос- фату, как и к любому компоненту, входящему в состав СМС предъявляется ряд требований, таких как низ- кие гигроскопичность, слеживаемость, а также хорошая рассыпчатость [1]. Данные свойства во многом оп- ределяются количеством молекул воды, входящих в его состав. Наиболее распространенным кристаллогид- ратом тринатрийфосфата является Na3PO4·12H2O, который используется в составе многих моющих средств. Поскольку на долю основного вещества ТНФ приходится 43,3 масс.%, то при его использовании в систему вносится большое количество воды, что отрицательно влияет на физические свойства (слеживаемость, гиг- роскопичность) производимого порошкообразного моющего средства. Для трехзамещенного фосфата на- трия характерно существование следующих фаз: Na3PO4·12H2O, Na3PO4·8H2O. Na3PO4·6H2O, Na3PO4·0,5H2O [2]. Определяющими факторами образования той или иной фазы является температура и содержание воды в системе. Целью работы является получение малогидратного тринатрийфосфата, используемого для производ- ства моющих средств. Исходными реагентами служили ортофосфорная кислота (85,5 мас. %), раствор кар- боната натрия (32,0 мас. %), гидроксида натрия (52,2 мас. %), жидкое стекло с модулем М=2,9 (состав, мас. %: SiO2 – 31,5, Na2O – 11,2). Использование жидкого стекла обусловлено следующими причинами: низ- кая стоимость и доступность исходного сырья; простая технология его производства; нетоксичность и абсо- лютная негорючесть. Водные растворы жидкого стекла отличаются широким диапазоном анионного состава и химической активностью. Известно применение жидкого стекла в составе синтетических моющих средств, которое способствует умягчению воды, повышению значения pH в моющем растворе. Введение жидкого стекла позволяет регулировать структуру формируемых дисперсных соединений [3]. Смешение указанных реагентов в системе H3PO4 – Na2CO3 – NaOH – жидкое стекло – Н2О осуществ- ляли в следующей последовательности: а) в ортофосфорную кислоту последовательно вводили раствор кар- боната натрия, гидроксида натрия и жидкое стекло; б) к раствору ортофосфорной кислоты приливали жид- кое стекло, раствор карбоната натрия и гидроксида натрия. В зависимости от порядка смешения компонен- тов и их соотношения образовывался твердый рассыпчатый порошок или твердая монолитная масса. Содержание Р2О5 определяли фотометрическим методом по фосфорнованадиевому комплексу. Определение точки гигроскопичности, насыпной плотности продуктов отвердения осуществляли по известным методи- кам. нерастворимого остатка – по методике, приведенной в [ссылка на патент]. Идентификацию продуктов синтеза и определение их фазового состава проводили с помощью дифрактометра 08 Advance фирмы «Bruker» АХS (Германия). Показано, что в результате нейтрализации раствора кислоты натрийсодержащими реагентами с по- следующим охлаждением до комнатной температуры система H3PO4 – Na2CO3 – NaOH – H2O при содержа- нии в ней 45,0 – 55,0 мас. % Н2О отвердевает. При этом конечный продукт представляет собой твердые мо- нолитные образования, фазовый состав которых следующий – Na3PO4∙8H2O, Na3PO4∙6H2O. Отмечено нали- чие малоинтенсивных пиков, характерных для Na3PO4∙0,5H2O и Na2НРO4∙7H2O. Согласно результатам химического анализа, твердая фаза содержит 15,4–19,5 мас. % Р2О5. Значения точки гигроскопичности и насыпной плотности находится на уровне 70,0–75,0 % и 0,8–0,9 г/см3, соответственно. Установлено, что введение в систему жидкого стекла практически не оказывает влияния на фазовый состав продукта, но способствует изменению формы и размера его частиц. Показано, что добавление жидко- го стекла к раствору ортофосфорной кислоты до смешения последней с растворами карбоната и гидроксида приводит к образованию рассыпчатого неслеживающегося порошка, в то время, как при добавлении жидко- го в самом конце синтеза, образующийся продукт склонен к комкованию во времени. Значение точки гигро- скопичности и насыпной плотности в зависимости от расхода жидкого стекла изменяется в интервале 80,0– 85,0 % и 0,70–0,75 г/см3, соответственно. Содержание Р2О5 не превышает 14,0–18,8 мас. %, а нерастворимо- го остатка – 4,0–5,0 мас. %. Дальнейшее увеличение содержания жидкого стекла нецелесообразно, посколь- ку содержание нерастворимого остатка в конечном продукте возрастает. Процесс образования порошкообразных продуктов в системе фосфорная кислота – карбонат натрия – гидроксид натрия – жидкое стекло условно можно представить следующим образом. Сначала происходит 246 насыщение раствора фосфорной кислоты и тринатрийфосфатом и образование насыщенного и пересыщен- ного раствора, в результате чего появляются первые зародыши тринатрийфосфата, скорость роста которых определяется содержанием воды в системе [5]. На основании результатов экспериментальных исследований, разработан способ получения малогид- ратного тринатрийфосфата, обладающего низким насыпным весом и высокой гигроскопической точкой. Данный способ отличается от традиционно используемых в технологии ортофосфата натрия отсутствием стадий фильтрации и сушки конечного продукта. Литература 1. Ещенко, Л.С. Оценка состояния производства синтетических моющих средств и их качества / Л.С. Ещенко, А.В. Лис, А.И. Сумич // Труды БГТУ. Сер. III, Химия и технология неорган. в-в. – 2009. – Вып. XVII. 2. Ещенко, Л.С., Касилович, В.А. Синтетические моющие средства, их состав и получение // Наука и инновации. – 2007. – №2. – С. 47-50. 3. Тельнов, А.Ф. Моющие средства и их использование в машиностроении и регенерации : учебное пособие / А.Ф. Тельнов, Ю.С. Козлов, О.К. Кузнецов. – М.: Машиностроение, 1993. – 201 с. 4. Builder-Zusammensetzung: пат. DE 10056346 А 1 Германия, C 11 D 3/08 / H. Bauer, J. Holz, G. Schimmel; заявитель Clariant GmbH; заявл. 14.11.00; опубл. 16.05.02. 5. Николаев, П.В. Основы химии и технологии производства синтетических моющих средств / П.В. Николаев, Н.А. Козлов, С.Н. Петрова. – Иваново: Иван. гос. хим.-технол. ун-т, 2007. – 116 с. УДК 541.18 Вискозиметрические исследования водных растворов, содержащих смесь полиэтиленгликоля и полиакриловой кислоты Студент Тулейко Д.Н. Научный руководитель – Крутько Э.Т., Воробьева Е.В. Белорусский государственный технологический университет» г. Минск Полиакриловая кислота (ПАК) и полиэтиленгликоль (ПЭГ) широко применяются как самостоятель- ные химические реагенты. ПАК получают полимеризацией эфиров акриловых кислот в массе, суспензии, эмульсии, растворе, ее используют в качестве диспергирующего агента, стабилизатора эмульсий и пен. ПЭГ производят полимеризацией оксиэтилена с этиленгликолем. Полиэтиленгликоль является основным компо- нентом антифризов, а также применяется при изготовлении флокулянтов, пен и эмульсий [1]. Задачей данной работы являлось исследование вязкости водных растворов, содержащих смесь поли- акриловой кислоты и полиэтиленгликоля. Цель – изучение закономерностей поведения данных полимеров при совместном нахождении в растворе. Ранее нами была изучена вязкость водных растворов полиакриловой кислоты и полиэтиленгликоля, установлена зависимость вязкости растворов данных полимеров от молекулярной массы. Согласно полу- ченным результатам при увеличении молекулярной массы полимера вязкость растворов также увеличивает- ся, что, по-видимому, связано с увеличением самих макромолекул и с воздействием, которое могут оказы- вать полимеры на воду[2]. Так как и полиэтиленгликоль и полиакриловая кислота значительно увеличивают вязкость композиций, в состав которых они входят, интересно было исследовать поведение смеси этих по- лимеров в растворе. Вискозиметрические исследования водных растворов смеси полимеров, содержащих 1:1 в массовых частях ПЭГ и ПАК, проводили при температуре 18°С, используя капиллярный вискозиметр Уббелоде с диаметром капилляра 0,34 мм. Время истечения раствора измеряли с точностью до 1 с, раствор термостати- ровали с точностью до 0,5°С. Используя полученные данные, были посчитаны удельные вязкости растворов по следующей формуле: 0t t  , (1) где η – удельная вязкость раствора, t – время истечения раствора, t0 -- время истечения растворителя, то есть воды. По полученным данным были посчитаны удельные вязкости растворов, используя рассчитанные зна- чения, построили графики зависимости удельной вязкости от концентрации смеси в растворе (рисунок 1). 247 1 ПАК, М=5100 :1 ПЭГ, М=2000 1,246 1,297 1,314 1,338 1,2 1,22 1,24 1,26 1,28 1,3 1,32 1,34 1,36 0,25 0,5 0,75 1 с, массовая концентрация ŋ , в яз ко ст ь Рисунок 1 – зависимость удельной вязкости раствора от массовой концентрации смеси ПЭГ и ПАК Видно, что при увеличении концентрации, вязкость также увеличивается. При концентрации смеси в растворе 0,5 % вязкость равна 1,297 при той же концентрации раствора ПАК с молекулярной массой 5100 вязкость – 1,044, а ПЭГ с молекулярной массой 2000 – 1,187. Это значит, что при той же массовой концен- трации вязкость раствора, содержащего смесь полимеров, выше, чем вязкость растворов отдельных полиме- ров. Таким образом наблюдается эффект синергизма. Это явление скорее всего связано с взаимодействием групп полиакриловой кислоты и полиэтиленгликоля, следствием которого является образование более раз- ветвленной и громоздкой макромолекулы. Литература 1. Коршак В. В. Технология пластических масс. – М.: Химия, 1985. – 559с. 2. Дымент О.Н. Гликоли и другие производные окисей этилена и пропилена. – М.: Химия, 1976. – 373с. 3. Фиалков Ю.А., Житомирский А.Н. Физическая химия неводных растворов. – Л.: Химия, 1973. – 376с. 4. Harris J.M., Zalipsky S. Poly(ethylene glycol)chemistry. – New York: Plenum Press, 1992. – 425 p. 5. V.P. Poltev, A.V. Terlukin, G.G. Malenkov. – Int.J.Quant.Chem., 1992. – 499p. УДК 621.928.37 + 621.928.93 Устройство для снижения потерь давления в циклонных аппаратах Студент гр. 2 Шалухо М.И., аспирант Мисюля Д.И., студент гр. 2 Русакович Ю.Л. Научный руководитель – Кузьмин В.В. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Одним из наиболее распространенных техногенных загрязнителей атмосферного воздуха являются различного рода пыли, содержащиеся в отходящих промышленных газах. Во всех технологических процес- сах, при которых происходит пыление (сушка и обжиг зернистых и порошковых материалов, тонкое из- мельчение и классификация полидисперсных материалов, функционирование пневмотранспорта и др.) не- обходимо проводить обеспыливание. Циклонные аппараты являются самыми распространенными сухими механическими пылеуловителя- ми благодаря дешевизне, простоте устройства и обслуживания, высокой производительности [1]. Известно, что основные потери в циклоне связаны с вращательным движением газа и с потерей кине- тической энергии выходящего вихревого потока [2]. Для преобразования последних в энергию давления используют регенераторы давления, выполненные в виде лопастных раскручивателей. Циклоны типа ЦН-15, обеспечивающие достаточно высокую эффективность при умеренном гидрав- лическом сопротивлении, являются наиболее универсальным типом циклонов [3], энергопотребление кото- рых может быть снижено на 20% с помощью известных типов раскручивающих устройств [4]. Однако по данным [5], потери энергии в выхлопной трубе достигают 25–30%. В то же время, учитывая высокую зна- чимость проблемы снижения энергозатрат, совершенствование и внедрение устройств регенерации теряе- мой энергии является безусловно актуальной задачей. 248 В связи с этим нами разработана и исследована новая конструкция лопастного раскручивателя для снижения потерь давления в циклонах, представленная на рис. 1. Рис. 1. Конструкция лопастного раскручивателя: 1 – цилиндрическая часть (сердечник); 2 – лопасти; 3 – конус; 4 – обтекатель; d – диаметр сердечника; D – внутренний диаметр выхлопной трубы; h – высота лопастей; hк – высота конуса; α – угол входа потока на лопасти; R – радиус кривизны профиля лопасти Раскручиватель, располагаемый в выхлопной трубе циклона, состоит из цилиндрической части 1 с радиально прикрепленными, изогнутыми по направлению вращения газового потока, лопастями 2 и кону- са 3. Профиль лопастей 2 соответствует дуге окружности радиусом R с углом входа α, определяемым аэро- динамикой газового потока в выхлопной трубе, и углом выхода, соответствующим прямолинейному движе- нию газа. Данный профиль лопастей способствует наиболее равномерному изменению направления движе- ния газа. Исследования гидравлического сопротивления проводились на незапыленном атмосферном воздухе при температуре 20°С на циклоне ЦН-15, изготовленном из оргстекла, с внутренним диаметром 0,24 м в соответствии с рекомендованной НИИОГАЗом методикой [6]. Условная скорость газа изменялась в интер- вале w = 2÷4 м/с, соответствующему практически используемому диапазону рабочих скоростей для данных циклонов. На основании проведенных исследований, можно сделать вывод, что применение разработанного ло- пастного раскручивающего устройства в циклонах ЦН-15 позволяет преобразовать кинетическую энергию вращательного движения очищенного газового потока в статическое давление, снижая при этом их энерго- потребление на 30%. Литература 1. Новый справочник химика и технолога. Процессы и аппараты химических технологий: в 2 ч. / Г. М. Островский [и др.]. – СПб.: Профессионал, 2006. Ч. 2. – 916 с. 2. Идельчик, И. Е. К вопросу о гидравлическом сопротивлении циклонов / И. Е. Идельчик // ИФЖ. – 1969. – Т. XVI, № 5. – С. 899–901. 3. Тимонин, А. С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: справочник: в 3 т. / А. С. Тимонин. – Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2002. Т. 2. – 2-е изд., пере- раб. и доп. – 1025 с. 4. Первов, А. А. Экспериментальное исследование аэродинамики циклонов и разработка устройств для снижения их гидравлического сопротивления: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.04.01 / А. А. Первов; Всесоюз. дважды ордена трудового Красного знамени теплотехнический НИИ им. Ф. Э. Дзержинского. – М., 1973. – 20 с. 5. Первов, А. А. К вопросу о потерях давления в циклоне / А. А. Первов // Промышленная очистка га- зов и аэродинамика пылеулавливающих аппаратов. НИИОГАЗ – Ярославль, 1975. – С. 15–19. 6. Идельчик, И. Е. Гидравлическое сопротивление циклонов, его определение, величина и пути сни- жения / И. Е. Идельчик // Механическая очистка промышленных газов / НИИОГАЗ; под ред. канд.техн.наук. Б. Ф. Подошевникова. – М.: Машиностроение, 1974. – С. 135–159. 249 УДК 666.291.5 Синтез керамических пигментов с использованием кварца Студент гр. 9 Белякович И.В. Научный руководитель – Пищ И.В. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Цель работы – синтезировать и исследовать керамические пигменты разной цветовой палитры с ис- пользованием кварцевого песка и оксидов переходных металлов CoO, NiO. В качестве минерализатора использовали борную кислоту H3BO3. Смесь исходных компонентов тщательно измельчали, перемешивали и обжигали при температуре 1000 – 1100 – 1200°С с выдержкой 2 ч при максимальной температуре. В зависимости от температуры обжига и исходного состава пигментов изменялся цвет спеков от свет- лых до насыщенных тонов. В результате качественного исследования дифрактограмм установлено, что с повышением темпера- туры синтеза увеличивается содержание основных кристаллических фаз Co2SiO4 и Ni2SiO4. Наряду с этими цветонесущими фазами в пигментах присутствуют -кварц и кристобаллит, а также частично остатки кра- сящих оксидов. При синтезе пигментов с использованием кварца установлено, что окрашивающая фаза представлена ортосиликатами переходных металлов. В частности, при введении оксида кобальта в присутствии В2O3 об- наружены кварц, кристобаллит, Co2SiO4. Пигмент характеризуется высокими хромофорными свойствами: светлота – 26,3%, насыщенность – 10%, доминирующая длина волны – 554 нм. С целью определения механизма формирования кобольтосодержащих силикатных пигментов изучено изменение их фазового состава в процессе термообработки. При температуре 800°С на рентгенограмме за- фиксировано наличие Со3O4 с кристаллической решеткой типа шпинели Со2+[Со3+ 2] O4. По первой стадии протекает реакция: 4 CoO + O2 → 2 Co2O3 + O2. По второй стадии: 6 Co2O3 → 4 Co3O4 + O2. В интервале температур 1000 – 1100°С формируется Co3O4 ромбической структуры с последующим разложением Co3O4 → 3 CoO + 0,5 O2 с уменьшением взаимодействия с силикатной основой: CoO + SiO2 → Co2SiO4 – цветонесущая фаза. На цветовые характеристики оказывают влияние минерализаторы, в частности В2O3. Роль ионов блора сводится к компенсации в кристаллической решетке электростатического заряда и обеспечению устойчивости структуры пигмента, а также увеличению количества силикатного расплава. С другими красящими оксидами образуются пигменты, содержащие остатки оксидов и ортосиликаты, например, NiO и Ni2SiO4. Можно вместо кремнезема использовать аморфный кремнегель – отход химического производства. Таким образом, использование силикатных природных минералов может служить основой для синтеза керамических пигментов широкой палитры с использованием местного сырья и промышленных отходов при сравнительно низкой температуре. УДК 666.762 Получение технической муллитокордиеритовой керамики с повышенными термомеханическими характеристиками Студентка гр. 9 Примачук Ю.А. Научный руководитель – Дятлова Е.М. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Целью данной работы является усиление внимания к проблеме сознательного управления процессами синтеза новых материалов с заданными свойствами, которые крайне необходимы для развивающейся науки и техники. Из всех вопросов теории процессов технологии керамики наибольший интерес специалисты прояв- ляют к теории спекания, как основополагающему процессу, обуславливающему микроструктуру керамики с точки зрения физико-химии твердого тела. Спекание – сложный многоступенчатый самопроизвольный ки- 250 нетический процесс, приближающий дисперсную систему к состоянию равновесия. Спекание является главным и завершающим технологическим процессом в производстве керамики, во многом определяющим конечный уровень свойств изделий. Выявление и исследование закономерностей процесса спекания было и остается в настоящее время актуальной задачей. Наиболее трудным остается вопрос научного обоснования и управления спеканием. Для керамики ха- рактерно неизотермическое спекание. Именно при меняющейся температуре наиболее ярко проявляется сложный характер взаимодействия элементарных процессов, определяющих ход уплотнения системы. Сравнение известных физических и химических способов активирования процессов спекания позво- лило отдать предпочтение химическим. Химические способы основаны на использовании окислительно- восстановительных реакций, процессов диссоциации химических соединений, химического переноса веще- ства при спекании и т.п. Для этого используются специальные активаторы, действующие по разным меха- низмам спекания. Проблема активации процесса спекания чрезвычайно актуальна. Ее решение, с одной сто- роны, позволит снизить температуру синтеза керамических материалов и, таким образом, значительно сэко- номить энергоресурсы. Кроме того, при этом уменьшается расход огнеупоров для проведения обжига изделий. С другой стороны, активизация процессов спекания приведет к получению более плотных структур керамики, обуславливающих повышенные механические характеристики, что увеличит, в свою очередь, износостойкость и срок службы керамических изделий. К перспективным направлениям химического активирования спекания керамических материалов сле- дует отнести использование процессов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Понятие самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) подразумевает процесс реализации экзо- термической реакции в смесях химических элементов и соединений, в результате которого образуются цен- ные конденсированные продукты. Характерной особенностью является то, что в ходе процесса практически отсутствует газовыделение и образуются полностью конденсированные продукты. В самораспространяющемся режиме осуществлен прямой синтез различных соединений, в том числе не относящихся к тугоплавким (гидриды, халькогениды, фосфиды, интерметаллиды). Появились разновид- ности СВС, сочетающие принцип проведения реакций в режиме горения с энергетическими и механически- ми воздействиями на процесс с использованием техники высоких давлений, глубоковакуумной термообра- ботки, криогенного оборудования. Таким образом, изучение химических и технологических аспектов СВС огнеупорных материалов важно не только с точки зрения научного прогресса, но и практического создания и обеспечения промыш- ленности новыми огнеупорными материалами, а также активации процесса спекания и улучшения физико- химических свойств керамических материалов. В связи с этим целью настоящей работы является исследование процессов спекания в реальной ок- сидной керамической системе с использованием элементов самораспространяющегося высокотемператур- ного синтеза. В качестве объекта исследования использована реальная керамическая система MgO–Al2O3–SiO2 в области кристаллизации кордиерита и муллита. Для активации спекания использован металлический алю- миний, для которого характерна самопроизвольная сильноэкзотермическая реакция окисления с образова- нием оксида алюминия. Основными задачами данной работы являются: – исследование влияния металлического алюминия на процесс спекания и свойства керамических ма- териалов; – изучение влияния температуры спекания на свойства и структуру керамических материалов; – определение оптимального количества минерализатора, способствующего спеканию при меньшем количестве расплава; – разработка рекомендаций по получению технической муллито-кордиеритовой керамики с понижен- ной температурой синтеза. В ходе выполнения данной исследовательской работы были изготовлены опытные образцы исходной муллито-кордиеритовой керамики, а также активированной металлическим алюминием, который вводился в состав массы в количестве 5, 7,5 и 10 %. Образцы в виде цилиндров и балочек получены методом полусухо- го прессования при давлении 25–30 МПа и обожжены при температурах 1100, 1200 и 1300 °С в электриче- ской печи с выдержкой при максимальной температуре 1 ч, скорость подъема температуры в процессе обжига – 200–250 °С/ч. Все образцы имеют плотную тонкозернистую структуру и правильную недеформированную геомет- рическую форму. Были изучены физико-химические характеристики полученных образцов: плотность, пористость, во- допоглощение, механическая прочность, температурный коэффициент линейного расширения, а также тек- стура, микроструктура и фазовый состав образцов. Кажущаяся плотность образцов изменялась от 2249 до 2392 кг/м3, причем прослеживалась тенденция возрастания плотности от увеличения содержания металлического алюминия и температуры обжига. При 251 этом водопоглощение изменялось в пределах от 9,1 до 5,7 %, что можно объяснить уменьшением открытой пористости за счет улучшения спекания образцов. Этому способствует ряд факторов. Наряду с появлением расплава и развитием жидкофазного механизма переноса вещества при введении алюминия возникает про- цесс СВС, выделение дополнительной энергии способствует активации вязкого течения жидкости. Образо- вание при этом Al способствует не только снижению пористости, но и повышению механической прочности спекаемого материала. ТКЛР образцов (при 400 °С) изменялся от 7,1∙10-7 К-1 до 2,5∙10-7 К-1. С повышени- ем температуры обжига наблюдалось уменьшение значений ТКЛР, что обусловлено изменением фазового состава материала и выделением малорасширяющихся фаз. Механическая прочность при сжатии возрастала от 350 до 515 МПа с увеличением содержания металлического алюминия в массах и увеличением темпера- туры обжига. Оптимизация результатов исследования позволила сделать вывод о том, что наиболее оптимальным является состав массы, обожженный при температуре 1300 °С и содержащий 10 % металлического алю- миния. Образцы данного состава имеют наименьшее водопоглощение (5,7 %), наибольшую кажущуюся плотность (2392 кг/м3), наименьшую открытую пористость (12,8 %), минимальные значения ТКЛР (2,5·10-7 К-1) и наибольшую механическую прочность (515 МПа). Повышенные термомеханические ха- рактеристики материалов обусловлены как активацией процесса спекания при введении металлического алюминия, так и выделением фазы корунда дополнительно к муллито-кордиеритовой матрице. Полученные материалы рекомендуется использовать в качестве огнеприпаса и футеровки печей обжига. УДК 666.266 Синтез ситаллов с использованием отходов гальванических производств Студентка гр. 8 Кухта М.А. Научный руководитель – Кравчук А.П. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Стеклокристаллические материалы благодаря своим высоким механическим, термическим и диэлек- трическим свойствам, которые обеспечиваются различным фазовым составом, находят всё более широкое применение в различных отраслях промышленности. Особый интерес представляют ситаллы полученные с использованием недефицитного, недорогого сырья – отходов промышленного производства. В этом случае наиболее целесообразным является получение пироксеновой фазы в качестве ведущей, поскольку в результате широкого изоморфизма пироксенов получаемый ситалл будет иметь мономинераль- ный состав, что и обеспечит ему высокие химическую стойкость и механические свойства. Целью исследований являлось изучение возможности получения пироксеновых ситаллов с использо- ванием отходов гальванического производства. Анализ усреднённого химического состава гальваношлама, приведенного в таблице 1 показывает, что для формирования пироксеновой фазы (эгирина Na2O·Fe2O3·SiO2) в нём содержится недостаточное количе- ство Na2O и SiO2. Поэтому в составы стёкол вводился Na2O в количестве 6,5–14,0 мас.% и SiO2 – 49,0–56,0 мас.%. Таблица 1 – Химический состав гальваношлама, мас.% Оксид SiO2 Al2O3 ZnO Fe2O3 FeO CaO MgO Na2O K2O MnO Cr2O3 Содержание, мас.% 1,64 0,26 21,3 58,54 2,65 4,54 2,7 3,02 0,02 0,27 4,88 В качестве технологической добавки позволяющей улучшить варочные и выработочные свойства стёкол использовали MgO и CaO в количестве 7,1 и 10 мас.% соответственно. Синтез стёкол проводился в фарфоровых тиглях при температуре 1450 ºС. Изучение устойчивости стеклообразного состояния методом градиентной кристаллизации показало, что синтезированные стёкла в интервале температур 650–1000 ºС кристаллизуются с образованием тонко- дисперсной ситалловой структуры, т.е. обладают высокой кристаллизационной способностью. Согласно данным полученным в ходе изучения кристаллизационной способности синтезированные стёкла были подвергнуты термообработке по следующему режиму: 1) нагрев до 650 ºС и выдержки 30 мин; 2) нагрев до 850 ºС (выдержка 1 час); 3) инерционное охлаждение в печи. Рентгенофазовый анализ термообработанных стекол показал, что основными кристаллических фаза- ми в них являются диопсид (CaO·MgO·2SiO2), геденбергит (CaO·FeO·SiO2) и эгирин (Na2O·Fe2O3· 4SiO2). Микротвёрдость закристаллизованных стёкол изменялась в пределах от 8070 до 8890 МПа. Наибольшей микротвёрдостью характеризовались, закристаллизованные стёкла, содержащие Na2O в количестве 6,5 мас.%, 252 что обеспечивается образованием в этих стёклах максимального количества пироксеновой кристаллической фазы. Исследование теплового расширения термообработанных стёкол показало, что их ТКЛР изменялся в интервале от 69 до 89∙10-7 К-1. Существенное влияние на величину ТКЛР закристаллизованных стекол ока- зывало введение Na2O, как компонента, присутствующего в стеклофазе и обладающего высоким парциаль- ным значением ТКЛР 395∙10-7 К-1. Таким образом, в ходе исследований установлено, что отходы гальванического производства могут использо- ваться для получения пироксеновых ситаллов, характеризуюшихся высокими физико–химическими свойствами (микротвёрдость 8070–8890 МПа, ТКЛР 69–89·10-7 К-1). УДК 666.762 О возмодности использования каолинов Республики Беоарусь для получения керамических изделий различного назначения Студентка гр. 9. Комисарук Е.С., Козловская Е.В. Научный руководитель – Дятлова Е.М. Белорусский государственный технологический университет г. Минск В настоящее время в связи с импортозамещением сырьевых материалов в керамической промышлен- ности значительный интерес вызывает возможность использования местного каолинового сырья. В связи с этим возникла необходимость в детальном исследовании месторождений глинистого сырья и каолинов, ус- ловий их образования, определить зависимость технологических свойств сырья от химического, минерало- гического и гранулометрического состава, от условий их залегания. Решение этих вопросов позволит разра- ботать оптимальные составы для получения конкурентоспособных керамических изделий различного назна- чения. Одним из перспективных сырьевых материалов, представляющих интерес для получения строитель- ной и технической керамики является каолин «Ситница» Брестской области Республики Беларусь, запасы которого превышают 6 млн. тонн. Химический состав каолина характеризуется содержанием оксидов, мас. %: Al2O3 – 29,7; SiO2 – 54,12; (Fe2O3+TiO2) – 2,27; (Na2O+K2O) − 2,23; (CaO+MgO) − 0,91. По количеству Al2O3 каолин «Ситница» можно отнести к полукислому сырью со средним содержанием красящих оксидов и незначительными карбонатными включениями. По содержанию тонкодисперсных фракций каолин оцени- вается как низкодисперсное сырье. Число пластичности каолина составляет 4–7, что позволяет его класси- фицировать как малопластичное глинистое сырье. Каолин характеризуется значительным содержанием кварцевых примесей, количество которых составляет 55–60 %. Для улучшения свойств каолинов в керамической промышленности применяют различные виды обо- гащения: мокрое, сухое, методы физико-химического и биологического воздействия. В последние годы зна- чительно возрос интерес к биологической обработке глинистого сырья с целью повышения его качествен- ных характеристик. В работе проведено исследование влияния биологической обработки препаратом силикатных бакте- рий Bacillus mucilaginosus на технологические свойства каолина «Ситница». В результате проведенных ис- следований установлено, что после биологической обработки увеличивается количество тонкой фракции в каолине (0,001 мм и менее). Это свидетельствует о том, что силикатные бактерии в результате своей жизне- деятельности выделяют поверхностно активные вещества, участвующие в ионообменных процессах и спо- собствующие диспергации глинистых частиц. Поскольку диспергация глинистых частиц сопровождается увеличением числа контактов в единице объема, то наблюдается повышение пластичности каолина с 7 до 13. С использованием каолина «Ситница» были синтезированы алюмосиликатные керамические мате- риалы технического назначения. Опытные составы масс содержат каолин «Ситница», тугоплавкую глину «Городное», алюмосиликатный шамот. Для получения спеченной керамики использовали дополнительно полевой шпат и кварцевый песок. Образцы получали методом полусухого прессования (тугоплавкая керамика) и литья (техническая ке- рамика). Были изучены свойства синтезированных материалов (механическая прочность, водопоглощение, термический коэффициент линейного расширения) и установлена их зависимость от состава и температуры спекания (1200, 1250 и 1300 °С). Исследованы их фазовый состав и структура. Результаты исследования показали, что каолин «Ситница» может быть использован как основной компонент для получения керамики строительного назначения, шамотных огнеупоров и алюмосиликатной керамики технического назначения, в частности для варки стекол и других высокотемпературных процес- сов. 253 УДК 666.172.6 Разработка составов тарного стекла Студент гр. 8 Балабка Т.Н. Научный руководитель – Терещенко И.М. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Стеклотара имеет ряд неоспоримых качественных преимуществ по сравнению с другими видами упа- ковки – прозрачность, химическая инертность, безвредность, возможность вторичного использования, ути- лизации отходов и широкий ассортимент. В общем объеме производства стеклянной тары бесцветная тара имеет большое значение, так как в этом случае стекло выполняет одну из своих основных функций – прозрачность. Решение вопроса обесцвечивания стеклотары является актуальным потому, что рынок непрерывно насыщается с MgO на CaO теклобутылкой, а потребитель предъявляет высокие требования к прозрачности и оттенкам стекла. Бесцветная стеклотара должна быть изготовлена из стекла высокого качества, лишь в этом случае продукция будет успешно реализована. Прозрачность стекла ухудшается вследствие наличия f- и d-элементов присутствующих в сырьевых материалах виде оксидов Fe2O3, Cr2O3, MnO, TiO2, V2O5. Наиболее распространенным окрашивающим со- единениями являются оксиды железа, которые придают стеклу голубое и зеленовато-желтое окрашивание, в зависимости от степени окисления железа. С целью обесцвечивания стекла в состав шихты вводят Se и CoO. Это приводит к увеличению стоимости шихты и уменьшению пропускания в видимой области спек- тра. Необходимость в обесцвечивании стекла отпадает при наличии в нем общего содержания оксидов же- леза менее чем 0,05 мас.% Анализ отечественных составов тарных стекол показывает, что содержание оксидов железа в них достигает 0,08 – 0,09 мас.%, что значительно превышает европейские нормы. В итоге отечественные предприятия не могут в полной мере реализовать свой технический и произ- водственный потенциал. При этом проблема содержание оксидов железа в тарных стеклах должна решаться параллельно с проблемой оптимизации состава стекла. В настоящей работе исследовалась влияние замещения оксидов магния на оксид кальция, на техноло- гические и эксплуатационные свойства стекол, а также на интенсивность их окраски. Анализ химического состава отечественных сырьевых материалов используемого для тарных стекол, показал, что основным источником загрязнения стекла оксидами железа, являются доломит (в качестве ко- торого применяется доломитовая мука из месторождения «Руба») и полевой шпат. Замена MgO на CaO, приводит к уменьшению содержания доломита и увеличению содержания в составе шихты мела, в качестве которого был использован химически осажденный нижегородский мел. Было синтезировано 10 составов, в которых содержание CaO увеличивалось от 7,8 до 12,5 мас.%, при одновременном уменьшении содержания MgO от 4,7 до 0 мас.%. В итоге был получен ряд стекол с мини- мальным содержанием Fe2O3= 0,047 мас.%, что соответствует требованием евростандарта, такие стекла не имеют окраски вследствие чего не требуют обесцвечивания. Были проведены исследования технологических и физико-химических свойств стекол, определено пропускание УФ-, видимого и ИК-излучения в образцах опытных стекол. Были проведены расчеты техноло- гических индексов по технологии «Emhart» и величина индикаторного показателя основности dFe(II) стекол. На основе экспериментальных данных был определен оптимальный состав стекла, обладающий сле- дующими технологическими и качественными параметрами: температура варки стекломассы – 1450 С; температура формования стекла - 1060 С; верхняя температура отжига изделий - 567 С; нижняя темпера- тура отжига – 535 С; химическая стойкость – 0,55%; температурный коэффициент линейного расширения, К-1 – 91,3610-7; ширина интервала кристаллизации, С - 115; RMS,% - 114,4; WR, С - 452,2; WRI, С - 172,6; DI – 12,6. Таким образом, анализ полученных данных показывает, что разработанные составы стекол пригодны для промышленного производства стеклотары. 254 УДК 666.151 Совершенствование химических составов листовых стекол Студентка гр. 8 Матылевич Ю.Л. Научный руководитель – Терещенко И.М. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Требования потребителей к качеству листового стекла в последнее время значительно возросли. В связи с этим определяющими условиями получения высококачественных изделий стали оптимизация и строгое соблюдение технологического регламента на всех стадиях производства, учет технологических осо- бенностей стекловарения и формования. Немаловажное значение при производстве листового стекла имеет правильный выбор одного из ос- новных факторов технологического процесса – химического состава стекла, обеспечивающего оптимальные значения технологических и эксплуатационных свойств стекол. На основании анализа отечественных и зарубежных источников литературы сделаны выводы, отра- жающие основные направления усовершенствования составов листового стекла:  снижение содержания оксидов железа в стекле за счет уменьшения количества вводимого до- ломита, являющегося достаточно засоренным оксидами железа сырьем, и, следовательно, оптимизация «до- ломитового» соотношения, а именно CaO:MgO;  уменьшение расхода соды (наиболее дорогостоящего компонента шихты) за счет снижения со- держания оксида натрия в составе стекла;  повышение водостойкости за счет уменьшения содержания оксида натрия в составе стекла;  использование составов, обогащенных оксидом кальция, является перспективным при сохране- нии неизменной температуры варки, что дает возможность увеличить удельные съемы и производитель- ность печи за счет интенсификации процесса стекловарения, связанной со снижением вязкости расплава. В целом технически грамотное и научно обоснованное следование вышеуказанным направления по- зволит повысить технико-экономические показатели производства листового стекла, а также улучшить ка- чества и эксплуатационные свойства продукции. Следует заметить, что на качество продукции существенно влияет и качество используемого сырья. Так, уровень содержания вредных примесей в отечественных сырьевых материалах значительно выше, чем в зарубежных. Отсутствие централизованной подготовки сырьевых материалов приводит к нестабильности влажности, гранулометрического состава сырья, не осуществляется подготовка вторичного стеклобоя. Обо- гащение сырья специализированными предприятиями и его полная подготовка к применению на месте до- бычи наиболее целесообразны, поскольку решаются вопросы охраны окружающей среды, экономятся тру- довые и топливно-энергетические ресурсы, снижаются капитальные вложения при сооружении складов и составных цехов, улучшаются условия и падает стоимость доставки сырья к потребителю. ОАО «Гомельстекло» является единственным предприятием-производителем флоат-стекла в Респуб- лике Беларусь и монополистом на внутреннем рынке. Основным конкурентным преимуществом ОАО «Го- мельстекло» на внешних рынках является низкая цена по сравнению с основными производителями. Это обусловлено невысоким качеством продукции предприятия, что объясняется рядом причин. Одна из них связана с ориентацией предприятия на местные сырьевые материалы. Это касается, прежде всего, повышен- ного содержания в них оксидов железа. В особенности в карбонатных породах, используемых в производст- ве листового стекла – доломите и меле. В итоге содержание оксидов железа в стекле производства ОАО «Гомельстекло» варьирует в пределах 0,11–0,12 мас. %. Известно, что оксиды железа отрицательно влияют на основные характеристики листового стекла: светопропускание, химическую и термическую однород- ность стекломассы, снижают стабильность процесса стекловарения, что в итоге приводит к низкому выходу стекла высоких марок. Целью работы являлось совершенствование химического состава листового стекла, которое включает оптимизацию соотношения CaO и MgO, а также соотношения SiO2 и Al2O3. В ходе проведенных исследований было доказано, что снижение содержания MgO до 2 мас. % не приводит к заметному ухудшению эксплуатационных и технологических свойств листовых стекол (химиче- ской устойчивости и кристаллизационной способности), а, напротив, целесообразно с точки зрения улучше- ния варочных свойств, повышения скорости твердения расплава стекломассы, что приводит к возможности увеличения производительности флоат-установок и снижения затрат на варку стекла. Результаты определения кристаллизационной способности стекол показали, что при замене MgO на CaO температурный интервал кристаллизации несколько расширяется, а безопасный интервал формования уменьшается в основном за счет снижения температуры формования. Однако современная технология полу- чения листового стекла не предъявляет высоких требований к кристаллизационной способности стекол, по- скольку применение надежных систем автоматического регулирования стекловарения, совершенных конст- 255 рукций стекловаренных печей и больших скоростей выработки резко снижают риск зарухания стекла в про- цессе варки и выработки. Отмечено некоторое ухудшение водостойкости опытных стекол, однако, гидролитический класс ос- тается таким же, как и для промышленного состава. Следует заметить, что некоторое снижение химической устойчивости листового стекла полностью компенсируется в условиях промышленного производства за счет термохимической обработки его поверхности сернистым газом в шлаковой камере после выхода ленты стекла из ванны расплава. Замена MgO на CaO заметно влияет на вязкость опытных стекол: при этом в высокотемпературной области вязкости с увеличением содержания оксида кальция (за счет уменьшения содержания оксида маг- ния) все характеристические температуры снижаются, однако в области низкотемпературной вязкости (500– 650 ) значения характеристических температур заметно возрастают. На основании комплексной оценки свойств опытных стекол с учетом расчетных значений технологи- ческих индексов по методике «Emhart», установлено, что содержание оксида магния в составах должно быть не менее 1,5 мас. % во избежание проблем с кристаллизацией расплавов в производственном процессе и выщелачиванием стекол при их эксплуатации. Экспериментально доказано, что увеличение содержания приводит к росту ТКЛР и плотности опытных стекол. Увеличивается также и величина светопропускания в связи со снижением общего содер- жания оксидов железа в составе стекла (на 25 %). Результаты оценки ОВП стекломассы с помощью индикаторного показателя основности и коэффици- ента основности позволяют сделать вывод, что замена оксида на приводит к увеличению восстано- вительного потенциала стекломассы за счет возрастания доли восстановленной формы железа над окислен- ной, что следует учитывать при варке опытных стекол, компенсируя рост увеличением соотношения воздух-газ. Таким образом, разработанные составы стекол могут быть использованы в промышленности. УДК 666.21 Разработка составов бессвинцового хрусталя Студентка гр.8 Гайкова С.В. Научный руководитель – Терещенко И.М. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Производство сортовых стёкол, и в особенности хрусталя, связано с негативным воздействием на ок- ружающую среду и условия труда. В последнее время, однако, законодательством резко снижены нормы вредных выбросов в атмосферу, загрязняющих веществ в воздухе рабочей зоны, а также нормы по утилиза- ции и правильному размещению отходов производства. Повышены требования по обеспечению безопасно- сти условий труда на предприятиях отрасли. Основной экологической проблемой при производстве хрустальных изделий, а также при их обра- ботке и декорировании является использование, а также выделение соединений свинца в атмосферу, что отрицательно сказывается на экологии и здоровье работающих. Как известно, соединения свинца относится к веществам 1 класса опасности (чрезвычайно опасные); он накапливается в органах и тканях человека, в растениях. Исследования показали, что свинец, находящийся в связанном состоянии (аэрозоль при шлифовке стекла, аэрозоль фритты, аэрозоль, выделяющийся при декорировании стёкол), также опасен для работаю- щих, так как при их обследовании находили некоторые признаки свинцовой интоксикации (ретикулоцитоз). Поэтому при обработке стёкол, декорировании, обработке и использовании свинецсодержащей фритты должны быть внедрены передовые технологии, совершенное оборудование, а также санитарно – техниче- ские устройства. Более сложная проблема – сокращение выброса свинцовых соединений при варке хрусталя. В этом случае величина выделения и выброса зависит от количества свинцовых соединений в шихте, производи- тельности печей, объёма отходящих газов, длины дымовых каналов, типа печей. Таким образом, важнейшей проблемой производства сортовых стёкол и хрусталя является сокраще- ние выбросов в атмосферу веществ 1 класса опасности и прежде всего свинцовых соединений. Это обстоя- тельство является стимулом для синтеза новых составов сортовых стёкол с низким содержанием оксида свинца, либо вовсе бессвинцовых, однако близких к хрусталю по свойствам и себестоимости конечного продукта. 256 В данной работе предпринята попытка замены оксида свинца в составе хрусталя на следующие окси- ды ВаО, ZnО, СаО и К2О, вводимые по отдельности и в совокупности в шихту. В качестве базового состава для синтеза бессвинцовых хрустальных стекол был выбран состав, масс. %: SiO2 – 72; PbO – 6; CaO – 4,4; Na2O + K2O – (7 +11); B2O3 – 1; R2O3 + SO3 - 0,54. На его основе смоделированы экспериментальные составы, содержащие до 18 мас. % CaO и до 10 мас. % BaO, до 4 мас. % ZnО и до 11 мас. % К2О. В качестве химических обесцвечивателей использовали As2O3 + Na2SO4 до 0,4 – 0,6 %. Для создания окислительных условий и снижения интенсивности оттенков, придаваемые оксидами Fe, в состав вводилась селитра, а также до 0,2 мас. % Се02 и до 0,3 Sb2O3. В газовой лабораторной стекловаренной печи была проведена варка всех смоделированных составов в тиглях массой 300 г. Всего было синтезировано 22 состава стёкол. Варка производилась при температурах 14500С . Время выдержки при данной температуре – 1ч. Формование стекол производили после достижения однородности стекломассы путем отливки в фор- мы (формование штабиков) и на металлическую плиту (формование пластин). Для снятия внутренних на- пряжений, после выработки, стекла проходили отжиг в электрической муфельной печи. Для опытных составов был определен ряд свойств, уровень которых сопоставлялся с промышленным составом хрусталя, используемого на Борисовском хрустальном заводе, который варился в тех же условиях, что и опытные составы. Определялись следующие свойства синтезируемых стёкол: кристаллизационная способность, плотность, ТКЛР, температура начала размягчения, химическая устойчивость, микротвёрдость и оптические показатели. Отмечено, введение ВаО в значительной степени подавляет кристаллизационную способность стекла и положительно влияет на величину показателя преломления. СаО в определённой степени действует как плавень, снижая высокотемпературную варку, одновре- менно снижается и низкотемпературная вязкость. Аналогично влияет ВаО, однако его действие выражено в меньшей степени. По химической устойчивости все синтезируемые стёкла относится к третьему гидролитическому классу (потеря массы составила от 0,3 - 0,5 %). Определена область составов, обладающих пониженными значениями микротвёрдости, в интервале 3690 – 3810 МПа, что существенно облегчает их механическую обработку (гранение, нанесение резьбы). Следует отметить, что составы опытных стёкол в данной области имеют пологую зависимость вязкости от температуры («длинные»), что позволяет формовать изделия как методами машинной, так и ручной выра- ботки. Величина ТКЛР отличается от промышленного состава в сторону меньших значений: у хрусталя она составляет 120 ∙ 10-7, для опытных составов варьирует в интервале α = 89,9 – 98,4 ∙ 10-7. В итоге на данном этапе получены высокотехнологичные хрустальные стёкла с высокой степенью бе- лизны и прозрачности (98 %). Эти два требования являются основными и обязательными для хрустальных стекол. Однако величина показателя преломления полученных составов ограничено значением 1, 53. В на- стоящее время предпринимаются попытки синтеза с большими значениями показателя преломления при сохранении уровня остальных достигнутых показателей свойств. УДК 543.4 Оптимизация условий проведения спектрофотометрического анализа бинарных смесей методом Фирордта Студентка 6 гр. 3 к. ф-та ТОВ Малчанская М.А. Научные руководители – Радион Е.В., Болвако А.К. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Фотометрические и спектрофотометрические методы анализа применяются для определения многих металлов, неметаллов, органических соединений, при контроле загрязнений окружающей среды, а также для анализа многокомпонентных систем без предварительного химического разделения. Метод характеризуется высокой чувствительностью, невысокой погрешностью и относительной простотой аппаратурного оформ- ления. Одним из наиболее важных параметров, влияющих на точность анализа с использованием данного метода, является правильный выбор условий фотометрического анализа, в частности, длина волны, при ко- торой осуществляется определение. При анализе двух- и многокомпонентных смесей выбор оптимальной длины волны значительно усложняется. 257 Цель работы – оптимизация условий спектрофотометрического определения хрома (VI) и марганца (VII) при совместном присутствии в сернокислом растворе. Выбор длины волны осуществлялся на основа- нии анализа спектров поглощения. Длина волны выбиралась по зависимости оптической плотности от дли- ны волны, на основании дифференцирования спектров поглощения анализируемых компонентов и с исполь- зованием расчетных критериев. Определение концентрации производился по уравнениям Фирордта. Определение осуществлялось с использованием спектрофотометра СФ-46 в диапазоне длин волн 350- 650 нм в кювете с шириной поглощающего слоя 1 см. Для приготовления всех растворов использовались реактивы квалификации «х.ч.» и «ч.д.а.» и дистиллированная вода. Так как спектры исследуемой смеси перекрываются практически на всем изучаемом участке длин волн, то можно выбрать λ1 и λ2 в области максимального поглощения Cr2O72– и MnO4–. Для Cr2O72– эта дли- на волны (λ1) будет находиться в области 430 нм, где на спектре наблюдается ложный максимум в виде пле- ча. При этом λ1 выбирают на середине плеча. Для MnO4 – в области 550 нм наблюдаются два максимума по- глощения, для анализа используют один из них (λ2). С целью оптимизации выбора рабочих длин волн можно воспользоваться следующим подходом. Точ- ность определения концентраций двух веществ С1 и С2 тем выше, чем больше разность 1 2 1 2 λ λ 1 1 λ λ 2 2 ε ε ε ε  или 2 1 2 1 λ λ 2 2 λ λ 1 1 ε ε ε ε  . Для нахождения оптимальных рабочих длин волн, отвечающих этому условию, строят кривую в сис- теме координат  1 2/ f    . Длины волн в максимуме и минимуме этой кривой отвечают наибольшей разности и, следовательно, их можно использовать в качестве рабочих. При неполном перекрывании спектров компонентов эта кривая не имеет экстремумов. В этом случае в качестве рабочих используют длины волн, соответствующие максимальным по абсолютной величине зна- чениям разностей 1 11 2    или 2 22 1    . Кривую строят в координатах  1 2 f     и находят экс- тремумы. В дифференциальном методе строится зависимость скорости изменения оптической плотности (коэффициента поглощения) от длины волны. На основании спектрофотометрического определения концентрации хрома и марганца в анализируе- мом растворе при длинах волн, выбранных на основании указанных методов, были оценены величины отно- сительной погрешности определения и предложены оптимальные условия проведения анализа. УДК 543.25 Оптимизация условий инверсионно-вольтамперометрического определения микроколичеств Zn, Pb и Cd при совместном присутствии Студентка 5 гр. 2 к. ф-та ТОВ Плигина А.А. Научный руководитель – Болвако А.К. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Для определения микроколичеств ионов тяжелых металлов (ИТМ) и ряда других соединений в при- родных и сточных водах, в технологических средах, при контроле качества пищевой продукции широкое распространение получил метод инверсионной вольтамперометрии (ИВА). Метод ИВА характеризуется низкими (до 10–10 моль/дм3) пределами обнаружения, достаточно высокой селективностью и хорошими мет- рологическими характеристиками, а предварительное электрохимическое концентрирование определяемых веществ на рабочем электроде позволяет в значительной степени повысить отношение сигнал/шум при оп- ределении. Легкость компьютеризации и невысокая стоимость оборудования делает ИВА весьма перспек- тивным методом для аналитических определений ИТМ по сравнению с другими методами. Для всех электрохимических методов анализа, в т.ч. ИВА, особое значение имеют особенности про- цессов разряда-ионизации, происходящие на индикаторном электроде, подготовка электродов и режимы поляризации, а также в целом условия проведения измерений. Высокая точность и воспроизводимость ре- зультатов анализа может быть достигнута только при соблюдении оптимальных условий определения. Цель работы – оптимизация режимов определения ИТМ (цинка, свинца и кадмия) при совместном присутствии методом переменнотоковой квадратноволновой ИВА. Планирование эксперимента осуществ- лялось с использованием некомпозиционного трехфакторного плана второго порядка Бокса-Бенкина. Варь- ируемые параметры – амплитуда налагаемого переменного напряжения, время накопления и частота враще- ния рабочего электрода. Критерий оптимизации – минимизация относительной погрешности определения ИТМ в пробе. 258 Определение ИТМ осуществлялось методом добавок с использованием полярографа ПУ-1 с электро- химическим датчиком ЕМ-04, аналого-цифрового преобразователя и комплекта программного обеспечения Unichrom. Рабочий электрод – стеклоуглерод с площадью поверхности 6 мм2, вспомогательный электрод – стеклоуглеродный стаканчик, электрод сравнения – хлорсеребряный. Для приготовления рабочих растворов использовались реактивы квалификации «х.ч.» и «ч.д.а.» и дистиллированная вода. Температура – комнатная. Для формирования ртутно-графитового электрода in situ, создания кислой среды и подавления миграционного тока использовался фоновый раствор на основе KCl, HCl и Hg(NO3)2. Каждое измерение состояло из четырех стадий: накопления, успокоения, регистрации аналитического сигнала и регенерации электрода с использованием анодной линейной развертки потенциала. Время накоп- ления варьировалось в интервале 50-100 с, амплитуда переменного напряжения – от 20 до 40 мВ и скорость вращения индикаторного электрода – от 500 до 1500 об/мин при скорости развертки потенциала 40 мВ/с. Каждое измерение включало 3 последовательных цикла. Для расчетов использовались значения высоты пи- ка и площади под вольтамперной кривой, полученные как средний результат из трех параллельных измере- ний. Электроосаждение определяемых ионов и ртути на катоде на стадии электронакопления проводится одновременно, при этом образуются амальгамы соответствующих металлов (где Ме2+ соответствует Zn2+, Cd2+, Pb2+): Hg2+ + 2ē = Hg; Me2+ + 2ē + Hg = Me(Hg). Далее в ходе анодного растворения протекают обратные реакции: Me(Hg) – 2ē = Me2+ + Hg; Hg –2ē = Hg2+. Типичный вид вольтамперной кривой, получаемой на стадии регистрации, приведен на рисунке. В области потенциалов от –0,5 В до –1 В (х.с.э.) происходит активное растворение металлов из их амальгам, и на вольтамперной кривой регистрируется пики, площадь (или высота) которых прямо пропорциональна концентрации металла в амальгаме, и соответственно, в анализируемом растворе. При более положительных потенциалах протекает окисление ртути и очистка индикаторного электрода – стадия регенерации. При этом высота пика в методе ИВА зависит от значительно большего числа факторов, чем в прямой вольтамперо- метрии постоянного тока. -1 -0,6 -0,2 0,2 0 0,4 0,8 1,2 Е, В (х.с.э.) i, м А Hg Zn Cd Pb На основании анализа регрессионной модели, описывающей влияние параметров проведения ИВА определения, на величину относительной погрешности определения в наиболее сильной степени оказывает влияние продолжительность стадии электронакопления и величина амплитуды налагаемого переменного напряжения при развертке потенциала. При этом можно выделить как линейную зависимость, так и зависи- мость второго порядка, а также влияние на величину относительной погрешности определения комбинации этих факторов. Гидродинамические условия проведения стадии электронакопления вносят несколько мень- ший вклад в величину погрешности определения. Увеличение времени накопления с 50 с до 75 с при постоянной скорости вращения электрода и ам- плитуде переменного напряжения приводит к снижению погрешности определения всех элементов. Это мо- жет быть связано с более полным восстановлением разряжающихся ионов на поверхности электрода. Уве- личение амплитуды переменного напряжения с 20 до 40 мВ при прочих равных условиях вызывает рост погрешности определения цинка и кадмия и незначительное снижение погрешности определения свинца при использовании в качестве величины аналитического сигнала как площади под вольтамперной кривой, так и величины пика тока. Возможно, увеличение амплитуды приводит к перераспределению парциальных токов между сопротивлением двойного электрического слоя, фарадеевским импедансом и омическим со- противлением электролита (пропорционально значениям этих сопротивлений), вызывая появление пере- 259 менной составляющей тока электрохимической реакции, что снижает выход по току целевой реакции кон- центрирования или растворения металла. Изменение скорости вращения электрода вызывало некоторое изменение точности определения, что может быть обусловлено изменением условий диффузии электроактивных компонентов к индикаторному электроду. Величина относительной погрешности определения компонентов при всех режимах как правило не превышала 50%, что является достаточно хорошим показателем при определении микроконцентраций. В то же время были подобраны условия определения, позволяющие снизить относительную погрешность до 5- 20% за счет использования оптимальных условий концентрирования определяемых компонентов на индика- торном электроде и выборе параметров проведения стадии регистрации. УДК 541.3 Электрохимическая деструкция азокрасителей на анодах на основе диоксида свинца Студентки 6 гр. 3 к. ф-та ТОВ Жукова О.В., Раткевич Ю.В. Научный руководитель – Болвако А.К. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Анодные электродные материалы на основе PbO2 нашли широкое применение для процессов элек- трохимического синтеза окислителей, озона, очистки сточных вод от токсичных примесей и др. Основными достоинствами таких электродов является значительная коррозионная устойчивость, в т.ч. в агрессивных средах, высокие электрокаталитические свойства и простота изготовления. Применение электрохимической анодной обработки для процессов очистки сточных вод от токсичных примесей позволяет осуществлять эффективное разрушение соединений, удаление которых другими методами затруднено или невозможно. Целью настоящей работы являлось изучение процесса электрохимической деструкции органического красителя 9-(2-карбоксифенил)-6-(диэтиламино)-3H-ксантен-3-илидена (далее – К) в сернокислой среде с использованием анодов на основе диоксида свинца. PbO2-электроды электрохимически синтезировались на графитовой подложке аналогично [1]. Разло- жение К проводилось в электрохимической ячейке при непрерывном перемешивании с помощью магнитной мешалки при комнатной температуре. Анодом являлся PbO2, катодом – никель. Анодная плотность тока изменялась в диапазоне 0,5-10 А/дм2. Объемная плотность тока не превышала 1 А/дм3. Для получения спек- тров поглощения использовался фотоколориметр КФК-3-01. Поляризационные измерения проводились на потенциостате ПИ 50-1 в комплекте с программатором ПР-8. На основе анализа анодных потенциостатических поляризационных кривых PbO2 установлено, что введение К в раствор серной кислоты с концентрацией 0,05-0,5 моль/дм3 приводит к смещению поляризаци- онной кривой в область менее электроположительных потенциалов и возрастанию суммарной скорости анодного процесса. Это может быть обусловлено деполяризацией анода и свидетельствует о возможности анодного разложения К в кислой среде. Для количественного определения К была разработана методика его спектрофотометрического опре- деления. Для этого был получен спектр поглощения в диапазоне длин волн 400– 600 нм, по которому уста- новлено, что максимум поглощения наблюдается при длине волны 570 нм. Калибровочная зависимость, по- лученная при этой длине волны, линеаризуется в диапазоне концентраций 5∙10–7–1,5·10–5 с величиной сред- неквадратичного отклонения около 0,99. Установлено, что эффективность электрохимического окисления К значительно возрастает с ростом плотности тока. При увеличении плотности тока от 0,5 А/дм2 до 1 А/дм2 скорость анодной деструкции К увеличивается более чем в 3 раза. Дальнейшее увеличение плотности тока вызывает возрастание скорости анодного процесса в несколько меньшей степени. На скорость анодного процесса значительное влияние оказывает концентрация фонового электролита. Увеличение концентрации серной кислоты повышает ин- тенсивность анодного разложения, что может быть обусловлено повышением выхода по току озона. Так, увеличение концентрации серной кислоты от 0,1 моль/дм3 до 0,5 моль/дм3 вызывает увеличение скорости анодного окисления более чем в 2 раза практически во всем изученном диапазоне плотностей тока. На основании полученных данных определены условия проведения электрохимической обработки, при которых процесс разложения красителя протекает с наибольшей эффективностью. Литература Получение РbO2-SnO2 анодов и их применение для электрохимического синтеза озона / Болвако А.К., Черник А.А., Жарский И.М. // Свиридовские чтения. Сборник статей – 2008. – Вып. 4. – С. 199-204. УДК 544.654.2:546.56 260 Электрохимическое осаждение меди на сталь Студентка 11 гр. V к., ф-та ХТиТ Литвинович-Дмитриева М.В. Научный руководитель – Черник А.А. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Эксплуатация изделий из стали часто невозможна без нанесения различных функциональных покры- тий. Для придания поверхности определенного внешнего вида и обеспечения адгезии фрикционных компо- зиций со стальной основой дисков сцепления автотракторной техники используют электрохимически осаж- денные медные покрытия. В гальванической паре медь—железо медь, как более электроположительный металл, является като- дом по отношению к железу, электрохимически не защищает железо от коррозии и легко вытесняется в виде меди из ее солей металлическим железом. Поэтому с целью недопущения цементации применяют различ- ные комплексные электролиты. Из нецианистых электролитов чаще применяют пирофосфатные и этилендиаминовые электролиты, в которых можно непосредственно меднить стальные детали и детали из цинкового сплава. У пирофосфатных электролитов меньшая рассеивающая способность, чем у цианистых, но они нетоксичны, дают плотные светлые мелкокристаллические осадки, устойчивы в эксплуатации. Из этилендиаминовых электролитов осаждаются плотные, мелкозернистые и блестящие осадки. Цель работы заключалась в установлении оптимальных условий осаждения медных покрытий при использовании различных электролитов, а также определение путей улучшения качества этих покрытий при использовании импульсного электролиза. В работе использовали два электролита меднения следующего состава. Электролит №1, г/л: этилендиамин 50-70, медный купорос 90-115, аммоний сернокислый 50-70, сульфат натрия 50-80. Электролит №2, г/л: медный купорос 30-50, Na4P2O7 . 10H2O 120-180, Na2HPO4 . 12H2O г/л. Все электрохимические измерения проводились в трехэлектродной ячейке, включающей медный вспомогательный электрод, хлоридсеребряный электрод сравнения и рабочий электрод. Циклические поля- ризационные кривые записывали в потенциодинамическом режиме, используя потенциометр IPC-Pro M при различ- ных скоростях развертки 20, 50, 100, 200 мВ/с. По следует из рисунка 1 катодная поляризация уменьшается при замене медного электрода на сталь- ной в электролите № 1 в начальной области поляризационной кривой и практически не изменяется в элек- тролите №2. Это указывает на возможную цементацию меди на стальном электроде в начальный период времени в электролите №1. Поэтому в данном электролите необходимо как можно держать заготовки без включения токовой нагрузки. 1.5 1 0.5 0 0 500 1000 1: Cu 1: St 1: St-Cu 2: Cu 2: St 2: St-Cu E, B i, m A /c m 2 Рисунок 1 – потенциостатические катодные и анодные кривые (соответственно) на медном, стальном электродах в электролитах № 1 и № 2. С целью определения рабочего интервала плотностей тока был проведен электролиз в ячейке Хулла. Таблица 1 – Результат осаждения покрытия в ячейке Хулла 261 Электролит Расстояние ближне- го катода, мм Плотность тока i, А/дм2 Вид покрытия 10-45 5,1-1,5 Светло-коричневое, неблестящее, на- личие подгара 1 45-80 1,5-0,4 Блестящее, равномерное 10-20 5,1-3,5 Темно-коричневое, наличие подгара 20-60 3,5-1,0 Светло-коричневое 2 60-80 1,0-0,4 Блестящее, равномерное Как следует из таблицы 1 интервал рабочих плотностей тока для электролита №1 0,4 - 1,5 А/дм2; - для электролита №2 0,4 - 1,0 А/дм2. В данных интервалах плотностей тока выход по току меди составил 85 – 100 и 68 – 91% соответственно для электролита №1 и №2. Результаты применения импульсного электролиза для осаждения медных покрытий представлены в таблице 2. Таблица 2 – Параметры осаждения меди в условиях импульсного электролиза Время паузы τ, с Электролит Сила тока I, А 0,05 0,1 0,2 0,5 1,0 1 2 89,9 94,0 85,0 90,6 91,8 Вт, % 2 1 97,0 94,7 99,0 97,4 97,5 Установлено, что применение импульного тока существенно увеличивает выход по току медного по- крытия в обоих электролитах. Кроме того, внешний вид покрытия такжеулучшался. Во всех случаях покры- тия получались мелкозернистые, блестящие, хорошо сцепленные с основой. Таким образом, в результате проведенной работы были изучены состав, свойства и рабочие интерва- лы плотностей тока электролитов меднения. Для получения хорошего покрытия необходима тщательная предварительная подготовка и для предотвращения цементации в электролите №1 электроды загружать под током. В ходе работы электролита №1 необходимо поддерживать рН = 8-9 и проводить постоянное переме- шивание для обеспечения хорошего качества покрытия. Использование импульсного тока позволяет получать наименее пористые покрытия, а также управ- лять их функциональными свойствами. УДК 661.183.6 + 676.16 Разработка состава и способа получения композиционного наполнителя на основе кремнегеля и фосфогипса для бумаги и картона Студент 5 к. 6 гр. Факультета ХТТ Слабко Е.Н. Научный руководитель – Ещенко Л.С. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Одной из важнейших стадий производства бумаги и картона является наполнение бумажной массы [1]. Под наполнением понимают введение в композицию бумаги минеральных веществ – наполнителей для улучшения ее качества и экономических показателей. Посредством этого достигаются следующие цели: снижается себестоимость производства бумаги, так как стоимость наполнителя ниже стоимости волокон, которые заменяются наполнителем; повышается белизна бумаги, поскольку почти все наполнители имеют более высокую степень белизны, чем волокна; существенно увеличивается гладкость поверхности бумаги за счет заполнения частичками наполнителя пор и неровностей между волокнами на шероховатой поверхности листа; уменьшается непрозрачность бумаги, что дает возможность писать и печатать с обеих сторон листа; улучшается равномерность просвета; увеличивается мягкость и пластичность; снижается объемная масса, пористость и, следовательно, впитываемость типографских красок. Наиболее часто используемыми наполнителями являются каолин, карбонат кальция, диоксид титана и тальк. В некоторых случаях используют диоксид кремния, гидроксид алюминия, сульфат бария и кальция. Однако в мировой практике в последнее время одним из главных направлений является разработка компо- зиционных наполнителей, в состав которых входят несколько вышеуказанных соединений. В Республике Беларусь при производстве бумаги и картона в основном используют каолин и карбо- нат кальция. Данные материалы экспортируют в страну из других стран, что увеличивает себестоимость готовой продукции. В то же время имеется возможность применения вторичного сырья для производства 262 наполнителей бумажных масс. В качестве такого сырья интерес представляют кремнегель и фосфогипс – отходы, которые образуются в производственном цикле на ОАО «Гомельский химический завод». Кремне- гель является рентгеноаморфным соединением, содержащим % мас.: SiO2 – 35,9, H2O – 61,0 и 2,7 – AlF3 в виде раствора, адсорбированного на поверхности SiO2. Частицы кремнегеля образуют агломераты различ- ной формы с размером 4 – 8 мкм. Фосфогипс представляет собой дигидрат сульфата кальция в виде пла- стинчатых кристаллов шириной 10 – 30 мкм и длинной 40 – 80 мкм. Фосфогипс содержит % мас.: CaO – 27,3, SO3 – 40,3, H2O –29,9, P2O5 – 0,4 и 0,1 – F. Целью данной работы является разработка состава и способа получения композиционного наполни- теля на основе кремнегеля и фосфогипса. Использования вторичного сырья обусловлено его низкой стоимо- стью и сравнительно высоким качеством. Для устранения примесей в виде водорастворимых соединений фтора и фосфора в состав наполнителя вводили жидкое стекло. В системе кремнегель – фосфогипс – жидкое стекло возможно протекание следующих реакций: H3PO4 + AlF3 = AlPO4↓ + 3HF nNa2O∙mSiO2 + yH2O = 2nNaOH + mSiO2∙(y-n)H2O 4HF + SiO2 = SiF4↓ + 2H2O В результате химических превращений соединения фтора и фосфора переходят в нерастворимую форму, вследствие этого уменьшается их содержание в жидкой фазе, и соответственно в сточных водах. Наполнитель получали периодическим способом. Для оптимизации состава наполнителя, содержаще- го кремнегель и фосфогипс, использовали метод математического планирования. Были выбраны следующие входные переменные параметры: соотношение между содержанием кремнегеля и фосфогипса (x1), содержа- ние сухого вещества в суспензии (x2) и значение pH суспензии (x3). Согласно матрице планирования фосфо- гипс и кремнегель в заданных количествах смешивали в реакторе с водой до требуемой массовой доли су- хих веществ. Далее при интенсивном перемешивании суспензию выдерживали в течение 15 минут и мед- ленно добавляли жидкое стекло до заданного значения pH. В качестве выходного показателя использовали объем осадка при отстаивании суспензии в цилиндре объемом 25мл в течение 1 часа. По объему осадка можно определить устойчивость суспензии и косвенно оценить размер частиц осадка. Чем меньше частицы осадка, тем медленнее они оседают и, следовательно, осадок занимает больший объем. Известно [2], что с уменьшением размера частиц увеличивается степень удержания наполнителя и равномерность распределения частиц по поверхности волокна в бумажной массе. Кроме того уменьшение скорости оседания частиц твердой фазы суспензии позволяет снизить энергозатра- ты на ее приготовление и транспортировку, а также уменьшить отложение твердой фазы в трубопроводах. Для упрощения регрессионного анализа объем осадка при отстаивании суспензии в цилиндре 25 мл в течение 1 часа (Vос) переводили в объемную долю осадка в суспензии (y) по формуле Согласно матрице планирования был проведен регрессионный анализ данных и получено уравнение зависимости объемной доли осадка (y) от соотношения между фосфогипсом и кремнегелем (x1), и значения pH суспензии (x3) при постоянной массовой доле сухого вещества (x2): y = 0,6675 + 0,0023∙x1 - 0,0842∙x3 - 0,0001∙x12 + 0,0069∙x32 + 0,0003∙x1 ∙x3; Исходя из уравнения регрессии, максимальная объемная доля осадка наблюдается при следующих параметрах: содержание фосфогипса в смеси с кремнегелем, x1 = 15 % мас., значение pH суспензии x2 = 9,0. Получен наполнитель с содержанием фосфогипса в смеси с кремнегелем, x1 = 15 % масс., и значением pH суспензии x2 = 9,0. На основе данного наполнителя, а также мела и каолина были изготовлены опытные образцы бумаги. Качественные показатели полученных образцов бумаги с указанными наполнителями на- ходятся приблизительно на одинаковом уровне. Следует отметить, что степень удержания и белизна бумаги при использовании композиционного наполнителя выше, чем при использовании наполнителей на основе мела и каолина. Исходя из этого, можно сделать вывод, что наполнитель, полученный в системе кремнегель – фосфогипс – жидкое стекло может быть использован для наполнения бумаги и картона без снижения каче- ства конечной продукции. Применение вторичного сырья в данном случае позволяет уменьшить себестои- мость, а также в ряде случаев повысить стоимостные и качественные показатели бумаги. Литература 1. Производство бумаги и картона www.calculate.ru 2. Производство бумаги. www. slovari. yandex. Ru УДК 676.017.028.3 Исследование влияния химических добавок на процесс размола волокнистой суспензии при изготовлении бумаги и картона 263 Студентка 5 группы 5 курса факультета ТОВ Попеня Т.В., асп. Драпеза А.А. Научный руководитель – Черная Н.В. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Процесс размола играет важную роль при производстве высококачественных видов бумаги и картона, т.к. волокна становятся гибкими, пластичными, увеличивается их адсорбционная поверхность и им сообщается опреде- ленная степень гидратации, что благоприятно влияет на бумагообразующие свойства волокон [1]. Размол волокнистых материалов в целлюлозно-бумажной промышленности связан с высоким расходом электрической энергии. Большое внимание уделяется мероприятиям, которые ведут к снижению расхода энергии при размоле волокнистого сырья. Одним из перспективных мероприятий является введение в волокнистую суспен- зию химических добавок, которые укоряют размол и придают бумаге необходимые свойства [2]. К ним, на наш взгляд, относятся: акриловый водорастворимый полимер ВРП-3 (ТУ РБ 00280198.024-99), крахмал (ТУ 9187–076– 00334735–01) и гидроксид натрия NaOH (ГОСТ 4328-77). В результате введения химических добавок на стадии размола происходит сокращение времени достижения нужной степени помола и, как следствие, уменьшение расхода энергии на процесс размола и увеличения произво- дительности бумаго- и картоноделательного оборудования [3]. Цель работы – изучение влияния химических добавок (акриловый водорастворимый полимер ВРП-3, крах- мал, гидроксид натрия NaOH) на скорость процесса размола и физико-механические показатели качества бумаги и картона. Для достижения поставленной цели были изготовлены образцы бумаги массой 80 г/м2 и картона массой 340 г/м2. В качестве волокнистого полуфабриката при проведении исследования использовали целлюлозу белёную сульфатную из лиственных пород древесины (ТУ 5411-029-00279195-2006). Расход химических добавок (акриловый водорастворимый полимер ВРП-3, крахмал, гидроксид натрия NaOH) составлял 1,05% от а. с. в. Концентрация растворов химических добавок составляла 0,5 %. Размол целлюлозы проводили с использованием лабораторного размалывающего комплекта ЛКР-1 при час- тоте вращения двигателя мельницы 1600 об/мин и межножевом зазоре 0,2 мм. Размол осуществлялся до степени помола волокнистой суспензии 50ºШР. Образцы бумаги массой 80 г/м2 получали на листоотливном аппарате «Rapid-Ketten» (фирма «Еrnst Haage», Германия). Физико-механические показатели образцов бумаги оценивали разрывной длиной, разрушающим усили- ем в сухом состоянии, сопротивлением разрыву, удлинением, поглощением энергии при разрыве, модулем Юнга и жесткостью [4]. Эти показатели определяли по ISO 1924-2 на разрывной машине фирмы «Lorentzen & Wettre» (Швеция). Зависимость степени помола волокнистой суспензии от времени размола с использованием химических до- бавок и без добавок представлена на рис.1. Рисунок 1 – Изменение степени помола волокна в процессе размола целлюлозы в зависимости от хи- мической добавки Результаты испытаний изготовленных образцов бумаги приведены в таблице 1. 264 Таблица 1– Показатели качества бумажных образцов Показатели качества Химическая добавка Разруша- ющее усилие в сухом состоянии Рсух, Н Сопротивле- ние разрыву, кН/м Разрывная длина РД, км Удлине- ние, мм Поглощение энергии при разрыве, Дж/м2 Модуль Юнга, ГПа Жёсткость, кН/м ВРП-3 79,25 5,29 6,12 1,87 68,97 5,13 709,10 Крахмал 80,75 5,38 6,35 2,30 86,10 5,05 631,75 NaOH 53,37 3,56 5,68 1,69 38,7 5,47 608,56 Без добавок – 72,20 4,82 6,33 1,79 62,88 5,52 674,37 Как видно из рисунка 1 и таблицы 1, введение химических добавок ускоряет процесс размола и уве- личивает физико-механические показатели качества бумаги и картона. Так, наиболее быстро целлюлоза размалывается с использованием в качестве химической добавки NaOH. Степень помола волокнистой массы 50°ШР достигается в течение 13 минут. Время размола при введении водорастворимого акрилового полиме- ра ВРП–3 составляет 17 минут, что меньше, чем при добавлении NaOH, но превышает время размола при использовании в качестве добавки крахмала (19 мин). Аналогичные зависимости получены нами при изго- товлении образцов картона. Отличие состояло в том, что физико-механические показатели образцов картона превышали на 15-20 % по сравнению с образцами бумаги. Лучшие физико-механические показатели качества достигаются при введении водорастворимого ак- рилового полимера ВРП–3. Так как при введении NaOH механическая прочность снижается (так разрывная длина уменьшается с 6,33 м до 5,68 м). Это связано с тем, что происходит деструкция и удаление гемицел- люлоз из целлюлозного волокна. Показатели качества при введении крахмала отличаются незначительно от показателей качества образцов бумаги при введении водорастворимого акрилового полимера ВРП–3 (при- близительно на 1%), но при этом скорость размола ниже. Также использование химических добавок при размоле вызывает снижение белизны бумаги. Меньше всего на белизну влияет водорастворимый полимер ВРП–3. Таким образом на основании исследований можно сделать вывод о том, что для сокращения времени размола и достижения наилучших показателей качества бумаги рекомендуется применять водорастворимый акриловый полимер ВРП–3. Использование этой добавки позволит снизить расход энергии на процесс раз- мола на 3–5%, что имеет важное практическое и экономическое значение. Литература 1. Фляте, Д.М. Технология бумаги. / Д.М. Фляте. – М.: Лесная промышленность, 1988. – 440 с. 2. Иванов, С.Н. Технология бумаги / С.Н. Иванов. – М.: Лесная промышленность, 1970. – 695 с. 3. Фляте, Д.М. Свойства бумаги / Д.М. Фляте. – М.: Лесная промышленность, 1986. – 680 с. 4. Черная, Н.В. Технология бумаги и картона: методическое пособие по лабораторным занятиям / Н.В. Черная, Н.В. Жолнерович. – Минск: БГТУ, 2006. − 58 с. УДК 546.14,35,77.01:549.464.1(476) Исследование распределения микроэлементов брома, рубидия и молибдена в белорусском карналлите и продуктах его переработки Студенты гр. 6 фак. ХТиТ Невар А.А., Слуковская Ю.Н. Научный руководитель – Пинаев Г.Ф. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Карналлит - минерал, сложный водный хлорид магния и калия состава KCI∙MgCl2∙6H2О. Обычны не- значительные примеси Вr, Li, Rb, Cs, а также механических частиц глинистых минералов, гематита, водных окислов железа и др. Карналлит является источником хлористого калия и хлорида магния или бишофита для получения магнезиальных цементов, кристаллического бишофита (MgCl2∙6H2О). По данным геологов Республика Беларусь располагает значительными запасами карналлита (> 300 млн.т). Добычу карналлита в РБ целесообразно осуществлять методом подземного растворения [1]. Карнал- лит может быть применен для получения калийных удобрений и производных продуктов магния, которые применяются в медицине, строительстве, текстильной промышленности. 265 Карналлит содержит некоторое количество микроэлементов и поэтому целесообразно изучить их со- держание в нем, чтобы выявить возможность рассматривать карналлит как источник этих элементов, кото- рые в настоящее время импортируются в Республику Беларусь. Микроэлементы содержатся в почвах, породах, природных водах, живых организмах в очень малых количествах, но выполняют важнейшие функции инициаторов и активаторов биохимических процессов. Экспериментально доказано, что микроэлементы необходимы для многих важнейших биохимических про- цессов, недостаток элементов замедляет эти процессы и даже останавливает их. Микроэлементы нашли ши- рокое практическое применение в качестве микроудобрений для полевых культур, подкормок в животно- водстве, птицеводстве, рыбоводстве. Так как карналлит по предварительным данным содержит в своем составе некоторое количество та- ких микроэлементов как Вr, Li, Mo, Rb, Cs, I и др., то мы ставиkb перед собой задачу исследовать содержа- ние некоторых из них в белорусском карналлите, а именно брома, рубидия, и молибдена. В главной своей массе бром находится в рассеянном состоянии в магматических породах, а также в широко распространённых галогенидах. Бром - постоянный спутник хлора. Бромистые соли (NaBr, KBr, MgBr2) встречаются в отложениях хлористых солей (в поваренной соли до 0,03% Br, в калийных солях - сильвине и карналлите - до 0,3% Вr), а также в морской воде (0,065% Br), рапе соляных озёр (до 0,2% Br) и подземных рассолах, обычно связанных с соляными и нефтяными месторождениями (до 0,1% Br). В ходе экспериментов при определении брома были исследованы образцы, полученные с опытной установки для добычи карналлита по методу подземного растворения на Славковичском участке Любань- ского месторождения, представляющие собой растворы солей и скважинный осадок, также проводился ана- лиз продуктов переработки карналлита - осадков и образцов, полученных при многостадийном выпаривании с заданной степенью выпарки (рассчитанной по фазовой диаграмме) скважинного рассола №5. Поскольку мы не располагали готовыми разработанными методами анализа и возможного влияния ионов магния на ход анализа то нами были на первом этапе работы разработаны методики анализа. Был ис- пользован йодометрический метод определения брома [2]. Выполненное исследование подтвердило, что большие концентрации MgCl2 в растворе оказывают значительное влияние на результаты определения бро- ма, что позволило уточнить методику определения брома. Определенные уточнения потребовалось внести в методики определения рубидия и молибдена. По результатам анализа продуктов упарки карналлитового рассола можно сделать вывод, что концен- трирование брома при переработке (многостадийном выпаривании) карналлитового рассола происходит в жидкой фазе упаренных суспензий, а в кристаллической фазе, содержание брома практически постоянна. Это иллюстрируется таблицей 1. Как известно [3] среднее содержание молибдена в почвах составляет 0,0003%, в изверженных поро- дах — 0,000154%, в осадочных породах —0,00024%. Больше всего молибдена находится в болотистых поч- вах и в почвах тундр. Входя в состав фермента нитраторедуктазы (являющейся по своему строению молиб- до-флавопротеином), молибден восстанавливает нитраты у высших и низших растений и стимулирует син- тез белка в них. Поэтому в условиях недостатка молибдена в растениях накапливаются нитраты, одновременно уменьшаются азотистая растворимая фракция и уровень азотистой белковой фракции. В нашей работе использовался радонидный метод с экстракционным завершением согласно [4]. В ходе экспериментов при определении молибдена были исследованы водные и соляные вытяжки дробленого карналлита, керна тонкого (6 мм) и толстого (12 мм) диска карналлита любанского месторождения. Соглас- но полученным результатам можно сделать вывод, что молибден содержится в белорусском карналлите преимущественно в осадке, содержание его колеблется в пределах от 2,36 до 6,53 мкг/г карналлита. Таблица 1 - Результаты анализа Br- в продуктах переработки любаньского карналлита добытого галургиче- ским методом № Наименование образца Концентрация Br, г/л Содержание Br, масс. % 1 Рассол №5 1,66 0,133 2 Скважинный осадок - 0,059 3 Раствор после 1-й упарки 2,02 0,164 4 Раствор после 2-й упарки 2,36 0,188 5 Раствор после 3-й упарки 2,54 0,200 6 Раствор после 4-й упарки 3,29 0,252 7 осадок после первой упарки рассола - 0,155 8 осадок после второй стадии выпаривания - 0,152 По различным данным, общее содержание рубидия в земной коре колеблется в пределах от 0,0034 до 0,008%, т. е. его в тысячи раз меньше, чем натрия или калия. Выделить рубидий сложно, т. к. он обладает большим химическим сходством с калием и не образует самостоятельных минералов, в следствии чего ру- бидий встречается в природе крайне рассеянном состоянии вместе с другими щелочными металлами, всегда 266 сопутствуя калию, попадая в калийные минералы при их формировании из морской воды. Мощные залежи карналлита, несомненно, один из наиболее перспективных источников рубидиевого сырья. Хотя концентра- ция рубидия здесь и невелика, но общие запасы солей достаточно велики. Мы не располагали методом прямого определения рубидия в рассоле и продуктах кристаллизации, поэтому использовали методику предворительного концентрирования рубидия с помощью ферроцианидно- го метода, так как этот метод является наиболее простым и доступным в лабораторных условиях. При проведении эксперимента проводились 2 серии опытов – на стандартном растворе рубидия Rb2CO3 и на карналлитовом рассоле Любаньского месторождения. При этом количество скважинного карналлитового рассола рассчитывают так, чтобы содержание ру- бидия в нем примерно соответствовало содержанию рубидия в стандартном растворе. Это проводят для то- го, чтобы количество осажденного рубидия в осадке было достаточным для определения его данным мето- дом. Количество стандартного раствора, взятого для определения, обосновывается предварительными ре- зультатами и проведенными расчетами. Анализируя полученные результаты можно сделать вывод, что осаждение рубидия при стехиометри- ческой норме исходных реагентов происходит не полностью. При увеличении количества ферроцианида калия и хлористого железа вдвое и втрое можно наблюдать практически одинаковую концентрацию руби- дия в рассоле. Это говорит о том, что полное осаждение рубидия происходит при 100% избытке ферроциа- на. По полученным данным можно сделать вывод, что рубидий практически полностью переходит из раствора в осадок, а это говорит о том, что ферроцианидный метод вполне можно применять для извлечения рубидия из карналлитовых рассолов, предварительно удалив из них калий, являющийся конкурентом руби- дия в происходящем ионообменном процессе, а содержание Rb в рассоле составляет 0,012% (масс.). Литература 1. Отчет о НИР БГТУ «Обосновать принципиальную технологическую схему и разработать задание на проектирование опытно-промышленной установки для наземной переработки карналлитового рассола с получением кристаллического хлорида калия и концентрированного бишофитового раствора», Г.Ф. Пинаев. 2006г. 2. И.М. Кольтгоф, В.А. Стенгер, Р. Белчер. Объемный анализ, том 3, Москва 1961 г. 3.Информация из интернета, www.optimumrus.ru 4. Г.А. Шарло. Методы аналитической химии – м.-л. :химия 1966г. 5. Н.И. Забродина, Н.А. Алексеева. Редкие щелочные элементы – изд. ППИ, 1969г. УДК 661.185 Мицеллообразование в системах «препарат Cremophor A25 – вода» Студенты 3 к. 8 гр. ф-та ТОВ Курьянович О.А., Грукалова Е.В. Научные руководители – Эмелло Г.Г., Бондаренко Ж.В. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Поверхностно-активные вещества (ПАВ) и препараты на их основе широко используются в различ- ных областях науки и технологии. В косметической промышленности для получения кремов и лосьонов применяют препарат Cremophor A25, который представляет собой смесь жирных спиртов фракции С16–С18 со степенью этоксилирования равной 25. Важнейшей характеристикой коллоидных ПАВ является критическая концентрация мицеллообразо- вания (ККМ). При мицеллообразовании резко изменяются объемные свойства растворов ПАВ, а, следова- тельно, и свойства систем, полученных с их использованием. Целью данной работы явилось изучение процесса мицеллообразования в системе «препарат Cremophor A25 – вода». Препарат Cremophor A25 представляет собой порошок белого цвета. Приготовление водного раствора препарата с концентрацией 200 г/л осуществляли при нагревании до температуры 80°С при постоянном пе- ремешивании. При охлаждении раствора до комнатной температуры получился прозрачный гель, из которо- го путем разбавления получали растворы с концентрациями 0,01–160,00 г/л. Для определения критической концентрации мицеллообразования использовали рефрактометриче- ский, турбидиметрический, вискозиметрический и сталагмометрический методы анализа [1]. Результаты исследований представлены на рисунках 1 и 2. В основе рефрактометрического метода лежит определение показателя преломления света на границе воздух – исследуемая система, измерение которого производили с помощью рефрактометра ИРФ 454. Из рисунка 1-а видно, что при концентрациях 0,1–2,0 г/л показатель преломления остается постоянным и рав- 267 ным показателю преломления на границе воздух – вода (1,3330). Следовательно, данные растворы являются истинными. Начиная с концентрации 3,0 г/л и до концентрации 160,0 г/л, значения показателя преломления возрастают от 1,3331 до 13543, что свидетельствует о наличии в растворах новой фазы – мицелл ПАВ. Рисунок 1 - Зависимость показателя преломления (а) и мутности (б) от концентрации водного раствора препарата На фотоэлектроколориметре КФК-2М измерена оптическая плотность (D) растворов (длина волны 440 нм, ширина кюветы 5 см), которая является одной из характеристик способности рассеивать свет в ис- следуемых системах. На рисунке 1-б показана полученная зависимость D = f(lnc). Установлено, что в облас- ти истинных растворов происходит незначительное повышение оптической плотности, которое связано с большими размерами молекул ПАВ и возможным образованием димеров и тримеров. В области коллоид- ных растворов повышение оптической плотности с увеличением концентрации более значительное, так как размеры мицелл несоизмеримо больше. Рисунок 2. Зависимость вязкости (а) и поверхностного натяжения (б) от концентрации водного рас- твора препарата Измерение вязкости растворов препарата производили с помощью капиллярного вискозиметра ВПЖ- 1. Пока ПАВ находится в растворе в молекулярном виде, скорость диффузии молекул остается постоянной и вязкость практически не изменяется. Из рисунка 2-а видно, что это соответствует растворам с концентра- циями 0,1–1,0 г/л. Когда в растворе появляются мицеллы, увеличивается внутреннее трение между отдель- ными слоями жидкости, и вязкость возрастает. Сталагмометрическим методом определено поверхностное натяжение водных растворов препарата. Из рисунка 2-б видно, что на графике обнаруживается точка перегиба. В истинных растворах ПАВ происхо- дит значительное понижение поверхностного натяжения с ростом концентрации раствора, что связано с ад- сорбцией молекул ПАВ на границе воздух – раствор. Когда поверхностный слой полностью занят молеку- лами ПАВ в объемной фазе раствора начинается процесс образования мицелл, и поверхностное натяжение практически не меняется. Анализ рисунков 1 и 2 позволил приблизительно оценить значение ККМ, которая составила 3,0 г/л или 2,2∙10-3 моль/л. С помощью метода Рэлея (метод светорассеяния), по методике, описанной в [2], определен средний размер мицелл в коллоидном растворе препарата с концентрацией 100 г/л. Установлено, что средний диа- метр мицелл равняется 5,1 нм. По формулам, представленным в [3], рассчитаны число агрегации и мицел- лярная масса. Число агрегации – это число молекул, составляющих мицеллу. Мицеллярная масса – это об- щая сумма молекулярных масс молекул в мицелле, или произведение массы мицеллы на число Авогадро. Данные величины составили 248 и 336 208 соответственно. 1,33 1,335 1,34 1,345 1,35 1,355 1,36 -3 -1 1 3 5 ln c П ок аз ат ел ь пр ел ом ле н ия 0,0000 0,0200 0,0400 0,0600 0,0800 0,1000 -4 -2 0 2 4 6 ln c О пт ич ес ка я пл от но ст ь 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 ln c В яз ко ст ь, м Н с /м м 40 45 50 55 60 65 70 75 -4 -2 0 2 4 ln c П ов ер хн ос тн ое н ат яж ен ие , м Д ж /м м 268 Таким образом, изучен процесс мицеллообразования в водных растворах препарата Cremophor A25, являющегося типичным представителем коллоидных ПАВ. Определены критическая концентрация мицел- лообразования, оценены: размер мицелл, число агрегации и мицеллярная масса для коллоидного раствора с концентрацией 100 г/л. Литература 1. Практикум по коллоидной химии (коллоидная химия латексов и поверхностно-активных веществ). Под ред. Р.Э.Неймана. – М.: Высшая школа, 1971. –176с. 2. Поверхностные явления и дисперсные системы: лаб практикум для студентов хим.-техн. спец. / А.А.Шершавина [и др.]. – Мн.: БГТУ, 2005. – 106 с. 3. Щукин, Е.Д. Коллоидная химия / Е.Д.Щукин, А.В.Перцов, Е.А.Амелина. –М.: Изд-во Моск. ун-та, 1982. –348с. УДК 666.3.016.5 Формирование полуфриттованного износостойкого покрытия Студент гр. 9 Позняк А.И. Научный руководитель – Левицкий И.А. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Актуальной задачей для керамической промышленности Республики Беларусь является создание гла- зурных покрытий с высокими эксплуатационными и декоративно-эстетическими характеристиками. Основ- ная часть свойств изделия обеспечивается за счет формирующейся в процессе термообработки кри- сталлической фазы и степенью однородности ее распределения в стекломатрице. Целью исследования явилось детальное изучение процессов фазообразования при термообработки фритты и покрытия для получения конечного продукта с заданным комплексом свойств. Ранее были проведены исследования, направленные на синтез полуфриттованных покрытий и изуче- ние их физико-механических и декоративно-эстетических свойств. В качестве объекта исследования были выбраны 2 типа фритт: серия Р, синтезируемая в системе SiO2 – Al2O3 – RO – R2O + (ZrO2, B2O3); серия П – в системе SiO2 – ZrO2 – RO + (R2O, Al2O3, B2O3). Каждой серия фритт включала 3 состава, которые отличались количеством цирконсодержащего компонента в их сырьевых композициях: 0% – составы 0Р и 0П; 50% – составы 0,5Р и 0,5П; 100% – составы Р и П. Следует отметить, что общее расчетное количество диоксида циркония в покрытиях, полученных с помощью вышеуказанных фритт сохранялось постоянным и составило для серии Р – 6; для серии П – 7 %. При синтезе полуфриттованных покрытий использовались следующие сырьевые материалы: каолин КН – 83, доломит марки А группы 1 класса 4, циркобит МО, цинковые белила марки А, песок кварцевый марки ОВС – 020 – В, полевой шпат вишневогорский, глина Гранитик – Веско, глинозем ГК – 1, волласто- нитовый концентрат марки ВП – 1, а количество фритт составляло 22,5 (серия Р) и 20 (серия П). Синтез покрытий осуществлялся в условиях ОАО «Керамин» с использованием в качестве керамиче- ской основы полуфабриката плиток, высушенный до влажности не более 0,5 %. Исследуемые композиции подвергались совместному мокрому помолу в шаровой мельнице до остатка на сите № 0063 не более 0,3 %. Затем плитка покрывалась ангобом и на него наносилась глазурь методом полива. После сушки при темпе- ратуре (105±5) оС до остаточной влажности не более 0,5 % плитка подвергалась обжигу в газопламенной печи конвейерной линии FMS – 2500/113.4 при температуре (1160±10) оС. Продолжительность обжига со- ставляла (46±1) минут. Температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) полученных покрытий, измеренный в лабораторных условиях с помощью горизонтального кварцевого дилатометра, составил (68,26 – 70,40)∙10-7 К-1. Определение микротвердости покрытий проводили с помощью прибора Wolpert Wilson (ФРГ), в основу работы которого положен метод Виккерса. Значения микротвердости находились в пределах 7950 – 9560 МПа. Синтезируемые покрытия отвечают 3 – 4-ой степени износостойкости, твердость по шкале Мооса со- ставила 7 – 8. Глазурные покрытия являются термостойкими и обладают требуемой химической стойкостью к дей- ствию раствора № 3 в соответствии с СТБ. Помимо высоких физико-механических показателей синтезируемые покрытия имеют высокие деко- ративно-эстетические характеристики. Фактура покрытий матовая, показатель блеска покрытий находится в пределах 13 – 20, белизна – 72 – 80 %. 269 На основании результатов исследования физико-механических и декоративно-эстетических свойств было выбрано оптимальное покрытие 0Р с использованием в качестве фриттованной составляющей бесциркониевой фритты. Главным достоинством синтезированного полуфриттованного покрытия является высокая износо- стойкость (степень 4) и микротвердость (9320 – 9560 МПа); температурный коэффициент линейного расши- рения покрытия составил (64,5 – 68,26)∙10-7 К-1, блеск – 14 – 16 %, белизна – 68 – 74 %. Определение фазового состава бесциркониевой фритты и покрытия на его основе проводили методом рентгенофазового анализа. Рентгенограммы термообработанных при (1150 ± 10) оС образцов снимались на дифрактометре D8 ADVANCE фирмы BRUKER (ФРГ). Анализ данных рентгенофазового исследования приведен в таблице. Исследования показали, что бесциркониевая фритта представляет собой рентгеноаморфное стекло. Фазовый состав покрытия представлен кварцем, корундом, анортитом и цирконом. Сочетание вышеуказанных фаз обеспечивает направленное фазообразование с преимущественным количеством циркона при формировании стеклокристаллической структуры достаточной степени глушения и, соответственно, светорассеяния. Во фритте не происходит первичной кристаллизации циркона из стекла, напротив, он полностью сохраняется в виде реликтовых зерен, обеспечивая также и высокие физико- механические свойства покрытия. Таблица – Качественный фазовый состав термообработанной фритты и покрытия 0Р Кристаллическая фаза Образец исследования кварц (-SiO2) циркон (ZrSiO4) корунд (-Al2O3) диопсид (CaMgSi2O6) анортит (CaAl2Si2O8) Фритта – – – – – Покрытие – + + + + Результаты электронно-микроскопического исследования, выполненного с помощью сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM – 5610 LV (Япония), приведены на рисунке. Рисунок – Электронно-микроскопическое изображение поверхности а) фритты и б) покрытия Полученные данные хорошо согласуются с результатами РФА. Так, фритта представляет аморфное стекло, а покрытие имеет однородную стеклокристаллическую структуру с равномерно распределенными в стекломатрице кристаллами циркона размером 1 – 3 мкм. Покрытие имеет матовую фактуру, необходимые показатели белизны и блеска, а, главное, износостойкость, составляющая степень 4. Применение бесциркониевой фритты позволит сократить расход топливно-энергетических ресурсов в общем процессе производства износостойких плиток для полов. Результаты исследований имеют большое практическое значение и могут использоваться в практики получения износостойких покрытий для плиток для полов, потребность в которых возрастает в связи с уве- личением объема гражданского и промышленного строительства. а) б) 270 УДК 541.18.45 Устойчивость пен, полученных из водных растворов лаурилсульфата натрия в присутствии хлористого кальция Студ. 4 к. 8 гр. ф-та ТОВ Артюх В.Н. Научные руководители – Бондаренко Ж.В., Эмелло Г.Г. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Среди большого разнообразия косметических продуктов значительная доля принадлежит пеномою- щим средствам, действующим началом которых являются поверхностно-активные вещества (ПАВ). ПАВ играют важную роль в диспергировании и растворении загрязнений, в пенообразовании, оказывают влияние на состояние волос и кожи после мытья. Одним из требований, предъявляемых к косметическим моющим средствам, является высокая пенообразующая способность [1], что диктует необходимость использования в их составе большого содержания ПАВ. Известно, что на пенообразующую способность гигиенического моющего средства оказывают влияние композиционный состав средства (природа и расход ПАВ и со-ПАВ, содержание пережиривающих, кондиционирующих, лечебно-профилактических и других компонентов), а также условия получения пены (температура, присутствие в воде солей жесткости и др.). Целью работы явилось изучение свойств пен, полученных с использованием препарата Texapon K12G, в зависимости от содержания в водном растворе хлористого кальция. Технический препарат Texapon K12G представляет собой лаурилсульфат натрия. Ранее были изучены пенообразующие свойства данного препарата и свойства пен из растворов, полу- ченных с использованием дистиллированной воды [2]. Было установлено, что при увеличении концентрации ПАВ в растворе до 2 г/л пенообразующая способность достигает 230 мм и при дальнейшем увеличении со- держания ПАВ практически не изменяется. Однако используемая в быту вода всегда содержит в некотором количестве соли жесткости, оказывающие влияние на свойства моющих средств. Рисунок 1 – Влияние хлористого кальция на пенообразующую способность (1) и устойчивость пены (2) Для изучения влияния хлористого кальция на пенообразование готовили его водные растворы с кон- центрацией 0,02–0,2 г/л и в приготовленный раствор вводили 2,0 г/л лаурилсульфата натрия. В лаборатор- ных условиях на приборе Росс-Майлса по методике, описанной в [3], была определена пенообразующая способность приготовленных растворов и устойчивость полученных пен. Эксперимент проводили при тем- пературе 18–20°С. Пенообразующую способность определяли как высоту столба пены (мм) через 30 с после истечения приготовленного раствора из пипетки прибора Росс-Майлса. Устойчивость пены определяли, как отношение высоты столба пены через 5 мин к высоте столба пены через 30 с, и выражали в процентах. По- лученные данные представлены на рисунке 1. Как видно из представленных данных, с увеличением в растворе содержания хлористого кальция от 0 до 0,04 г/л происходит значительное понижение пенообразующей способности лаурилсульфата натрия: по- казатель снижается от 240 до 20 мм. Вероятно, это связано с с постепенным образованием в системе лаурил- сульфата кальция, обладающего меньшей пенообразующей способностью. При дальнейшем увеличении содержания хлористого кальция данный показатель практически не изменяется и лежит в интервале 16–19 мм. Согласно требований СТП 1675–2006 [1], пенообразующая способность гигиенических моющих средств должна находиться в интервале 100–145 мм. Из графика видно, что для достижения таких значений пенооб- разующей способности содержание хлористого кальция в растворе не должно превышать 0,01–0,015 г/л. Установлено, что для всех пен, полученных в ходе эксперимента, устойчивость находится в пределах 85– 94%, т.е. на показатель устойчивости пен хлористый кальций не оказывает существенного влияния. 0 50 100 150 200 250 300 0 0,04 0,08 0,12 0,16 0,2 Концентрация хлористого кальция, г/л П ен оо бр аз ую щ ая сп ос об но ст ь, м м 0 20 40 60 80 100 У ст ой чи во ст ь пе ны , % 1 2 271 Была изучена также кинетика устойчивости пен, полученных с использованием лаурилсульфата на- трия в присутствии хлористого кальция. Данные представлены на рисунке 2. 10 15 20 25 30 35 40 45 0 4 8 12 16 20 Время, мин В ы со та с то лб а пе ны , м м 0,02 г/л 0,06 г/л 0,14 г/л 0,2 г/л Рисунок 2 – Кинетика устойчивости пен в зависимости от концентрации хлористого кальция Из рисунка 2 видно, что при содержании хлористого кальция в количестве 0,02 г/л в течение 5 мин высота столба пены понижается на 17%, т.е. в системе происходит разрушение пены. При дальнейшем уве- личении времени существования пены высота ее столба практически не изменяется, что свидетельствует о достижении состояния равновесия в системе. Высота столба пен, полученных из водных растворов ПАВ с содержанием хлористого кальция 0,06–0,20 г/л, практически не изменяется на протяжении всего времени исследования. Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать вывод, что хлористый кальций оказы- вает значительное влияние на пенообразующую способность лаурилсульфата натрия и практически не влия- ет на устойчивость пен, полученных с использованием данного ПАВ. Это свидетельствует о том, что для обеспечения высокой пенообразующей способности косметических моющих средств (в соответствии с [1]) необходимо повысить содержание в них лаурилсульфата натрия. Литература 1 СТБ 1675–2006. Изделия косметические гигиенические моющие. Общие требования / Введ. 01.07.2007 г. – Минск, 2007. – 6 с. 2 Бурдоленко, О.Н. Пенообразующие свойства препаратов GENAPOL и TEXAPON K12G / О. Н. Бур- доленко, Е.А. Лукашевич // Сб. «Новые материалы и технологии их обработки» научных трудов X Респуб- ликанской СНТК БНТУ, 28–30 апреля 2009 г., г. Минск. – Минск: БНТУ, 2009. – С. 213–214. 3 ГОСТ 22567.1–77. Средства моющие синтетические. Метод определения пенообразующей способ- ности / Введ. 2. 06. 1977 г.; продл. 29.06.1984 г. – М.: Изд-во стандартов, 1986. – 7 с. УДК 66.071.7:541.123 Описание равновесия систем NH3 – вода и SO2 – вода применительно к процессам абсорбции Студенты 6 гр. 4 курса Воробьев А.Д., Махрова Е.В. Научный руководитель – Калишук Д.Г. Белорусский государственный технологический университет г.Минск Одним из важных этапов расчетов при проектировании абсорбционных установок является определе- ние условий равновесия между газовой и жидкой фазами с учетом природы абсорбата (поглощаемого газа) и абсорбента (жидкости, используемой в качестве поглотителя), а также режимных параметров – температуры и давления, при которых протекает процесс. Для хорошо растворимых абсорбатов равновесные их содержа- ния в газовой и жидкой фазах могут быть рассчитаны с применением закона Генри лишь при условии обра- зования сильно разбавленных растворов. В иных случаях для установления равновесия в указанных систе- мах прибегают к справочным данным, полученным экспериментальным путем. Недостатком такого рода данных является то, что они чаще всего представлены в табличном виде как значения равновесных массо- вых долей абсорбата в абсорбенте при различных величинах парциального давления абсорбата в газовой фазе и температуре. Поэтому в процессе построения линии равновесия приходится многократно проводить трудоемкие вычисления с применением двойной интерполяции: по составу фазы и температуре. 272 К абсорбатам, охарактеризованным выше, относятся аммиак NH3 и диоксид серы SO2 при поглоще- нии их водой. Абсорбция NH3 водой является очень распространенной стадией в различных технологиче- ских процессах. При абсорбции SO2 применяются в основном хемосорбенты, представляющие собой водные растворы. Поэтому и в данном случае важно установление равновесия в системе и SO2 – вода. Для описания условий равновесия системы NH3 – вода на основании экспериментальных данных бы- ло получено и в литературе представлено ряд эмпирических уравнений, наиболее известным из которых является уравнение Шервуда [1] S = Kpn + 1,27t – 83, (1) где S – масса, растворенного в 1000 кг воды в условиях равновесия, кг; K, n – коэффициенты; р – парциальное давление мм рт. ст.; t – температура, С. принимаются различными для различных диапазонов температур, что значи- тельно осложняет расчет. Полученные по уравнению (1) расчетные величины, а также результаты, взятые из номограмм применении данной зависимости, были нами сравнены с экспериментальными данными по рав- новесию из справочни-ков [2, 3]. Было выяснено, что удовлетворительная сходимость достигается лишь при температуре плюс 40. В иных случаях отклонение расчетных величин от экспериментальных достигало 15% и более. Поэтому нами была предпринята попытка получения более точных формул для описания равнове- сия системы NH3 – вода. При обработке данных было выявлено, что характер зависимости меняется при изменении массовой доли NH3 в воде. Поэтому с целью минимизации погрешности уравнений было выде- лено две области: в первой массовая доля NH3 в водном растворе õ ≤ 0,2 кг NH3 / кг раствора: во второй от 0,2 до 0,5 кг NH3 /кг раствора. Уравнения равновесия для первой и второй областей соответственно: õ = 8830,79 – 3389,72lnT + 228,226lnP* + 3,25758(lnT)2 + + 1,76743(lnP*)2 – 44,6307  lnP*  10–4; (2) õ = 8691,33 – 1602,25lnT + 5,714(lnP*)2  10–5; (3) где Т – температура, К; Р* – парциальное давление NH3 над раствором в условиях равновесия, Па. Среднее квадратичное отклонение значений, рассчитанных по зависимости (2), от эксперименталь- ных [2, 3] не превышает 0,7%, а по зависимости (3) – 1,3%. Отметим, что для растворов с õ < 0,04 кг NH3 /кг раствора зависимость (2) дает относительную погрешность более 2%. Однако это меньше погреш- ности значений, полученных при использовании закона Генри (среднее квадратичное отклонение 10%). Задача описания равновесия для системы SO2 – вода решалась с использованием экспериментальных данных, представленных в справочнике [4]. При этом были получены весьма точные уравнения равновесия для значений температур плюс 10, 20, 30, 40 и 50. Относительное квадратичное отклонение рассчитанных по ним значений не превышает 0,05%. Для температуры плюс 20 уравнение имеет вид 2 2 6 6 SO SO( 3,03 10 1, 215) 10 ,X Ð Ð       (4) где X – относительная массовая доля SO2 в растворе, кг SO2/кг воды; D – парциальное давление. Универсальное уравнение, учитывающее дополнительно влияние температуры на условия равнове- сия, получено нами в следующем виде  2 2 9 2 7 6 SO 4 2 2 6 SO ( 3,03 10 3,199 10 8,149 10 ) 6,594 10 7.146 10 2,399 10 . (5) X t t Ð t t Ð                     Среднеквадратичное отклонение рассчитанных по зависимости (5) величин от справочных составило 0,065%. Уравнение дает сравнительно большую погрешность (до 6 %) в области содержаний в жидкой фазе до 0,02 кг /кг воды. Выводы. Несмотря на свою сложность, уравнения (2), (3) и (5) применимы для практических расчетов абсорберов при описании равновесия систем NH3 – вода и SO2 – вода, так как они имеют достаточно высо- кую точность в диапазоне изменения температур от плюс 10 до плюс 50. При применении указанных зависимостей трудоемкость расчетов по сравнению с использованием табличных данных дополнительно снижается, так как уравнения адаптированы к современной системе единиц физических величин СИ. Кроме того при проведении расчетов с помощью ЭВМ исключается необходимость подключения подпрограмм по двойной интерполяции таб- личных данных. Литература 273 1. Мельник, Б.Д. Инженерный справочник по технологии неорганических веществ. Графики и номо- граммы / Б.Д.Мельник. – М.: Химия, 1975. – 544 с. 2. Пери, Дж. Справочник инженера-химика. Т. 1. Пер. с англ. / Пери Дж. – Л.: Химия, 1969. – 640 с. 3. Справочник азотчика: Производство разбавленной и концентрированной азотной кислоты: Произ- водство азотных удобрений: Материалы, компрессоры и газгольдеры производств азотной кислоты и удоб- рений: Энергосбережение производств связанного азота и органических продуктов: Техника безопасности производств связанного азота и органических продуктов. – М.: Химия, 1987. – 484 с. 4. Новый справочник химика и технолога. Химическое равновесие. Свойства растворов. – С.-Пб.: АНО НПО «Профессионал», 2004. – 998 с. УДК 678.046.9 Технологические свойства модифицированных эластомерных композиций Студентка 5 курса 2 гр. факультета ТОВ Колентионок Ю. П. Научный руководитель – Долинская Р.М. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Целью настоящей работы является изучение технологических свойств модифицированных эласто- мерных композиций. Технологические свойства – это комплекс свойств каучуков и резиновых смесей, определяющих их перерабатываемость на оборудовании, а также свойства композиций при хранении и изготовлении изделий. К технологическим свойствам относятся пластоэластические свойства, которые оцениваются пластично- стью, жесткостью резиновых смесей и каучуков, их эластичным восстановлением, а также вязкостью по Муни. Важнейшими характеристиками технологических свойств каучуков и резиновых смесей являются реологические свойства, а для резиновых смесей еще и способность к вулканизации (вулканизуемость) [1]. Особый интерес в резиновой промышленности представляет поиск веществ, одновременно выпол- няющих в эластомерных композициях различные функции: модифицирующую, пластифицирующую, уско- ряющую, стабилизирующую и др. С этой точки зрения перспективными веществами являются кремнийор- ганические соединения. Известно [2], что в качестве модификаторов резин применяют, как нереакционноспособные, так и химически активные кремнийорганические соединения (силаны, силоксаны, силазаны и др.), характери- зующиеся различной длиной цепи, разветвленностью, наличием функциональных групп. Кремнийорганические нереакционноспособные олигомеры в составе эластомерных композиций обычно являются ингредиентами полифункционального действия, т.е. наряду с явно выраженным воздейст- вием на какую-либо одну характеристику композиции они влияют и на другие свойства, включая параметры процессов переработки смесей и свойства изготовленных из них изделий. Однако, общим для всех нереак- ционноспособных олигомеров является воздействие на вязкоупругие свойства эластомеров, т.е. пластифи- цирующее действие. В работе [3] показано влияние небольших дозировок различных пластификаторов, в том числе и по- лиметилсилоксана-1000, на реологические свойства резиновых смесей на основе каучуков общего назначе- ния. Авторами [3] отмечено уменьшение напряжения сдвига, а также установлена зависимость вязкости от природы и концентрации пластификатора и режима введения его в композицию. Показано, что вязкость уменьшается с ростом содержания пластифицирующей добавки. Таким образом, применение в резинах нереакционноспособных кремнийорганических соединений представляет значительный практический интерес. Хотя в настоящее время в резиновой промышленности нереакционноспособные кремнийорганические соединения практически не применяются, за исключением полиметилорганосилоксанов (ПМС). За рубежом известно применение модификатора Sidistar R 300, который представляет собой аморф- ный неусиливающий диоксид кремния с первичными частицами сферической формы и среднего размера 150 нм. Нами проведены исследования по изучению влияния модификатора Sidistar R 300 на технологические свойства эластомерных композиций на основе каучука БНКС-28АН. Для оценки свойств резин определяли вулканизационные параметры на основании реологических кривых, полученных на реометре «Монсанто» по ГОСТ 12535-84. Температура испытаний составляла 140±1, 160±1, 180±1. Из реограмм по стандартной методике [4] рассчитывали Мl – минимальный крутящий момент, который характеризует реологические свойства смеси. 274 В работе исследовали стандартные эластомерные композиции, которые изготавливали на основе кау- чука БНКС-28АН без модификатора и с модификатором Sidistar R 300 в количестве от 1 до 10 масс.ч. на 100 масс.ч. каучука. Анализ полученных результатов показал, что использование модификатора Sidistar R 300 позволяет получить вязкость по Муни 73 у.е. (в композициях без модификатора этот показатель составляет 62 у.е.), что характеризует Sidistar R 300 как модификатор для улучшения реологических свойств эласто- мерных композиций. Наилучшие показатели реологических свойств композиций достигнуты при содержа- нии модификатора Sidistar R 300 в количестве 5 масс.ч. на 100 масс.ч. каучука. Вероятно, значительный эффект как модификатора вязкости достигается благодаря сферической форме частиц Sidistar R 300. В результате улучшается диспергируемость всех компонентов резиновой смеси и их текучесть. Таким образом, как показали наши исследования, модификатор вязкости Sidistar R 300 можно ис- пользовать в составе эластомерных композиций для изменения их реологических свойств. Литература 1. Корнев, А.Е. Технология эластомерных материалов: учеб. / А.Е.Корнев, А.М. Буканов, О.Н. Ше- вердяев. // М.: Эксим, 2000. – 288 с. 2. Кудрявцева, Н.Э. Химия и практическое применение кремнийорганических соединений. / Н.Э.Кудрявцева [и др.]. // Л., 1988. – 92 с. 3. Скок, В.И. пути модификации эластомеров с целью повышения качества резиновых изделий и эф- фективности производства. / В.И.Скок [и др.] // Всес. научн.-техн. конф. – Ярославль., 1979. – 125 с. 4. Новаков, И.А. Методы оценки и регулирования пластоэластических и вулканизационных свойств эластомеров и композиций на их основе. / И.А.Новаков, О.М.Новольцева, УДК 661.833 Получение комплексного удобрения из фосфоритов месторождения Каратау Студентка факультета ХТиТ 5 курса 6 группы Брикач Н.В. Научный руководитель – Гаврилюк А.Н. Белорусский государственный технологический университет г. Минск В последние годы проблема обеспечения населения земного шара продуктами питания приобретает все большую остроту. Это связано с тем, что на фоне интенсивного роста населения мировой фонд пахот- ных земель не увеличивается. Решение этой проблемы возможно только за счет широкого применения и эффективного использова- ния минеральных удобрений. Благодаря их применению обеспечивается прирост урожая сельскохозяйст- венных культур в среднем на 40-50%. В Беларуси действует крупная отрасль промышленности, производя- щая минеральные удобрения. Основным направлением в развитии производства минеральных удобрений является увеличение объемов выпуска и расширение ассортимента комплексных удобрений. Это связано с тем, что комплексные удобрения содержат в одной грануле все питательные элементы, необходимые для роста и развития растений, что способствует лучшему обеспечению потребности растений в питательных веществах и приводит к снижению затрат на транспортировку, хранение и внесение удобрений в почву. Гомельский химический завод, являясь одним из основных производителей комплексных минераль- ных удобрений, продолжительное время работал на российском апатите. За это время месторождения апати- тов почти исчерпаны, а цены на концентрат значительно выросли. Но, несмотря на отсутствие сырьевой ба- зы и на сложившуюся с осени 2008 года непростую ситуацию в мировом аграрном секторе (резкий спад спроса на удобрения), завод продолжает работать. Это, в первую очередь, связано с тем, что на заводе вплотную приступили к активному поиску альтернативных апатитам источникам фосфатного сырья. В связи с изложенным целью данной работы является исследование физико-химических закономер- ностей кислотного разложения альтернативного источника сырья – фосфоритов каратау, с последующим применением их для получения комплексных удобрений. Фосфориты каратау относятся к группе пластовых микрозернистых фосфоритов и представляют собой плотные, крепкие плитчатые породы от темно-серого до черного цвета. По запасам P2O5 [1] бассейн Каратау является одним из самых крупных в странах СНГ. Общие балан- совые запасы составляют 1729 млн. т, а с учетом прогнозных более 3 млрд. т, содержащих 740 млн. т P2O5. Фосфориты каратау характеризуются сравнительно высоким содержанием P2O5 в недрах в среднем по бас- сейну 25% P2O5. Объектами исследования являются полученные в результате сернокислотного разложения фосфори- тов каратау нерасфильтрованные суспензии. 275 Химический анализ полученных образцов проводили по стандартным методикам [2]. Содержание Р2О5 определяли фотоколориметрическим методом с использованием фосфорнованадиевомолибденового комплекса. Фотометрирование проводили при длине волны λ=450 нм на спектрофотометре SP8001. Исследования однородности полученных образцов и поэлементного распределения отдельных ком- понентов проводили на сканирующем электронном микроскопе JEOL JSM – 5610LV (Япония) с использо- ванием системы электронного зондового энергодисперсионного рентгенофлюорисцентного анализа марки JED 22-01. Основными параметрами, оказывающими значительное влияние на процесс разложения фосфорита, являются концентрация серной кислоты и продолжительность разложения, поэтому в работе детально изу- чалось влияние концентрации серной кислоты на коэффициент разложения. Норма серной кислоты при раз- ложении принимается равной 105% от стехиометрической нормы на связывание всех основных и полутор- ных оксидов, присутствующих в фосфорите. Массовая доля H2SO4 в жидкой фазе, включающей H2SO4 и H2O, изменялась в интервале от 20% до 65% масс. Разложение проводили при температуре 800,5С в тече- ние 30 мин. При взаимодействии фосфорита с серной кислотой степень его разложения находится в сложной за- висимости от концентрации кислоты. В области концентраций серной кислоты 20-65% кривые Kp=f(C) при 80С имеют два максимума и минимум. Увеличение концентрации серной кислоты приводит к увеличению коэффициента разложения сырья, что связано с образованием крупных кристаллов сульфата кальция, обра- зующих рыхлую пленку продукта на поверхности сульфата. При этом увеличивается скорость процесса, т.к. лимитирующей стадией процесса разложения является диффузия реагентов через слой продукта, и, следова- тельно, увеличивается коэффициент разложения. При увеличении концентрации свыше 40% происходит уменьшение коэффициента разложения, что свидетельствует об образовании мелких кристаллов сульфата кальция, образующих плохо проницаемую пленку продукта. Вторым фактором, влияющим на процесс разложения, является продолжительность разложения. Анализ полученных данных показал, что с увеличением продолжительности процесса достигается 90-95%- ая степень разложения, соответствующая 2-ух часовому разложению. Для установления форм и видов образующихся кристаллов в образцах, полученных разложением 35, 45 и 55 %-ой серной кислотой был проведен электронно-микроскопический анализ. Фотографии образцов представлены на рисунке. Микрофотографии образцов, полученных при разложении серной кислотой различной концентрации, при увеличении ×1000: 1 – 35%, 2 – 45%, 3 – 55%. Оптимальные условия кристаллизации наблюдаются при использовании серной кислоты концентра- цией 35 %. При этом сульфат кальция осаждается в виде отдельных, достаточно крупных призматических монокристаллов ромбической сингонии, сильно развитых вдоль вертикальной единичной оси, размером до 70 мкм. Состав осадка достаточно однороден по форме и размерам кристаллов. Характер образующихся в этих условиях кристаллов в значительной степени обуславливает хорошие реологические свойства обра- зующихся фосфорнокислых суспензий, их высокую текучесть и низкую вязкость. При использовании серной кислоты с концентрацией 45% сульфата кальция кристаллизуется в виде призматических игольчатых кристаллов, образующих отдельных сростки, продольный размер которых не превышает 50 мкм. Значительное ухудшение процесса разложения при использовании серной кислоты с данной концентрацией подтверждается данными рисунка, на котором идентифицируются отдельные зерна неразложившегося фосфатного сырья. Данные электронно-микроскопических исследований позволили ус- тановить, что значительное ухудшение процесса разложения является следствием протекания процесса пас- сивации зерен фосфатного сырья, сопровождающегося образованием плотного слоя, существенно затруд- няющего диффузионные процессы. При использовании кислоты с концентрацией 55% образующиеся кристаллы ангидрида имеют пря- моугольную форму, размером не более 10 мкм. Причем в процессе кристаллизации происходит их сращива- ние с образованием неизометричных прочных сростков, что облегчает условия протекания диффузионных процессов и приводит к существенному улучшению реологических свойств фосфорнокислых суспензий. 1 2 3 276 Разрабатываемая технология является экономически целесообразным мероприятием по причине того, что эффективность достигается путём замещения в исходном сырье апатита фосфоритом Каратау, который намного дешевле, а также минимизацией количества вводимой в процесс жидкой фазы. Это позволяет пред- положить, что цена на разрабатываемое комплексное удобрение будет значительно ниже цен конкурентов, что позволяет варьировать последнюю в зависимости от рынков сбыта и ценовой политики конкурентов. УДК 676.22 Использование методов комплексного термического анализа и ИК-спектроскопии в технологии бумаги для печати Студентка 5 курса 11 гр. ф-та ТОВ Белик А. В. Научные руководители – Дубоделова Е.В., Горжанов В.В. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Целью настоящей работы является привлечение современных физико-химических методов при разработке технологии поверхностной проклейки бумаги для печати. В настоящее время поверхностная проклейка бумаги - одно из наиболее развивающихся и перспективных направлений в ее технологии. Назначение поверхностной проклейки - придание бумажной продукции улучшен- ных печатных свойств и повышенных физико-механических показателей. Для обеспечения указанных характеристик бумаги нами был использован состав для поверхностной про- клейки бумаги на основе крахмала и поливинилового спирта (ПВС). При этом использовали низкомолекулярный модифицированный крахмал (МК), обладающий постоянством значений вязкости в диапазоне концентраций от 3 до 10% и поливиниловый спирт со степенью омыления более 96-98%. При нанесении такого состава на бумагу, по нашему мнению, низкомолекулярный крахмал проникает в толщу бумаги, обеспечивая ей прирост физико- механических показателей, а более высокомолекулярный поливиниловый спирт накапливается в приповерхност- ном слое и на поверхности бумаги, придавая ей улучшенные печатные свойства [1]. Однако использование поливинилового спирта не обеспечивает требуемых барьерных свойств бумаге по отношению к воде из-за наличия большого количества гидроксильных групп, что вызывает снижение печатных свойств бумаги. Известно, что в целях снижения водорастворимости покрытия из ПВС применяют различные сшивающие агенты. В этом качестве нами было предложено использовать полиаминамидную смолу, модифици- рованную эпихлоргидрином, торговой марки Melapret PAE/A (ПААС), изготовленную в соответствии с Директи- вами ЕС 2001/58/EC. Такой выбор был обусловлен тем, что в ее составе содержатся группы, способные образо- вывать связи с гидроксильными группами ПВС и крахмала. Для выяснения физико-химических процессов, происходящих при использовании такого состава для по- верхностной проклейки после его нанесения на бумагу, нами были использованы методы ИК-спектроскопии и комплексного термического анализа. ИК-спектры исследуемых препаратов регистрировали при помощи спектрофотометра «FT-IR NEXUS» с Фурье-преобразованием в области частот 500–4000 см-1. Исследуемые составы анализировали в виде твердых таблеток, запрессованных в бромиде калия. Для выяснения влияния сшивающего агента на свойства состава применяли метод комплексного термиче- ского анализа с использованием дериватографа ТГ-4000. Этот метод включает термогравиметрический (ТГ) и дифференциальный термогравиметрический (ДТГ) анализы. Кривые ДТГ характеризуют тепловые эффекты, возникающие в образцах при нагреве. Кривые ТГ – потерю массы образцами под действием температуры. Навес- ка образца состава составляла 10 мг, скорость его нагрева - 5º/мин. ДТГ и ТГ-кривые записывали в интервале температур 20–500ºС. Анализ составов проводили в закрытом тигле. Рассмотрим результаты анализа спектрограмм ПВС, ПААС и их композиции. Анализ спектрограмм с поливиниловым спиртом показал, что на спектре композиции ПВС+ПААС изме- нилась интенсивность полос в областях: 410, 480, 850-870, 920, 1100, 1330, 1380, 1560, 1650, 2160, 2920, 3420 см-1. Эти изменения можно объяснить взаимодействием поливинилового спирта и полиаминамидной смолы, модифи- цированной эпихлоргидрином, с образованием простой эфирной связи между гидроксильной группой ПВС и первичным атомом углерода ПААС, на что указывает снижение количества гидроксильных групп в образце, со- держащем композицию ПВС+ПААС (полосы 410, 480, 1100, 1330, 1380 см-1). В результате взаимодействия молекулы ПААС и ПВС сближаются, поэтому возникают пространственные затруднения. Об этом свидетельствуют изменения при полосах спектра 850-870, 920, 1560, 1650 см-1 и возникно- вение дополнительных водородных связей, за что отвечает характеристическая полоса 3421 см-1 [2]. При 2920 см-1 наблюдается уменьшение количества гидроксильных групп в молекуле поливинилового спирта за счет взаи- модействия с полиаминамидной смолой, модифицированной эпихлоргидрином. В связи с этим полоса 2920 см-1 277 имеет более низкую интенсивность по сравнению с соответствующими полосами на индивидуальных спектрах ПВС и ПААС. Эти данные также подтверждаются результатами комплексного термического анализа. На ДТГ кривой со- става ПВС+ПААС пика плавления и первичной деструкции сдвинуты в область более высоких температур на 15 ºС (от 285 до 300 ºС) относительно соответствующего пика на кривой ПВС, и на 50 ºС (от 250 до 300 ºС) - на кривой ПААС. Увеличение температур плавления и первичной деструкции может свидетельствовать об образо- вании поперечных сшивок за счет образования простых эфирных связей между макромолекулами поливинилово- го спирта и полиаминамидной смолы, модифицированной эпихлоргидрином. Это должно привести к образова- нию трехмерной сетчатой структуры, обладающей более высокой термической устойчивостью по сравнению с ПВС. Одновременно происходит увеличение термостабильности самого продукта взаимодействия ПВС и ПААС, на что указывает значительное количество сухого остатка образца после анализа – 17,6% от его первоначальной массы, в то время как чистый поливиниловый спирт в процессе термического анализа разлагается практически полностью - 0,3%. Рассмотрим результаты анализа спектрограмм модифицированного крахмала, полиаминамидной смолы, модифицированной эпихлоргидрином, и их композиции. Анализ спектрограмм МК, ПААС и их композиции показал, что на суммарном спектре изменилась интен- сивность полос в областях 400 и 1558 см-1, что свидетельствует об образовании дополнительных водородных и простых эфирных связей, вызванных сближением молекул полимеров. На ДТГ кривой состава отсутствует пик в диапазоне 420-470ºС, который на ДТГ кривой крахмала соот- ветствует разложению его высокомолекулярной составляющей - амилопектина. Также следует отметить сниже- ние термостабильности состава МК+ПААС. Пик термоокислительной деструкции состава сдвинут в область бо- лее низких температур относительно соответствующих пиков на кривой МК на 60ºС (от 295 до 235 ºС) и на кри- вой ПААС на 20 ºС (от 255 до 235 ºС). Это можно объяснить созданием в процессе приготовления образца состава МК+ПААС к анализу условий протекания кислотного гидролиза крахмала (рН=4,5, температура 105 ºС), что вызвало дальнейшее расщепление макромолекул модифицированного крахмала на более низкомолекулярные составляющие и привело к деструкции остатков амилопектина. Все вышесказанное позволяет сделать вывод о том, что между молекулами модифицированного крахмала и полиаминамидной смолы, модифицированной эпихлоргидрином, происходит образование простых эфирных и во- дородных связей. Но это взаимодействие является менее существенным по сравнению с взаимодействием между компонентами состава ПВС+ПААС. Данные комплексного термического анализа и ИК-спектроскопии позволяют заключить, что в результате взаимодействия происходит формирование сетчатой структуры за счет поперечных сшивок с образованием простых эфирных и дополнительных водородных связей между молекулами ПВС и ПААС. Таким образом, методами ИК-спектроскопии и комплексного термического анализа установлено, что со- став на основе ПВС и полиаминамидной смолы, модифицированной эпихлоргидрином, может использоваться для поверхностной проклейки бумаги для печати. Это обусловлено тем, что полиамидная смола является эффек- тивным сшивающим агентом ПВС и позволяет повысить барьерные свойства по отношению к воде покрытия, нанесенного на поверхность бумаги и целенаправленно управлять ее показателями качества. Литература 1 Горжанов В.В., Темрук В.И., Новосельская О.А., Соловьева Т.В. Применение поливинилового спирта для улучшения печатных свойств бумаги. 2 Наканиси УДК 676.088.042 Сравнение макулатурного сырья с другими видами волокнистых полуфабрикатов по длине волокна и фракционному составу Студентка 5 группы 5 курса факультета ТОВ Грибовская С.Г., асп. Костюкевич А.В., асп. Драпеза А.А. Научный руководитель – Черная Н.В. Белорусский государственный технологический университет г. Минск В настоящее время уделяется большое внимание использованию в композиции бумаги и картона ма- кулатуры и древесной массы. Их стоимость ниже стоимости целлюлозных полуфабрикатов, к тому же на размол и фибриллирование, требуется меньше электроэнергии. Поэтому их применение в композиции ведет к снижению стоимости бумажной продукции. Из-за повышенного содержания мелковолокнистой фракции их самостоятельное применение в композиции ограниченно и, поэтому, для улучшения ряда свойств (пе- чатных, однородности просвета, впитывающей способности) необходимо водить целлюлозное волокно. 278 Макулатура содержит большое количество волокнистой мелочи, которая позволяет повысит плот- ность, однородность просвета, впитываемость. Однако макулатура имеет ряд существенных недостатков: высокий уровень загрязнения, укороченные волокна, так как она проходит несколько циклов обработки, снижение массы метра квадратного готовой продукции, в результате неполного удержания компонентов бумажной массы на сеточном столе бумагоделательных машин (БДМ), снижение прочностных характери- стик готовой продукции в связи с использованием в ее композиции коротких волокон макулатуры, имею- щих нестабильный фракционный состав. Термомеханическая древесная масса (ТММ) является наиболее пер- спективным полуфабрикатом, используемым в композиции печатных видов бумаги и картона. Необходимо отме- тить ряд достоинств технологии и свойств ТММ: высокий выход из древесины, получение высококачественной массы из древесины лиственных пород; возможность использования в качестве сырья технологической щепы и от- ходов лесопиления; гибкость технологического процесса, позволяющего получать полуфабрикаты с различными свойствами на одном и том же технологическом оборудовании из различных древесных пород; использование для отбелки пероксида водорода и дитионита натрия при полном исключении хлорсодержащих реагентов; полное от- сутствии газовых выбросов в атмосферу; создание замкнутых циклов водопользования с нулевым сбросом сточных вод; применение систем рекуперации пара, позволяющих снизить расход энергии на производство полуфабриката; полная автоматизация технологического процесса; возможность приготовления бумаги для печати, в первую оче- редь газетной, из 100 % ТММ. Главными недостатками производства древесной массы остаются высокий удельный расход электроэнергии, образование загрязненных химическими соединениями сточных вод, нуждающимися в очи- стке, и сравнительно низкая стабильность белизны. В рамках работы было проведено сравнение макулатурного сырья с другими видами волокнистых полуфабрикатов по длине волокна и фракционному составу. Такое сравнение позволяет получить представление о влиянии вида волокнистого полуфабриката на параметры загрязненности оборотных вод предприятия. Рис. 1. Фракционный состав различных пород целлюлозы Рис. 2. Фракционный состав макулатуры белой и древесной массы Для определения фракционного состава применялся фракционатор типа Bauer McNett. При этом ис- пользовали по 2 фильтра «Черная лента» на каждую фракцию и следующие сетки: 16 нитей на дюйм (отвер- стие 1,19 мм), 30 нитей на дюйм (0,595 мм), 50 нитей на дюйм (0,297 мм) и 100 нитей на дюйм (0,149 мм). В ходе исследования фракционного состава пяти волокнистых полуфабрикатов было установлено, что в целлюлозе лиственной содержится 29,53 % мельштоффа и фракции проходящей через сито с сеткой в 30 меш − 39,72 %, в свою очередь макулатура белая содержит 25,74 % мельштоффа и фракции проходящей через сито с сеткой в 30 меш − 27 %. Таким образом, доказано, что сульфитная лиственная целлюлоза наи- 279 более близка по фракционному составу к макулатуре беленой. Кроме того сульфитная лиственная целлюло- за обладает более стабильным составом. Это позволяет использовать сульфитную лиственную целлюлозу вместо макулатуры при построении различных моделей. Кроме того, из-за повышенного содержания в макула- туре мелковолокнистой фракции (мельштоффа) и присутствия в ней функциональных химикатов возникают труд- ности при ее переработке. Это связано, прежде всего, с попаданием в подсеточную воду загрязняющих веществ. Поэтому при использовании макулатуры в производстве бумаги и картона необходимо учитывать этот недостаток. На наш взгляд, одним из перспективных способов решения вышеперечисленных трудностей является применение в композиции бумажной массы бинарных систем вспомогательных химических веществ (БСВХВ). При этом загряз- ненность сточных вод мельшоффом уменьшается на 10–15%. Литература 1. Иванов, С.Н. Технология бумаги. − М.: Лесная промышленность, 1970. − 696 с. 2. Черная, Н.В. Технология бумаги и картона: методическое пособие по лабораторным занятиям. / Н.В. Чер- ная, Н.В. Жолнерович − Минск БГТУ, 2006. − 58 с. 3. Осипов, П.В. Воспоминания о будущем: электрокинетический потенциал бумажной массы / П.В. Осипов, Д. Мюнх // Целлюлоза. Бумага. Картон. – 2001. – № 3–4. – С. 16–20. УДК 621.928.37 + 621.928.93 Устройство для снижения потерь давления в циклонных аппаратах Студент гр. 2 Шалухо М.И., аспирант Мисюля Д.И., студент гр. 2 Русакович Ю.Л. Научный руководитель – Кузьмин В.В. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Одним из наиболее распространенных техногенных загрязнителей атмосферного воздуха являются различного рода пыли, содержащиеся в отходящих промышленных газах. Во всех технологических процес- сах, при которых происходит пыление (сушка и обжиг зернистых и порошковых материалов, тонкое из- мельчение и классификация полидисперсных материалов, функционирование пневмотранспорта и др.) не- обходимо проводить обеспыливание. Циклонные аппараты являются самыми распространенными сухими механическими пылеуловителя- ми благодаря дешевизне, простоте устройства и обслуживания, высокой производительности [1]. Известно, что основные потери в циклоне связаны с вращательным движением газа и с потерей кине- тической энергии выходящего вихревого потока [2]. Для преобразования последних в энергию давления используют регенераторы давления, выполненные в виде лопастных раскручивателей. Циклоны типа ЦН-15, обеспечивающие достаточно высокую эффективность при умеренном гидрав- лическом сопротивлении, являются наиболее универсальным типом циклонов [3], энергопотребление кото- рых может быть снижено на 20% с помощью известных типов раскручивающих устройств [4]. Однако по данным [5], потери энергии в выхлопной трубе достигают 25–30 %. В то же время, учитывая высокую зна- чимость проблемы снижения энергозатрат, совершенствование и внедрение устройств регенерации теряе- мой энергии является безусловно актуальной задачей. В связи с этим нами разработана и исследована новая конструкция лопастного раскручивателя для снижения потерь давления в циклонах, представленная на рис. 1. Раскручиватель, располагаемый в выхлопной трубе циклона, состоит из цилиндрической части 1 с радиально прикрепленными, изогнутыми по направлению вращения газового потока, лопастями 2 и кону- са 3. Профиль лопастей 2 соответствует дуге окружности радиусом R с углом входа α, определяемым аэро- динамикой газового потока в выхлопной трубе, и углом выхода, соответствующим прямолинейному движе- нию газа. Данный профиль лопастей способствует наиболее равномерному изменению направления движе- ния газа. Исследования гидравлического сопротивления проводились на незапыленном атмосферном воздухе при температуре 20°С на циклоне ЦН-15, изготовленном из оргстекла, с внутренним диаметром 0,24 м в соответствии с рекомендованной НИИОГАЗом методикой [6]. Условная скорость газа изменялась в интер- вале w = 2÷4 м/с, соответствующему практически используемому диапазону рабочих скоростей для данных циклонов. 280 Рис. 1. Конструкция лопастного раскручивателя: 1 – цилиндрическая часть (сердечник); 2 – лопасти; 3 – конус; 4 – обтекатель; d – диаметр сердечника; D – внутренний диаметр выхлопной трубы; h – высота лопастей; hк – высота конуса; α – угол входа потока на лопасти; R – радиус кривизны профиля лопасти На основании проведенных исследований, можно сделать вывод, что применение разработанного ло- пастного раскручивающего устройства в циклонах ЦН-15 позволяет преобразовать кинетическую энергию вращательного движения очищенного газового потока в статическое давление, снижая при этом их энерго- потребление на 30%. Литература 1. Новый справочник химика и технолога. Процессы и аппараты химических технологий: в 2 ч. / Г. М. Островский [и др.]. – СПб.: Профессионал, 2006. Ч. 2. – 916 с. 2. Идельчик, И. Е. К вопросу о гидравлическом сопротивлении циклонов / И. Е. Идельчик // ИФЖ. – 1969. – Т. XVI, № 5. – С. 899–901. 3. Тимонин, А. С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: справочник: в 3 т. / А. С. Тимонин. – Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2002. Т. 2. – 2-е изд., пере- раб. и доп. – 1025 с. 4. Первов, А. А. Экспериментальное исследование аэродинамики циклонов и разработка устройств для снижения их гидравлического сопротивления: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.04.01 / А. А. Первов; Всесоюз. дважды ордена трудового Красного знамени теплотехнический НИИ им. Ф. Э. Дзержинского. – М., 1973. – 20 с. 5. Первов, А. А. К вопросу о потерях давления в циклоне / А. А. Первов // Сб. Промышленная очистка газов и аэродинамика пылеулавливающих аппаратов. НИИОГАЗ – Ярославль, 1975. – С. 15–19. 6. Идельчик, И. Е. Гидравлическое сопротивление циклонов, его определение, величина и пути сни- жения / И. Е. Идельчик // Механическая очистка промышленных газов / НИИОГАЗ; под ред. к.т.н. Б. Ф. Подошевникова. – М.: Машиностроение, 1974. – С. 135–159. УДК 547.78 Новые неагенты для экстракции металлов ряда 4-ацилизоксазолонов Студент гр. 7, 3 курса факультета ХТиТ Половков М.А. Научный руководитель – Ковганко В.Н. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Замещенные 4-ацилизоксазолоны используются в качестве аналитических реагентов для экстракции металлов [1-3]. Их предложено использовать для экстракции железа (III), меди (II), лантаноидов и многих других металлов. При этом разработаны методики, в которых замещенные 4-ацилизоксазолоны применяют- ся для селективной экстракции металлов из растворов нескольких солей. 281 Известные методы синтеза 4-ацилизоксазолонов включают ацилирование замещенных изоксазолонов. Соответствующие замещенные изоксазолоны в свою очередь могут быть получены реакцией -кетоэфиров с производными гидроксиламина. При анализе литературных данных нами было установлено, что используе- мые 4-ацил-изоксазолоны получают в основном из простейших -кетоэфиров. Однако введение различных заместителей может привести к существенному улучшению экстрагирующей способности. Это делает акту- альным получение новых соединений ряда 4-ацилизоксазолонов. Создание и применение различных аналитических реагентов, на наш взгляд, может быть расширено за счет использования 3-арил-изоксазолонов с различными типами заместителей в арильной части молекул. Такая модификация может привести к значительному улучшению многих важных параметров. Для проверки этого предположения нами предпринят синтез новых веществ ряда 3-арил-4-ацил-изоксазолонов. В качестве исходных соединений нами использованы замещенные -кетоэфиры 1a-d, метод получе- ния которых недавно был разработан на кафедре аналитической химии БГТУ. O O OEtR ON R O ON R O R' O R= a C3H7O; b C7H15O; c C8H17O; d 4-C5H11-C6H4. 1a-d 2a-d NH2OH 3 R'= àë êèë , àðè ë Замещенные 3-арил-5-изоксазолоны 2a-d синтезированы с выходами 90 – 95% реакцией соответст- вующих -кетоэфиров 1a-d с гидроксиламин гидрохлоридом в присутствии ацетата натрия. Строение синте- зированных соединений подтверждено данными ИК, УФ и ЯМР спектров. Нами также изучено ацилирова- ние изоксазолона 2а под действием ангидрида уксусной кислоты в присутствии ацетата натрия. О дальней- ших результатах данной работы будет сообщено дополнительно. Литература. 1. B.R. Reddy, J.R.Kumar, A.V. Reddy. 3-Phenyl-4-acyl-5-isoxazolones as reagents for liquid-liquid extraction of tetravalent zirconium and hafnium from acidic chloride solutions. // J. Braz. Chem. Soc. – 2006. –Vol. 17, № 4. – Р. 780-784. 2. J.Arichi, G.Goetz-Grandmont, J.P.Brunette. Solvent extraction of europium(III) from nitrate medium with 4-acyl-isoxazol-5-ones and 4-acyl-5-hydroxy-pyrazoles. Effect of salts and diluents. // Hydrometallurgy. – 2006. – Vol. 82. – Р. 100-109. 3. S.K.Sahu, V.Chakravortty, M.L.P.Reddy, T.R. Ramamohan. The Synergistic Extraction of Thorium(IV) and Uranium(VI) With Mixtures of 3-Phenyl-4-Benzoyl-5-Isoxazolone and Crown Ethers. // Talanta.– 2000. – Vol. 51. – P. 523-530. УДК 621.1 Применение аппроксимационных уравнений для определения степени диссоциации СO2 и H2О при расчетах теоретической температуры горения Студент 6 гр. 4 курса Яндульский А.Г. Научный руководитель – Калишук Д.Г. Белорусский государственный технологический университет г.Минск В теплоэнергетических установках, при проведении многих теплотехнических и термохимических процессов в химических и смежных производствах (обжиг колчедана, керамических изделий, получение цемента и т. д.) в качестве теплоносителя используются топочные газы (продукты сгорания различных топ- лив). Для корректных расчетов материальных и тепловых балансов, например, проводимых для установле- ния расходов топлива и окислителя, а также для определения факторов кинетики теплообмена между топоч- ными газами и рабочим телом (холодным теплоносителем) необходимо с высокой точностью определить теоретическую температуру горения и состав продуктов сгорания. Предварительным этапом расчетов явля- ется определение адиабатной температуры горения и состава продуктов сгорания при этой температуре. Данные расчеты ведутся без учета диссоциации СO2 и H2О и эндотермичности указанных процессов. При температуре, не превышающей 1500, диссоциация СO2 и H2О незначительна, поэтому понижением значения 282 теоретической температуры по сравнению с адиабатной, а также изменением состава продуктов сгорания за счет диссоциации пренебрегают [1]. В результате сжигания высококалорийных топлив при малых коэффициентах избытка воздуха теоре- тическая температура горения превышает, чувствительно возрастая при применении предварительно подог- ретого дутья. В таком случае при расчетах следует выполнять этап по уточнению теоретической температу- ры горения и уточнению состава продуктов сгорания с учетом эффектов диссоциации. Теоретическая температура горения, С, с учетом эндотермического эффекта диссоциации рассчиты- вается по уравнению    òåî ð í î ê î ê î ê ò ò ä 1 / , n p i i i t Q v c t c t q v c       (1) где í pQ – нижняя теплота сгорания топлива, Дж/кг; vок – объем окислителя, расходуемого на сжигание 1 кг топлива, м3; и – объемные теплоемкости окислителя и i-го продукта сгорания соответственно, Дж/(м3С); и – температуры окислителя и топлива соответственно; – теплоемкость топлива, Дж/(кг); qд – суммарный тепловой эффект диссоциации в расчете на 1 кг топлива, Дж/кг; – объем (выход) i-го продукта сгорания в расчете на 1 кг топлива, м3. При диссоциации СO2 и H2О суммарный тепловой эффект диссоциации вычисляется [2]  2 7ä ÑÎ Í Î Í1, 264 1,080 0,705 10 ,q v v v    (2) где– выход СО, Н2 и ОН в расчете на 1 кг топлива, м3. Величины зависят от степеней диссоциации СО2 и Н2О  и  2Í Î соответственно. Аналитический расчет  и  2Í Î ведется многоступенчато по сложным зависимостям и трудоемок [2, 3]. Число уравнений в системе для определения теоретической температуры горения варьируется от семи до одиннадцати, сама система решается методом приближений. Исходные данные для системы уравнений принимаются, ориентируясь на адиабатную температуру горения и выход продуктов сгорания при ней. В справочнике [2] также излагается графоаналитическая методика расчета теоретической температуры горе- ния, основанная на аналитической. Она по сравнению с аналитической снижает трудоемкость расчетов за счет уменьшения числа выполняемых приближений. С целью дальнейшего снижения трудоемкости расчетов теоретической температуры горения нами предложено определять выход продуктов диссоциации, используя эмпирические зависимости степени дис- социации СО2 и Н2О от их парциального давления в продуктах сгорания и температуры. При сжигании большинства промышленных топлив с использованием в качестве окислителя кисло- рода воздуха объемное содержание в продуктах сгорания не превышает 12%, а Н2О – 20%. Поэтому при по- лучении корреляционных зависимостей степеней диссоциации СО2 и Н2О нами использованы табличные данные [4] парциальных давлений Р до 1,37104 Па и до 2,45104 Па. Диапазон температур t составлял от 1600 до 2500С. Предварительный анализ зависимостей  = f(P), перебор и анализ различных функций  = f(t, P) привел нас к выводу, что достаточно высокую точность при относительной простоте для корреля- ции степени диссоциации имеет уравнение вида P–a[B + C  t + D (t + E)2 + F (t + G)3 + H (t + K)4], (3) где a, B, C, D, E, F, G, H, K – коэффициенты. Следует отметить, что хорошая сходимость результатов расчетов по уравнению (3) с данными работы [4] для диссоциации СО2 достигается, если коэффициенты отдельно подбираются для диапазонов темпера- тур от 1600 до 1900 и от 1900 до. Значения полученных нами коэффициентов приведены в таблице. Таблица – Коэффициенты уравнения (3) Диссоциация a B C, 10–3 D, 10–5 E F, 10–9 G H, 10– 13 K СО2 при t от 1600 до 1900 0,323 12,0 3,125 –1,556 – 40,61 – –42,54 179 0,247 11,0 3,090 –1,557 – 29,28 – –26,44 1098 0,333 0,107 3,325 –1,556 660 2,464 659 0,427 659 Сравнение значений , заимствованных из работы с рассчитанными по уравнению (3), показало, что максимальное относительное отклонение их величин не превышает 8%, а среднее квадратичное – 2,5%. Рас- четы и анализ показали, что при применении уравнения (3) для расчетов теоретической температуры горе- ния эта температура определяется с отклонением не более 0,5% от ее величины, рассчитанной по другим 283 методикам. При применении нашего метода трудоемкость вычислений снижается за счет уменьшения числа уравнений в системе. Литература 1. Теплотехнический справочник. Т 1 / Под общ. ред. В.Н.Юренева и П.Д.Лебедева. – М.: Энергия, 1975. – 743 с. 2. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент: Справочник / Под общ. ред. В.А.Григорьева и В.М.Зорина. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 560 с. 3. Померанцев, В.В. Основы практической теории горения / В.В.Померанцев [и др.]. – М.: Энерго- азотиздат, 1986. – 312 с. 4. Равич, М.В. Газ и эффективность его использования в народном хозяйстве / М.В.Равич. – М.: Не- дра, 1987. – 238 с. УДК 544.654.2:546.74 Осаждение никелевых покрытий из низкотемпературного электролита на стальную подложку Студентка 11 гр. V к., ф-та ХТиТ Антихович И.В. Научный руководитель – Черник А.А. Белорусский государственный технологический университет г.Минск Процесс осаждения никеля является одним из основных в гальванотехнике. Широкое использование никеля в гальванотехнике объясняется его физико-механическими и химическими свойствами. Никель, яв- ляясь защитно-декоративным покрытием, в паре Ni-Fe может защищать Fe от коррозии только при условии полной беспористости покрытия, так как у него более положительный потенциал. Никелем покрывают хи- рургические инструменты, предметы домашнего обихода, молочную посуду, детали самых различных при- боров и аппаратов. Большинство электролитов эксплуатируемых в данный момент требуют повышенных температур (≈50-55°С). Это влечет к дополнительным энергозатратам. Поэтому, с целью снижения энергозатрат и по- вышения энергоэффективности проводились исследования процесса нанесения никелевых покрытий из электролита работающего при более низкой температуре. В качестве исследуемого был выбран сульфатный электролит с молочной кислотой. Молочная кислота применяется в пищевой промышленности (Е 270), ши- роко распространена в природе, является интермедиатом процессов обмена в биологических тканях, легко биоразлагаема и поэтому экологически безопасна. Осаждение покрытий проводили из электролита состава, г/л: NiSO4·7H2O 189-238, молочная кислота (80% раствор) – 23-30 мл/л, рН=1,5-3, Т=20-35°С. Качество покрытий определяли визуально. Перемешива- ние осуществляли магнитной мешалкой. Исследования электрохимических свойств покрытий проводили потенциостатическим методом. По- тенциостатический метод заключается в ступенчатом изменении потенциала электрода и фиксировании плотностей тока при каждом заданном значении потенциала. Исследования проводились с шагом 20мВ в катодную и анодную область до тока достижения максимальной плотности тока 10 А/дм2. Снятие потенцио- статических проводились в стандартной трехэлектродной ячейке с помощью потенциостата ПИ-50-1.1 в комплекте с программатором ПР-8. На рисунке 1 отражена зависимость потенциала от тока при различном рН. Как следует из рисунка увеличение рН увеличивает поляризацию как катодного, так и анодного процессов что должно приводить к увеличению доли тока на основной процесс восстановления ионов Ni2+ и увеличению выхода по току нике- ля. Как следует из рисунка 2 наибольшая катодная поляризация наблюдается на стали, наименьшая - на никеле. Это указывает на большие затруднения при кристаллизации никеля на чужеродной основе. По мере выравнивания природы осаждаемого покрытия и основы перенапряжение поляризации уменьшается. С целью определения диапазона рабочих плотностей тока проводили анализ электролитов при помо- щи ячейки Хулла. Электроосаждение проводилось в течение 10 минут на заранее подготовленную пластину. Сила тока составила 1А. После осаждения покрытия пластину тщательно промыли проточной водой, высу- шили и подвергли визуальному осмотру. Результаты измерений представлены в таблице 1. Как следует из таблицы, в электролите с молочной кислотой весьма существенным является поддер- жание величины рН электролита. Из сильнокислых растворов никель практически не осаждается и идет раз- ряд лишь ионов водорода. С другой стороны, из растворов близких к нейтральным, на катоде образуется гидрат закиси никеля, который, включаясь в никелевые осадки, делает их шероховатыми, темными и хруп- кими. При рН2,5 рабочий интервал плотностей тока составляет 0,7 –2,2 А/дм2. 284 Выход по току никеля в стационарных условиях составлял 76 и 86 % соответственно при 1 и 0,5 А/дм2. Такая зависимость выхода по току от плотности тока указывает на достаточно большую рассеиваю- щую способность электролита что положительно будет влиять на получение равномерных покрытий на сложнопрофильную поверхность. Проведение процесса осаждения при перемешивании привело к увеличе- нию выхода по току, а также улучшению внешнего вида покрытия, исчезновению питтинга. Рисунок 2 – Поляризационные кривые на никеле при различных рН: 1 – рН=1,5; 2– рН=2,17; 3 – рН=2,52. Рисунок 3 – Поляризационные кривые в электро- лите №2 на катодах различной природы (рН=2,52). 1 – сталь; 2 – сталь/никелевое покрытие; 3 - ни- кель. Таблица 1 – Зависимость внешнего вида покрытия от плотности тока покрытия. Расстояние ближнего ка- тода, мм Плотность тока (А/дм2) при силе то- ка, А Внешний вид покрытия на основе молочной кислоты рН=1,5 Внешний вид покрытия на ос- нове молочной кислоты рН=2,44 10 5,1 полублестящее напряженное 15 4,2 матовое напряженное 20 3,5 матовое напряженное 25 3,0 матовое блестящее 30 2,6 матовое блестящее 35 2,2 матовое блестящее 40 1,9 нет блестящее 45 1,7 нет блестящее 50 1,4 нет блестящее 55 1,2 нет блестящее 60 1,0 нет блестящее 65 0,8 нет полублестящее 70 0,7 нет матовое 75 0,5 нет матовое 80 0,4 нет матовое Таким образом, в ходе работы были изучены состав, свойства и рабочие интервалы плотностей тока низкотемпературного электролита никелирования. Установлено, что для осаждения гладких, мелкозерни- стых покрытий с высоким выходом по току необходимо поддерживать рН в интервале 2-3. Перемешивание увеличивает выход по току и уменьшает питтингообразование. УДК 541.127:541.138.2:661.2:661.666.2. Извлечение металлических компонентов в процессе электрохимической утилизации отходов инструментального производства Студентка V к. 8 гр. факультета ТОВ Фалей А.А. Научный руководитель – Курило И.И. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Разработка комплексных ресурсосберегающих экологически безопасных технологий утилизации от- работанного алмазно-абразивного инструмента на металлических связках и металлсодержащих отходов ин- 285 струментального производства наряду с рекуперацией сверхтвердых материалов предполагает извлечение дорогостоящих металлических компонентов. Литературные данные, а также проведенные ранее исследова- ния показали перспективность использования для этих целей электрохимических методов. Для разработки комплексных электрохимических технологий утилизации отходов инструментального производства с одновременным извлечением металлических компонентов определяющим моментом являет- ся исследование катодных процессов селективного и совместного выделения металлов связки из рабочего раствора. Объектом исследований были алмазно-металлические композиции (АМК) на основе наиболее рас- пространенных в настоящее время бронзовых связок (медь – 80 масс.%, олово – 20 масс.%), содержащие до 50 об.% синтетических алмазов. Изучение кинетических особенностей катодного восстановления металлов, входящих в состав АМК, проводили с использованием методы циклической хроновольтамперометрии в растворах серной и соляной кислот с различными добавками. Добавки вводились с целью интенсификации процесса анодного растворе- ния АМК, а также для получения на катоде компактных металлических осадков. Для приготовления раство- ров электролитов использовали реактивы марки х.ч. Предварительная подготовка электродов проводилась согласно ГОСТ 9.305-84. В качестве катода использовали титан с гладкой поверхностью марки ВТ0-1, ко- торый обеспечивает легкость съема катодного осадка, обладает высокой коррозионной стойкостью и дли- тельным ресурсом работы. Потенциал электродов измеряли относительно насыщенного хлорсеребряного электрода при температуре опыта. Основными факторами, определяющими возможность извлечения меди и олова в виде катодных осадков или химических соединений, пригодных для дальнейшего использования, являются состав электро- лита и режим электролиза (катодная и анодная плотности тока, электродные потенциалы, гидродинамиче- ский и температурный режимы). При анодном растворении меди в кислых неокислительных средах возможны следующие процессы: Cu – 2e- = Cu2+, Е0=0,34 В; Cu – e- = Cu+ , Е0=0,51 В; Cu+ – e- = Cu2+, Е0=0,17 В. Концентрация одновалентной меди в сернокислых электролитах при комнатной температуре мала и при 25 0С равна 3,4∙10–4 г/л. Однако с увеличением температуры равновесие в системе Cu – Cu+ – Cu2+ сдви- гается в сторону образования ионов одновалентной меди. При 55○С концентрация Cu+ возрастает до 5∙10–3 г/л. При низких плотностях тока анодное растворение АМК на основе оловянистой бронзы протекает преимущественно с образование ионов Cu2+. При увеличении плотности тока наряду с образованием ионов двухвалентной меди, наблюдается процесс образования Cu+. При увеличении концентрации серной кислоты в электролите содержание ионов одновалентной меди практически не изменяется. Введение в сернокислый электролит хлорид-ионов приводит к существенному увеличению концентрации Cu+ в процессе анодного растворения АМК, что можно объяснить образованием устойчивых в этих средах комплексных ионов CuCl2– и CuCl32–. По этой же причине при анодном растворении АМК на основе оловнистой бронзы в сульфат- хлоридных растворах ионизация меди идет по двум механизмам: в одну стадию до двухвалентного состоя- ния, а также стадийно с образованием одновалентной меди и ее окислением до двухвалентного состояния. Установлено, что в растворах соляной кислоты ионизация меди идет преимущественно с образованием ус- тойчивых комплексов Cu+. Образующийся при электрохимическом растворении олова сульфат или хлорид Sn2+ легко подверга- ется гидролизу, образуя основные малорастворимые соли, частично выпадающие в шлам. При дальнейшей анодной поляризации ионы двухвалентного олова окисляются до четырехвалентного состояния. При под- щелачивании в прикатодной области ионы Sn4+ образуют взвеси гидратированных оксидов. Образующиеся в процессе анодного окисления АМК малорастворимые соединения олова легко выделяются при фильтрации рабочего электролита. Хроновольтамперометрические исследования процессов катодного осаждения металлов связок пока- зали, что при растворении АМК на основе оловянитой бронзы в сернокислых растворах (1 М Н2SO4) возмо- жен процесс раздельного осаждения олова (от –0,33 до –0,23 В) и меди (от –0,15 до 0,25 В). Введение в сер- нокислый электролит добавок хлорид-ионов (до 5 г/л) приводит к значительному увеличению предельного катодного тока и, следовательно, скорости осаждения металлов в 1,5–2,5. Дополнительное введение суль- фат-ионов в сернокислый электролит также несколько увеличивает предельный ток и скорость осаждения меди и смещает потенциал начала осаждения металла в область положительных значений. В солянокислых электролитах (1 М НСl) при растворении АМК, содержащих бронзу, наблюдается селективное извлечение металлов связки: в области потенциалов от –0,4 до –0,22 В – осаждение олова, в области потенциалов от –0,12 до +0,2 В – осаждение меди. При растворении АМК в сернокислом электролите, содержащем 2,5–25 г/л ионов меди (II) макси- мальная скорость катодного восстановления меди увеличивается от 20 до 220 г/(м2∙с). Установлено, что при 286 более высоком содержании ионов меди в растворе существенно усиливается анодная пассивация при рас- творении АМК, что делает такие электролиты непригодными для утилизации отходов инструментального производства. Введение в сернокислый электролит депассиваторов (хлорид-ионов, 5–10 г/л), комплексообразовате- лей (аммиака, 10 г/л; Трилона Б, 10 г/л) не только позволяет достичь максимальных скоростей анодного рас- творения АБК, но и существенно интенсифицировать катодный процесс с получением более компактных осадков меди. При этом энергозатраты на катодное выделение меди снижаются на 20–30%, что объясняется преимущественным восстановлением комплексных соединений одновалентной меди. Повышение температуры электролита в процессе анодного растворения АМК приводит к существен- ному увеличению предельных токов осаждения меди и растворимости продуктов анодного окисления АМК. Это способствует интенсификации процесса катодного выделения металлов, уменьшению пассивационных явлений на поверхности анодов и позволяет применять более концентрированные растворы. Повышение температуры также приводит к увеличению электропроводности электролита и, как следствие, к значитель- ному уменьшению общего напряжения электролиза и снижению удельных энергозатрат на процесс утили- зации отходов инструментального производства. Таким образом, проведенные исследования позволили установить кинетические особенности и вы- явить общие закономерности электрохимического выделения поливалентных металлов, входящих в состав АМК на основе бронзовых связок. Установлен селективный характер извлечения металлических компонен- тов, обусловленный различием электрохимической природы и валентными состояниями меди и олова. Оп- ределено влияние ионного состава электролита и режима электролиза на процессы извлечения металлов связок в виде катодных осадков или химических соединений, пригодных для дальнейшего использования, непосредственно в процессе электрохимического растворения АМК. Проведенные исследования могут быть использованы для разработки экологически безопасных ком- плексных технологий утилизации лома и отходов инструментального производства на основе оловянистой бронзы с одновременным извлечением металлов связки. УДК 676.017.028.3 Исследование влияния химических добавок на процесс размола волокнистой суспензии при изготовлении бумаги и картона Студентка 5 группы 5 курса факультета ТОВ Попеня Т.В., асп. Драпеза А.А. Научный руководитель – Черная Н.В. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Процесс размола играет важную роль при производстве высококачественных видов бумаги и картона, т.к. волокна становятся гибкими, пластичными, увеличивается их адсорбционная поверхность и им сообщается опреде- ленная степень гидратации, что благоприятно влияет на бумагообразующие свойства волокон [1]. Размол волокнистых материалов в целлюлозно-бумажной промышленности связан с высоким расходом электрической энергии. Большое внимание уделяется мероприятиям, которые ведут к снижению расхода энергии при размоле волокнистого сырья. Одним из перспективных мероприятий является введение в волокнистую суспен- зию химических добавок, которые укоряют размол и придают бумаге необходимые свойства [2]. К ним, на наш взгляд, относятся: акриловый водорастворимый полимер ВРП-3 (ТУ РБ 00280198.024-99), крахмал (ТУ 9187–076– 00334735–01) и гидроксид натрия NaOH (ГОСТ 4328-77). В результате введения химических добавок на стадии размола происходит сокращение времени достижения нужной степени помола и, как следствие, уменьшение расхода энергии на процесс размола и увеличения произво- дительности бумаго- и картоноделательного оборудования [3]. Цель работы – изучение влияния химических добавок (акриловый водорастворимый полимер ВРП-3, крах- мал, гидроксид натрия NaOH) на скорость процесса размола и физико-механические показатели качества бумаги и картона. Для достижения поставленной цели были изготовлены образцы бумаги массой 80 г/м2 и картона массой 340 г/м2. В качестве волокнистого полуфабриката при проведении исследования использовали целлюлозу белёную сульфатную из лиственных пород древесины (ТУ 5411-029-00279195-2006). Расход химических добавок (акриловый водорастворимый полимер ВРП-3, крахмал, гидроксид натрия NaOH) составлял 1,05% от а. с. в. Концентрация растворов химических добавок составляла 0,5 %. Размол целлюлозы проводили с использованием лабораторного размалывающего комплекта ЛКР-1 при час- тоте вращения двигателя мельницы 1600 об/мин и межножевом зазоре 0,2 мм. Размол осуществлялся до степени помола волокнистой суспензии 50ºШР. 287 Образцы бумаги массой 80 г/м2 получали на листоотливном аппарате «Rapid-Ketten» (фирма «Еrnst Haage», Германия). Физико-механические показатели образцов бумаги оценивали разрывной длиной, разрушающим усили- ем в сухом состоянии, сопротивлением разрыву, удлинением, поглощением энергии при разрыве, модулем Юнга и жесткостью [4]. Эти показатели определяли по ISO 1924-2 на разрывной машине фирмы «Lorentzen & Wettre» (Швеция). Зависимость степени помола волокнистой суспензии от времени размола с использованием химических до- бавок и без добавок представлена на рис.1. Рисунок 1 – Изменение степени помола волокна в процессе размола целлюлозы в зависимости от хи- мической добавки Результаты испытаний изготовленных образцов бумаги приведены в таблице 1. Таблица 1– Показатели качества бумажных образцов Показатели качества Химическая добавка Разруша- ющее уси- лие в сухом состоянии Рсух, Н Сопротивле- ние разрыву, кН/м Разрывная длина РД, км Удлине- ние, мм Поглощение энергии при разрыве, Дж/м2 Модуль Юнга, ГПа Жёсткость, кН/м ВРП-3 79,25 5,29 6,12 1,87 68,97 5,13 709,10 Крахмал 80,75 5,38 6,35 2,30 86,10 5,05 631,75 NaOH 53,37 3,56 5,68 1,69 38,7 5,47 608,56 Без добавок – 72,20 4,82 6,33 1,79 62,88 5,52 674,37 Как видно из рисунка 1 и таблицы 1, введение химических добавок ускоряет процесс размола и уве- личивает физико-механические показатели качества бумаги и картона. Так, наиболее быстро целлюлоза размалывается с использованием в качестве химической добавки NaOH. Степень помола волокнистой массы 50°ШР достигается в течение 13 минут. Время размола при введении водорастворимого акрилового полиме- ра ВРП–3 составляет 17 минут, что меньше, чем при добавлении NaOH, но превышает время размола при использовании в качестве добавки крахмала (19 мин). Аналогичные зависимости получены нами при изго- товлении образцов картона. Отличие состояло в том, что физико-механические показатели образцов картона превышали на 15-20 % по сравнению с образцами бумаги. Лучшие физико-механические показатели качества достигаются при введении водорастворимого ак- рилового полимера ВРП–3. Так как при введении NaOH механическая прочность снижается (так разрывная длина уменьшается с 6,33 м до 5,68 м). Это связано с тем, что происходит деструкция и удаление гемицел- люлоз из целлюлозного волокна. Показатели качества при введении крахмала отличаются незначительно от показателей качества образцов бумаги при введении водорастворимого акрилового полимера ВРП–3 (при- близительно на 1%), но при этом скорость размола ниже. Также использование химических добавок при размоле вызывает снижение белизны бумаги. Меньше всего на белизну влияет водорастворимый полимер ВРП–3. Таким образом на основании исследований можно сделать вывод о том, что для сокращения времени размола и достижения наилучших показателей качества бумаги рекомендуется применять водорастворимый акриловый полимер ВРП–3. Использование этой добавки позволит снизить расход энергии на процесс раз- мола на 3–5%, что имеет важное практическое и экономическое значение. Литература 1. 1. Фляте, Д.М. Технология бумаги. / Д.М. Фляте. – М.: Лесная промышленность, 1988. – 440 с. 2. Иванов, С.Н. Технология бумаги / С.Н. Иванов. – М.: Лесная промышленность, 1970. – 695 с. 3. Фляте, Д.М. Свойства бумаги / Д.М. Фляте. – М.: Лесная промышленность, 1986. – 680 с. 288 4. Черная, Н.В. Технология бумаги и картона: методическое пособие по лабораторным занятиям / Н.В. Черная, Н.В. Жолнерович. – Минск: БГТУ, 2006. − 58 с. УДК 666.291.5 Применение глин месторождений Республики Беларусь для получения кордиеритсодержащих материалов Студент гр. 9 Пытько И.Л. Научный руководитель – Попов Р.Ю. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Использование современных установок для проведения высокотемпературных процессов, а также модернизация существующих тепловых агрегатов предъявляют повышенные требования к качеству исполь- зуемых изделий, в частности, термостойких материалов, работающих в условиях резких перепадов темпе- ратур, не разрушаясь при этом и сохраняя высокие показатели механических, электро- и теплофизических свойств. Наиболее важным свойством для подобных материалов является термостойкость, оцениваемая по температурному коэффициенту линейного расширения (ТКЛР). Интерес для получения термостойких керамических изделий представляют кордиеритсодержащие материалы, отличительной характеристикой которых является малый температурный коэффициент линей- ного расширения, а, следовательно, высокая термостойкость. Кроме этого, они обладают рядом положи- тельных качеств: достаточной химической стойкостью, определенными электрофизическими свойствами, а также доступностью сырьевых материалов. Наряду с этим, керамика обладает узким интервалом спекания (15 – 30 ºС), и относительно высокой температурой синтеза (выше 1350 ºС). При этом следует учитывать и тот факт, что в Республике Беларусь выпуск подобных материалов весьма ограничен, поскольку республика не обладает высококачественными сырьевыми материалами и, в первую очередь глинами. Хотя потребность в кордиеритсодержащих изделиях высока. Потребителями такой керамики являются станкостроительные и автомобилестроительные заводы, тяжелая и легкая промышленность. Ввиду того, что изделия из кордиеритсодержащей керамики в республике являются предметом им- порта, существует определенная зависимость предприятий от поставщиков. Использование отечественных сырьевых материалов позволило, хотя бы частично, решить вопросы импортозамещения. В связи с вышесказанным, на кафедре технологии стекла и керамики проводятся исследования, на- правленные на вовлечение местных видов сырья в производство технической керамики. Для этих целей используются легкоплавкие и тугоплавкие глины месторождений Республики Беларусь. Исследования показывают, что легкоплавкие глины возможно применять для получения термостой- ких кордиеритсодержащих материалов, однако при этом следует несколько ограничить температуру экс- плуатации изделий до 1100 – 1250 °С (в зависимости от минерального типа глин) для предотвращения рис- ка деформации их при эксплуатации. Получены положительные результаты, которые могут представлять как научный, так и практический интерес. 289 СОДЕРЖАНИЕ