Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Государственное предприятие «Научно-технологический парк БНТУ «Политехник» НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ ИХ ОБРАБОТКИ Сборник научных работ XII Республиканской студенческой научно-технической конференции Минск БНТУ 2011 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, профессор; 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., доцент. РАБОЧАЯ ГРУППА Любимов В.И., канд.техн.наук., доцент; 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 студенческой научно-технической конференции «Новые материалы и технологии их обработки», участники которой выступали по следующим направ лениям: «Литейное производство черных и цветных металлов», «Материаловедение в машиностроении», «Машины и технология литейного производства», «Машины и технология обработки металлов давлением», «Металлургические процессы», «Охрана труда и промышленная безопасность», «Порошковые и композиционные материалы, покрытия и сварка», «Химические технологии». ISBN 978-978-525-476-9 ©БНТУ, 2011 3 Литейное производство черных и цветных металлов 4 УДК 666.767 Анализ способов контроля состояния футеровки индукционных тигельных печей Студенты гр. 104117 Гавриленко Н.Н., гр. 104118 Шипёнок И.А. Научный руководитель – Неменёнок Б.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является анализ способов контроля износа футеровки индукционных тигельных печей. Одним из недостатков индукционных тигельных печей является невысокая стойкость набивной футеровки тигля из-за образования трещин в спеченном огнеупоре в результате его циклического нагрева и охлаждения. В холодном состоянии тигель можно обмерить и проконтролировать величину его износа для выявления возможных повреждений огнеупорной футеровки и как следствие предотвратить прогорание печи за счёт своевременного ремонта футеровки или ее замены. Образовавшиеся трещины закрываются при нагреве футеровки, но негативно влияют на ее износ. Для индукционных печей наиболее опасны металлические козырьки, которые образуются в результате незаметного проникновения расплава через трещины в огнеупоре, причиняя большой вред плавильным агрегатам. Поэтому индукционные печи оборудуются специальными сигнализаторами состояния футеровки тигля, которые располагаются в его нижней части, что не позволяет контролировать качество боковой поверхности. Фирмой SAVEWAY предложено устройство для непрерывного измерения остаточной толщины стенок из огнеупорного материала, основанное на нелинейной зависимости электрического сопротивления огнеупорного материала от температуры. Устройство делает возможным непрерывную визуализацию состояния футеровки печи. При этом измеряется остаточная толщина стенок на основании видимого и невидимого износа любого вида, такого как эрозия, инфильтрация, трещины или козырьки металла. С другой стороны надежно распознается влага вследствие утечек с индуктора, перегрев расплава и процесс высушивания при спекании. При представлении износа огнеупорная футеровка делится на сегменты по окружности, а толщина стенки для каждого сегмента разделяется на 16 уровней. Критические для эксплуатации печи состояния выводятся в качестве дополнительных визуальных сообщений. С увеличением износа расплав перемещается в сторону размещенных датчиков, которые также называются электродными пластинами. Вследствие этого увеличивается температура огнеупорного материала, находящегося перед датчиками, и его удельное электрическое сопротивление экспоненциально понижается. Для измерительного тока, поданного через электроды датчиков это означает, что он течет от одного электрода через огнеупорный материал до расплава и оттуда обратно к другому электроду. Незначительная часть измерительного тока течет напрямую в огнеупорном материале от электрода к электроду. С уменьшением толщины стенки эта часть стремится к нулю, а общий измерительный ток значительно увеличивается. Благодаря представлению износа по времени можно определить остаточный срок службы футеровки и избежать преждевременной остановки производства, оценить влияние методов эксплуатации и качества огнеупорного материала. Устройство позволяет также контролировать качество выполненных ремонтных работ и степень износа продувочных пробок, которые могут устанавливаться в днище тигля. Разновидности данной системы контроля состояния футеровки могут использоваться в индукционных канальных печах, на вагранках и электродуговых печах. 5 УДК 621.74.021 Особенности рафинирования в металлургии свинца Студент гр. 104127 Горбачёв Д.Н. Научный руководитель – Чанов А.Б. Научный консультант – Довнар Г.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Рафинирование (нем. raffinieren, от фр. raffiner — очищать): Очистка вещества от посторонних примесей. Термин обычно используется для обозначения процесса очистки металлов и их сплавов, а также различных веществ природного происхождения или полученных промышленным путем, которые и так можно применять, но они будут обладать ещё более высокими эксплуатационными свойствами в чистом виде, без примесей. Один из видов рафинирования металлов называется аффинажем. Механические и физико-химические свойства свинца сильно изменяются под влиянием примесей. Так, например, висмут и цинк понижают кислотоупорность свинца, натрий, кальций и магний резко повышают прочность и твёрдость свинца, но снижают его химическую стойкость, медь увеличивает устойчивость свинца против действия серной кислоты, сурьма повышает твёрдость и кислотоупорность свинца также в отношении серной кислоты, барий и литий повышают твёрдость, а кадмий, теллур и олово — твёрдость и сопротивление усталости свинца. В промышленности применяют как сплавы, так и чистый свинец разных марок. Например, в свинце марки С1 по ГОСТ 3778 содержится свинца не менее 99,985%, остальное примеси. Так как свинцовый сплав, полученный из вторичного сырья, может не соответствовать требованиям потребителя, то необходимо доведение химсостава до требуемого. Для этого в расплав одни элементы вводят, а от других - расплав рафинируют. Пирометаллургическое рафинирование проводят на рафинировочном участке в специальных печах. В качестве оборудования применяют стальные или чугунные котлы с газовым, мазутным или электрическим обогревом, ввиду высокой плотности свинца и низкой температуры проводимых операций, применяются мешалки для замешивания в расплав рафинирующих веществ и насосы для перекачивания металла в другой котел или для разливки расплава по изложницам. Для окисления наиболее активных примесных металлов, таких, как мышьяк, сурьма и иногда олово, веркблей нагревают на воздухе. После очистки от меди на некоторых заводах его пропускают через продуваемые воздухом ватержакетные отражательные печи (700°С) с непрерывными загрузкой и выпуском. Серебро и остаточную медь удаляют в рафинировочных котлах, добавляя порошкообразный цинк, который уменьшает растворимость этих металлов и способствует образованию цинково-серебряно-медной пены. Последние следы цинка удаляются вакуумной перегонкой. Висмут удаляют добавлением кальция или магния для образования тугоплавких соединений Ca3Bi2 и Mg3Bi2. На заключительном этапе добавляют селитру или каустическую соду (либо то и другое) для удаления малых примесей мышьяка, сурьмы, кальция и магния, в результате остается свинец чистоты 99,95- 99,99%. Последующее электролитическое рафинирование может давать свинец чистоты 99,999%. Процесс рафинирования свинца является периодическим, а не непрерывным, и состоит из последовательности операций. При этом во время каждой операции удаляются определенные примеси. Этот процесс отработан и применяется как при 6 производстве свинца из руд, так и при переработке вторичного сырья. В зависимости от пожеланий потребителя по химическому составу свинцового сплава некоторые операции процесса рафинирования могут быть исключены. В таблице 1 приведена - операционная последовательность рафинирования свинца от примесей. Таблица 1 - Операционная последовательность рафинирования Удаляемая примесь Способ удаления медь ликвация серой олово, мышьяк, сурьма окисление воздухом, щелочами серебро цинком цинк окисление воздухом, щелочами, хлорированием висмут кальцием и магнием, электролизом К неметаллургическим технологиям рафинирования свинца относится электролиз, отличающийся высокой степенью очистки металла от примесей. Электролитическое рафинирование проводят при температурах до 1000С, что исключает пыле и газонасыщение воздуха свинцом, однако характеризуется длительностью процесса, применением дорогостоящих и вредных веществ для электролита. К достоинствам пирометаллургического рафинирования свинца и его сплавов можно отнести простоту операций и дешевизну процесса, а к недостаткам - частичное окисление свинца вместе с примесями, испарение металла с поверхности зеркала расплава. Проблемами пирометаллургического рафинирования свинца являются оптимизация температурно-временных параметров и выбор альтернативных рафинирующих веществ. Литература: 1. Рафинирование свинца и переработка полупродуктов. Смирнов И.П. Москва 1977. 280с. 2. Технология вторичных цветных металлов. Худяков И.Ф. Москва “Металлургия” 1981. 350с. 3. Рафинирование [электронный ресурс]. – 2011 - Режим доступа - http://ru.wikipedia.org/wiki/Рафинирование. 4. Марки свинца [электронный ресурс]. – 2011 - Режим доступа - http://rosmetsplav.ru/svinec_s1,s2. УДК 621.74.021 Особенности выплавки свинцовых сплавов во вторичной металлургии Студент гр. 104127 Абрагимович И.А. Научный руководитель – Чанов А.Б. Научный консультант – Довнар Г.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Свинец - цветной легкоплавкий тяжёлый мягкий пластичный металл с синеватым блеском на свежем разрезе. Плавится при температуре 3270С, кипит - при 17400С и имеет плотность — 11,34 г/см³. 7 Свинец применяется в аккумуляторной промышленности, для защиты от рентгеновских и ядерных излучений, для кислотоупорных оболочек и футеровок, в качестве компонента для припоев и баббитов, для горячего свинцевания, чеканки и для других целей. Свинец и его соединения вредны для здоровья человека, но, несмотря на это, пластичный металл, который хорошо поддаётся обработке – куётся, прокатывается в листы, пользуется огромным спросом. Свинец устойчив к воздействию кислот, способен защищать человека от радиоактивных лучей. В промышленности применяют как сплавы, так и чистый свинец разных марок. Например, в свинце марки С1 по ГОСТ 3778 содержится свинца не менее 99,985%, остальное примеси, а в сплаве ССуА по ГОСТ 1292-81 содержатся сурьма 2.0-7.0%, медь 0.2%, цинк 0.001%, висмут 0.03%, мышьяк 0.05%, олово 0.01%, железо 0.005% и другие примеси 0.3%. По причинам отсутствия отечественных месторождений свинца и широкого применения свинцовой химической аппаратуры и свинцовых кислотных аккумуляторов в промышленности и быту, и учитывая недолговечность данного типа источников тока и проблемы с захоронением ввиду токсичности водорастворимых соединений свинца, имеется целесообразность переработки данного вторичного сырья свинца. Основными направлениями переработки вторичного свинцового сырья являются пирометаллургия и гидрометаллургия. После пирометаллургии практически всегда проводится рафинирование полученного сплава. Гидрометаллургическая переработка может быть химической и электролизной. В результате гидрометаллургии получаемый металл практически чист от примесей, но требует переплавки, так как имеет некомпактную губчатую форму и содержит большое количество влаги. Существуют технологии пирометаллургии, включающие предварительную гидрометаллургическую операцию, целью которой является выведение из общей массы или блокирование сульфат-ионов в виде водорастворимых или тугоплавких соединений. Пирометаллургические технологии, как более дешёвые и простые, находят более широкое распространение по сравнению с гидрометаллургическими. Основными операциями металлургической переработки вторичного свинца являются: - заготовка сырья; - сортировка и разделка; - плавка неокисленного лома; - плавка окисленного лома; - рафинирование полученного сплава; - легирование сплава до требуемого состава; - разливка сплава в чушку потребителям или аноды для электролиза. Для плавки чистого и слабо окисленного свинцового лома, например оплётки кабеля или решёток и клемм свинцовых кислотных аккумуляторов применяют стальные или чугунные котлы с газовым, мазутным или электрическим обогревом. Для восстановительной плавки вторичного свинцового сырья, содержащего оксиды, сульфаты и как примеси другие соединения и комплексы свинца применяют шахтные печи типа вагранки, но с квадратным сечением и металлическими водоохлаждаемыми кессонами выше зоны плавления, короткобарабанные вращающиеся печи с мазутным и газовым охлаждением, отражательные и электродуговые печи со специальной конструкцией для предотвращения утечек свинца через под. Современные перспективные технологии подразумевают низкотемпературный процесс восстановительной плавки при 650-9000С против 1100-12500С ранее применяемых технологий. Также находят применение в новых технологиях тигельные и вращающиеся печи. 8 Одной из проблем металлургии свинца и его сплавов является высокая жидкотекучесть свинца в процессе восстановительной плавки, что требует учёта при конструировании свинцовых печей. Также свинец в процессе плавки может окисляться и образовывать соединения и сложные комплексы с веществами в плавильном агрегате и футеровкой. Например, при плавке в котлах при повышении температуры выше 6000С, свинец начинает активно окисляться кислородом воздуха, и образующийся оксид восстанавливается до металла железом котла, при восстановительной плавке в печах возможно образования легкоплавких эвтектик типа оксид свинца – оксид кремния, оксид железа и сложных соединений, разъедающих огнеупорную футеровку печи. Для разливки свинцового сплава в слитки, ввиду высокой плотности и низкой температуры разливки, применяются насосы и конвейер с изложницами. Проблемами пирометаллургического получения вторичного свинца являются оптимизация температурно-временных параметров, применение экологически безопасных флюсов и восстановителей, снижение пыле- и газообразования. Литература: 1. Рафинирование свинца и переработка полупродуктов. Смирнов И.П. Москва 1977. 280с. 2. Технология вторичных цветных металлов. Худяков И.Ф. Москва “Металлургия” 1981. 350с. 3. Цветной металл [электронный ресурс]. – 2011 - Режим доступа - http://metall- optom.ru/plumbum.php. 4. Марки свинца [электронный ресурс]. – 2011 - Режим доступа - http://rosmetsplav.ru/svinec_s1,s2. УДК 621.746 Способы получения сплавов системы алюминий-кремний Студент гр. 104126 Волкович А.И. Научный руководитель – Рафальский И.В. Научный консультант – Арабей А.В. Белорусский национальный технический университет г.Минск Традиционно литейные алюминиевые сплавы получают сплавлением шихтовых материалов в электрических или отражательных печах с газовым и нефтяным обогревом. В начале плавке загружают чистый алюминий, после загружают лигатуры. Сильно выгорающие элементы (магний, цинк, церий) вводят перед разливкой при температуре расплава 700 – 720 Со. Перед загрузкой шихты тигли и печь нагревают до 150 – 200 Со, а шихтовые материалы – не ниже 200 Со [1]. При получении алюминиевокремниевых сплавов традиционным способом предварительно проводят дробление и разделение кристаллического кремния на фракции. Затем кремний фракции 20-50 мм вводят в расплавленный и нагретый до 850- 900оС алюминий порциями при перемешивании расплава. Введение кремния осуществляют под уровень расплава при помощи колокольчика [2]. Недостатком данного способа является то, что мелкая и пылевидная фракции, образуемые при дроблении и транспортировках, не используются и идут в отвал, что снижает степень использования кремния и повышает его потери. Обусловлено это тем, что кремний указанных фракций практически не усваивается и почти полностью переходит в шлак. Осуществление операции по отсеву мелкой и пылевидной фракций 9 кремния также приводит к увеличению затрат на производство сплава. Кроме того, ведение процесса при высоких температурах приводит к увеличению окисления и газонасыщения расплава, что увеличивает потери металла и ухудшает качество сплава. В патенте РФ № 2010881 описан альтернативный способ получения Al-Si сплавов, который позволяет эффективно использовать кремний мелкой и пылевидной фракций. В данном способе получения силумина кремний без отсева мелкой и пылевидной фракции вводят на поверхность расплава, имеющего температуру 665 – 680 оС, а после завершения введения кремния температуру расплава доводят до 850 – 900 оС со скоростью 2 – 5 оС/мин. Интенсивное замешивания кремния в расплав обеспечивает эффективное его усвоение расплавом вне зависимости от размера фракции, а также дает возможность исключить операций по отсеву мелкой и пылевидной фракций, что в свою очередь ведет к снижению затрат на приготовление сплава и повышению степени использования кремния. При использовании данного метода получения силуминов время приготовления сплава сокращается на 22% . Основным недостатком способа является его ограниченная применимость вследствие использования специального термического оборудования, позволяющего нагревать расплав с высокой скоростью и обеспечивать процесс интенсивного замешивания кристаллического кремния в расплав. Патент РФ № 2063460 описывает способ получения силуминов, включающий введение кремнезема в расплавленный алюминий и обработку расплава углеродсодержащим реагентом, в качестве реагента используют асбест, смоченный в вводно-графитовой суспензии. Основным недостатком способа является его ограниченная применимость вследствие использования в качестве реагента асбеста, являющегося канцерогенным и относящегося к опасным веществам материалом, а также относительно низкий выход сплава. В последние годя для получения синтетического силумина (силумин, полученный без использования кристаллического кремния) применяются электрические, руднотермические печи большой мощности 15000—35000 кВ.А, обеспечивающие протекание высокотемпературных процессов восстановления кремния углеродом (1800-2200оС) из оксида. Получение сплава системы алюминий-кремний таким способом является весьма перспективным и более экономически выгодным в сравнении с вышеописанным способом. Данный способ позволяет получать силумин в пределах одного металлургического предприятия. Однако литейные предприятия Республики Беларусь, специализирующиеся на производстве отливок из силуминов, оснащены традиционным плавильным оборудованием значительно меньшей мощности, которое не позволяет проводить высокотемпературных плавок. Таким образом, возможность получения силуминов методом прямого восстановления кремния из его оксидов алюминием в существующих плавильных печах, используемых в литейном производстве, при значительно более низких температурах (до 800-900 оС) представляется перспективным и экономичным способом низкотемпературного синтеза этих сплавов. Литература 1. Плавка и литье алюминиевых сплавов: справочник М.Б. Альтман, М. «металлургия» 1983.-351с. 2. Альтман М. Б. и др. Плавка и литье легких сплавов. М. , "Металлургия", 1969, с. 270. 10 УДК 669.2:621.746 Малотоксичный препарат для объемной обработки расплавов на основе алюминия Магистрантка Скуратович О.В. Научный руководитель – Довнар Г.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Создание малотоксичного таблетированного рафинирующего препарата для объемной обработки расплавов на основе алюминия с целью использования в современных производствах с высокими экологическими требованиями к технологическим процессам весьма актуально. Широко используемые для этих целей в промышленности материалы содержат в качестве основных рафинирующих реагентов хлорсодержащие или серосодержащие соединения, что вызывает выделение в процессе обработки расплава веществ, относящихся к второму классу опасности. Специалистами кафедры МЛС БНТУ совместно с ООО «ПромФильтр» разработан и внедрен в действующие производства ряда промышленных предприятий принципиально новый экологически безвредный таблетированный препарат на основе азотсодержащих соединений и плавленых солевых композиций, позволяющий эффективно снижать в расплаве содержание неметаллических включений и газов. Принципиальным отличием созданного препарата от известных аналогов является механизм разложения таблетки, который включает в себя не только термическую диссоциацию и испарение с образованием рафинирующего газа, но и растворение компонентов с последующей «продувкой» расплава наряду с газообразными реагентами высокодисперсными капельками рафинирующей жидкости. Низкая скорость всплывания, высокая дисперсность и равномерное распределение рафинирующих соединений по всему объему обрабатываемого расплава обеспечивают стабильное и эффективное рафинирование металла. Для дополнительного связывания водорода в устойчивые гидриды и минимизации содержания алюминия в скачиваемом шлаке в состав таблетированного препарата были введены гексафтортитанат и гесафтоцирконат калия. Препарат получил название ТПФ-3 и выпускается в рамках ТУ ВY 590339385.006-2008. Промышленное использование ТПФ-3 обеспечивает стабильные результаты по снижению балла пористости (не менее 1 балла по ГОСТ 1583) и уменьшению содержания неметаллических включений в литых заготовках. Разработанный препарат является малотоксичным и не требует наличия высокоэффективных местных приточно- вытяжных вентиляционных систем. В настоящее время на базе разработанного препарата ведется создание таблетированного материала, который бы обеспечил наряду с высокой степенью рафинирования расплава от газов и неметаллических включений модифицирование эвтектического кремния и α-твердого раствора кремния в алюминии. Опытно- промышленная апробация указанного препарата намечена на июль 2011г в производственных условиях ОАО «Автомобильный завод «Урал» (г. Миасс). 11 УДК 621.74 Экологические и экономические аспекты флюсовой обработки силуминов Студентка гр.104126 Козлова О.Е. Научный руководитель – Немененок Б.М. Белорусский национальный технический университет г.Минск Анализ объемов и составов пылегазовых выбросов, образующихся при плавке и рафинировании алюминиевых сплавов в различных плавильных агрегатах, показал, что основную экологическую опасность представляют процессы плавки неподготовленного возврата и рафинирующей обработки. В большинство случаев для рафинирования используют флюсы системы NaCl-KCl-Na3AlF6, что и объясняет присутствие в отходящих газах значительного количества хлоридов и фторидов, относящихся ко второму классу опасности. Из анализа патентной литературы следует, что в составе рафинирующих флюсов также используются карбонаты, оксиды, сульфаты и другие соединения щелочных и щелочноземельных металлов. Для выбора оптимального содержания карбонатов в рафинирующем флюсе использовали метод математического планирования экспериментов. В качестве независимых переменных были выбраны: содержание Na3AlF6 (Х1), Na2CO3 (X2) и доломита (Х3). Зависимыми переменными являлись: предел прочности при растяжении в литом состоянии (Y1), относительное удлинение (Y2), балл пористости по шкале ВИАМ (Y3), объем выделяющейся пыли при флюсовой обработке (Y4). Основу рафинирующего флюса составляли хлориды натрия и калия. Для снижения стоимости флюса в качестве хлорида натрия использовали галит – побочный продукт, образующийся при производстве калийных удобрений. Содержание Na3AlF6 варьировали в интервале 10,0–20,0 %, а Na2CO3 и доломита – от 5,0 до 15,0 %. Для построения математических моделей был реализован линейный план полного факторного эксперимента 23. Исследования проводили на сплаве АК9. Плавку вели в печи сопротивления с емкостью тигля 80 кг. Исследуемые составы флюсов в количестве 1,0 % от массы расплава наносили на зеркало металла, выдерживали 5 минут и после расплавления флюса его замешивали в расплав. Спустя 10 минут с поверхности металла снимали шлак и при 720 ºС заливали в кокиль образцы для определения механических свойств и пробы для оценки пористости. Пробы выбросов пыли отбирали на горизонтальном участке вытяжной вентиляции в течение 2 минут после нанесения флюса на расплав. После обработки результатов исследований, проверки статистической значимости коэффициентов регрессии и адекватности математических моделей, были получены следующие зависимости: ;125,00,475-2,175Y ;65,08,7 ;625,4375,18625,204 213 22 321 xx xY xхY    3213231 213214 099,0048,0148,0 046,0196,0304,0209,0592,4 xxxxxxx xxxxxY   Используя полученные математические модели, проводили минимизацию уравнения по выбросам пыли при заданных ограничениях балла пористости по шкале ВИАМ ( 23 Y ), предела прочности при растяжении ( 2001 Y МПа), относительного удлинения ( 0,72 Y %). Данные ограничения при минимальных выбросах пыли 4,4 г реализуются для флюса, содержащего 17 % Na3AlF6, 10,0 % Na2CO3, 5 % доломита, 13 12 % KCl, 55 % NaCl. Для оценки пылегазовых выбросов, образующихся при обработке расплава, были проведены исследования в условиях литейного участка на печах сопротивления, емкостью 100 кг при плавке сплава АК5М2. Сравнивали выделения пыли, послу флюсовой обработки оптимизированным составом и стандартным рафинирующим флюсом 30 % NaCl, 47 % KCl, 23 % Na3AlF6 в количестве 1,0 % от массы расплава. Результаты замеров приведены в таблице. Таблица – Пылегазовые выбросы при флюсовой обработке сплава АК5М2 В том числе Рафинирующий флюс Средняя концентрация пыли, г/м3 Удельный выброс пыли, кг/т Хлориды, кг/т Фториды, кг/т СО, кг/т Стандартный 2,053 2,584 0,17 0,09 – Оптимизированный 0,613 0,771 0,096 0,048 0,32 Учитывая, что образующиеся выбросы отличаются по составу и объему, при оценки их степени вредности рассчитывали сумму экологического налога для предприятия при выплавке 1000 т сплава. Поскольку большинство предприятий по производству алюминиевого литья оборудованы только циклонами, то образующиеся газы полностью выбрасываются в окружающую среду, а очистка от пыли не превышает 90 %. Согласно налогового кодекса Республики Беларусь хлориды и фториды относятся к веществам II класса опасности и для них ставка налога составляет 1635215 руб./т, выделяющаяся пыль относится к III классу опасности (540580 руб./т) и СО – к IV классу опасности (268610 руб./т). В случае использования стандартного рафинирующего флюса экологический налог составит 564842 руб./т против 363105 руб./т для оптимизированного состава, что в 1,55 раза выше. Таким образом, зная максимальное количество выбросов того или иного вредного вещества, размеры платежей, основанных на определении наносимого вреда окружающей среде, можно выявить оптимальные для производства инвестиции, которые необходимо направить на совершенствование технологического процесса или строительство очистных сооружений. УДК 621.74.043+621.7.079 Исследование влияния разделительных покрытий на усилие извлечения стержня из отливки при литье под давлением алюминиевых сплавов Студенты гр. 104127 Чайковский Я.С., гр. 104117 Кульбей Е.В. Научный руководитель – Пивоварчик А.А. Белорусский национальный технический университет г. Минск Нанесение разделительных покрытий (смазок) при литье алюминиевых сплавов под высоким давлением является неотъемлемой частью технологического процесса получения качественной отливки. Разделительные покрытия способствуют более лёгкому извлечению отливок, предотвращает появление задиров на ее поверхности. Разделительные покрытия условно можно разделить на: жировые, масляные и порошкообразные. В зависимости от исходного состояния покрытия формируют защитный изоляционный слой, между литейной формой и кристаллизующейся отливкой. Толщина слоя покрытия, как правило, колеблется в пределах 5−40 мкм, и зависит, прежде всего, от способа нанесения [1]. При механизированном и автоматизированном процессе нанесения покрытия (пистолеты, блоки форсунок и т.п.) 13 создаются более благоприятные условия для формирования тонкого, сплошного слоя покрытия, нежели при нанесении вручную (щётки – смётки, квача). Целью настоящей работы являлось исследование влияния различных разделительных покрытий на усилие извлечения отливки. Усилие извлечения определялось усилием, затрачиваемым на удаление металлического стержня из кокильной отливки. Исследование прошли покрытия, полученные из продуктов нефтепереработки (масло Вапор, масло ИА-20), на основе высокомолекулярных кремнийорганических соединений (ПМС100, ПМС300), горного воска, а также импортное покрытие производства Германии. При проведении экспериментов приготовленные концентраты покрытий разбавляли водой в пропорции 1:20. Нанесение разделительных покрытий осуществляли с использованием пистолета-распылителя. Жировые покрытия наносили при помощи «квача». В ходе проведения экспериментов установлено, что лучший результат, достигнут при использовании жировых разделительных покрытий (750 Н). Это можно объяснить тем, что в результате нанесения покрытия при помощи «квача» толщина образующегося слоя больше, чем при нанесении разделительного покрытия механизированно. Также видно, что среди водоэмульсионных разделительных покрытий лучший результат показали покрытия на основе полиметилсилоксановых жидкостей ПМС100, 300 (890 Н) и импортное покрытие «Петрофер» (900 Н), промежуточный результат – покрытие на основе горного воска (1100 Н), наихудший – покрытие на основе нефтепродуктов (до 1450 Н). Т.о. с целью повышения качества литейной продукции можно рекомендовать разработанное разделительное покрытие на основе высокомолекулярных кремнийорганических веществ – полиметилсилоксановой жидкостей (ПМС110, ПМС300). Литература 1. А.К. Белопухов. Технологические режимы литья под давлением. – М.: Машиностроение, 1985. С. 109 2. А.М. Михальцов. Водоэмульсионные разделительные покрытия для изготовления стержней по нагреваемой оснастке // Литье и металлургия. – 2007. – № 2. – С. 178–179. УДК 621.74.043.2 Влияние технологических факторов литья на усилие извлечения стержня из отливки при литье алюминиевых сплавов под давлением Студенты гр. 104127 Чайковский Я.С., гр. 104117 Семченко А.О. Научный руководитель – Пивоварчик А.А. Белорусский национальный технический университет г. Минск При литье под давлением обязательным условием является нанесение на литейную форму разделительных покрытий (смазок), основная роль которых состоит в беспрепятственном удалении отливки из полости пресс-формы. При этом операция нанесения таких покрытий производится при каждом цикле и практически определяет качество поверхности изготавливаемых отливок [1]. Самыми распространенными разделительными покрытиями для пресс-форм литья под давлением за рубежом в настоящее время являются водоэмульсионные. 14 Эффективность использования разделительных покрытий зависит не только от набора веществ, применяемых для приготовления разделительного покрытия, но также от типа устройств, служащих для их нанесения на поверхность технологической оснастки, и технологических параметров литья. При переходе с масляных составов на водоэмульсионные целесообразно механизировать или автоматизировать процесс их нанесения на поверхность пресс-формы. Целью настоящей работы являлось определение влияния факторов литья, на усилие удаления отливки из полости технологической оснастки при использовании различных разделительных покрытий. При проведении экспериментов дополнительно изучали влияние химического состава заливаемого сплава, времени выдержки отливки в пресс-форме, а также влияние величины технологического уклона стержня на усилие извлечения стержня из отливки. В ходе проведения экспериментов использовали следующие сплавы: АК5М2, АК9оч, АК12М2. Время выдержки составляло 5, 10, 15, 20 секунд. Технологический уклон стрежня составлял 1, 2, 3°. Установлено, что при заливке различных сплавов и использовании при этом исследуемых разделительных покрытий усилие извлечения стержня из отливки существенно не изменяется находясь в интервале 1015−1035 Н, и колеблется в пределах погрешности проведения экспериментов (20,46 Н). Существенное изменение усилия извлечения стержня из отливки наблюдается при изменении времени выдержки отливки в пресс-форме. При увеличении времени выдержки от 5 до 20 секунд ведет к повышению усилия извлечения стержня из отливки в 5,0–7,1 раза в зависимости от состава используемого разделительного покрытия. Полученный результат можно объяснить тем, что с ростом времени выдержки отливки в форме происходит интенсивное обжатие стального стержня охлаждающейся алюминиевой отливкой. Кроме того возможно частичное разрушение компонентов разделительных покрытий с низкой термостойкостью. Также установлено, что при изменении величины технологического уклона стержня наблюдается снижение усилия, необходимое для удаления стержня из отливки. В частности, при увеличении технологического уклона стержня с 1 до 3° отмечается снижение усилия затрачиваемого на удаление стержня из отливки на 7,8 %. Следует отметить, что исследования при дальнейшем увеличении уклона не проводились, т.к. дальнейшее его увеличение нежелательно, так как это сопровождается значительным ростом припуска на механическую обработку. Литература 1. Беккер, М.Б. Литьё под давлением. – М.: Машиностроение, 1990. – С. 72–73. 2. Ефимов, В.А. Специальные способы литья. / Справочник В.А. Ефимов, Г.А. Анисович, В.Н. Бабич, [и др.]. – М.: Машиностроение, – 1991. – С. 271–272. УДК 621.746 Программно-аппаратные комплексы для автоматической диагностики и контроля качества литейной продукции Студенты гр. 104126 Волкович А.И., Шахлович И.Г., Шестюк И.В. Научный руководитель – Рафальский И.В. Научный консультант – Арабей А.В. Белорусский национальный технический университет г.Минск Основной задачей литейного производства является получение высококачественной продукции с минимальными затратами на ее производство. 15 Использование компьютерных систем и программно-аппаратных комплексов для автоматизированной диагностики и контроля литейных процессов обеспечивает разработку оптимальной и экономичной технологии изготовления отливок. К указанным программно-аппаратным комплексам автоматизированной диагностики и контроля литейных процессов относятся:  программно-аппаратный комплекс компьютерного термического анализа;  программно-аппаратный комплекс неразрушающего контроля структуры отливок. 1. Программно-аппаратный комплекс компьютерного термического анализа в составе прикладной программы расчета термодинамических параметров фазовых превращений литейных сплавов и микропроцессорного устройства термического анализа. Использование средств компьютерного моделирования позволяет обеспечить реальную экономию времени и материальных ресурсов при изготовлении литых изделий. Программы компьютерного моделирования (ПОЛИГОН, ProCAST, LVMFlow и др.) способны адекватно моделировать процессы, происходящие при заполнении расплавом формы, кристаллизации сплава и дальнейшем охлаждении отливки при условии использования достоверных данных о свойствах материалов отливки и формы. Результаты моделирования на ЭВМ являются расчётом по конкретно заданным исходным данным (параметрам сплава, материала формы и т.п.), которые в условиях реального производства сильно варьируются, и даже в рамках одного конкретно взятого предприятия могут быть трудноконтролируемыми. Только при установлении достоверных значений этих параметров результаты моделирования могут считаться адекватными результатам, полученным на реальной отливке. Программно-аппаратный комплекс компьютерного термического анализа металлов и сплавов, одни из основных достоинств которого является возможность интегрирования в качестве прикладного приложения для компьютерного моделирования литейных процессов (с использованием программ ProCAST, Полигон и др.), позволяет повысить адекватность получаемых компьютерных моделей на 20-30%. 2. Программно-аппаратный комплекс неразрушающего контроля структуры отливок в составе прикладной программы для цифрового металлографического анализа и микропроцессорного устройства для измерения акустических характеристик отливок. Метод измерения акустических параметров является одним из самых простых и надежных методов неразрушающего контроля и основан на зависимости частоты свободных (резонансных) колебаний отливки от ее геометрических параметров и физических характеристик материала. Работа устройства основана на использовании акустического резонансного и совмещенного с электромагнитным методов неразрушающего контроля. Микропроцессорное устройство для измерения акустических характеристик отливок состоит из измерительного прибора и датчика-преобразователя, который устанавливают на контролируемое изделие. Датчик-преобразователь состоит из электрический катушки индуктивности и вторичного преобразователя, состоящего из генератора переменного тока и измерительной схемы с узлом вывода данных. В изделии возбуждаются свободные или вынужденные колебания, либо наводится электромагнитное поле. Информационно-измерительное устройство проводит анализ частот собственных колебаний изделия и результатов взаимодействия электромагнитного поля, сформированного преобразователем, с электромагнитным полем, наведенным в контролируемом объекте. 16 Используемые методы чувствительны к структуре и составу материала изделий, позволяет обнаруживать мелкие поверхностные и расположенные на небольшой глубине дефекты (трещины, инородные включения, поры и т.п.), а также определять дефекты тонких токопроводящих покрытий, нанесенных на изделие. Программное обеспечение позволяет проводить непрерывный и периодический контроль качества изделий в режиме реального времени, сохранять данные в памяти прибора, обеспечивая в производственных условиях эффективный мониторинг качества продукции. Выявление брака в отливках на начальных этапах технологического процесса позволяет обеспечить 100% неразрушающий контроль и выбраковку дефектных литых изделий из дальнейшего цикла производства и, тем самым, снизить себестоимость продукции, материальные и энергетические затраты. УДК 621. 179 Расчет двухфазной зоны литейных сплавов в интервале кристаллизации с использованием микропроцессорной системы компьютерного термического анализа металлов и сплавов Студенты гр. 104126 Волкович А.И., Шахлович И.Г. Научный руководитель – Рафальский И.В. Научный консультант – Арабей А.В. Белорусский национальный технический университет г.Минск Повышающийся уровень требований, предъявляемых к качеству отливок, и сложность технологических процессов литья обусловили широкое использование CAD/CAM/CAE систем проектирования и моделирования литейных процессов (ProCAST, LVMFlow, ПОЛИГОН и др.). Использование программных комплексов в производстве дает возможность минимизировать затраты на стадии подготовки технологического процесса за счет построения возможных технологических решений на компьютере. Однако трудности учета геометрии отливки и определения тепло-физических свойств многокомпонентных сплавов во многих случаях приводят к усложнению процесса моделирования и снижению адекватности получаемых результатов. В процесс построения компьютерных моделей отливок этап задания свойств материалов, начальных и граничных условий наиболее важен для получения адекватных моделей. На практике программы численного компьютерного моделирования, как правило, используют параметры фазовых превращений сплавов (температуры фазовых превращений, функции выделения твердой фазы в интервале кристаллизации сплава, концентрации твердой и жидкой фаз и др.) из баз данных, встроенных в программные комплексы. При этом эти свойства, как правило, определяются на основе равновесных диаграмм состояния. Однако в реальных производственных условиях затвердевание сплава в литейной форме представляет собой процесс, протекающий при неравновесных условиях и на который значительное влияние оказывают все факторы технологического процесса получения отливки. Следует также отметить, что методы расчета двухфазной зоны в интервале кристаллизации по равновесным диаграммам состояния обладают рядом недостатков: 1. возможность расчета двухфазной зоны только для сплавов с известными диаграммами состояния; 2. возможность расчета выделяющейся при затвердевании твердой фазы только для условий дендритной кристаллизации при очень низких скоростях затвердевания и, 17 как следствие, неадекватность моделей затвердевания для неравновесных условий затвердевания; 3. невозможность расчета объемной доли твердой фазы в следующих случаях:  если коэффициент распределения зависит от температуры или состава;  для сплавов эвтектических составов;  для интерметаллидных фаз;  для многокомпонентных сплавов. В связи с этим, результаты компьютерного моделирования литейных процессов, полученные с использованием параметров фазовых превращений сплавов на основе равновесных диаграмм состояния, часто не отражают реальный характер затвердевания сплава в литейной форме, и в таких случаях требуется выполнение корректировки результатов моделирования – сравнение полученных результатов моделирования с данными реального технологического процесса, выполнение так называемой «тарировки» исходных данных и проведение повторных расчетов. Таким образом, процессы формирования структуры отливок в условиях неравновесного затвердевания, модифицирование и рафинирование сплавов, использование вторичных материалов для производства отливок, большое разнообразие составов литейных сплавов и факторов технологического процесса получения отливок приводят к невозможности применения в программах численного моделирования термодинамических калькуляторов, основанных на использовании равновесных диаграмм состояния. Единственно возможным методом получения достоверных значений выделившейся твердой фазы и теплофизических свойств сплавов для моделирования литейных процессов остается получение экспериментальных данных методами термометрии. В настоящее время для этих целей применяются различные термометрические методы, однако наиболее простым и относительно легко реализуемым в производственных условиях является компьютерный термический анализ (КТА) по кривой охлаждения расплава. На сегодняшний день в методах КТА основными способами идентификации фазовых превращений является использование производных первого и второго порядков кривой охлаждения расплава. Однако в условиях реального производства затруднительно получить идеальную кривую охлаждения исследуемого сплава, так как для проведения термического анализа необходимо проводить отбор пробы расплава из печи с дальнейшей его заливкой и измерением функции температуры тест-пробы от времени. Таким образом, в результате проведенного анализа компьютерных программ численного моделирования литейных процессов установлено, что использование данных о параметрах фазовых превращений сплавов, полученных на основании равновесных диаграммах состояния, имеет существенные недостатки. Наиболее перспективным и относительно легко реализуемым в производственных условиях является компьютерный термический анализ по кривой охлаждения расплава. Для условий реального производства для получения данных о фазовых превращений сплавов необходимо разработать новые алгоритмы идентификации фазовых превращений при неравновесной кристаллизации с использованием данных КТА, полученных после заливки расплава в стандартные тест-стаканчики. 18 УДК 621.74.021 Рафинирующе-модифицирующая карбонатная смесь Магистрантка Зыкович И.Л., студент гр. 104127 Яковский Д.Д. Научный руководитель – Задруцкий С.П. Белорусский национальный технический университет г. Минск В настоящее время пристальное внимание исследователей и производственников направлено на поиск новых высокоэффективных, экологически безвредных рафинирующе-модифицирующих материалов, обеспечивающих высокую стабильность получаемых результатов. Такими перспективными материалами являются карбонаты, которые в жидком алюминии претерпевают термическую диссоциацию, либо вступают в химическое взаимодействие с компонентами расплава с образованием большого количества рафинирующих высокодисперсных газовых пузырьков СО-СО2. Термодинамические расчеты показали возможность протекания реакции. Учитывая относительно высокую температуру начала термической диссоциации карбоната кальция, CaCO3 → CaO +CO2; ∆G = 162340-140,81*T (Дж/моль); ∆G = 0 при T=1159K данную соль не принято рассматривать в качестве рафинирующего реагента расплавов на основе алюминия. Изучение термодинамических закономерностей в системе CaCO3-Al выявило возможность протекания реакции: 3CaCO3 + 2Al → 3CaO + Al2O3 + 3CO; (1) (∆G (Дж/моль) = – 294260,73 – 540,4*T) Образующий газ CO будет непрерывно удаляться из зоны реакции. Таким образом, при погружении карбоната кальция в расплав алюминия непрерывно протекает реакция (1). Образующиеся при этом пузырьки CO являясь вакуум-камерами для растворенного в расплаве водорода, будут, всплывая, рафинировать металл от неметаллических включений и водорода. Образующийся СаО не восстанавливается компонентами расплава до кальция при температурах обработки и заливки расплава: 3СаО+2Аl→ Аl2О3+3Са; ΔGо=230538,4-113,26∙Т (Дж/моль); 2СаО+Si→ SiО2+2Са; ΔGо=410952,48-64,68∙Т (Дж/моль). Изменение энергии Гиббса при 1000 К для этих реакций составляет 117,278 и 346,272 кДж/моль соответственно. Таким образом, карбонат кальция можно использовать как рафинирующий реагент, который при вводе в расплав претерпевает термическую диссоциацию с образованием рафинирующего газа СО2. Выделяющийся углекислый газ способствует перемешиванию металла, выравниванию его по температуре и химическому составу, а, главное, обеспечивает дегазацию и рафинирование расплава от неметаллических включений и водорода за счет адсорбции и флотации при высокой экологической чистоте процесса. Для получения качественного литья, кроме эффективной рафинирующей обработки металла, зачастую необходимо обеспечить получение модифицированной структуры отливок. Классическим модификатором эвтектики в силуминах является натрий. Вместе с тем применение натрия для модифицирования связано с рядом недостатков, самым 19 существенным из которых является быстрое выгорание натрия, что требует возобновления модифицирования через каждые 30…45 минут [1]. В связи с этим в последнее время большое распространение получают другие модификаторы, особенно стронций. Его преимущества перед натрием связаны прежде всего с более длительным сохранением модифицирующего эффекта, в том числе и после переплавов. Модифицирование кремниевой эвтектики в силуминах наблюдается уже при содержании стронция в расплаве свыше 0,008% [2]. Термодинамические расчеты подтверждают протекание реакции диссоциации карбоната стронция: SrСО3→ SrО + СО2; Кр= рСО2. При разложении SrСО3 в расплаве на основе алюминия, парциальным давлением СО2 в жидком металле можно пренебречь, таким образом, реакция диссоциации карбоната стронция будет непрерывно протекать в сторону образования SrО. Образующийся оксид стронция будет вступать в реакции с алюминием и кремнием- основными компонентами расплава: 3SrО+2Аl→ Аl2О3+3Sr; ΔGо = -523000-377,1∙Т (Дж/моль); 2SrО+Si→ SiО2+2Sr; ΔGо = -152700-207,44∙Т (Дж/моль). Для реакций взаимодействия оксида стронция с алюминием и кремнием изменение энергии Гиббса при 1000 К составляет -900,100 и -360,140 кДж/моль соответственно, что свидетельствует о протекании указанных реакций в сторону восстановления стронция, который затем переходит в расплав, где является модификатором эвтектического кремния. Представляло интерес создание оптимальной карбонатной композиции CaCO3xSrCO3, обладающей стабильными рафинирующе-модифицирующими свойствами в сплавах системы алюминий-кремний. Для поиска оптимального соотношения карбонатных порошков было опробовано действие дисперсных карбонатных композиций следующих составов: 1. Состав 1 – 95%CaCO3 + 5%SrCO3 2. Состав 2 – 90%CaCO3 + 10%SrCO3 3. Состав 3 – 85%CaCO3 + 15%SrCO3 4. Состав 4 – 80%CaCO3 + 20%SrCO3 5. Состав 5 – 60%CaCO3 + 40%SrCO3 Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что наиболее эффективной карбонатной композицией с точки зрения повышения прочностных, пластических свойств образцов и их плотности является карбонатная композиция состава №2 при расходных характеристиках 0,05% от массы обрабатываемого расплава в качестве дегазирующе-рафинирующей присадки, а также 0,5% от массы обрабатываемого расплава в качестве рафинирующе-модифицирующей присадки. Необходимо отметить, что в случае использования разработанной композиции в качестве рафинирующе-модифицирующего препарата постоянно в условиях какого- либо предприятия, ее расход в связи с низкими значениями угара стронция будет снижен, что связано с остаточным содержанием Sr в возврате. Литература: 1. О влиянии некоторых элементов на кристаллизацию силуминов/ А.М.Галушко, Б.М.Немененок, Г.В.Довнар, А.К.Акунец //Металлургия: Сб. ст. Под ред. В.С.Пащенко.- Минск: Вышэйшая школа, 1981. - Вып.15.- С.19-22. 20 2. Модифицирование силуминов стронцием/Под ред. К.В.Горева.- Мн.: Наука и техника, 1985.-143с. 3. Газы в цветных металлах и сплавах/Д.Ф.Чернега, О.М.Бялик, Д.Ф.Иванчук, Г.А.Ремизов.- М.: Металлургия, 1982.-72с. 4. Влияние дегазации алюминиевых сплавов газовой смесью азота и фреона на качество отливок/С.Томович, М.Томович, З.Арчинович, З.Гулишие //Литейное производство.-1994.- №7.- С.12-13. 5. Condon J.B., Schober T. Hydrogen bubbles in metals //Nucl. Mater.- 1993.- 207.- P.1-24. 6. Петров С.М., Петрова С.Г. Флюсы для алюминиевых сплавов //Современные литейные материалы и технологии получения отливок: Тез. докл. науч.-техн. конф.- Л.: Знание, 1991.- С.54-55. УДК 669.714 Моделирование процесса затвердевания мелкогабаритной отливки из стали 40Л Студент гр.104126 Молочко В.А. Научный руководитель – Слуцкий А.Г. Белорусский национальный технический университет г. Минск Основная цель работы – оптимизация литниково-питающей системы при литье в традиционную песчано-глинистую форму корпусной отливки из стали 40Л. Классическими дефектами таких отливок является образованию усадочных раковин и пористости. К данной отливке предъявляются повышенные требования по плотности и прочности. Повышенные требования обусловлены эксплуатационными свойствами данной детали. Для решения поставленной задачи использовали лицензионную систему имитационного моделирования «NovaFlow&Solid 4.3 r6». Применение «NovaFlow&Solid 4.3 r6» обусловлено следующими причинами: возможностью добавления в базу данных новых материалов, понятный интерфейс с возможностью использовать русский язык, цена лицензии. На первом этапе провели расчет процесса моделирования затвердевания отливки без прибыльной части. На рисунке 1 очевидно влияние процессов усадочного характера, а именно образование пористости, что в свою очередь ведёт к ухудшению эксплуатационных свойств детали работающей при больших нагрузках. Рисунок 1 – Характер распределения усадочной раковины и пористости в отливке без прибылей в различных плоскостях 21 В расчетах использованы цилиндрические прибыли с различными размерными (рис. 2). а) б) в) г) Рисунок 2 – Варианты прибылей для питания отливки Варьируя параметрами (диаметр основания и высота прибыли) наилучший результат показали прибыли изображённые рис. 2 б, хотя поверхность прибыли все же поражена пористостью. С целью исключения этого явления несколько увеличили высоту данных прибылей с шагом 20 мм (рис.2 в,г), однако эти вариации результата не дали. Исходя из вышеизложенного в качестве базовой технологии предлагаем рис. 2 б, из которого видно, что пористость хоть и не значительно, но всё же касается поверхности отливки и ее можно было бы снять механической обработкой, но для этого необходимо заложить эту мех. обработку в данную технологию. С этой целью была изменена высота отливки в сторону увеличения на 6 мм. На рис. 3 представлены результаты расчета усадочных дефектов при затвердевании по такому варианту. Рисунок 3 – Характер распределения усадочных дефектов в различных плоскостях предлагаемой технологии 22 Таким образом, моделирование литейных процессов на базе виртуальной системы «NovaFlow&Solid 4.3 r6» позволило без натурных экспериментов (а значит без соответствующих затрат) изучить характер затвердевания стальной отливки, подобрать наиболее оптимальные параметры прибылей, обеспечить формирование плотной структуры и, в целом, оптимизировать литниковую систему. Представленная технология позволит предотвратить многие литейные дефекты в первую очередь обусловленные усадочными процессами. УДК 621.74.699 Синтез силуминов методом прямого восстановления кремния из алюмоматричных композиций Студенты гр. 104126 Волкович А.И., Шахлович И.Г. Научный руководитель – Рафальский И.В. Научный консультант – Арабей А.В. Белорусский национальный технический университет г.Минск Сплавы на основе алюминия используются при производстве широкого ассортимента деталей в электротехнике, авиации, пищевой промышленности, в автомобилестроении, в строительстве. Наиболее широко используемыми в промышленности являются литейные алюминиево-кремниевые сплавы (силумины). В последние годы наметилась тенденция к увеличению доли производства этих сплавов для получения литых изделий. Авторами были проведены исследования процесса синтеза силуминов методом прямого восстановления кремния из алюмоматричных композиций с кремнеземсодержащими наполнителями. Получение синтетического силумина проводили в лабораторных условиях в электрической печи сопротивления типа СНОЛ в графитовых тиглях при температурах 700-1200 ОС. В качестве исходных материалов использовали алюминий марки А7, кварцевый песок, шихтовый кремний марки Кр2. Процесс получения синтетического силумина контролировали по следующим параметрам: температура перегрева расплава, температура начала и конца кристаллизации первичных и эвтектических фаз, содержание кремния, временные параметры плавки. Для приготовления алюмоматричных композиций была сконструирована и изготовлена лабораторная установка, которая включает лабораторную печь, графитовый тигель, устройство для перемешивания наполнителя и расплава с импеллером, желоб для подачи наполнителя (рисунок 1). 23 Рисунок 1 – Лабораторная установка для приготовления алюмоматричных композиций Контроль процесса протекания химической реакции между расплавом алюминия и оксидом кремния контролировали по температурам начала и конца фазовых превращений при затвердевании пробы расплава методом компьютерного термического анализа (рисунок 2). 1- штатив, 2 – тигель с расплавом, 3- термопара, 4- кварцевая трубка для термопары, 5 – защитный кварцевый колпачок термопары, 6 – кабель для подключения штатива к измерительному устройству, 7 – измерительное устройство, 8 – кабель для подключения измерительного устройства к ПК Рисунок 2 – Блок-схема компьютерного термического анализа Химический анализ и распределение элементов в полученных сплавах проводили с использованием метода микрозондового анализа на сканирующем электронном микроскопе. Металлографический анализ микроструктуры сплавов производили в соответствии с ГОСТ 1778-70 на оптическом микроскопе МКИ-2М-1 при увеличении от 200 до 300 крат. Приготовление шлифов осуществлялось путем механической полировки с последующей обработкой образцов в 0,5 % водном растворе HF. В результате исследований было установлено, что при использовании алюмоматричных композиций с кремнеземсодержащими наполнителями процесс восстановления кремния определяется химическим и фракционным составом наполнителя, температурно-временными параметрами приготовления алюмоматричных композиций, количеством вводимой фракции наполнителя, состоянием поверхности раздела контактирующих фаз. Полученные результаты 24 позволили предложить новый ресурсосберегающий способ получения синтетических сплавов и лигатур с высокими показателями выхода годного материала. УДК 621.74.043 Анализ процессов формирования пористости при литье под давлением Магистрант – Субота А.А., студент гр.104117 Кульбей Е.В. Научный руководитель – Михальцов А.М. Белорусский национальный технический университет г.Минск С 2003 года наблюдается ярко выраженный всплеск интереса заводов к моделированию литейных процессов. В то же время литейщики зачастую не понимают назначение систем и ждут от СКМ ЛП какого-то чуда. Одной из самых распространенных ошибок при моделировании литейных процессов является попытка делать какие-либо уверенные выводы по результатам одного расчета. Реальный процесс формирования отливки является вероятностным процессом, как физически – из-за принципиально недетерминированного характера многих физических процессов, так и технологически – из-за неизбежного колебания большинства технологических параметров. Например, известно, что даже в двух одинаковых отливках из одной партии раковины всегда немного ( или даже существенно) отличаются друг от друга. Однако, модели используемые в настоящее время являются детерминированными, т.е. моделируемая раковина при одинаковых исходных условиях в расчете всегда получится одной и той же. Этого достаточно, чтобы понять, что ни одна моделирующая система не дает точного описания реального процесса. Более того большинство программных продуктов моделируют реальные физические, а не технологические процессы, в результате чего на пользователе лежит полная ответственность за правильность назначения физических, а не технологических исходных данных, записываемых в технологические карты. Например, если речь идет о некотором материале, то для моделирования необходимы значения его теплоемкости, теплопроводности и т.д., а не химический состав материала и способы его изготовления. Несмотря на то, что физические характеристики материалов безусловно связаны с параметрами, заданными в технологии, чаще всего эта связь неизвестна, причем иногда неизвестна даже на качественном уровне. Для успешного применения моделирующей системы, пользователь должен обладать определенными знаниями по физике литейных процессов, а также представлять себе специфику литейной технологии конкретного производства для которого ведется моделирование. При неправильных представлениях о моделируемом процессе очень сложно правильно интерпретировать результаты моделирования. Совершенно ошибочно думать, что система моделирования может или должна автоматически учитывать все факторы, влияющие на качество отливки. Любая самая сложная литейная моделирующая программа всегда содержит определенные упрощения и ограничения по сравнению с реальным многофакторным и разномасштабным процессом формирования отливки. Чем лучше пользователь представляет себе модели, заложенные в используемую им СКМ ЛП, тем более надежные технологические решения он сможет принимать с помощью моделирования. Модели многих специфических литейных процессов в разных системах могут существенно отличаться друг от друга. При этом, парадокс ситуации заключается в том, что чем сложнее и адекватнее используемые в системе физические модели, тем в более общих чертах пользователь может их представлять. И наоборот – чем 25 упрощеннее модели, тем лучше и точнее пользователь должен их знать чтобы учитывать влияние принятых упрощений. Таким образом, чтобы образовать адекватное моделирование и правильную интерпретацию результатов моделирования, пользователь должен четко представлять себе чем отличается “проигрываемый” на компьютере процесс от реального процесса, т.е. он должен знать физические модели конкретной моделирующей системы. Помимо собственно физических моделей и математических алгоритмов, любая СКМ ЛП содержит определенные особенности реализации этих алгоритмов, в том числе чисто программные. Знание наиболее важных программных особенностей также может быть важным при эксплуатации системы. ProCAST – мировой лидер среди программ моделирования литейных процессов. Входящий в ProCAST модуль улучшенного расчета пористости использует математическую модель, в которой Микропористость образуются при выделении газов из жидкого металла по закону Сивертса. Закон Сивертса – это зависимость концентрации растворенного вещества (c) от действующего давления (p): , где – концентрация растворенного вещества в равновесии со стандартным давлением . Применительно к литью под давлением выделение газов возможно только в тепловых узлах отливки, затвердевание которых происходит после затвердевания питателя. При этом необходимо также учесть, что в момент затвердевания питателя в отливке присутствует избыточное давление, а газы из металла могут выделяться только при определенно невысоком давлении (атмосферное и ниже). На компенсацию этого избыточного давления усадкой необходимо определенное время, что приведет к еще большему сужению зоны действия закона Сивертса. Одновременно модулем APM игнорируется газ, захваченный металлом при заполнении полости формы, в то время как он является основным виновником образования пор. УДК 669.714 Исследование процесса получения сплавов специального назначения Магистрант Глушаков А.Н., студенты гр.104119 Билиба Н.Э., гр 104127 Туманик Г.С. Научный руководитель – Слуцкий А.Г.. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящих исследований является изучение процесса получения слитков из сплава Со-Сr-Мо специального назначения. Одним из методов извлечения легирующих элементов из соединения является металлотермическое восстановление. Данный процесс широко используется в металлургии для получения ферросплавов из трудновосстанавлиемых элементов. Реакция сопровождается выделением значительного количества тепла, за счет которого обеспечивается формирование слитка восстановленного металла, либо сплава. Важным показателем процесса является термичность смеси, Например для успешного протекания алюминотермического восстановления без внешнего подогрева термичность смеси должна быть не менее 2300 Дж/г 26 Были проведены термодинамические расчеты термичности восстановительных смесей на основе оксидов хрома, молибдена и кобальта. По хрому термичность составила порядка 2600 Дж/г, а по молибдену и кобальту этот показатель значительно выше (4700, 4300 Дж/г На основании полученных данных были подобраны составы смесей, обеспечивающие активное протекание алюминотермических реакции без внешнего подогрева. Была разработана методика лабораторных экспериментов и проведена серия восстановительных плавок На первом этапе исследовали характер протекания восстановительной реакций в зависимости от соотношения в составе смеси оксидов хрома, молибдена и кобальта Это позволило оптимизировать состав смеси, обеспечивающий активное протекание реакции. с максимальным металлургическим выходом получаемого слитка В качестве примера на рисунке 1 представлен общий вид полученных слитков. Рисунок 1 – Слитки сплава Со-Сr-Мо На втором этапе исследований изучали влияние количества восстановителя в составе смеси на металлургический выход сплава. Полученные результаты представлены в таблице 1 Таблица 1 – Результаты экспериментов Количество полученного сплава, г Количество восстановителя (Al), г расчетное фактическое Металлургический выход, % Ниже расчетного(8) 20 10.8 54 Расчетное (10) 20 15.2 76 Выше расчетного(12) 20 18.4 92 Выше расчетного(14) 20 19.4 97 Из представленных данных видно, что процесс восстановления хрома, молибдена и кобальта имеет место даже при концентрации алюминием восстановителя ниже расчетного. По мере увеличения избытка восстановителя металлургический выход существенно увеличивается. Оптимальное количество вводимого избыточного алюминия не должно превышать 20%. Полученные по такой методике слитки могут быть использованы в качестве шихты для последующего переплава на электронно-лучевой установке в заготовки нужного размера. Таким образом, проведенные исследования показали реальную возможность получения сплавов Со-Сr-Мо специального назначения с использованием высокотемпературного металлотермического восстановления. Литература Казачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов. – М.: Металлургия, 1988. – 288с 27 УДК 693.22.004.18 Анализ методов металлургической переработки лома и отходов на основе меди и алюминия Студент гр. 104127 Ишмяков А.А. Научный руководитель  Довнар Г.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является усиление внимания к проблеме металлургической переработки лома и отходов на основе меди и алюминия и статистический анализ статей реферативного журнала “Металлургия”. Всего в реферативном журнале “Металлургия” с января 2009 года по июнь 2010 года опубликовано 185 аннотаций на статьи, посвященные проблемам хранения и переработки сплавов на основе цветных металлов, из них 57 (31%) приходится на долю статей о переработке сплавов на основе алюминия и меди. Из которых: 38 (20%) статей посвящены сплавам на основе алюминия и 19 (11%) сплавам на основе меди. Приведенные цифры можно проиллюстрировать диаграммой 1. 1- статьи о сплавах на основе Al; статьи о сплавах на основе Cu; 2- статьи посвященные переработке других металлов. Рисунок 1 - Количество статей о переработке сплавов на основе Cu и Al, относительно к общему количеству статей о вторичной металлургии. Из вышеуказанных 57 публикаций на интересующую нас тему, 3 (5%) созданы белорусскими учеными. Темы этих 3-х работ: “Технологические аспекты рециклинга в роторных печах алюминийсодержащих отходов”, “Структурно-высокодисперсные слитки из вторичных силуминов”, “Опыт Ковровского электромеханического завода по металлургическому переплаву высокоокисленных стружечных и шлаковых отходов алюминийсодержащих сплавов”. Приведенная выше статистика говорит о серьезном значении алюминия и меди для мировой экономики, и, соответственно, высоком интересе к получению этих металлов из вторичного сырья. Это подтверждает тот факт, что за десятилетний период 1998-2007 гг. мировое производство меди увеличилось на 15%, алюминия и свинца - на 35%. Использование вторичного алюминиевого сырья дает большой экономический эффект при существенном улучшении сырьевого баланса страны. Капитальные затраты примерно в 5 раз ниже, чем в металлургии первичного алюминия, потребление энергии - в 10 раз меньше, а экологически вредные выбросы, в том числе вызывающие парниковый эффект, - меньше почти в 20 раз. Хотя промышленность осознает 28 необходимость наращивания переработки вторичного алюминия и меди, т. к. это позволяет сокращать энергозатраты на производство и выбросы парниковых газов в атмосферу, но пока уровень переработки вторичного алюминия, например в промышленно развитых США, составляет 54%. Алюминиевая ассоциация этой страны постановила увеличить уровень рециклирования к 2015 году до 75%. В Европе сегодня большое внимание уделяется переработке не только промышленного, но и бытового лома. За два года рост показателей рециклинга алюминиевой тары составил 5,4%. Если в 2006 году объем переработки металлических банок ограничивался 57,7%, в 2007 году он увеличился до 61,8% и в 2008 году достиг 63,1%. Если говорить о развивающихся странах, то можно привести в пример Индию, где согласно официальной статистики потребление вторичного алюминия может приблизиться к 40% с нынешних 20% за счет подключения к переработке алюминиевого лома крупнейших металлургических компаний. В Республике Беларусь согласно данным РПУП «Белцветмет», среднегодовое количество образования лома за 1999-2004 гг. в РБ: сплавов на основе алюминия- 5500 т., сплавов на основе меди- 4000 т. Из 4500 тонн лома и отходов цветных металлов, отгруженных на переработку предприятиям республики по нарядам ГО «Белвтормет» получено 3139 тонн алюминиевых сплавов, сплавов латуни – 238 тонн, бронзы – 224 тонны. Таблица 1 – Классификация статей по их содержанию. № Тема статей Количество статей Процент от общего количества 1 Переплав 17 30% 2 Экономика 11 19,25% 3 Общеметаллургические статьи 6 10,5% 4 Обработка металлов давлением 5 9% 5 Химические способы переработки 5 9% 6 Экология 3 5% 7 Электролиз 3 5% 8 Рафинирование 2 3,5% 9 Рекламные статьи 2 3,5% 10 Биометаллургия 1 1,75% 11 Гидрометаллургия 1 1,75% 12 Пиролиз 1 1,75% ИТОГО 57 100% Рисунок 2 – Иллюстрация к таблице 1 29 УДК 621.74 Исследование теплодинамических систем параметров процесса литья в металлическую форму Студент гр. 621271, Раев А.В. Научный руководитель – Вальтер А.И. Тульский государственный университет г. Тула Технология компьютерного моделирования литейных процессов - современное средство в разработке литейной технологии. Каждый расчет - это пробная заливка требуемой детали, но за меньшее время при незначительной стоимости. Требуются меньшие затраты на производство, чтобы оценить, качество получаемой отливки. Моделирование литейных процессов в (СКМ ЛП) «Полигон Софт» производиться в следующем порядке: создание модели отливки; создание модели литниково- питающей системы (ЛПС); генерация конечно-элементной сетки по созданным моделям; задание температуры металла, температуры формы, способа заливки, условия охлаждения формы и т.п.; подбор теплофизических свойств металла и других материалов; расчет процесса заполнения формы металлом; расчет процесса затвердевания отливки; изучение результатов моделирования, внесение изменений в конструкцию ЛПС, изменение параметров технологического процесса. На кафедре СЛиТКМ в системе (СКМ ЛП) «Полигон Софт» был смоделирован процесс изготовления автомобильного поршня, литьем под давлением в металлическую форму. Моделирование проходило в несколько этапов. На первом этапе была создана трехмерная модель автомобильного поршня на базе конструкторского чертежа. Затем модель была импортирована в систему (СКМ ЛП) «Полигон Софт». Поршень - одна из важнейших деталей двигателя внутреннего сгорания. Он передает энергию сгорания топлива через палец и шатун коленчатому валу. Он вместе с кольцами уплотняет цилиндр от попадания продуктов сгорания в картер. Во время работы на поршень действуют высокие механические и тепловые нагрузки. Для изготовления поршней в основном используют силумины - алюминиевые сплавы, реже серый или ковкий чугун, а также композиционные материалы. Алюминиевые сплавы имеют малую плотность, что позволяет снизить массу поршня и, следовательно, уменьшить инерционные нагрузки на элементы цилиндропоршневой группы. К положительным качествам алюминиевых сплавов следует отнести малые значения коэффициента трения в паре с чугунными или стальными гильзами. [1] Процесс формирования отливки происходит при интенсивном отводе теплоты от расплавленного металла, от затвердевающей и охлаждающейся отливки к массивному металлическому кокилю, что обеспечивает более высокие плотность металла и механические свойства, чем у отливок, полученных в песчаных формах. [2] Для создания геометрической модели отливки в СКМ ЛП "Полигон Софт" применяется программа «Пифагор». Принцип работы программы заключается в том, что любой двумерный геометрический объект при построении разбивается на геометрические «примитивы» - отрезки прямых и дуги. Собственно программа и является редактором «примитивов» и предоставляет широкие возможности для оперирования этими объектами. Кроме того, в программе предусмотрен достаточно мощный аппарат для просмотра получаемых изображений - увеличение и уменьшение объектов в широких пределах, увеличение выделенной области экрана, возврат к предыдущему и т.п. Расчет процесса затвердевания происходит в модуле встроенном в систему и называемый методом «Фурье» В основу его входит метод расчета теплопроводности (с помощью метода конечных элементов) по закону Фурье. 30 Результаты расчета процесса затвердевания в системе (СКМ ЛП) "Полигон Софт" приводятся в виде таблицы (табл. 1). Таблица представляет собой значение расчетной функции в каждом узле конечно-элементной сетки. По табличным данным приводится график процесса затвердевания (рис. 1.) Таблица 1 – Данные для построения графика теплопроводности Время от конца заливки, с 13 27 40 53 66,5 80 93 107 120 Температура в отливке, °С 565 510 455 400 345 290 235 180 125 Расчет раковин, макропористости и микропористости (формируется в условиях недостатка питания в зонах, расположенных выше уровня зеркала расплава), основан на вычислении объемной усадки и расчета движения зеркала расплава в каждой изолированной области питания. Метод вычисления используемый в системе (СКМ ЛП) "ПолигонСофт" это метод трёх критических точек. Точка начала линейной усадки P1, точка прекращения гравитационного течения жидкости P2, точка полного перекрытия междендритных каналов P3. По данным изменения жидкой фазы от времени заливки можно построить график (рис 2), данные берем из таблицы 2. Таблица 2 – Результаты расчета пористости и раковин Время от конца заполнения, с 13 27 40 53 66,5 80 93 107 120 Изменение жидкой фазы, % 80 50 10 5,00 4,00 3,00 2,00 1,50 0,50 Рисунок 1 – График теплопроводности поршня Рисунок 2 – Графические результаты расчета пористости и раковин Для расчета деформаций отливки в процессе затвердевания и для прогноза кристаллизационных трещин используют интегрированную в систему программу «Гук». Результаты расчета приводятся в виде таблицы, графы которой отражают значения максимальной деформации для текущего момента времени и максимальную деформацию за все прошедшее время (и то и другое для интервала затвердевания), напряжения при максимальной деформации, максимальную и минимальную температуры в отливке, температуры ликвидуса и солидуса, предельно допустимую деформацию. Литература: 1. Золоторевский В. С. Металловедение литейных алюминиевых сплавов/ Золоторевский В. С Белов Н. А. - М.: МИСиС, 2005. 376 с. 2. Литье под давлением. /Под ред. А. К. Белопухова. М.: Машиностроение, 1975. 400 с. с ил. 31 УДК 669. 714 Получение слитков сплава Со-Сr-Мо с использованием электронно-лучевого переплава Магистрант – Глушаков А.Н. Научный руководитель – Поболь.И.Л. Физико-технический институт НАН Беларуси г. Минск Электронно-лучевая плавка (ЭЛП) применяется при получении чистых металлов и сплавов и заключаются в повышении целого комплекса механических и технологических характеристик материалов. В процессе плавки происходит рафинирование путем удаления неметаллических включений и вредных примесей, дегазация и, зачастую, измельчение структуры. Применение вакуума в качестве защитной среды предотвращает окисление металла и облегчает диссоциацию уже имеющихся окислов. Такие преимущества делают электронно-лучевой переплав перспективным для обработки высокоактивных металлов. Актуальность применения ЭЛП возрастает, принимая во внимание высокую стоимость ряда металлов и сплавов и повышенные требования к функциональным свойствам изделий из них. Например, стоимость сплавов на основе кобальта, используемых при изготовлении деталей медицинских 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 деформации приобретает значительную экономическую эффективность. Проведены эксперименты по получению и переплаву Co-Cr-Mo сплава с использованием ЭЛП. Компонентами шихты являлись порошок Co, лигатура Cr-Мо и чистый Сr. В работе применялась установка с аксиальной электронно-лучевой пушкой с плазменным источником электронов на основе дугового разряда (рис. 1). 1 - изложница; 2 - медный кокиль; 3 – пластина из Со-Cr-Мо; 4 - компоненты шихты; 5 - электронный луч; 6 - эмиттирующая плазменная поверхность; 7 - ускоряющий электрод; 8 - электромагнитная линза; 9 - фокусирующая электромагнитная линза Рисунок 1– Схема установки для переплава 32 Процесс плавки проводился в медном кокиле (2). На первом этапе луч расфокусировали на всю поверхность кокиля. Мощность нагрева составляла 1200 Вт. Длительность воздействия электронного луча при переплаве - 5 мин. Этого времени достаточно для диссоциации присутствующих в расплаве окислов и для удаления примесей. После полного расплавления материала в промежуточной емкости электронный луч фокусируется для проплавления пластины из Со-Cr-Мо, (3) закрывающей сливное отверстие. Расплав из промежуточной емкости сливается в кокиль (1) и кристаллизуется. Конечным продуктом переплава отходов могут быть мерные заготовки в виде цилиндров для последующей штамповки изделий (рис. 2), например, чашки имплантата из сплава Со-Сr-Мо. Рисунок 2 – Полученный слиток из сплава Со-Cr-Мо Разработана многопозиционная оснастка для переплава и получения отливок в кокилях. Применение данной оснастки позволяет повысить производительность процесса. Проведенные микроструктурные исследования показали, что структура сплава измельчилась, пор и инородных включений в отливках не обнаружено. Полученные предварительные результаты свидетельствуют о перспективности применения электронно-лучевого переплава как для повышения технологических свойств сплава, так и получения заготовок для штамповки и выдавливания изделий применительно к медицинским имплантатам для эндопротезирования. УДК 620.179.13 Экспресс-тестирование сплавов методом термического анализа Студент гр. 104126 Шестюк И.В. Научный руководитель – Рафальский И.В. Научный консультант – Морозов Д.С. Белорусский национальный технический университет г. Минск Для получения новых сплавов и более совершенных методов обработки металлов с целью улучшения их свойств, существует необходимость изучения структуры и превращений в сплавах. В связи с этим применяются различные методы исследования. Одни позволяют определить структуру – макроскопический, микроскопический и др. Другие позволяют характеризовать тип механических свойств (механические испытания), определять температуры, при которых происходят фазовые превращения – термический метод и т.д. 33 Метод термического анализа (ТА) является одним из важнейших способов исследования металлов. Данный метод является простым, быстрым, надежным и дешевым, с его помощью можно определить различного рода параметры для чугуна, стали и цветных металлов и сплавов. ТА заключается в определении температур пре- вращений на основании наблюдений за изменением температуры чистого металла или сплава в процессе нагрева или охлаждения. В металлургии данный метод анализа широко используют для определения температур начала и конца кристаллизации сплава при затвердевании жидкой фазы. В ТА можно фиксировать так называемые кривые охлаждения, которые описывают затвердевание металла во времени. В случае какого-либо фазового превращения в сплаве на кривой появляются площадка или изломы. Процесс затвердевания сопровождается выделением тепла (экзотермическое превращение), что уменьшает скорость убывания температуры сплава и увеличивает время кристаллизации. Этот тепловой эффект может быть обнаружен не только методом ТА, но и с помощью дифференциально-термического анализа (ДТА). Эти классические термоаналитические методы успешно используются в науке уже более ста лет. ТА используют для прогнозирования поведения сплава при заливке в формы, структуры и свойств сплава. Сегодня на мировом рынке предлагают широкий ассортимент оборудования и приборов в основу работы которых положен метод термического анализа. Такие компании как – TA Instruments (США), NETZSCH (Германия), Heraeus Electro-Nite (Германия) являются мировыми лидерами по разработке и продажам аналитических приборов для термического анализа. Сегодня современное оборудование позволяет получать гораздо больше информации об исследуемом расплаве. К современным тенденциям в области металлургии можно отнести постоянное совершенствование методов исследования расплава, проведение более глубоких исследований, с помощью которых можно выделить пока еще неизвестные или малопонятные явления, а также развитие моделирования и информационных технологий в этой области. Сегодня благодаря различным методам анализа постоянно происходит разработка новых перспективных и совершенствование существующих материалов. Возможность компьютерной обработки данных о термических превращениях позволила повысить точность определения температуры начала и конца кристаллизации, что значительно облегчает проведение анализа результатов эксперимента. Таким образом, работа в данном направлении остается актуальной для создания и совершенствования научной базы, которая помогает получать данные для прогнозирования свойств металла и изменений при их затвердевании. УДК 621.745.669.13 Исследование процесса легирования чугуна медьсодержащими отходами Студенты гр.104119 Кривопуст А.А., гр. 104127 Шаломанов Г.А., гр. 104126 Юхо Д.В. Научный руководитель – Слуцкий А.Г. Белорусский национальный технический университет г. Минск В работе представлены результаты исследований по легированию чугуна медью с использованием, как традиционных методов, так и с применением отходов в виде медьсодержащего шлака. 34 Плавка СЧ осуществляется в высокочастотной индукционной печи с кислой футеровкой ИСТ 006. В качестве шихтового материала использовали нелегированный лом чугуна и лом стали в соотношении 90% и 10%. Медь как в чистом виде, так и в виде отходов вводились в твёрдую металлозавалку в различных количествах (от 0,2 до 0,8%). После полного расплавления шихты и перегрева чугуна, заливались пробы для исследования химического состава, технологических свойств (отбела), микроструктуры и твёрдости полученного сплава. Обобщенные рузультаты исследований представлены в таблице 1 Установлено, что по мере увеличения добавки в чугун как чистой меди,так и медьсодержащего шлака , величина отбела изменяется незначительно. . Состав медьсодержащего шлака следующий: Cu – 45%; CuO – 15% (11,5% меди); SiO2 – 11%; ZnO – 9% (7,2% цинка); PbO – 7% (6,5%Pb); FeО – 5%; SnО – остальное (7%Sn). Видно, что наряду с медью он содержит в небольших количествах такие элементы, как олово, цинк и свинец в виде соединений. На рисунке 1 показано влияние добавок медьсодержащего шлака на уровень легирования серого чугуна. Исходя из того, что в шлаке содержится примерно 50% меди, его вводили в 2 раза больше, чем чистой меди. 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 Исх. 0,5 1 1,5 2 Величина добавки шлака, % С од ер ж а н ие э ле м ен то в ,% Cu Zn Pb Sn Рисунок 1 - Влияние добавок шлака на содержание меди и остальных примесей в чугуне Установлено, что по мере увеличения добавки в чугун как чистой меди, так и медьсодержащего шлака , величина отбела изменяется незначительно Химический анализ полученных образцов показал, что использование в составе шихты медьсодержащего шлака позволяет эффективно легировать чугун медью. В зависимости от величины добавки содержание в сплаве меди изменялось от 0,15 до 1,2%. При этом степень усвоения данного легирующего элемента была достаточно высокой и составляла порядка 90%. Наличие в шлаке небольшого количества олова, свинца и цинка оказало влияние этих элементов на химический состав выплавляемого чугуна. Максимальный уровень микролегирования при условии 100% - го усвоения, по этим элементами при добавках 2% медьсодержащего шлака составил: по свинцу – 0,13%, по олову – 0,35%, по цинку – 0,14%. В результате проведенных исследований установлено, что способ легирования не оказывает влияния на химический состав, твердость, микроструктуру чугуна. В качестве примера на рисунке 2 представлены фотографии микроструктуры легированных чугунов. 35 а) б) Рисунок 2 – Структуры чугуна легированного чистой медью (а) и медьсодержащим шлаком (б). 500х Таким образом, проведённые исследования показали реальную возможность использования в качестве легирующего компонента в составе металлошихты, взамен дорогостоящей первичной меди, медьсодержащий шлак . УДК 621.746 Исследование влияния температурно-временных параметров плавки и скорости охлаждения при затвердевании модифицированных силуминов на процесс образования усадочных дефектов Студент гр.104126 Шестюк И.В. Научный консультант – аспирант Лущик П.Е. Научный руководитель – Рафальский И.В. Белорусский национальный технический университет г.Минск Для проведения исследований по влиянию температурно-временных параметров плавки и скорости охлаждения при затвердевании модифицированных силуминов на процесс образования усадочных дефектов использовались: - метод компьютерного термического анализа пробы расплава; - метод имитационного моделирования процесса затвердевания с использованием программного пакета ProCAST; - метод визуальной оценки технологической пробы. В качестве объекта исследования использовался силумин с различным содержанием кремния – 7%, 13% и 17%. Модификаторами расплава служили: a) натрий (вводился в виде универсального флюса с составом 50 %NaCl, 30 % NaF, 10%KCl 10 % Na3AlF6), б) стронций (вводился в лигатуре Al-5%Sr), в) сурьма (вводилась в чистом виде). Все сплавы готовились в муфельной печи сопротивления типа СНОЛ. Температура ввода модификатора в расплав составляла 800 °C. Анализ процесса затвердевания сплавов проводился путем обработки температурно-временных зависимостей кристаллизации (кривых охлаждения), полученных методом термического анализа при различных скоростях охлаждения (0,8 °C/сек, 1,7 °C/сек, 2,5 °C/сек) пробы расплава. Для получения экспериментальных данных в качестве датчика температуры использовали тарированные хромель- алюмелевые термопары, запись и обработка информации осуществлялась с 36 использованием микропроцессорного устройства термического анализа и персонального компьютера. Данные компьютерного термического анализа (температуры ликвидус и солидус, зависимость количества твердой фазы от температуры) импортировались в систему имитационного моделирования литейных процессов ProCAST для анализа влияния модификаторов на процесс образования усадочных дефектов. Исследования показали, что для различных скоростей охлаждения характер кристаллизации сплава остается практически неизмененным. Анализ результатов компьютерного моделирования затвердевания пробы расплава, при различных температурно-временных условиях и скоростях охлаждения показал, что для исследуемых образцов температурно-временные параметры плавки оказывают влияние на образование усадочных дефектов на 5-10%. При этом увеличение температуры приводит к снижению общего объема пористости и увеличению усадочной раковины. Скорость охлаждения оказывает влияние на образование усадочных дефектов на 15-20%. При этом характер образования усадочных дефектов в зависимости от скорости охлаждения неоднозначен для различных модификаторов. Исходя из анализа результатов моделирования можно утверждать, что температурно-временные параметры и скорость охлаждения имеют значительно меньшее влияние на образование усадочных дефектов, чем сам характер затвердевания, изменяющийся при введении различных модифицирующих добавок. 37 Материаловедение в машиностроении 38 УДК 621.793 Исследование причин разрушения клепочного соединения рамы автомобиля АЛ- 3(131) с подставкой пакета колен Студенты групп 104517 Ситникова О.М., Зданович О.В., гр. 104217 Буланов А.В. , Янущик Н.М. Научные руководители – Стефанович В.А., Борисов В.Г. Белорусский национальный технический университет г. Минск Цель работы: определение причин разрушения клепочного соединения рамы автомобиля АЛ-3(131) с подставкой пакета колен. Для анализа разрушения клепочного соединения были представлены 6 изломов заклепок. Качество клепочных соединений, представленных 3 изломами заклепок, удовлетворительное. На заклёпках сформированы симметричные относительно оси заклепки полукруглые головки(Рис.1а). Качество клепочных соединений, представленных тремя другими образцами изломов, неудовлетворительное (Рис. 1б). Рисунок 1 – Формы заготовок заклепок Головки заклёпок сдвинуты в сторону на половину диаметра цилиндрической части заклепки. Такой брак привел, естественно, к ослаблению клепочных соединений, появлению в них люфта и последующих зазоров из-за деформации тела заклёпки и отверстий в раме автомобиля и надстройки пакета колен, до выдвижной пожарной лестнице. Об этом свидетельствуют следы износа и отсутствие ржавчины на цилиндрической поверхности заклепок, что говорит о динамическом воздействии на тело заклёпки со стороны рамы автомобиля и надстройки пакета колен во время работы установки это подтверждается микроструктурой поверхностного слоя заклепки и вместе контакта с рамой (Рис.2). Сильно развитая текстура поверхностного слоя достигает толщины 0,4 – 0,5 мм, что доказывает наличие большой степени пластической деформации (  %8070 ) и наклёпа. Микротвердость в нагартованной зоне колеблется в пределах H200 412 – 500 кГс/мм2 (HB 384 - 460), а в центре заклёпки – HRB 75-77 (HB 128 - 134). Рисунок 2 – Микроструктура поверхностного слоя некачественной заклёпки 39 Исследование поверхности излома качественных заклёпок позволило установить усталостный тип разрушения (Рис. 3). 1 – зона распространения усталостной трещины, 2 – зона долома Рисунок 3 – Схема усталостного излома заклёпки Ширина зоны распространения усталостной трещины составляет 3-4 мм. На цилиндрической поверхности качественной заклепки отсутствуют следы механического взаимодействия с рамой автомобиля и надстройкой пакета колен, поверхность покрыта ржавчиной. В цилиндрической части заклепки в поверхностном слое отсутствуют следы текстуры (наклепа), структура такая ж, как в центре заклепки (Ф+П). На рис. 4, представлены микроструктуры цилиндрической части заклёпки. Как видно из рис. 4а в поверхностном слое заклёпки отсутствуют следы текстуры (наклёпа), структура такая же, как и в центре заклёпки (Ф+П), без термической обработки Рис. 4б. а – микроструктура поверхностной зоны заклёпки, б – микроструктура в центре заклёпки Рисунок 4 – Микроструктура качественной заклёпки Визуально структура материала заклёпки соответствует марке стали - сталь 10 – сталь 15. Размер зерна в центре и поверхности соответствует 7 баллу по ГОСТ 5639-65. Твердость в поверхностном слое цилиндрической части заклёпки и в центре одинакова и составляет HRB 75 – 77 (HB 128 - 134). Твердость HB хорошо коррелирует с временным сопротивлением B = 0,36 HB [1], что соответствует для заклёпочного соединения – B = 0,36 HB (128 - 134) = (46 - 48) кГс/мм 2 = (460 - 480) МПа. Для точного определения марки стали заклёпок необходимо проводить химический или спектральный анализы. Таким образом, причиной, повлекшей разрушение клёпочного соединения рамы автомобиля с надстройкой пакета колен пожарной лестницы, является некачественное исполнение отдельных клёпочных соединений при сборке узла. 40 УДК 669.14.018 Анализ технико-экономических показателей и прогноз тенденций развития штамповых сталей для горячего деформирования Студент гр. 104217 Янущик Н.М. Научный руководитель – Вейник В.А. Белорусский национальный технический университет г. Минск Цель работы: проанализировать технико-экономические показатели и спрогнозировать направленность развития штамповых сталей для горячего деформирования. Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Обобщить и проанализировать литературные данные по особенностям условий работы и принципов легирования штамповых сталей для горячего деформирования (далее ШСДГД); 2. Изучить общие технические условия ШСДГД согласно ГОСТ 5950 – 2000; 3. Рассмотреть существующие технологии термической и химико-термической, а также других видов обработки ШСДГД и изделий из них; 4. Проанализировать технико-экономические показатели ШСДГД; 5. Спрогнозировать направленность развития ШСДГД в будущем. В современных условиях работы с расширением номенклатуры обрабатываемых сплавов и материалов, увеличением производительности и мощности оборудования штамповый инструмент испытывает возрастающие нагрузки. Требования к материалу штампов непрерывно растут. ШСДГД предназначены для изготовления инструментов (штампов), работающих при повышенных температурах, многократных теплосменах, динамических нагрузках, а в ряде случаев и при значительном коррозионном воздействии обрабатываемого металла (формы литья под давлением). Поэтому эти стали должны иметь высокую твердость, износостойкость, теплостойкость, вязкость, разгаростойкость, окалиностойкость, а также прокаливаемость. Данных свойств добиваются путем комплексного легирования. По характеру легирования и сочетания основных свойств, приобретаемых после окончательной термической обработки, ШСДГД условно можно разбить на три группы: 1. Умеренной теплостойкости и повышенной вязкости, разогревающиеся в процессе работы до 500 – 550 0C. Примером марок таких сталей являются: 5ХНМ 5ХНВ, 3Х2МНФ, 4ХМФС, 5Х2МНФ и др.; 2. Повышенной теплостойкости и вязкости (до 620 – 650 0C) Примером марок таких сталей являются: 4Х4ВМФС, 4Х5В2ФС, 4Х5МФС и др.; 3. Высокой теплостойкости (до 660 – 680 0С) Примером марок таких сталей являются: 5Х3В3МФС, 3Х2В8Ф, 4Х2В5МФ и др. [1]. Согласно ГОСТ 5950 – 2000 общим характерным признаком сталей этих групп ШСДГД является содержание углерода 0,3 – 0,6%, что предопределяется повышенными требованиями к ним относительно вязкости и разгаростойкости. Для первой группы ШСДГД характерно присутствие небольших содержаний карбидообразующих элементов: 0,5 – 1,5% Cr и 0,2 – 07% Mo или W, существенно задерживающих распад мартенсита при нагреве, но недостаточно для обеспечения вторичного твердения, а также легирование 1,5 – 2,5% Ni или Mn для увеличения прокаливаемости. Вторая группа обладает более высоким уровнем легирования: до 2,5 – 5,5% Cr, 2 – 3% W и Mo, 1% V, что благоприятно сказывается на прочности, 41 прокаливаемости и теплостойкости. Характерной особенностью третьей группы является повышенное содержание W или суммы W и Mo в количествах от 3 – 18% [2]. Структура отожженных ШСДГД состоит из перлита и избыточных карбидов. Перлит в зависимости от режимов отжига, может быть зернистым и пластинчатым, возможно также образование смешанных структур. С точки зрения обрабатываемости и устойчивости против перегрева оптимальной для малолегированных сталей является структура зернистого перлита с размером частиц 1,3 – 1,6 мкм. Закалка данных сталей осуществляется на мартенсит в масло с последующим двукратным средним отпуском для повышения вязкости, при этом температуру второго отпуска назначают на 30 – 40 0C ниже, а продолжительность на 25 – 30% меньше первого. Получаемая структура соответствует троститной, троститно-мартенситной в зависимости от принципа легирования. Кроме классической термической обработки целесообразно применять к ШСДГД высокотемпературную механическую обработку (ВТМО), которая оказывает положительное влияние на механические свойства данных сталей. Уже при небольших степененях деформации (20-25%) в сталях типа 5ХВ2С, 4Х5МФС и др. после упрочнения повышается ударная вязкость, контактная выносливость и устойчивость против хрупкого разрушения в 2 – 4 раза. ВТМО, не вызывая значительного повышения плотности дефектов кристаллического строения по сравнению с обычной закалкой, может увеличивать теплостойкость [1]. Для увеличения твердости при высоких температурах используют химико- термическую обработку (ХТО): азотирование, ионное азотирование, диффузионное хромирование, борирование. На поверхность гравюры штампа из газовой фазы проводят осаждение карбидов титана, имеющих особо высокую твердость. Одной из современных технологий, позволяющей заметно (в несколько раз) повысить износостойкость режущего и штампового инструмента, является ионное азотирование. Ионное азотирование является одним из основных методов увеличения долговечности штампового инструмента и литьевой оснастки из сталей 5ХНМ, 4Х5МФС, 3Х2В8, 4Х5В2ФС, 4Х4ВМФС, 38Х2МЮА, т.к. обеспечивает формирование на обрабатываемых деталях азотированного слоя с заданной структурой. Оптимизация свойств упрочняемой поверхности обеспечивается за счет необходимого сочетания нитридного и диффузионного слоев, которые врастают в основной материал [3]. Наплавка на ряду с ХТО и ВТМО является одним из эффективных способов повышения стойкости и экономичности штампов. Ее применяют как для восстановления отработанных штампов, так и для изготовления новых. В последнем случае к наплавляемому предъявляют значительно более высокие требования по износостойкости, теплостойкости и другим свойствам, чем к основному металлу [1]. Таким образом, проблема повышения износостойкости штампового инструмента становится все более актуальной в связи с существенным удорожанием природных ресурсов и ростом их дефицитности. Для повышения технико- экономических характеристик ШСДГД необходимо более широко применять методы специальных упрочняющих обработок: поверхностного упрочнения химико- термической обработкой или наплавкой и производить, обработку связанную с изменение дислокационной структуры металла (здесь ВТМО), а так же применять более передовые методы термической обработки (например, изотермическую закалку и др.), а так же разрабатывать и новые типы сред охлаждения, а для пресс-форм из сталей 3Х2В8, 4Х5МФС, ХВГ, 40Х и др. (для литья алюминиевых сплавов, пластмасс, стеклопластиков, резины), работающих в жестких технических условиях новые системы легирования с возможным повышением легирующих элементов, входящих в их состав. И именно в данных направления видятся дальнейшие тенденции развития штамповых сталей для горячего деформирования. 42 Литература 1. Позняк, Л.А. Штамповые стали / Позняк Л.А. М.: Металлургия, 1980. 2. Прутки, полосы и мотки из инструментальной стали: ГОСТ 5950 – 2000. – М.: Изд-во стандартов, 2001. 3. Лахтин, Ю.М. Теория и технология азотирования / Лахтин Ю.М. М.: Металлургия, 1991. УДК 621.793 Устройство для изготовления сложнополостных деталей технологической оснастки плазменным напылением Студент гр.104516 Макаревич А.А. Научный руководитель – Соколов Ю.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Цель работы - улучшение качества рабочей полости формообразующего инструмента изготавливаемого плазменным напылением, за счёт снижения остаточных напряжений и пористости. Напылением на формообразующую модель-подложку необходимого по свойствам материала создаётся оболочка – рабочий слой детали, слой, контактирующий с поверхностью формообразующей модели и несущий впоследствии основные эксплуатационные нагрузки. После охлаждения модель извлекается из напыленной оболочки, формообразующая поверхность которой точно копирует конструктивные элементы модели, ее размеры и состояние поверхности. Напыление можно проводить, как на нагретую, так и на холодную модели- подложку, однако в последнем случае в напыленном слое могут возникнуть внутренние напряжения, препятствующие равномерному наращиванию слоя. Плазменные покрытия формируются при постоянно возрастающем уровне внутренних напряжений, которые являются причиной или отделения покрытия от подложки при достижении критической толщены слоя или нарушения его сплошности. В работе использовали устройство для осуществления процесса напыления порошков на холодную подложку, позволяющий нивелировать влияние напряжений на ход формирования структуры покрытий. Устройство содержит двухполюсную электромагнитную систему, полюсные наконечники которой замкнуты подвижной частью магнитопровода с размещённой на ней подложкой. Подвижная часть магнитопровода выполнена в виде траверса из ферромагнитного материала. После подачи напряжения в электромагнитную систему, посредствам гаечно- винтового механизма через упругий элемент подложку нагружают внешней силой путем разрыва контакта между магнитопроводом и полюсными наконечниками. Упругий элемент обеспечивает нагружение подложки вибрациями требуемой частоты. Изменяя зазор между подвижной частью магнитопровода и полюсными наконечниками и замеряя посредством амплитудо-частотометра значения величины частот строят резонансную характеристику, из которой определяют интервал резонансных частот рабочего режима нагружения положки. Под действием знакопеременного магнитного поля на резонансной частоте, прикладываемого во время магнитной стабилизации происходит снятие внутренних напряжений в покрытиях, возникающих вследствие термических условий напыления. Снижение напряжений объясняется тем, что при резонансном режиме вибрации происходит развитие релаксационных процессов в покрытиях. 43 В результате напряжения в покрытии могут превышать по величине значения критического сопротивления сдвига. При этом реализуется избыток энергии, запасенной при пиковых резонансных значениях вибрации, возбуждаемых в формируемом покрытии путем перераспределения дислокаций. Результаты испытаний свидетельствуют о том, что устройство для изготовления сложнополостных деталей технологической оснастки плазменным напылением позволяет получать изделия более высокого качества путем одновременного воздействия на формируемую оболочку изделия низкочастотных и высокочастотных механических колебаний заданного частотного диапазона. УДК 621.793 Оптимизация технологических режимов плазменного напыления при изготовлении матриц пресс-форм Студент гр.104516 Ясный А. В. Научный руководитель – Соколов Ю.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Цель работы – рассмотреть общий подход к расчету тепловых режимов при плазменном формообразовании. Плазменное формообразование – процесс нанесения покрытия на поверхность модели (подложки) с помощью плазменной струи. Процесс используется для изготовления матриц пресс-форм. Слой, полученный при плазменном напылении, в дальнейшем эксплуатируется без модели, и имеет толщину, значительно большую по сравнению с покрытиями, которые наносятся другими способами. Основные свойства, которые определяют служебные характеристики матриц пресс-форм: плотность, твердость, ударная вязкость, предел прочности на растяжение, пористость и износ. Все остальные свойства менее значительно влияют на характеристики формообразующего изделия. При проведении исследований было выявлено, что процесс плазменного формообразования весьма сложен с точки зрения химии, физики, теплотехники и металлургии, и характеризуется множеством факторов, наиболее значимые из которых: мощность плазменной дуги, дистанция напыления, расход порошка, температура подложки. В работе использовался метод оптимизации технологических параметров напыления, предложенный Боксом-Уилсоном [1], который включает два этапа:  Построение линейной математической модели процесса.  В случае успеха первого этапа по градиенту полученной модели осуществляют крутое восхождение к области оптимума. Метод может быть применен для всех напыляемых порошков, независимо от их состава, и служить основой для расчета тепловых режимов напыления. Литература 1. Основы научных исследований. Математическое моделирование технологических процессов. Г. Ф. Протасевич [и др.]– Минск.: БНТУ, 2009. – 91 с. 44 УДК 669.18 Влияние чистоты по примесям на механические свойства конструкционных улучшаемых сталей Студент гр.104216 Гарнов М. А. Научный руководитель – Щербаков Э. Д. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является усиление внимания к проблеме содержания вредных примесей в конструкционных сталях и влияние их на механические свойства. Данные о чистых сталях начали появляться в 60-70 гг. Известно, что исследования на сталях выявили сильное охрупчивающее действие фосфора, выражающееся в повышении порога хладноломкости, увеличении тенденции к межкристаллитному разрушению. Увеличение содержания фосфора даже от тысячных до сотых долей процента приводит к резкому усилению восприимчивости стали к обратимой отпускной хрупкости. Увеличение размера зерна аустенита с 8-го до 1-го балла в стали с 0,002 % Р не изменяет положения порога хладноломкости после отпуска при 450 С, тогда как при 0,023 % Р такая же обработка вызывает повышение Тк на 32 С и ∆Т составляет 106 и 138 оС. У высокочистых сталей склонность к отпускной хрупкости при укрупнении зерна не повышается. В состоянии отпускной хрупкости содержание фосфора по границам зёрен приблизительно в 2 раза больше, чем в неохрупченном состоянии. Очевидно, что чем крупнее зерно, тем меньше суммарная площадь границ. При постоянном содержании примесей в стали относительное содержание их на межзёренной поверхности будет тем больше, чем крупнее зерно и тем больше будет охрупчивающее действие зернограничных примесей. Чем чище сталь, тем указанный эффект роста зерна меньше. В настоящее время достигнута выплавка стали с низким содержанием серы и фосфора. Если раньше содержание фосфора в конструкционной стали лежало в промежутке от 0,025 – 0,045 %, то в настоящее время РУП «БМЗ» поставляет на предприятия плавки с содержанием фосфора 0,006 – 0,015 %. В связи с этим необходимо широко применять такие стали для изготовления ответственных деталей, которые должны противостоять усталостному разрушению. Так же с внедрением чистых сталей необходимо поменять устоявшуюся технологию термической обработки деталей. Можно отказаться от некоторых операций термической обработки, что уменьшит время, и, соответственно, финансовые затраты на производство деталей. В работе будут проведены испытания на образцах из стали марки 40Х, содержание фосфора в которой 0,006 %. Проведутся опыты на сопротивление образцов вязкому разрушению. Образцы подвергнутся исследованию при разных температурах нагрева под закалку в лабораторных печах SNOL. Так же будут подбираться различные температуры отпуска и исследована структура на излом. По полученным данным будут составлены зависимости ударной вязкости от температуры, предложена новая энергосберегающая технология изготовления коленчатого вала из стали 40Х и приведены технико-экономические показатели. 45 УДК 621.7.011. Выявление причин механического разрушения штампов для горячего деформирования алюминиевых сплавов Студенты групп 104517 Зданович О.В. и 104217 Стражников И.А., Мороз М.С. Научные руководители – Стефанович В.А., Борисов В.Г. Белорусский национальный технический университет г. Минск Цель работы: выявить причины механического разрушения штампов для горячего деформирования алюминиевых сплавов . Для анализа были представлены образцы стали 4Х4ВМФС с размером 30х20х15 м, вырезанные из центральной и поверхностной зоны поковки из которой изготавливались штампы горячего деформирования алюминиевых сплавов. Изготовленные из данной стали штампы горячего деформирования механически разрушались в процессе работы деформирования. На представленных образцах был проведен контроль стали на загрязненность неметаллическими включениями, проводился по методикам ГОСТ 1778-70 « Металлографические методы определения неметаллических включений » по методу Ш1, широко применяемому для контроля конструкционных, теплоустойчивых инструментальных, нержавеющих сталей. Средний балл неметаллических включений подсчитывался как среднее арифметическое максимальных оценок каждого образца для каждого вида включений по наиболее загрязненному месту шлифа. Проведенный анализ выявил наличие в структуре стали следующих неметаллических включений: а) оксиды строчечные, расположенные группами в виде строчек по направлению оси прокатки; б) оксиды точечные, расположенные по всей плоскости шлифа; в) пластичные силикаты и сульфиды, вытянутые вдоль волокна; г) глобулярные или неправильной формы включения недеформируемых единичных или групповых силикатов. В центре поковки балл неметаллических включений определяемый по строчечным оксидам и пластичным сульфидам и силикатам равен 5 (по пятибалльной шкале- ГОСТ 1778-70). Балл оксидов точечных равен 4-5. В поверхностной зоне поковок размер вышеперечисленных неметаллических включений на 1-2 балла меньше. Кроме равномернорасположенных неметаллических включений на поверхности исследуемых шлифов из центральной части поковки визуально наблюдается скопления неметаллических включений, вытянутых вдоль оси прокатки, длинной до 2 мм (примерно на площадь 1 см2 приходиться одно такое включение). В структуре стали, особенно в центральной части поковки, встречаются глобулярные или неправильной формы силикаты, размер которых, определяемых по методу к, превышает 13 группу (размер включений методом к, подразделяется на 13 групп). Проведенный металлографический анализ установил такое наличие микротрещин длинной 0.2-0.5 мм, появившихся при ковке по сосредоточению строчечных неметаллических включений. В стали наблюдается слабовыраженная полосчатость, соответствующая второму баллу (ГОСТ 5950-73). Размер зерна аустенита соответствовал 4-5 баллу (ГОСТ 5639-65). Зерно аустенита выявлялось химическим травлением в пересыщенном водном растворе, пикриновой кислоты. Выявленный размер зерна аустенита говорит о перегреве стали при проведении предшествующей термической обработке или ковки. Размер зерна 46 аустенита стали 4Х4ВМФС при правильно проведенных режимах горячей обработки давлением и термической обработки соответствует 9-10 баллу (ГОСТ 5950-73). Структура перлита в исследуемой стали соответствует 10 баллу (ГОСТ 5950-73). Микроструктура стали представляет грубый пластинчатый перлит с выделениями по границам зерен игольчатых включений феррита (видманштетта), что также указывает на перегрев стали. В нормальной отожженной стали 4Х4ВМФС структура -зернистый перлит балл 3-7. На поверхности поковки металлографически (ГОСТ 1763-68) выявлена зона частичного обезуглераживания со следами пережога толщиной до 2.5 мм. Выявленные в процессе анализа вышеперечисленные дефекты стали 4Х4ВМФС приводят к повышенной хрупкости изделии, изготовленных из данной стали: 1) Из-за повышенной плотности и размеров неметаллических включений : в центральной части поковки балл 5, допустимый 1…2. 2) Перегрева стали : балл зерна аустенита 4…5, допустимый 9…10. 3) Структура стали 4Х4ВМФС перед термической обработкой должна иметь структуру – перлит зернистый балл 4…6. В исследуемой стали грубопластинчатый перлит – балл 10 с игольчатыми выделениями феррита по границам зерен. 4) Повышенная глубина обезуглероженного слоя (до 2.5 мм) со следами пережога. Выводы: Все вышеперечисленные дефекты обусловлены: 1. Длительным нагревом заготовки под горячую ОМД и отсутствием защитной атмосферы в печи. 2. Отсутствием отжига и неправильным режимом ковки. 3. Неправильным выбором размеров заготовки для получения поковки. 4. Высокой загрязненностью стали неметаллическими включениями металлургического характера. УДК 669.018.44 Инновационные технологии в производстве и применении жаропрочных сплавов на основе никеля Студент гр.104217 Григорчик А.Н. Научный руководитель – Пучков Э.П. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является усиление внимания к проблеме жаропрочности никелевых сплавов и защиты от высокотемпературной газовой коррозии и эрозии лопаток ротора турбины газотурбинного двигателя. Разработка конструкционных жаропрочных сплавов на никелевой основе, работающих при температурах до 11000С и отличающихся пониженной плотностью, является актуальной задачей для авиационных двигателей. Дальнейшее повышение жаропрочности сплавов осуществляется путём увеличения содержания тугоплавких элементов, что в свою очередь увеличивает стоимость, плотность и следовательно, нагрузки на ротор. Всё выше перечисленное приводит к увеличению массы двигателя, уменьшению тяги и снижению срока службы. При создании новых литейных материалов особое внимание привлекает интерметаллид Ni3Al.Этот интерметаллид является упрочняющей фазой, выделяющейся при старении никелевых сплавов. Интерметаллидное соединение Ni3Al обладает высокой температурой плавления 13850С, пониженной плотностью 7530 кг/м3, а также его особенностью является повышенный предел текучести. Высоким 47 сопротивление окислению при температурах 1200…12500С обладает соединение Ni3Al, в котором часть атомов никеля и алюминия замещены хромом, титаном, молибденом и вольфрамом. Небольшие добавки кобальта (4…5%масс.) повышают жидкотекучесть при литье в вакууме и уменьшают склонность к образованию трещин. Исследования сплава на основе алюминида никеля показали, что жаропрочность до 11000С повышается в зависимости от макроструктуры и технологии получения заготовок в следующей последовательности: деформирование – деформирование с рекристаллизацией – поликристаллическое литьё – столбчатое литьё – монокристаллическое литьё с кристаллографической ориентацией <111> с отклонением от направления роста <100. Для повышения термостойкости и коррозионной стойкости на лопатки из сплава ВКНА-4 наносится алитированное покрытие. Использование сплава в монокристаллическом варианте позволило повысить рабочую температуру на входе в турбину на 1000С и срок службы в 1,5..2 раза. Лопатки ротора газотурбинных двигателей, изготовленные из никелевых жаропрочных сплавов, обладают недостаточной стойкостью к воздействию агрессивного потока газовой среды. Газовое топливо нередко содержит повышенное количество серы и некоторое количество ванадия, что существенно снижает рабочий ресурс лопаток. Для защиты поверхности на лопатки наносят жаро- и коррозионностойкие покрытия. Применение покрытий позволяет увеличить рабочий ресурс в 3..5 раз. Технология нанесения покрытий должна сохранять структуру и механические свойства сплава. Применяются две группы покрытий – диффузионные и конденсационные. Диффузионные покрытия получают контактным или бесконтактным способами в порошковых смесях или в газовой среде, содержащей насыщающие элементы. Преимуществом диффузионных покрытий является защита от газовой коррозии труднодоступных поверхностей лопаток (полости, щели, отверстия). Конденсационные защитные покрытия получают способами плазменного, вакуумно- плазменного, магнитного или электронно-лучевого напыления из слитков. Слитки представляют собой металлические сплавы для покрытий, например, сплавы систем Ni-Cr-Al (СДП-2), Al-Si (ВСДП-11), Ni-Cr-Al-Ta-W-Hf (СДП-ТВГ) и др. В диффузионных покрытиях содержание алюминия обычно составляет примерно (15…25%масс.). Такое содержание алюминия обеспечивает формирование оксидной пленки, а также достаточную пластичность алюминидов никеля. Толщина покрытий не превышает 0,06 мм, а для некоторых двигателей – 0,04 мм. Одним из важнейших легирующих элементов является хром, он обеспечивает формирование плёнки алюминия при пониженном его содержании и входит в состав защитной плёнки на основе шпинели Ni(Cr,Al)2O4. Содержание хрома в высокотемпературных покрытиях находится в пределах от 7 до 20% масс. Также не последнее значение имеет кремний, который способствует повышению жаростойкости при высокотемпературном окислении и солевой коррозии. К вредным примесям относятся кислород, азот, кальций, сера, которые могут накапливаться на поверхности лопаток в процессе эксплуатации. Работоспособность алюминидных покрытий ограничивается температурой 11000С, выше которой происходит разрушение основной фазы NiAl, которая формирует защитную плёнку. При работе длительное время при температурах 11000С и выше применяют конденсационно-дифузионные покрытия, содержащие тугоплавкие элементы (тантал, рений, вольфрам). Тугоплавкие элементы тормозят диффузию атомов на границе со сплавом, и таким образом стабилизируют фазу NiAl. Никелевые жаропрочные сплавы для лопаток газотурбинных двигателей достигли предела рабочих температур 1100…11500С. Эта температура примерно 80..85% температуры плавления. Каждое новое поколение никелевых жаропрочных сплавов превосходило предыдущее по температурной работоспособности на 300С. Однако значительно возросла плотность и стоимость сплавов из-за легирования 48 такими элементами как рений и рутений. Направленные эвтектики на никелевой основе, например, эвтектики ВКЛС-20 и ВКЛС-20Р имеют примерно такие же температуры плавления как никелевые жаропрочные сплавы, но обладают повышенной жаропрочностью благодаря комбинированному упрочнению композиционными нитевидными кристаллами монокарбида ниобия NbC и дисперсионному упрочнению матрицы. Направленная кристаллизация таких эвтектик с микроскопическим плоским фронтом роста, который обеспечивает образование ориентированных нитевидных кристаллов вдоль оси изделия, требует чрезвычайно низких скоростей роста (0,3 мм/мин.). Для промышленного производства требуется несколько весьма дорогостоящих установок, выращивающих по одной лопатке. По этой причине, а также из-за низкой температуры плавления (~14000С), никелевые эвтектические сплавы с направленной структурой не рассматриваются как конструкционные сплавы будущего. Однако в ходе всестороннего исследования и использования никелевых эвтектических композитов стало ясно, что замену им стоит искать среди эвтектических сплавов на основе тугоплавких металлов с композиционным упрочнением интерметаллидами. В качестве матрицы могут использоваться элементы: Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W и в качестве упрочнителей – силициды этих элементов. УДК 669.018.2 Сплавы с эффектом памяти форм Студент гр.104217 Копытко А.В. Научный руководитель – Пучков Э.П. Белорусский национальный технический университет г.Минск Целью настоящей работы является усиление внимания к проблеме разработки, применения и внедрения сплавов с эффектом памяти форм. Разработка сплавов с ЭПФ началась в 60-х годах XX в. с открытия группы металлических материалов, которые неупруго деформируются за счет структурного превращения при обратимом фазовом переходе аустенит-мартенсит. Сплавы с ЭПФ обладают уникальным свойством - термомеханическая память. Различают сплавы с ЭПФ с односторонней памятью формы и с двухсторонней память формы. Эффект односторонней памяти формы заключается в следующем: если деформировать сплав с мартенситной структурой, а затем его нагреть в аустенитную область - он примет первоначальную макроскопическую форму. Эффект двухсторонней памяти формы не требует приложения внешней нагрузки, а циклическое изменение геометрических размеров происходит только за счет фазовых превращений при изменении температуры. Наиболее перспективными сплавами с ЭПФ являются сплавы Ti-Ni эквиатомного состава, называемые никелидом титана или нитинолом. Эти сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью и биосовместимостью. Эти свойства нашли широкое распространение в промышленности и медицине. В промышленности Ti-Ni сплавы применяются в качестве крепежных элементов, силовых преобразователей, элементов для гашения вибрации и акустического шума. Однако Ti- Ni сплавы дорогостоящие материалы, поэтому во многих сферах промышленности вместо них используют более дешевые, обладающие достаточным комплексом механических свойств для данного изделия или конструкции, сплавы. В медицине эти сплавы, благодаря их биосовместимости с тканями человеческого организма, нашли широкое применение. На поверхности Ti-Ni сплава образуется плотная оксидная 49 пленка TI2O, которая препятствует попаданию токсичного Ni в ткани. Из этих сплавов производят медицинские хирургические инструменты, а также конструкции для коррекции позвоночника, соединения костей, скелетного вытяжения и многое другое. Эти сплавы создают сильные усилия при мартенситно-аустенитном превращении и позволяют добиться более точного и прочного скрепления костей. В промышленности также применяются сплавы с ЭПФ на основе меди Cu-Al-Ni и Cu-Al-Zn. Эти сплавы значительно дешевле Ti-Ni сплавов, не так чувствительны к химическому составу, им легче придать необходимую форму. Также, по сравнению с Ti- Ni сплавами, сплавы с ЭПФ на основе меди имеют очень хорошую механическую обрабатываемость и свойства при повышенной и пониженной температурах. Сплавы с ЭПФ на основе меди имеют диапазон структурного превращения от -200 до +200°С, что позволяет использовать их при температурах выше 100°С(у Ti-Ni сплавов диапазон структурного превращения от -200 до +100°С). Однако не смотря на перечисленные выше преимущества, сплавы с ЭПФ на основе меди не так перспективны для применения в промышленности, как Ti-Ni сплавы, из-за ряда существенных недостатков: низкая коррозионная стойкость; восстанавливаемая деформация не превышает 3- 4%(у Ti-Ni сплавов 7%); низкая прочность; производимая работа при деформации 1 Дж/г(у Ti-Ni сплавов 4 Дж/г), а следовательно невысокая прочность и надежность соединения. Сплавы с ЭПФ на основе меди нельзя применять в медицине, так как они имеют низкую износостойкость и обладают плохой биосовместимостью с тканями организма. При введении их в организм они изнашиваются и происходит разрушение тканей вследствие отравления тяжелыми металлами. Технология производства сплавов с ЭПФ трудоемкая и дорогостоящая. Например, никелид титана требует комбинированного способа плавки: вначале плавка производится в вакуумной гарнисажной печи, после чего полученный электрод вторично переплавляют в электродуговой вакуумной печи. Обработка давлением производится при температуре не выше 700-900°С во избежание газонасыщения. Для "запоминания" формы необходимо заневоливание (жесткое фиксирование по всем степеням свободы) с последующим нагревом в вакууме до 650-700°С. Не смотря на высокую стоимость, сложность производства и ряд недостатков, сплавы с ЭПФ незаменимы при изготовлении уникальных конструкций, инструментов в медицине, а также в космостроении и при ремонтных работах в открытом космосе. УДК 531:539.311:621.891 Анализ топографии проявления сдвигового механизма разрушения в поверхностном слое покрытия Студент гр.430661 Солдатова Ю.С. Научный руководитель – Нечаев Л.М. Тульский государственный университет г.Тула Целью работы явилось изучение разрушения, которое часто наблюдалось в объемах диффузионных зон, где присутствует высокая плотность нитридных и карбонитридных частиц. Последние способствуют локализации микродеформаций и зарождению очагов микроразрушений на ранних стадиях циклического воздействия. Механизмы зарождения микротрещин вблизи включений зависят от уровня пограничных микродеформаций, которые определяются размерами частиц и действующими напряжениями. При повышении температуры в процессе циклического нагружения концентрационные полосы растут медленнее, так как в этом случае они "окружаются" 50 полем напряжений, в котором деформационная часть энергии цикла уменьшается в противовес увеличению термического вклада. В ходе пластического деформирования у включений, происходит коалесценция близко расположенных плоскостей при их непосредственном слиянии или в результате распространения трещины между ними . Аномально крупные частицы, имеющие размер более 5 мкм, разрушаются непосредственно скалыванием и, таким образом, инициируют последующее разрушение примыкающих объемов зерен. С другой стороны показано, что малые твердые включения в диффузионных зонах могут играть и позитивную роль в процессах трещинообразования как на стадии формирования предтрещинных "белых" полос, так и непосредственно на этапах зарождения и распространения трещин. В первой схеме, при условии, что размер нитрида или карбонитрида незначительно отличается от поперечного сечения стержневых предтрещинных полос, возможно искривление траектории распространяющейся микроскопической трещины . Дальнодействие подобных "встречных" концентрационных полей составляет от 1,5 до 2-х средних размеров дисперсных включений. При определенной и высокой плотности частиц возможно протекание процессов ветвления трещин или их торможение в магистральном направлении. Анализ топографии проявления сдвигового механизма разрушения путем формирования "стержневых" полос с аморфизированной структурой показал, что микротрещины формируются на глубине диффузионных зон 20...50 мкм, на которой наблюдаются наименьшие объемы дисперсных частиц и, наоборот, наиболее протяженные поля -фазы. В слабогетерогенных объемах поверхностного никотрированного слоя может образовываться составная магистральная трещина. Трещинные ступеньки объединяются между собой стержневыми трещинами. При соответствующих условиях каскадная микротрещина сможет иметь предпочтительное развитие и трансформироваться в магистральную. В сильногетерогенных сечениях диффузионных зон, где превалирующим механизмом разрушения является гетерогенное расслоение, возможна картина многоочаговой повреждаемости гетерогенных объемов с последующим формированием одной магистральной трещины. Составными элементами подобного разрушения являются: микротрещины отрыва, зарождающие в концентрационных полях крупных частиц нитридов или карбонитридов, и последующее их слияние . УДК 531:539.311:621.891 Кристаллизационные особенности наплавочных кремнесодержащих материалов Студент гр.420691 Фролов А.С. Научный руководитель – Фомичева Н.Б. Тульский государственный университет г.Тула Целью настоящей работы является изучение структурных особенностей наплавочных железо-хром-никелевых материалов, дополнительно легированных кремнием. Технология проведения процесса плазменной наплавки отличается от традиционного метода получения упрочненных мартенситно-стареющих сталей. Более высокая скорость охлаждения при образовании наплавочных слоев, а также различный теплоотвод при нанесении наплавочных материалов на основу способствуют созданию метастабильного, неравновесного состояния, отличающегося от литых сталей структурой, фазовым составом и свойствами. 51 После кристаллизации наплавок микроструктура представляет собой первичные дендриты мартенсита и остаточный аустенит, сохранившийся в междендритных прослойках. Наблюдается тенденция к увеличению разветвления первичных дендритов и уменьшению количества остаточного аустенита по мере увеличения содержания кремния. Кремний оказывает определенное и закономерное воздействие на процессы структурообразования при кристаллизации. Увеличение содержания кремния до 8 % устраняет ярко выраженную дендритную ликвацию наплавки. Возможной причиной, обусловливающий устранение дендритной ликвации, может быть процесс образования оксидов кремния. Кремний, обладая большим сродством к кислороду, взаимодействует с ним, образуя включения кремнезема. Металлографические исследования наплавочных материалов позволили обнаружить включения, имеющие продолговатую форму, располагающиеся вдоль границ . Они появляются в структуре наплавки уже при концентрации 4 % кремния, но сплошную сетку по границам зерен образуют при содержании кремния около 8%. Включения имеют неправильную вытянутую форму и голубоватую окраску. Выделение оксидов кремния препятствует образованию длинномерных осей первого порядка, формирующих оси дендритов. В наплавочных материалах были обнаружены кристаллы кубической формы, золотистого цвета с размерами кристаллов порядка 2 мкм. Согласно металлографическим исследованиям, а также опираясь на результаты проведенного фазового анализа, эти включения были идентифицированы как фаза нитрид титана . Нитрид титана образуется при наплавке , при которой титан энергично связывает растворенный в материале азот. Азот в наплавленном слое находится как в связанном ( нитрид титана) , так и в газообразном, растворенном в α- фазе состояниях. Формирование избыточных фаз в виде нитрида титана является специфической особенностью процесса плазменной порошковой наплавки. Дисперсионное упрочнение за счет образования силицидов, оксидов кремния и нитрида титана повышает твердость наплавок: добавление 6-8мас% ведет к повышению твердости в 1,5-1,7 раза. Таким образом, несмотря на образование в наплавочных материалах, содержащих более 4 мас.% кремния, более пластичного феррита твердость повышается за счет образования гетерогенной структуры легированного дисперсионно-упрочненного феррита. В сплавах, с концентрацией кремния до 4 мас.% получена не упрочненная дисперсными частицами структура (α+γ)-фаз. Стали пониженной прокаливаемости (стали "ПП") для метода объемно- поверхностной закалки Студент гр. 104216 Удот А.Ю. Научный руководитель – Пучков Э. П. Белорусский национальный технический университет г. Минск В настоящее время существует проблема снижения себестоимости термообработанных изделий, которая решается заменой на методы позволяющие сократить расходы на энергоносители. Одним из таких методов является применение конструкционных сталей с пониженной прокаливаемостью, которые применяются при использовании метода объемно-поверхностной закалки. Метод объемно-поверхностной закалки стали (метод ОПЗ) разработан и получил промышленное применение в России для упрочнения ответственных, тяжелонагруженных деталей машин. Существует конструкционная сталь пониженной прокаливаемости, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, титан и железо, которая дополнительно содержит медь, алюминий и ванадий при следующем соотношением компонентов, мас.%: углерод 0,40- 52 0,85; марганец не более 0,20; кремний не более 0,20; хром не более 0,10, никель не более 0,10; медь не более 0,10; алюминий 0,03-0,10; титан 0,06-0,12; ванадий не более 0,40; железо - остальное. Главное преимущество - достижение гарантированной стабильности свойств пониженной прокаливаемости и получение "сверхмелкого" зерна закаленной стали величиной на уровне 11-12 баллов при закалке с температур в диапазоне от Ас3 до Ac3+100°С. Метод ОПЗ имеет существенные технико-экономические преимущества пред известными, применяемыми в промышленности методами термического упрочнения: 1. Метод ОПЗ позволяет получить поверхностную, контурную закалку и одновременно упрочненную сердцевину на деталях сложной формы: шестернях, крестовинах и других с достижением рекордно высоких прочностных и служебных свойств по сравнению с другими методами упрочнения - цементацией, нитроцементацией, термическим улучшением и т.д. 2. Метод ОПЗ позволяет успешно заменить указанные длительные и трудоемкие процессы термической обработки, при этом вместо легированных сталей применять специальные углеродистые стали пониженной прокаливаемости (стали "ПП"), что позволяет при производстве конструкционных сталей снижать расход легирующих элементов (ферросплавов) в 3-7 раз и уменьшать их стоимость на 30-50%. Кроме того, по сравнению с цементацией и термическим улучшением достигается экономия за счет уменьшения расхода энергоносителей и замены закалки деталей в масле закалкой быстро движущейся водой. 3. Для ряда металлоемких деталей метод ОПЗ создает возможность снижать их массу (вес), например для рессор, на 25-30%. 4. При использовании метода ОПЗ достигается полная экологическая чистота процесса, так как используется только электронагрев и техническая вода без каких- либо добавок. Метод ОПЗ основан на использовании специально созданных для этого процесса сталей, прокаливаемость которых согласована с размерами рабочего сечения деталей так, чтобы поверхностный слой детали при охлаждении быстро движущейся водой закаливался на структуру мартенсита (HRC≈60), а сердцевина - на структуру тростита и сорбита (HRC = 30 - 45). Для деталей с небольшими размерами рабочего сечения - с диаметром или толщиной до 20 мм (шестерни среднего модуля, крестовины, рессоры и другие) стали для метода ОПЗ должны иметь прокаливаемость более низкую, чем прокаливаемость стандартных углеродистых конструкционных сталей (которые, как известно, имеют наиболее низкую прокаливаемость из всех конструкционных сталей). Поэтому такие стали для процесса ОПЗ получили название "стали пониженной прокаливаемости" (стали "ПП"). Прокаливаемость таких сталей, характеризуемая величиной "идеального критического диаметра", величина которого находится в пределах от 8 до 16 мм. Такие стали применяются для выполнения процесса ОПЗ на шестернях среднего модуля (от 4 до 12 мм), крестовинах, рессорах, пружинах и других деталях с небольшим размером их рабочего сечения. Примером таких сталей является сталь 58 (55ПП), которая по ГОСТ 1050-74 содержит компоненты в следующем соотношении в мас.%: углерод - 0,55 - 0,63; кремний - 0,10 - 0,30; марганец - не более 0,20; хром - не более 0,15; сера - не более 0,040; фосфор - не более 0,035; медь - не более 0,25; никель - не более 0,25; мышьяк - не более 0,08; железо – остальное; (Марочник сталей и сплавов. П/р В.Г. Сорокина, М., Машиностроение, 1989, стр. 78-79). После закалки методом ОПЗ достигается твердость поверхностного слоя HRC 58-59, а сердцевины HRC 26-28 при величине критического диаметра 6,5 - 19,0 мм. Однако для достижения более высоких прочностных и служебных свойств деталей, упрочняемых процессом ОПЗ, крайне важным является достижение в термически 53 обработанных деталях так называемого сверхмелкого зерна закаленной стали величиной 11- 12 баллов по стандартной шкале (при этом средняя площадь зерна 60-30 мкм2; в то время как при традиционных методах термообработки достигается зерно величиной 7-8 баллов, то есть площадью 1000-500 мкм2). Таким образом в первом случае зерно мельче в среднем в 15-20 раз. Наиболее близким аналогом изобретения является конструкционная сталь пониженной прокаливаемости по авторскому свидетельству СССР N 128482 от 31.10.59, содержащая компоненты в следующем соотношении в мас.%: углерод - 0,4 - 1,2; марганец - не более 0,20; кремний - не более 0,3; хром - не более 0,3; никель - не более 0,25; титан - не более 0,5; железо – остальное. Опыт показывает, что у такой стали свойства пониженной прокаливаемости и склонность к росту зерна имеют разброс от плавки к плавке, что требует для каждой плавки корректировки режима нагрева при закалке и термической обработки. Однако данная конструкционная сталь пониженной прокаливаемости содержит компоненты в следующем соотношении в мас.% и позволяет получить наилучшие результаты: углерод - 0,40 - 0,85; марганец, кремний - не более 0,20; хром, никель, медь - не более 0,10; алюминий - 0,03 - 0,10; титан - 0,06 - 0,12; ванадий - не более 0,40 железо – остальное. Стали "ПП" могут быть успешно применены не только для рессорных листов, но также для широкого круга ответственных тяжелонагруженных деталей машин: цилиндрических и конических шестерен и зубчатых колес, крестовин, поршневых пальцев, шаровых пальцев, подшипников и других. В зависимости от размеров рабочих сечений деталей могут быть выбраны необходимый уровень прокаливаемости и вариант стали. Соответствующие расчеты прокаливаемости стали по ее химическому составу и величины глубины закалки, получаемые в закаленных деталях, детально разработаны и применяются на практике. При ОПЗ за один технологический цикл нагрева и охлаждения достигается поверхностная закалка на заданную глубину и максимальную твердость, уровень которой зависит главным образом от содержания углерода в стали, и упрочнение глубинных слоев и сердцевины деталей на структуру тонкой феррито-цементитной смеси (сорбита или троостосорбита закалки). Такое сочетание обеспечивает высокий уровень механических свойств изделий при разнообразных наиболее характерных видах нагружения деталей в эксплуатации. Влияние ОПЗ на основные технические и эксплуатационные характеристики изделий заключается в следующем: А. Износостойкость. Наиболее типичным и опасным видом износа является износ при контакте металлических поверхностей в присутствии частиц естественного абразива. Основным фактором повышения износостойкости в этих условиях является увеличение твердости материала, желательно до уровня, превышающего твердость абразива. Решение такой задачи представляет затруднения для объемной закалки деталей на высокую твердость по всему сечению, так как при этом резко падает хрупкая прочность изделий. Объемно-поверхностная закалка позволяет эффективно решать этот вопрос за счет создания твердой износостойкой поверхности с твердостью 45-50 HRC и вязкой сердцевины с твердостью 20-25 HRC для литых низкоуглеродистых сталей типа 20ГЛ. Б.Механические свойства и микроструктура Для наиболее нагруженных поверхностных слоев деталей после ОПЗ поверхностный слой, закаленный на мартенсит, в зависимости от содержания углерода, имеет твердость 56-63 HRC, временное сопротивление разрыву 2200-2600 МПа, 54 относительное сужение 15-30 %, коэффициент интенсивности напряжения (вязкость разрушения) КIС=1600-2700 Н/мм3/2 при 0,4 - 1,0 % С, соответственно. Сердцевина изделий после ОПЗ имеет структуры сорбита или троостосорбита с твердостью 30-40 HRC и свойствами σВ=1150-1250 МПа, ψ=40-50% и ударная вязкость 50-80 Дж/см2. Указанные свойства, достигаемые в сердцевине изделий из обычных углеродистых сталей после ОПЗ находятся на уровне свойств деталей из легированных сталей, подвергнутых цементации, закалке и низкому отпуску. После ОПЗ поверхностный закаленный слой находится в высокопрочном состоянии, а сердцевина имеет запас вязкости, что позволяет детали, подвергнутые ОПЗ, эксплуатировать при более высоких нагрузках, чем детали после цементации или объемной закалки с отпуском. В. Циклическая долговечность Важнейшим фактором повышения конструктивной прочности изделий после ОПЗ является создание в поверхностных слоях высоких остаточных сжимающих напряжений, обеспечивающих их высокую циклическую долговечность. Так предел выносливости внутренних колец подшипника из стали ШХ4 после ОПЗ увеличивается с 70 кН до 110 кН. Существенное преимущество деталей после ОПЗ в сравнении с другими видами упрочнения (объемная закалка и отпуск, улучшение) выявлено и по результатам динамических испытаний. Основными факторами здесь служат мелкозернистость аустенита и высокие остаточные сжимающие напряжения в поверхностных слоях. В табл. 1 приведены примеры эффективного применения метода ОПЗ в массовом производстве для деталей тяжелого машиностроения. Таблица 1 – Примеры эффективного применения метода объемно-поверхностной закалки в массовом производстве Марки сталей Детали старые новые Технико-экономическая эффективность Шестерни среднего модуля m=5-8 мм 18ХГТ 30ХГТ 20ХНМ 58(55 ПП) ГОСТ 1050-88 1. Исключение цементации 2. Снижение стоимости стали и себестоимости деталей 3. Повышение долговечности деталей Крупномодульные шестерни m=10-14 мм 12ХН3А ШХ4 ГОСТ 801- 88 1. Исключение цементации 2. Повышение долговечности в 2 раза, снижение стоимости стали в 1,5 раза Крестовины карданных передач 18ХГТ 20ХГНРТ 58(55ПП) ГОСТ 1050-88 1. Исключение цементации. 2. Снижение стоимости стали и себестоимости деталей. 3. Повышение конструктивной прочности. Важнейшим условием качественного упрочнения является получение высокопрочного износостойкого поверхностного слоя в нагруженных зонах, либо по всем поверхностям деталей. 55 УДК 621.365.5.044 Упрочнение поверхностных слоев деталей машин с использованием высокоэнергетического нагрева токами высокой частоты Студент гр. 104216 Рысенков А.И. Научный руководитель – Константинов В.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является установление взаимосвязи режимов высокоэнергетического нагрева токами высокой частоты через численные значения параметров термических циклов с глубиной упрочнения. Эксплуатация многих деталей машин происходит в условиях многофакторного внешнего воздействия. Одним из условий повышения эксплуатационных свойств таких деталей является формирование в поверхностном слое, как наиболее нагруженном, структуры с высокой прочностью и вязкостью. Поэтому поверхностная закалка по- прежнему остается одним из приоритетных методов упрочнения поверхностных слоев деталей машин. Следует отметить, что наиболее распространенным способом поверхностной закалки являлась закалка токами высокой частоты (ТВЧ). Практически каждое промышленное предприятие имело термический участок, оснащенный генераторами ТВЧ. Однако возникновение новых концентрированных источников энергии (лазер, плазма, электронный луч) несколько снизили интерес к закалке ТВЧ. Дальнейшее совершенствование технологии индукционной термообработки привело к возникновению нового способа, названного авторами высокоэнергетический нагрев токами высокой частоты (ВЭНТВЧ). Данный способ позволяет реализовать удельные мощности нагрева при непрерывно-последовательном способе порядка 300 МВт/м2, при импульсном режиме – до 500 МВт/м2. Процесс упрочнения металла проводился методом ВЭНТВЧ (без оплавления) поверхностного слоя стали 45. Диапазон исследуемых режимов: удельная мощность – до 3,0∙108 Вт/м2, скорость движения источника – до 100∙10-3 м/с, размер источника – (1,2...2,4) мм, с использованием принудительного охлаждения. В качестве источника энергии применён генератор ВЧГ 6/0,44 (частота тока 440000 Гц, глубина проникновения тока в горячий металл – 0,76 мм). Процесс ВЭНТВЧ осуществляется с высокими скоростями порядка нескольких десятков и даже сотен тысяч градусов Цельсия в секунду. Это затрудняет экспериментальное определение численных значений параметров термических циклов, поэтому было проведено численное моделирование температурных полей и структурно-фазовых превращений в стали 45 при действии объемного источника тепла, что является методом, упрощающим проведение исследований, так как позволяет теоретически предсказать результаты проведения опыта. Посредством численного моделирования температурных полей и структурно- фазовых превращений в материале при упрочнении ВЭНТВЧ была установлена связь температурно-временной характеристики, реализуемой в поверхностном слое, с режимами обработки с одной стороны и глубиной и твердостью упрочненного слоя с другой стороны. Для практического использования результатов предложена интегральная температурно-временная характеристика, упрощающая процедуру назначения режимов упрочнения. 56 УДК 536.21 Расчет потерь тепла теплопроводностью в системе Паскаль Студент гр.104217 Лазаренко А.А. Научный руководитель – Мельниченко В.В. Белорусский национальный технический университет г.Минск Целью настоящей работы является усиление внимания к проблеме ускорения, упрощения и увеличения точности вычислений связанных с проектированием металлургических печей. В данной работе предоставлен один из способов упрощения и интенсификации расчетов потерь тепла теплопроводностью через плоскую многослойную стенку, при стационарном тепловом состоянии. Вычисления и расчеты проводятся при помощи программирования в системе «Паскаль». Далее приведено меню программы, вместе с примером вычисления(рис1). Рисунок 1 – Меню программы и пример вычисления задачи Графики, иллюстрирующие распределение температуры по толщине стенки, можно получить с помощью Microsoft Office Excel. Данные графики позволяют наглядно увидеть эффективность использования огнеупорных и теплоизоляционных материалов. Рисунок 2 – График распределения температуры по сечению кладки печи. 57 УДК 669.58 Повышение коррозионной стойкости цинковых покрытий путем их пассивации Студент гр. 104516 Смирнова Т. Н. Научный руководитель – Борисов В. Г. , Гурченко П. С. Белорусский национальный технический университет г. Минск Осаждение цинковых покрытий на черные металлы являются одним из основных методов борьбы с коррозией сталей, уступая по объемам использования только лакокрасочным покрытиям с предварительным фосфатированием. До 60% всех наносимых гальванических покрытий приходятся на цинковые покрытия Широкое применение цинка в противокоррозионной защите объясняется рядом уникальных свойств этого металла. Прежде всего цинковые покрытия почти во всех реальных условиях эксплуатации изделий являются анодными покрытиями по отношению к стали, т.е. защищают основой металл не только за счет его изоляции от окружающей среды, но и электрохимически, выполняя роль протекторной защиты. Поэтому даже повреждение покрытия при эксплуатации изделий длительное время не приводит к коррозии основы [1]. Немаловажное значение имеет также и относительная простота нанесения гальванических покрытий особенно из получивших в последнее время широкое распространение щелочных цинкатных электролитов. Опыт эксплуатации их свидетельствует о том, что ванны щелочного цинкования требуют наименьшего внимания технологов по сравнению с ваннами для нанесения медных, никелевых, хромовых, оловянных и др. покрытий, и на многих предприятиях эксплуатируются по многу лет с периодической корректировкой электролита [2]. Кроме того, применение в электролитах цинкования современных блескообразующих добавок позволяет получать блестящие цинковые покрытия высокой декоративности. И наконец нельзя забывать об экономике. Цинковые покрытия во много раз дешевле других защитно-декоративных покрытий, что объясняется как относительной простотой технологии нанесения цинковых покрытий, так и дешевизной применяемых компонентов электролита и самого цинка. Цинк один из самых дешевых цветных металлов. Защитные свойства цинковых покрытий значительно усиливаются при обработке оцинкованных изделий в пассивирующих растворах. Практически весь гальванический цинк и значительная часть покрытий, нанесенных «горячим» методом, проходит такую обработку [3, 4]. При этом происходит взаимодействие поверхности цинкового покрытия с компонентами пассивирующего раствора с образованием дополнительного барьерного слоя, состоящего из труднорастворимых соединений, хорошо сцепленных с основой. Поэтому такие покрытия наряду с фосфатными, оксидными и некоторыми другими получили название конверсионных покрытий. Благодаря своим барьерным, а в некоторых случаях и электрохимическим защитным свойством, они в значительной степени повышают коррозионную стойкость цинка, кадмия, алюминия, магния, меди, серебра, олова и других металлов, а также их сплавов. Существует большое разнообразие конверсионных пленок на цинковых покрытиях: бесцветные, радужные, оливковые, черные, которые отличаются не только внешним видом, но и коррозионной стойкостью, составом рабочих растворов, режимом обработки. Ускоренные испытания на коррозионную стойкость цинковых покрытий с конверсионными пленками проводят как правило в камере нейтрального соляного тумана по ГОСТ 9.308-85 «Покрытия металлические и неметаллические неорганические, методы ускоренных испытаний». 58 Требования к конверсионным покрытиям Основным назначением конверсионных покрытий является значительное повышение коррозионной стойкости цинка и системы Fе3C-Zn при минимальных затратах на их получение. Это достигается при выполнении следующих требований: 1. Хорошая адгезия конверсионного слоя к основе. 2. Хорошие барьерные (т.е. изолирующие цинковое покрытие от внешней среды) свойства пленки, достигаемые за счет образования труднорастворимых соединений. 3. Высокая декоративность покрытия, позволяющая эксплуатировать изделия без дополнительной обработки. 4. Ингибирующее действие компонентов пленки. 5. Способность к «самозалечиванию» в случае механического повреждения пленки. 6. Высокая технологичность – простота проведения процесса пассивации и малая чувствительность к незначительным изменениям как параметров самого процесса пассивации (температуры, времени, концентрации основных компонентов), так и параметров нанесения цинкового покрытия (состав электролита, толщина покрытия, чистота отмывки перед пассивацией и т.п.). 7. Термостойкость или способность выдерживать эксплуатацию при повышенных температурах (выше 600С) без снижения защитных свойств. Это требование особенно критично для деталей, используемых в автомобильной промышленности и работающих «под капотом». Обычно это свойство проверяется воздействием термоудара (выдержкой изделий в течении 1 часа при температуре 1500С) и последующими коррозионными испытаниями. 8. Экологичность, т.е. минимальное воздействие на окружающую среду как при нанесение конверсионных покрытий, так и при эксплуатации изделий, подвергающихся подобной обработке. 9. Низкая себестоимость нанесения конверсионного покрытия. Первые два из этих требований являются основополагающими и без их выполнения нет смысла в нанесении конверсионных покрытий, остальные выполняются в той или иной степени для различных пассивирующих составов. В последнее время на первый план все больше выступает требование экологичности. Литература: 1. Проскурин Е.В., Попович Е.В., Мороз А.Т. «Цинкование. Справочник», М.,: Метал-лургия. 1988.-528 с. 2. Окулов В.В. Гальванотехника и обработка поверхности, 14, № 3, (2006), с.с. 46-54. 3. Гинберг А.М. «Повышение антикоррозионных свойств металлических покрытий», М.,: Металлургия. 1984.-168 с. 4. Гальванотехника. Справочник. М.,: Металлургия. 1987, с.с. 431-455. 59 УДК 634.377 Манипуляторное устройство для погрузки длиномерых грузов Студент гр. 5 МОЛП 5 курса Кветень В.М. Научный руководитель – Симанович В.А. Белорусский государственный технологический университет г. Минска Целью настоящей работы является модернизация манипуляторного устройства лесовозноного автопоезда с целью улучшения эксплутационных показателей, путем сокращения составляющих времени на технологические операции погрузки. Заготовка древесины на предприятиях лесной промышленности в Республике Беларусь производится в хлыстах и сортиментах Тип технологического процесса диктуется наличием системы машин для лесосечных работ на предприятии. Наиболее перспективным и прогрессивным способом заготовки на сегодняшний день считается заготовка в хлыстах. Хлыстовая заготовка позволяет в более полном объеме использовать биомассу дерева за счет улучшения и упрощения организации работ на нижнем складе. Для вывозки древесины в хлыстах используются лесовозные автопоезда с различной конструкцией технологического оборудования и компоновкой самого шасси. Среднее расстояние вывозки древесины на предприятиях лесного комплекса в нашей Республики составляет примерно 50 км. При таком расстоянии вывозки необходимо применять машины, работающие на высоких скоростях передвижения, имеющие большую грузоподъемность, а также возможность передвижения их по дорогам общего и временного пользования без потери эксплуатационных свойств. В зависимости от конструкции технологического оборудования лесовозные автопоезда могут загружаться древесиной на лесосеке с помощью лесопогрузчиков различной конструкции или сами осуществлять погрузку с помощью манипулятора установленного на раме лесовозного автомобиля. В настоящее время наблюдается тенденция сокращения применения специальных агрегатных машин для погрузки лесоматериалов на подвижной состав, а на смену им приходят самопогружающиеся лесовозные автопоезда. Современные манипуляторы которые устанавливаются на лесовозные автопоезда выбираются исходя из компоновочных и экономических соображений, а их главные технические характеристики при таком соотнашении: грузовой момент 120- 180 кН∙м при максимальном вылете 5-9 м. При таких геометрических параметрах манипулятора невозможно захватить лежащий вдоль автомобиля хлыст за его центр тяжести. В таком варианте исполнения оборудования хлыст невозможно переместить в коник прицепа-роспуска за один прием. Нами предлагается конструкция манипулятора лесовозного автопоезда, позволяющая производить погрузку хлыста в кониковые устройства за один прием. Предлагаемое манипуляторное устройство, лесовозного транспортного средства «хлыстовоза», оборудован специальным гидравлическим упором, который шарнирно крепиться на рукояти манипулятора. Захват хлыста осуществляется полноповоротным грейферным захватом, который шарнирно крепиться к концу рукояти и в последующем направляется на поворотный гидравлический упор, который охватывает хлыст сверху. В последующем, воздействуя поворотным упором на комлевую часть хлыста, осуществляется подъем вершинной части хлыста. В дальнейшем хлыст переноситься в кониковое устройство лесовозного автомобиля и прицепа роспуска за один прием. Предлагаемая конструкция погрузочного устройства может быть использована и в других отраслях народного хозяйства для погрузки длинномерных грузов. 60 Технические решения по представленному узлу манипулятора и системам, а также важнейшим его показателям предлагается с учетом прогрессивности конструкции и перспективного прогнозируемого направления развития автотранспортных средств. Применение такой конструкции погрузочного устройства позволяет увеличить производительность при погрузке лесовозного автопоезда на 35- 45% по сравнению с манипуляторами традиционной конструкции. УДК 669.58 Преимущества и недостатки электролитического метода цинкования. Студент гр. 104516 Смирнова Т. Н. Научный руководитель – Борисов В. Г. , Гурченко П. С. Белорусский национальный технический университет г. Минск Существуют многочисленные процессы нанесения защитных покрытий на стальные и чугунные изделия, однако цинкование занимает одно из ведущих мест. По объему и номенклатуре защищаемых от коррозии изделий цинковым покрытиям нет равных среди других металлических покрытий. Это обусловливается многообразием технологических процессов цинкования, их относительной простотой, возможностью широкой механизации и автоматизации, высокими технико-экономическими показателями. Хотя цинк в ряду напряжений стоит немного левее водорода (Е°= –0,76 В), однако осаждение его не встречает затруднений, что объясняется высоким значением перенапряжения выделения водорода на цинке. Благодаря этому в обычных условиях электролиза водород на катоде выделяется в незначительных количествах, и ток в основном расходуется на осаждение цинка. Основными преимуществами электролитического метода цинкования являются: 1) высокая степень чистоты электролитически осаждённого цинка, зависящая главным образом от чистоты анодов и химикатов, применяемых для составления ванн; 2) высокая химическая стойкость цинковых покрытий, полученных электролизом, обусловленная чистотой осадка; 3) малый расход цинка, обусловленный возможностью точного регулирования количества отлагаемого цинка и толщины покрытия; 4) хорошие механические свойства покрытия (эластичность покрытия и хорошая сцепляемость с основой). Электролитический способ позволяет точно регулировать количество наносимого на поверхность цинка и получать на изделиях несложной конфигурации достаточно равномерные покрытия.Экономия металла при электролитическом способе по сравнению с горячим составляет 50% и более Цинковые покрытия, полученные электролитическим путем, отличаются также достаточно высокой стойкостью против коррозии в условиях тропического климата. Недостатки: Электролитическое цинкование имеет серьёзный недостаток: необходима очистка сточных вод от цинка. Цена цинкового покрытия, получаемого этим методом, складывается не только из стоимости электролита и цинка. Электрохимическое цинкование сопровождается образованием экологически опасных отходов. Очистка сточных вод от ионов цинка достаточно дорогостоящая технология, требующая строительства очистных сооружений, потому иногда экономически более выгодно проводить цинкование метала, используя безелектролитное цинкование. 61 УДК 634.377 Навесное устройство для сбора порубочных остатков Студенты гр. 5 МОЛП 5 курса Левковкий С.А., Кветень В.М. Научный руководитель – Симанович В.А. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Наряду с подготовительными и основными операциями при разработке лесосеки важное значения в настоящее время имеют заключительные операции. Заключительные операции связаны с очисткой лесосек от порубочных остатков. Очистка лесосек от порубочных остатков является важной проблемой лесозаготовительного процесса. Это связано со спецификой проведения таких работ и эффективностью их проведения при подготовке площадей к лесовосстановлению. Экономическая ситуация на сегодняшний день складывается так, что лесозаготовительные предприятия не могут иметь отдельные машины специализированного назначения для выполнения операций разового предназначения. Машины, применяемые для сбора порубочных остатков на лесосеке применяются на гусеничном или колесном ходу и имеют вильчатую конструкцию собирающих элементов, которая приводится в действие гидроцилиндрами или лебедкой. Применение гусеничных машин для сбора порубочных остатков весьма ограничено, так как они уничтожают подрост, что не позволяет осуществлять в полной мере дальнейшее лесовосстановление. Очистка лесосеки от порубочных остатков позволяет решать такие вопросы как: улучшение условия для возобновления и роста древесных пород, предупреждения пожаров, а также развитее болезней и размножения вредителей Предлагаемая конструкция подборщика порубочных остатков позволяет не только собирать порубочные остатки в валы, но и подвозить их по мере надобности на небольшие расстояния, при этом наличие вильчатых рычагов Г-образной формы не позволяют самопроизвольно разгрузится подборщику. Подборщик порубочных остатков может монтироваться на передней или задней навеске трелевочного трактора. Наличие дополнительной опоры у подборщика порубочных остатков позволит лучше реализовать тягово-сцепные свойства машины, так как основное тяговое усилие создают задние колеса, а наличие дополнительной опоры позволяет рационально распределить опорные реакции трактора в момент выполнения технологической операции по сбору и перемещению порубочных остатков. Такие конструктивные предложения позволят уменьшить образование колеи, при работе и как следствие уменьшить потребляемую мощность, что приведет к увеличению топливной экономичности. 1 – базовый трактор; 2 – вильчатые рычаги; 3 – рама подборщика; 4 - Г – образные рычаги; 5 – гидроцилиндр; 6 – колесо (дополнительная опора); 7 – толкающая рама; 8 – трелевочный щит Рисунок 1 – Принципиальная конструкция технологического оборудования навешенного на трактор 62 63 Машины и технология литейного производства 64 УДК 621.74 Математическое планирование исследований жидкостекольных связующих материалов модифицированных наноструктурированными добавками Студент гр. 103316 Гуминский Ю.Ю. Научный руководитель – Кукуй Д.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Оптимизация параметров процесса исследования влияния наноструктурированных материалов на свойства жидкостекольных связующих осуществлялась с использованием метода математического планирования многофакторного эксперимента [1]. При построении план-матрицы эксперимента выполняли кодирование переменных факторов. Связь между кодовым и натуральным выражением фактора задавали формулой где xj – кодированное значение фактора; xj - натуральное значение фактора; xio - натуральное значение основного уровня фактора; Jj - интервал варьирования; j - номер фактора. Оценка дисперсии воспроизводимости при проведении опытов осуществляли по формуле где Yig - результат отдельного опыта, Yi - среднее значение результатов повторных наблюдений; N - число опытов в матрице: i=1,2 … N, g=1,2 … n По результатам опытов производили построение уравнений регрессии Обработка результатов эксперимента и построение графиков производили с использованием корреляционно-регрессионного метода. Среднее квадратичное отклонение определялось по формуле: где m - среднее квадратичное отклонение; n - число замеров; xi - отдельные измерения; х - среднеарифметическое из n измерений. Уровни факторов и интервал варьирования представлены в таблице. . ; ; ; 65 Таблица – Уровни факторов и интервал варьирования Уровни Факторы -1 0 +1 Интервал варьирования Размерность x1 180 210 240 30 оС х2 10 20 30 10 мин х3 1 5 9 4 мин х4 3,5 5,0 6,5 1,5 % х5 0,1 0,3 0,5 0,2 % где x1 – температура сушки образца в печи; х2 – время выдержки образца в печи; х3 – время перемешивания компонентов в смесителе; х4 – процентное содержание жидкого стекла в смеси; х5 – процентное содержание наноструктурированного порошка в смеси; УДК 621.74 Реконструкция цеха радиаторов ОАО МЗОО Студент гр. 104326 Брусов С.В. Научный руководитель – Одиночко В.Ф. Белорусский национальный технический университет г. Минск ОАО «Минский завод отопительного оборудования («МЗОО») является высокомеханизированным предприятием с развитым чугунолитейным и механосборочным производством. В цехе радиаторов производятся отопительные радиаторы, потребность в которых значительно превосходит спрос, как на внутреннем, так и внешних рынках. Целью реконструкции цеха радиаторов и, следовательно, изменений подходов к технологии производства продукции является рост объемов продаж отопительных радиаторов на экспорт за счет расширения номенклатуры конкурентоспособной продукции. Вместе с тем в цехе радиаторов в настоящее время используются технологические процессы, которые тормозят разработку и изготовление изделий, соответствующих стандартам ведущих европейских стран. Необходимо отметить также и высокий уровень износа машин и механизмов. Существующее оборудование и технология изготовления отливок радиаторов физически и морально устарело и не обеспечивают необходимого качества продукции по точности отливок и качеству поверхности. Стратегия развития цеха радиаторов предусматривает коренную реконструкцию литейного цеха радиаторов с установкой автоматической формовочной линии Disamatic 270С. Автоматическая формовочная линия Disamatic 270С включает в себя формовочную установку, стержнеукладчик, заливочный конвейер, ленточных транспортер подачи залитых форм, барабан DISACOOL с автоматической подачей воды для охлаждения отливок и формовочной смеси. В комплексе с формовочной линией так же предусматривается монтаж землеприготовительного оборудования и заливочного комплекса с индукционной электропечью. 66 Выбор автоматической формовочная линия Disamatic 270С обоснован опытом эксплуатации подобной линии Disamatic 230 в цехе ковкого и серого чугуна при изготовлении отливок радиатора (рисунок). Предполагается, что при использовании Disamatic-270 С, в одной форме будет заливаться по четыре отливки. Внедрение Disamatic-270С вместо устаревшего формовочного оборудования даст возможность при трехсменной работе увеличить выпуск радиаторов до 10000000 шт/г. Также ожидается, что внедрение и эксплуатация данной линии не только снизит себестоимость отливок и повысит качество продукции, но и значительно сократит выбросы вредных веществ в атмосферу и существенно улучшит условия труда рабочих. УДК 621.74 Расчет вентиляционных отверстий металлической формы Студент гр. 104326 Бадай А.Н. Научный руководитель – Матюшенец Т.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Существующие методики расчета вентиляционных отверстий основаны на эмпирических подходах и практически не учитывают пространственную конфигурацию кокиля, а также перемещение расплава при его заполнении. Невозможность учета этих факторов делает существующие инженерные методики неэффективными, особенно когда речь идет об изготовлении сложных фасонных отливок. Методы выбора вентиляционных отверстий металлической формы могут быть усовершенствованы, если в них использовать методы компьютерного моделирования процессов заполнения форм, которые позволяют рассчитывать динамику изменения свободной поверхности расплава, что может быть использовано для развития новых походов по расчету вентиляционных отверстий. Вместо эмпирических данных в проведении расчетов можно использовать результаты моделирования процесса заполнения отливок, которые могут являться исходными данными при проведении методов расчета вентиляционных отверстий прессформ. Такой подход позволяет с новых позиций взглянуть на методы выбора положения вентиляционных отверстий в металлической форме. 67 УДК 519.6: 621.74 Оценка влияния факторов сталеплавильного производства на энергопотребление дуговых сталеплавильных печах Студенты группы 104317: Бэйнер М.В., Баранова Е.Ю. Научные руководитель – Чичко А.Н. Белорусский национальный технический университет г. Минск Процесс подготовки в дуговых сталеплавильных печах (ДСП) является сложнейшим многофакторным процессом, от которого зависит качество расплава. При этом важным вопросом является минимизация энергопотребления, связанная с целым комплексом физико-химических факторов, как самой печи, так и расплава. Варьирование технологическими факторами с целью снижения энергозатрат является важной научно-технической задачей, от решения которой зависит эффективность металлургического производства. Целью настоящей статьи является факторный анализ процесса плавления сталей в ДСП. На основе первичного анализа процесса плавления сталей в ДСП были отобраны следующие физико-химические факторы, которые составляли основу данного исследования: параметры, характеризующие работу печи и печь-ковша, параметров расходов металлошихты и вторичного сырья в процессе плавки металла. В качестве выходных характеристик использовались величины энергозатрат, такие как «Расход кислорода горелок (T1), «Расход кислорода дутья» (T2), «Расход природного горючего газа» (T3), «Расход электроэнергии» (T4). На основе данных промышленных испытаний была сформирована матрица, являющаяся исходным материалом для статистического моделирования. В качестве метода исследований использовали методику, опубликованную в работе [1], которая заключалась в определении регрессионных коэффициентов и коэффициентов корреляции между факторами технологии и параметром энергопотребления. На рисунке 1 представлена гистограмма значений коэффициентов парных корреляций между параметром «Электроэнергия» и независимыми параметрами. Как видно из рисунка, наибольшие коэффициенты корреляции наблюдаются для параметров «Время под током» и «Температура выпуска». Это позволяет сделать вывод о наличие влияния значений этих параметров на величину расхода электроэнергии. Причем если для параметра «Время под током» эта взаимосвязь прямая, то есть при увеличении значений этого параметра наблюдается увеличение значения параметра «Электроэнергия», то для параметра «Температура выпуска» – имеет место обратная связь, то есть при увеличении этого параметра наблюдается уменьшение значений расхода электроэнергии. На рисунке 2, а представлен график зависимости между параметрами «Время под током» и «Электроэнергия». Как видно из рисунка, при увеличении значений параметра «Время под током» происходит увеличение величины расхода электроэнергии. На рисунке 2, б представлен график зависимости между параметрами «Температура выпуска» и «Электроэнергия». Как видно из рисунка, при увеличении температуры выпуска металла наблюдается тенденция к уменьшению расхода электроэнергии. 68 0,36 0,63 -0,49 0,28 0,18 0,17 0,13 -0,26 -0,31 -0,26 -0,31 -0,31 -0,05 -0,01 -0,60 -0,40 -0,20 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 Х1 Х2 Х3 Х4 Х5 Х6 Х7 Х8 Х9 Х10 Х11 Х12 Х13 Х14 Рисунок 1 – Гистограмма коэффициентов парных корреляций между параметром «Электроэнергия» и независимыми параметрами печи и печи-ковша y = 795,57x + 13140 37000 38000 39000 40000 41000 42000 43000 44000 45000 31 32 33 34 35 36 37 38 39 Время под током, мин Р ас хо д эл ек тр оэ не рг ии , КВ т/ ча с y = -22,917x + 78476 37000 38000 39000 40000 41000 42000 43000 44000 45000 1580 1600 1620 1640 1660 1680 1700 Температура выпуска, 0С Р ас хо д эл ек тр оэ не рг ии , К В т/ ча с а) б) а) – зависимость между параметрами «Время под током» и «Электроэнергия»; б) – зависимость между параметрами «Температура выпуска» и «Электроэнергия» Рисунок 2 – Влияние параметров плавки на расход электроэнергии Заключение. На основе корреляционного и регрессионного анализов показано, что группы факторов, характеризующих работу печи и печь-ковша, параметры расхода металлошихты, ферросплавов и вспомогательных материалов оказывают сильное влияние на процесс энергопотребления плавки металла. Причем наиболее сильные вклады наблюдаются для параметра «Время под током» в величину расхода электроэнергии, для параметров «Брикет железной руды (первый сорт)» и «Сумма расхода всех компонентов ферросплавов» в величину расхода природного горючего газа. При исследовании влияния указанных технологических параметров на изменение расхода электроэнергии были построены четыре регрессионные модели. Литература 1. Статистическое моделирование взаимосвязей между факторами химического состава стали и дефектами катанки / А.Н. Чичко [и др.] // Литье и металлургия. – 2007. – № 4. – С. 67–73. 2. Чичко, А.Н. Статистические методы регулирования качества продукции в литейном производстве / А.Н. Чичко, В.Ф. Соболев. О.И. Чичко. – Мн.: БНТУ, 2006. – 304с. 69 УДК 621.141.25 Влияние порошкообразного карбида бора на структуру и свойства железобористого сплава Студент группы 104326 Василевич Д.А. Научный руководитель – Невар Н.Ф. Белорусский национальный технический университет г. Минск В работе показано влияние карбида бора, как мелкодисперсного материала, вводимого в расплав, на морфологию структуры, литейные, технологические и эксплуатационные свойства литого железобористого материала. Следует отметить, что карбид бора в основном используется в промышленности как абразивный материал, а также при необходимости проведения химико- термической обработки является составляющим компонентом насыщающей смеси для получения 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 (табл.1): Таблица 1 Параметры решетки твердого раствора бора в углероде линейно зависят от состава: параметр а возрастает, 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: В12С3 или (В4С), образование которого происходит по перитектической реакции при температуре 2250°С; B13C2, конгруэнтно плавящийся при 2450°С, и фаза BmCn предположительного состава ВС2. На участках твердый раствор углерода в боре + В13С2 и В4С + BmCn образуются две эвтектики, плавящиеся при 1900 и 2130°С. t, °с 1800 2000 2200 2350 2400 2500 Св, %(ат.) 1,0 1.5 3,05 2,35 2.2 2,0 70 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 включения 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 этого взаимодействия при температурах, соответствующих температурам плавления низко и среднеуглеродистых сталей, в расплаве происходит формирование таких фаз, как мелкодисперсный твердый раствор внедрения бора в α-железо и замещения в γ-железо, а также боридных фаз FeB и Fe2B, цементита типа Fe3(CB), в котором согласно многочисленным литературным данным содержится до 80% бора. Введение порошкообразного карбида бора приводит к созданию в структуре мелкоизмельченной фазы типа структуры Шарпи. Такое влияние данного борсодержащего компонента можно объяснить с точки зрения его гранулометрического состава и температуры плавления. Как показывают результаты проведенных экспериментов, при введении порошкообразного карбида бора в составе сплава отмечается превалирующее наличие карбидной фазы. Характер ее распределения по телу отливки в некоторой мере зависит от условий введения порошкообразного карбида бора и интенсивности перемешивания расплава. Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы: при введении мелкодисперсного карбида бора расплав приобретает равномерно распределенные по телу отливки структурные составляющие; в структуре отмечается наличие карбидных, карбоборидных и боридных фаз; соответственно с отмеченными структурными изменениями отмечается значительное улучшение микротвердости составляющих фаз, твердости, износостойкости сплава. 71 УДК 004. (07.07) Использование MINDJET MINDMANAGER для построения ментальных карт Студент гр. 104316, Гуминский Ю.Ю. Научный руководитель – Одиночко В.Ф. Белорусский национальный технический университет г. Минск Ментальные карты — это эффективный инструмент структурирования и анализа информации. В основе концепции ментальных карт лежат представления о принципах работы человеческого мозга: ассоциативное (нелинейное) мышление, визуализация мысленных образов, целостное восприятие. Ментальные карты (MindMaps), представляющие собой дерево идей. Ментальные карты могут быть выполнены вручную на листах бумаги формата А4 и больше. Бумага располагается в альбомной ориентации. Построение ментальной карты начинается с центрального образа, который размещается в центре листа. Центральный образ – это: задача, которую необходимо решить; идея, требующая развития; проект, планирование которого необходимо выполнить; информация, которую необходимо запомнить. Центральный образ – это «ствол» дерева, от которого расходятся ветви решений. Несколько толстых ветвей этого дерева соответствуют основным, базовым, идеям, ассоциативно связанным с центральным образом. От них ответвляются второстепенные идеи-ассоциации. Oт второстепенных идей «вырастают» ассоциации более низкого уровня и т.д. Таким образом, в ментальных картах реализуется ассоциативность и иерархичность мышления – от общего к частному. Центральный образ должен быть подписан. Подпись — это название исследуемой темы, концепции, проекта и т.п. К центральному образу «крепятся» ветви главных идей. Их может быть сколько угодно. Обычно от двух до десяти. Затем к главным ветвям добавляются ветви подчиненных идей, ассоциативно связанных с главными идеями и детализирующие их. К подчиненным идеям добавляются идеи более низкого уровня с еще большей детализацией и т.д. Построение ментальных карт возможно с применением программного средства Mindjet MindManager, которое не только поддерживает классический подход к созданию ментальных карт, но и существенно расширяет его. К узлам структуры ментальных карт можно привязать гиперссылки на текстовые документы, таблицы, интернет-сайты, на другие карты и объекты. MindManager имеет собственную графическую библиотеку, что дает возможность вставлять в ментальную карту визуальные образы: рисунки, маркеры, символы расстановки приоритетов и актуальности информации. Подготовленные в программе Mindjet MindManager ментальные карты можно архивировать, экспортировать в форматы HTML и PDF, а также экспортировать в MS PowerPoint и MS Word. Литература: 1. Карты ума. / Авт.-сост. В.И.Копыл. – Минск: Харвест. 2007. – 64 с. 72 УДК 621.746 Затвердевание непрерывной отливки в кристаллизаторе Студент гр. 104317 Кузьмич В.Н. Научный руководитель – Крутилин А.Н. Белорусский национальный технический университет г.Минск Изучение тепловых и гидродинамических процессов при непрерывном литье и построение адекватной математической модели осложняется изменением тепловых характеристик в системе "затвердевающая отливка - кристаллизатор". Связано это, главным образом, с изменением коэффициента теплопередачи, знание которого необходимо для расчета кинетики затвердевания, температурных полей, выбора оптимальных режимов литья. Из общей теории теплообмена известно, что в системах со сложным видом переноса тепла, а именно к этому случаю относится теплообмен в кристаллизаторе, коэффициент теплопередачи определяется из следующих выражений: k = q t ( 1 ) и где k - общий коэффициент теплопередачи; q - величина удельного теплового потока, проходящего через систему; t - разность температур на границах системы; Ri - термическое сопротивление i -го элемента системы; N - число элементов. Чтобы воспользоваться (1) и (2) для определения коэффициента k, в кристаллизаторе необходимо знать величины теплового потока, q ; разность температур на границах системы, t, в каждый фиксированный момент времени; термическое сопротивление, Ri, каждого элемента системы. Причем в теории затвердевания отливки в зависимости от выбранной системы отсчета и ее граничных условий, t, задают либо как разность температур жидкой сердцевины отливки и среды t = t - tс (3) или как разность температур поверхности отливки и охладителя t = tп - tс (4) где t - температура жидкой сердцевины отливки в рассматриваемый момент времени; tп - температура поверхности отливки в рассматриваемый момент времени; tс – температура среды. Использовать выражения (1)(4) для вычисления коэффициента, k, в кристаллизаторе установки непрерывного литья затруднительно, так как в них входят величины, которые не поддаются измерению и контролю непосредственно в ходе разливки. Поэтому в теории затвердевания непрерывной отливки принимается ряд упрощений. Например, коэффициент теплопередачи, k, является постоянной величиной, равной некоторому среднему значению по всей длине кристаллизатора [1]. Такое допущение снижает точность расчета кинетики затвердевания корки в начальный период ее образования. Наиболее полное приближение дают экспериментальные методы, коэффициент теплопередачи рассчитывается на основе экспериментально полученных кривых распределения удельного теплового потока и толщины корки затвердевающего слитка по длине кристаллизатора. На основе 73 полученных экспериментальных данных по известным формулам рассчитывают распределение коэффициента теплопередачи по длине кристаллизатора. Изменение коэффициента теплопередачи в системе «непрерывная отливка – кристаллизатор» определяется, в основном, механизмом образования и роста газового зазора, образующегося в результате усадки между поверхностью затвердевающего слитка и стенкой кристаллизатора. Термическое сопротивление зазора составляет 70  85% от общего термического сопротивления системы. В настоящее время трудно предсказать с необходимой точностью динамику роста зазора и его теплофизические параметры. В связи с этим становится очевидным, что изменение коэффициента теплопередачи в кристаллизаторе нельзя описать никаким решением, кроме численного. В настоящей работе для решения этой задачи используется метод исключения переменных [2]. Характер распределения коэффициента теплопередачи в кристаллизаторе на основании предварительно проведенных исследований, считается известным и описывается функцией, дающей хорошее совпадение с экспериментальной кривой. Известно, что в установившемся режиме непрерывного литья процесс теплопередачи в кристаллизаторе носит квазистационарный характер, то есть изотермы температурного поля не изменяют своего положения относительно неподвижной системы координат (dt/d = 0). Поэтому, пользуясь уравнением сплошности теплового потока при стационарном режиме теплообмена, выражение для определения значения теплового потока в каждый фиксированный момент времени можно записать в виде: q = k’·(t - tс) = k”·(tп - tс) = k·(tкр - tс) (5) где tкр - температура затвердевания расплава; k - коэффициент теплопередачи от фронта затвердевания; k’- коэффициент теплопередачи от жидкой сердцевины слитка; k” – коэффициент теплопередачи с поверхности слитка. Нетрудно заметить, что если в первых двух членах равенства (5) величина, q, является функцией двух переменных - k’ и t или k” и tп , то в третьем лишь одной переменной, k, так как температура, tкр, постоянна в течение всего времени затвердевания отливки (либо квазипостоянна, если использовать понятие «спектр затвердевания» для сплавов с небольшим интервалом кристаллизации [3]). Следовательно, изменение величины теплового потока, q, по длине кристаллизатора будет полностью определяться изменением коэффициента теплопередачи от фронта затвердевания к охладителю, k, и наоборот. Анализ большого числа экспериментальных кривых распределения тепловых потоков в кристаллизаторах машин непрерывного литья, приведенных, например, в работах [1,4] показывает, что эти кривые с большой степенью точности можно аппроксимировать функциями параболического вида. А так как между величинами, k, и , q, существует прямая зависимость, то, следовательно, и функцию, k, можно приближенно описать параболой m -го порядка: где  - время; T - время нахождения отливки в кристаллизаторе; ko - коэффициент теплопередачи в момент времени  = 0; kE - коэффициент теплопередачи на выходе кристаллизатора, т.е. в момент  = T ; m - показатель параболы. или в неподвижной системе координат: где z - текущая координата в направлении вытягивания слитка; L – эффективная длина кристаллизатора. Переход от одной системы координат в другую производится с помощью подстановки z = Vл· ; где Vл - скорость непрерывного литья. 74 Выбор параболы обусловлен не только тем, что функция эта хорошо соотносится с опытными данными и проста в математическом отношении, но и тем, что все величины (ko, kE, m), входящие в уравнения (6), (7) легко рассчитываются, либо поддаются оперативному контролю и измерению непосредственно в ходе разливки. Современные технические средства позволяют делать это с большой точностью в режиме реального времени. Знание закона изменения коэффициента теплопередачи, k, вытекающего из положений (5) и (6), позволяет для каждого, , или, z, преобразовать соответствующим образом стандартные граничные условия 3-го рода (для одномерной задачи теплопроводности) и свести их следующему виду: k·(tкр - tс) = n··(tкр – tп) / (8) где  - толщина корочки слитка;  - коэффициент теплопроводности корки; n – показатель параболы температурной кривой по толщине корки [4]. Это, свою очередь, существенно упрощает задачу математического моделирования при решении уравнения теплового баланса для вывода аналитического уравнения кинетики затвердевания непрерывного слитка в кристаллизаторе. Решение дифференциального уравнения составленного в критериальном виде для плоской отливки выражается формулой: где  =  / - безразмерная толщина корки; L = r / c·кр - безразмерная теплота кристаллизации; K = ~k / k - безразмерный коэффициент теплопередачи; Bi = k·X/ - критерий Био; Fo = a· / X2 - число Фурье или безразмерное время; a=c· - коэффициент температуропроводности корки; кр = (tкр –tс) - избыточная температура затвердевания;  - половина толщины отливки; c - теплоемкость корки;  - плотность корки; r - эффективная теплота кристаллизации, включающая теплоту перегрева;  - время; k - текущее значение коэффициента теплопередачи в момент , определяемое из уравнения (6); n - показатель параболы температурной кривой по сечению корки; ~k - среднеинтегральное значение коэффициента теплопередачи в интервале времени от 0 до  . Чтобы определить ~k необходимо уравнение (6) проинтегрировать в интервале 0 -  : Для расчета структуры и свойств отливки важно знать скорость затвердевания, которая может быть найдена непосредственным дифференцированием выражения (9) : Предлагаемая математическая модель затвердевания непрерывной отливки в кристаллизаторе учитывает ряд теплофизических параметров, которые контролируются и измеряются непосредственно в процессе непрерывного литья конкретного слитка. Причем взаимосвязь этих теплофизических параметров выражается в виде простых аналитических уравнений в явном виде. Последнее является немаловажным при создании недорогих систем управления процессом непрерывного литья в режиме реального времени. Литература 1. Самсонов В.И., Ан В.С. Тепловые условия первичной кристаллизации при непрерывном горизонтальном литье чугуна. - Литейное производство. №4, 1982. 75 2. Анисович Г.А. Затвердевание отливок. Мн.: Наука и техника, 1979. 3. Тихомиров М.Д. Основы моделирования литейных процессов. - Литейное производство. №4, 1998, с.30-34. 4. Баранов О.А, Ветров Б.Г., Поль В.Б., Попов А.Д., Филиппов А.С. Непрерывное литье чугуна. М.: Металлургия, 1968. УДК 621.747.59:621.785:669.131.7 Бейнитный высокопрочный чугун –материал для изготовления зубчатых колес Студент гр. 104317 Кузьмич В.Н. Научный руководитель – Крутилин А.Н. Белорусский национальный технический университет г. Минск Существенное повышение износостойкости, надежности и долговечности деталей из высокопрочного чугуна возможно за счет использования изотермической закалки. Повышенное внимание к этому виду термической обработки обусловлено возможностью значительного повышения физико-механических свойств чугуна, снижения металло- и энергоемкости изготовления деталей. В деталях подвергнутых изотермической закалке создаются условия, обеспечивающие относительно полную релаксацию, как термических, так и фазовых напряжений отливках, что практически исключает опасность появления закалочных трещин. Микроструктура, возникающая в чугунных отливках после изотермической обработки, наиболее полно удовлетворяет требованиям, которые предъявляются к структурам износостойких сплавов (износостойкость повышается в среднем в 5-7 раз). Кроме того, изотермическая обработка резко улучшает противозадирочные свойства чугуна, как при сухом трении, так и при трении со смазкой. Для повышения долговечности и безотказной работы автомобилей, тракторов требуется обеспечить надежную работу его наиболее ответственных и высоконагруженных в тепловом и механическом отношениях деталей, к числу которых относятся зубчатые и червячные колеса различного назначения. В качестве оптимального материала для изготовления таких деталей, наиболее перспективно применение высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита, подвергнутого изотермической закалке. Высокая эксплуатационная стойкость зубчатых колес из высокопрочного чугуна, подвергнутого изотермической закалке, определяется: - более низким, по сравнению со сталью, модулем упругости (170000 и 210000 МПа соответственно), что обеспечивает при одинаковых нагрузках увеличение контактной поверхности и соответственно снижение поверхностных напряжений; - низким коэффициентом трения, хорошей прирабатываемостью, способностью длительное время работать в аварийных условиях при отсутствии смазки; - высокой стойкостью к абразивному и ударно - абразивному износу, вследствие превращения аустенита в мартенсит в рабочем слое детали при высоких удельных нагрузках; - высокой демпфирующей способностью материала, благодаря высокой прочности и вязкости матрицы, при этом сферическая форма графита препятствует развитию возникающих магистральных трещин. Эксплуатационная стойкость колес зависит в основном от двух видов усталости: усталостной прочности при изгибающих нагрузках, возникающих у основания зуба при зацеплении и контактной усталостной прочности, связанной с образованием на поверхности зуба питтинга, который в процессе работы способствует развитию усталостных трещин и разрушению детали. Экспериментальные исследования [1], 76 показали, что повышение температуры изотермической закалки приводит к повышению усталостной прочности при изгибе и снижению контактной усталостной прочности приблизительно на 15-20%, что связано с изменением количества остаточного аустенита и появлением включений мартенсита. Контактная усталостная прочность (КУП) бейнитного чугуна с шаровидной формой графита 32-36 МПа, несколько уступает цементированной стали (45-50 МПа), для сравнения низколегированная, закаленная и отпущенная сталь имеет КУП 8 МПА, а азотированная сталь 29-32 МПа. Увеличение усталостной прочности при изгибе высокопрочного чугуна, подвергнутого изотермической закалке, возможно за счет дробеструйной обработки, после проведения которой, прочность возрастает с 220-300 до 400-500 МПа. В процессе работы происходит эффект поверхностного упрочнения за счет превращения остаточного аустенита в мартенсит, что ведет к повышению твердости рабочей поверхности на глубину до 2 мм. Сравнительные исследования свойств бейнитного высокопрочного чугуна, представленные в работе [2] показали, что упрочнение за счет наклепа дробью повысило стойкость зуба колес при испытании на натурном стенде в 4 раза. По относительной абразивной износостойкости БЧШГ с твердостью 350 НВ в 2 раза превосходит рельсовую сталь с твердостью 255 НВ и в 3 раза низколегированную Cr-Mo сталь с твердостью 304 НВ [3]. Анализ литературы показывает, что за последние десятилетия проведено большое количество исследований, как по определению оптимального химического состава, количества легирующих элементов и режимам изотермической обработки, так и по сравнительным эксплуатационным испытаниям стойкости зубчатых шестерен. В работе [4] сообщается о проведенной комплексной работе по разработке технологии получения литых шестерен из бейнитного чугуна с шаровидной формой графита. Стендовые испытания по определению запаса статической прочности при кручении показали, что чугунные шестерни превосходят шестерни полученные штамповкой из сталей 20ХГНМ и 19ХГМ. После проведения ударно-скоростных и форсированных дорожных испытаний, состояние зубьев шестерен в контактной зоне было без поверхностных повреждений. Металлографический и рентгеноструктурный анализ показал, что в процессе эксплуатации происходит частичное превращение аустенита с образованием мартенсита, в структуре рабочего слоя чугуна микротвердость возросла с 460-465 до 550-729 НB, количество остаточного аустенита уменьшилось с 20-25 до 10-15%. Аналогичные эксперименты по исследованию возможности применения бейнитного чугуна с шаровидной формой графита вместо углеродистых и низколегированных сталей для шестерен трансмиссии главной передачи, деталей кардана проведены ПО ЗИЛ совместно с НАМИ. Сравнительные стендовые и дорожные испытания шестерен, изготовленных из бейнитного чугуна и серийной стали 12ХН3 показали, что несмотря на то, что твердость опытных шестерен из чугуна была значительно ниже серийных, 30-32 и 58-62 HRC, соответственно, состояние шестерен после ресурсного пробега хорошее, поломок и следов питтинга не обнаружено [3]. Повышенной износостойкостью обладают пары с остаточным содержанием аустенита в чугуне 25-32% и твердостью НВ 340-388. Механизм процесса изотермической закалки достаточно сложен, он сочетает в себе особенности мартенситного и перлитного превращений. В отличие от сталей, в которых микроструктура после проведения изотермической закалки представляет собой бейнит, состоящий из игольчатых включений феррита и карбидов, в чугунах, вследствие высокого содержания кремния, карбиды отсутствуют, матрица состоит из игольчатого феррита и высокоуглеродистого аустенита, этим обусловлена высокая пластичность и ударная вязкость этих чугунов. 77 При изотермической закалке высокопрочного чугуна снижается опасность трещинообразования и коробления отливок, однако практика показывает, что причиной преждевременного разрушения деталей в процессе эксплуатации является образование микротрещин. Высокое содержание углерода в твердом растворе у чугуна с шаровидным графитом и размер аустенитного зерна являются основными факторами возникновения микротрещин. Причем, повышенное содержание углерода в аустените оказывает более сильное влияние на образование микротрещин, чем размер зерна аустенита. Зарубежный опыт показывает, что благодаря тщательно контролируемой на всех этапах технологии, максимальному приближению формы литой заготовки к форме готовой детали, снижению затрат на механическую обработку, возможно повышение коэффициента использования металла до 60-70% и снижение себестоимости изготовления зубчатых колес, по сравнению с стальными, более чем на 30%. Несмотря на большое количество исследований, еще недостаточно данных о составе, количестве легирующих элементов и режимах термической обработки, позволяющих обеспечить получение бейнитного чугуна с оптимальными механическими и служебными свойствами. Литература: 1. Austempering Ductile Irons – their Significance and Present Applications //Foundry Trade Journal. – 1985. October 10. – p.277 - 278, 280, 282, 282, 286. 2. Yicheng F. Hypoid pinion and ring gears of bainitic nodular iron with Shell moulded cast teeth. “46 Congr. Inern. Defonderic”, 1979, доклад №7б с. 5-15. 3. Неделько Л.А., Шестаков А.В., Шмидт В.И. Применение бейнитного чугуна для автомобильных отливок: Обзорная информация / ЦНИИТЭИавтосельхозмаша. - Тольятти, 1990. – 35с. 4. Клецкин Я.Г., Левитан М.М. Бейнитный чугун с шаровидным графитом // Литейное производство. 1987. - №9. – с.9-13 УДК 621.74 Способ получения высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита Студенты группы 104326 Синкевич А.В., Римша А.С. Научный руководитель – Невар Н.Ф. Белорусский национальный технический университет г. Минск В работе рассмотрен способ обработки струи чугуна в потоке. Для этого предусматривается использовать полосовую заготовку из металлического стандартного магния или из его лигатур с кремнием толщиной 15-20 мм, шириной 85-100 мм при длине в зависимости от требуемого веса, составляющего 0,09-0,1 от веса обрабатываемого объема жидкого чугуна. Толщина будет меняться в зависимости от содержания кремния в лигатуре. Полосовая заготовка может быть получена экструдированием, прокатом, литьем или разрезкой стандартных чушек на пластины. Сущность способа заключается в том, чтобы высокопрочный чугун с шаровидным графитом получать непосредственно при протекании струи по желобу обработкой ее парами магния, образуемыми в результате контакта жидкого чугуна с поверхностью по всей длине полосовой заготовки. Для этого полосовая заготовка в виде целого куска или разрезанная на части закладывается в тело стержневых блоков, изготовленных из смесей на жидком стекле или с применением других известных крепителей. После сушки и покраски стержни укладываются в корпус желоба в 78 качестве футеровки так, чтобы поверхность одного из ребер оставалась по всей длине оголенной и служила дном канала желоба, а все другие поверхности заготовки оказались закрытыми стержневой массой. Способ производства высокопрочного чугуна по предложенному методу очень прост и не требует никакого оборудования. Сущность его заключается в том, что протекающая струя по всей длине полосовой заготовки оказывается под действием паров магния и, купаясь в них, превращается из серого пластинчатого в чугун с шаровидной формой графита. Процесс идет в потоке и продолжается до тех пор, пока не прекратится заливка металла в ковш или в форму. При новой порции чугуна, подлежащей обработке парами магния, ставится другой желоб, а использованный будет находиться в резерве. Разработанный способ совершенно безопасен, прост, не требует никаких капитальных затрат, нет потерь температур, в 2-3 раза снижается расход магния, резко улучшается качество металла. УДК 621.74 Вопросы энерго- и ресурсосбережения при использовании эффективных противопригарных покрытий для литейных форм и стержней Студент группы 104317 Нечаева Л.А. Научный руководитель – Кукуй Д.М. Белорусский Национальный технический университет г. Минск Литейное производство является одной из энерго- и ресурсоемких отраслей современного машиностроения. Однако, перспективность литейной технологии не вызывает сомнений и обусловлена надежностью и универсальностью методов формообразования металлических изделий. Сегодня литые детали во многих машинах и механизмах составляют около 60%, а в металлообрабатывающих станках, двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, насосах и редукторах 80-85% их массы. Значительный резерв в снижении энерго- и ресурсоемкости литейного производства скрыт в минимизации затрат на производство и улучшении качества отливок. В условиях жесткой рыночной экономики вопросы повышения качества литых изделий как никогда приобретают первостепенное значение. Формирование качества отливки складывается на всех технологических этапах ее изготовления. Среди причин снижающих этот показатель одна из самых распространенных – дефекты поверхности. Эти пороки отливок вызывают дополнительные затраты энергетических и трудовых ресурсов на очистку и последующую финишную обработку. Например, операции по обрубке и очистке крупных отливок при мелкосерийном производстве могут достигать до 35% общей трудоемкости изготовления. В практике литейного производства предупреждение таких дефектов, как правило, осуществляется с помощью нанесения на поверхность литейной формы специальных противопригарных покрытий. Следует отметить, что при современном уровне литейного производства покрытия литейных форм должны не только выполнять противопригарные функции, но и решать задачи профилактики всей группы дефектов поверхности, быть экологически безопасными и относительно недорогими. В настоящее время большинство противопригарных покрытий импортируется на рынок Беларуси. Однако, даже при высокой цене поставки по различным причинам они зачастую не обеспечивают необходимую чистоту поверхности отливок. В нашей стране давно назрела необходимость создания 79 собственного центролизированного производства эффективных противопригарных покрытий. На кафедре «МиТЛП» разработаны разработать новые оригинальные составы противопригарных покрытий (табл. 1), которые успешно опробованы в условиях действующих производств. Таблица 1 – Номенклатура разработанных покрытий. Внешний вид № покрытия 1 3 4 5 6 7 Основной наполнитель Алюмо силикат ы Графит Композитная смесь шунгита и графита Магнези т Композитная смесь алюмосиликато в и оксида хрома Хромо магнезит Сталь + - - + + + Назна чение Чугун + + + - - - В качестве примеров, ниже приведены некоторые результаты использования покрытий в литейных цехах белорусских заводов. Так, например, в литейном цехе ОАО «Бобруйский машиностроительный завод» отливаются толстостенные стальные и чугунные отливки насосной группы. Все литые изделия проходят энергоемкие финишные операции обработки: выбивку, очистку в дробеметных камерах, обрубку пневмозубилами и зачистку на шлифовальных станках. По официальным данным, предоставленным ОАО «Бобруйский машиностроительный завод», регулярное использование покрытий на основе высокоогнеупорных алюмосиликатов, композитной смеси шунгита и графита (№ 1 и 4 табл. 1) позволило не только повысить качество отливок (брак по пригару в 2009г сократился на 30% по сравнению с 2008г), но и сократить время очистных работ, что в результате привело к существенной экономии электроэнергии. Кроме того, за счет центролизированных поставок материалов минимизированы транспортные расходы (ранее покрытия поставлялись из России и Австрии). Новые графитовые и графитошунгитовые противопригарные покрытия прошли апробацию при производстве станочных чугунных отливок в литейном цехе РУП «Вистан» (рис. 6). Использование новых красок (№3, 4 табл. 1) дало возможность повысить качество поверхности отливок, снизить припуски на механическую обработку и, что немало важно, удалось сократить время работы весьма энергозатратных камер электрогидровыбивки жидкостекольных стержней. Разработанные составы внедрены в производство и с успехом используются при профилактике таких видов литейного брака как пригар, засоры, ужимины и др. Разработанные составы противопригарных покрытий, как показывает производственный опыт, по основным технологическим свойствам не уступают лучшим зарубежным аналогам, а по ряду специальных характеристик превосходят их. Регулярное применение таких покрытий позволяет улучшить качество отливок, существенно снизить затраты на производство и в конечном итоге достичь существенного экономического эффекта. Уже сегодня новые покрытия с успехом используются на ОАО «Бобруйский машиностроительный завод», РУП «Вистан», ОАО «Могилевский металлургический завод», на БШК «Белшина» (г.Бобруйск), РУП «Полесьеэлектромаш» (г.Лунинец), ООО «Белтор–элит», ООО «Спецлит» (г.Могилев), ОАО «Гродно-Азот» и других белорусских предприятиях. 80 УДК 621.74 Моделирования процессов, происходящих на границе раздела расплав – противопригарное покрытие – форма Студент группы 104317 Ермак А. Научный руководитель – Николайчик Ю.А. Белорусский национальный технический университет г. Минск В настоящее время существенный прогресс в литейном производстве может быть обеспечен высокими темпами автоматизации и внедрения новейших технологий, включая информационные: системы автоматизированного проектирования (CAD), системы инженерного анализа (CAE). В настоящей работе показана возможность качественной и количественной оценки вероятности образования и предотвращения поверхностных дефектов отливок с использованием средств моделирования физических процессов на границе раздела расплав – форма («р-ф») и расплав – противопригарное покрытие – форма («р-п-ф»). В качестве инструмента позволяющего выполнить расчеты и получить визуальную картину процессов протекающих на границе раздела «р-ф» и «р-п-ф» использована система компьютерного моделирования литейных процессов (СКМ ЛП) "ПолигонСофт". Анализ процессов на границе раздела «р-ф» и «р-п-ф» выполнен для ступенчатой технологической пробы (рисунок 1). Толщина стенки отливки изменяется от 10 до 50 мм. Для сопоставления результатов в одной литейной форме предполагается изготовление двух отливок (одна часть формы окрашена, вторая без покрытия). Трехмерная модель литейной формы в сборе и отливки построена в среде SolidWorks. Генерация конечно-элементной сетки выполнена в COSMOSDesignSTAR. а) б) а-3D модель отливки с литниково-питающей системой б-литейная форма в сборе с конечно-элементной сеткой Рисунок №1 – Технологическая ступенчатая проба для изучения процессов пригарообразования. Работа с системой компьютерного моделирования литейных процессов (СКМ ЛП) "ПолигонСофт" построена по модульному принципу. Подготовка к расчету включает в себя подготовку сеточной модели расчетной области в предпроцессоре «Мастер-3D». Этот модуль позволяет проанализировать качество конечно-элементной сетки, сориентировать модель относительно вектора силы тяжести, присвоить отдельным элементам тип отливка/форма и задать индексы объемов и границ. В нашем случае оной из границ форма-отливка (окрашенная часть формы) присваивается отдельный индекс отличительный от индекса неокрашенной части формы. 81 Определение граничных (ГУ) и начальных (НУ) условий выполняется в предпроцессоре «Сплав». Индексам границ и объемов присваиваются соответствующие теплофизические свойства. Так для противопригарных покрытий на различных огнеупорных наполнителях существует возможность учесть коэффициент теплопроводности, толщину покрытия, теплоемкость, теплоаккумулирующую способность и степень черноты. По известному химическому составу материала отливки (таблица 1), синтезированы тепловые свойства сплава. Таблица 1–Химический состав чугуна. C Si Mn S P 3.40 1.60 0.80 0.08 0.12 Расчет процессов гидродинамики заполнения формы и кристаллизации расплава выполнен в модулях «Эйлер» и «Фурье 3D» соответственно. Визуализировать картину расчетов и получить численные значения распределения скоростей движения расплава, температур, давлений и усадочных дефектов позволяет модуль «Мираж 3D». а) б) а – продольное сечение окрашенной части формы, б – поперечное сечение формы. Рисунок 2 – Распределение температуры в отливке и форме в процессе кристаллизации Динамика изменения температуры в процессе кристаллизации отслеживалась в контрольных точках на ступенях технологической пробы (толщина стенки изменяется от 10 до 50 мм), как в отливке, так и в форме (рисунок 2). а) б) а - неокрашенная форма, б - окрашенная форма. 1, 2, 3, 4, 5 – изменение температуры в контрольных точках с толщиной стенки отливки 10, 20, 30, 40, 50мм соответственно. Рисунок 3 – Динамика изменения температуры в отливке. 82 а) б) а - неокрашенная форма, б - окрашенная форма. 1, 2, 3, 4, 5 – изменение температуры в контрольных точках с толщиной стенки отливки 10, 20, 30, 40, 50мм соответственно. Рисунок 4 – Динамика изменения температуры в форме. Выполненные расчеты процессов гидродинамики заполнения формы и кристаллизации позволяют проследить динамику изменения температуры (рисунок 3, 4) и на границе раздела «р-ф» и «р-п-ф». На основании полученных физических данных правильно подобрать защитное противопригарное покрытие и спрогнозировать будущее качество поверхности отливки. Литература: 1. С.С. Жуковский Формовочные материалы и технология литейной формы. Справочник. - Москва Машиностроение, 1993 г. 2. Цибрик А.Н. Физико-химические процессы в контактной зоне металл-форма. – Киев: Науковая думка, 1977г. 3. Баландин Г.Ф. Основы теории формирования отливки. Ч.I. – М.: Машиностроение, 1979. УДК 621.74 Анализ работы автоматической формовочной линии Студент группы 104326: Новик А.А. Сечко А.В Научный руководитель – Невар Н.Ф. Белорусский национальный технический университет г. Минск Для изготовления форм используем автоматическую формовочную линию на базе линии по изготовлению полуформ конструкции фирмы «Генрих Вагнер Синто» («HWS») с применением единой формовочной смеси. Эта линия служит для изготовления отливок широкой номенклатуры в разовые формы с размером опок в свету 1150х900, высотой 400 мм. Формы изготавливают на АФЛ из песчано-глинистой смеси в специальных стальных опоках методом «Сейацу» с воздушным потоком и подпрессовкой. АФЛ имеет автономное землеприготовительное отделение. Выбивка форм производится методом выдавливания кома формовочной смеси с отливками из опок на выбивной решетки, на которой производится отделение отливки от формовочной смеси. 83 Технологическая последовательность работы АФЛ. Подъемный стол рельсового пути поднимает грузовую тележку с установленной формой. Устройство съема, передачи и выбивки форм захватывает залитую и охлажденную форму, перемещает в зону выбивной решетки. Подъемное устройство поднимает залитую и охлажденную форму к плите выталкивания, при этом происходит выдавливание кома смеси с отливкой на выбивную решетку и очистка внутренних стенок опоки. Пара опок устанавливается на откидные роликовые планки. Раскрепляется пара опок. Подача опок на засыпку. Раскрывается откидная роликовая рамка и наполнительная рамка устанавливается на опоку. Модельная оснастка, опока и наполнительная рамка опускается на центрирующие штыри поворотного стола для моделей. Происходит оборот поворотного стола на 180 градусов, в результате чего модельная оснастка, пустая опока и наполнительная рамка оказываются на позиции заполнения формовочной смесью. Бункер-дозатор заполняется формовочной смесью, затем перемещается к опоке с наполнительной рамкой. Во время перемещения происходит опрыскивание модели разделительным составом, нанесение аэрированной формовочной смеси на поверхность модели. Засыпается остальное количество формовочной смеси в опоку с наполнительной рамкой. После чего бункер-дозатор, возвращается в исходное положение. Заполненная формовочной смесью опока с наполнительной рамкой поднимается столом машины. Производится уплотнение смеси путем открывания клапана «Сейацу». После уплотнения опускание стола машины. В кантователе полуформ линии формовки происходит поворот полуформы на 180 градусов. На следующей позиции после кантователя производится удаление излишков формовочной смеси. После съема залитой формы и охлажденной формы с грузовой тележки устройством съема грузовая тележка поступает в автомат очистки тележек. Верхняя полуформа с линии формовки перекладчиком полуформ устанавливается на линию обработки верхней полуформы. Грузовая тележка с установленной нижней полуформой поступает на участок простановки стержней. Верхняя полуформа поступает в автомат сверления вентиляционных отверстий, затем в автомат фрезерования литниковой чаши, после в кантователь. С помощью сопла продуть полуформу низа. Верхняя полуформа с линии обработки подается в захватное устройство сборщика форм. Производится установка верхней полуформы на нижнюю. Собранная форма поступает на участок заливки. Грузовая тележка с залитой формой, посредством платформы поперечной передачи, подается на линию охлаждения форм. Грузовая тележка с охлажденной формой подается на линию транспортирования форм и полуформ. Преимущества формовочных линий HWS: Современные формовочные линии в состоянии экономично изготовлять и небольшие серии, так как смена модели может осуществляться в пределах времени 84 тактового цикла. Для одной и той же линии можно использовать различные виды смесей, применять опоки различной высоты и заливать различные металлы. Параметры для изготовления формы, такие как количество смеси, усилие и продолжительность прессования можно программировать и запоминать в зависимости от той или иной модели. Они определяют также позиции заливочных воронок и вентиляционных отверстий и регулируют прохождение форм по участкам охлаждения. Длительность охлаждения можно устанавливать различной в зависимости от формуемой модели и имеется возможность прослеживать путь каждой опоки до участка выбивки на экране. Компьютеры контролируют работу линии, сообщают ее рабочее состояние на данный момент, составляют протоколы и подают сообщение о месте возникшей неполадки. При приобретении формовочной линии на первом месте всегда стоит экономичность, но сегодня для принятия такого решения важны также требования к созданию благоприятных условий на рабочем месте, а также проблемы охраны труда и окружающей среды. Решающим моментом для оценки формовочной линии является производительность метода формования. HWS с 1983 г. использует только метод формовки СЕЙАЦУ, чтобы изготовлять точные по размеру формы с большой точностью воспроизведения, с сохранением самой модели и с заботой об охране окружающей среды. Формовочные линии HWS до малейших деталей приспособлены к сложным условиям работы литейного предприятия. Они оснащаются надежными компонентами ведущих изготовителей гидравлики, электрики и электроники. Машины серий EFA-SD и ZFA-S используются там, где требуется высокая производительность УДК 621.74 Microsoft Office Home and Student 2010 Студент гр. 104310 Овсянников Д.А. Научный руководитель – Одиночко В.Ф. Белорусский национальный технический университет г. Минск Microsoft Office Home and Student 2010 – современный пакет офисных программ для домашних пользователей и студентов. Пакет лицензируется для некоммерческого использования и включает Word 2010, Excel 2010, PowerPoint 2010 и OneNote 2010. Microsoft Word 2010 имеет расширенные возможности при создании текстовых документы, делает командную работу более эффективной за счет функций совместного редактирования документов, позволяет оживить текст с помощью элементов оформления OfficeArt, а также быстрее проводить поиск и навигацию в документах. Поисковые ресурсы в справочной панели Word 2010 помогают найти информацию, связанную с содержанием документов. Microsoft Excel 2010 помогает быстрее принимать более зрелые и гибкие бизнес- решения с использованием самых передовых инструментов и функций. С помощью Excel 2010 можно лучше анализировать растущие объемы данных внутри и снаружи своей организации, выполнять расчеты «что-если», а также наглядно представлять результаты за счет богатых возможностей визуального отображения изменений в ячейках. Можно с легкостью публиковать на web-страницах любые таблицы Excel — от простых списков до самых сложных критически важных финансовых моделей, создавая новые способы обмена данными и коллективной работы. 85 Microsoft PowerPoint 2010 предлагает все необходимое для создания более наглядных и легко показываемых на любом оборудовании презентаций с самыми современными переходами, анимацией и аудио- и видео-вставками. PowerPoint 2010 позволяет вставлять звуковые и видео-файлы в презентации с максимальным качеством, совместно работать над презентацией в реальном времени, а также создавать видео-версии презентаций. Также PowerPoint 2010 расширяет набор способов показа и распространения презентаций, предлагая возможность вещания презентаций «в прямом эфире» через web-браузер. Microsoft OneNote 2010 благодаря уникальному пользовательскому интерфейсу Fluent, улучшенной навигации и новым инструментам систематизации записей все заметки, мысли и идеи можно фиксировать с недоступной ранее легкостью, превращая их в удобный и упорядоченный архив с мощными средствами, поиска. Также пакет OneNote 2010 упрощает совместную работу над документами и управление версиями. Общие «тетради» помогают сделать совместную работу над одним документом удобной и простой. Office 2010 позволяет создавать отчеты и презентации с помощью инструментов, которые помогают выразить любые творческие идеи. Оставаться в курсе своих проектов можно даже вдали от компьютера, используя доступ к файлам через web- браузер или смартфон. Для эффективного сотрудничества можно одновременно передавать, редактировать и рецензировать файлы, невзирая на географические границы и часовые пояса. Обеспечивает полный контроль всех документов, своевременное выполнение задач и отличные результаты, независимо от того, где и когда вы занимаетесь ими — в офисе, дома или на учебе. УДК 621.74 К вопросу о реконструкции РУП ГЛЗ «Центролит» Студенты гр. 304315 Павлюкевич Е.А., Доморад А.Г., Верташёнок С.А. Научный руководитель – Одиночко В.Ф. Белорусский Национальный технический университет г. Минск Для реконструкции плавильного и формовочного участков РУП ГЛЗ «Центролит» были проведены маркетинговые исследования мирового рынка плавильного и формовочного оборудования. Целью маркетинговых исследований в данном случае являлся поиск современного, экономичного и высокопроизводительного оборудования по источникам информации, представленных в схеме 1 (рисунок). При этом были выполнены следующие этапы:  Выявление проблем и формулирование целей исследования;  Отбор источников информации;  Сбор информации;  Анализ собранной информации; 86  Представление полученных результатов. Были определены следующие цели данного исследования: 1) определение существующих производителей формовочного, стержневого и плавильного оборудования; 2) анализ цены и возможностей предлагаемого оборудования; 3) определение соответствия выбранного оборудования условиям, необходимым для производства. Для реконструкции чугунолитейных цехов РУП ГЛЗ «Центролит» необходимы агрегаты для плавки черных сплавов, позволяющие снизить существующие расходы топлива и энергии, уменьшить расходы по содержанию и эксплуатации, а также позволяющие максимально снизить трудоёмкость изготовления расплавленного чугуна. В процессе маркетинговых исследований мирового рынка плавильного оборудования, были рассмотрены индукционные тигельные печи фирмы ABP (Швеция), индукционные тигельные печи фирмы EGES (Великобритания) и индукционные тигельные печи фирмы Индуктор (Россия). Анализ плавильного оборудования различных производителей показал, что наиболее целесообразным и рациональным является приобретение индукционных печей фирмы EGES. Технические показатели печей фирмы EGES выше, чем у конкурентов. Печи EGES более производительны и экономны, что позволит снизить себестоимость продукции. Замена устаревшего формовочного оборудования на современное также очень актуальна. По состоянию на сегодняшний день на заводе установлены 3 автоматические линии: ФДК (Швейцария), автоматическая линия импульсной формовки (АЛИФ), автоматическая безопочная горизонтально-стопочная формовочная линия Форматик, 6 формовочных встряхивающих машин 234 и 235, которые являются фактически изношенными и морально устаревшими. По результатам маркетингового исследования мирового рынка было выбрано оборудование английской компании “Omega Foundry Machinery Ltd.”и технология изготовления форм и стержней из холодно-твердеющих смесей на смоляных связующих (ХТС-процесс). ХТС по сравнению с традиционными песчано-глинистыми смесями имеют следующие технологические преимущества:  применение для изготовления форм и стержней единых компонентов (песок, смола, катализатор); Маркетин- говые ис- следования Интернет Техническая литература Проспекты фирм Журналы и сборники Опыт предприятия Заключения экспертов Рисунок. Схема отбора источников информации 87  приготовление смеси и подача ее в опоки (стержневые ящики) совмещены в одном агрегате - смесителе;  высокая точность стержней и форм, возможность ухода от пригара;  отсутствуют дефекты отливок, связанные с размывом и обрушениями форм, а также уменьшается количество газовых раковин;  появляется возможность получать отливки 7 класса точности по ГОСТ 26645-85; снижается расход металла и объем механообработки;  стержни легко удаляются из внутренних полостей отливки, так как смола под воздействием температуры залитого металла выгорает и стержень рассыпается;  появляется возможность отказа от опочной оснастки, а также экономии площадей и средств механизации;  быстрая смена оснастки и, как следствие, гибкость при изготовлении многономенклатурной продукции, особенно при мелкосерийном и серийном производстве;  снижается расход формовочной смеси в 2 –4 раза;  появляется возможность регенерации формовочной песка из отработанных смесей и использование 90…95% регенерата. УДК 519.6: 621.74 Системный анализ микроструктур перлитных сталей Студент группы 104327: Петровский И.Г., Усов А.Н. Научные руководители – Чичко А.Н., Сачек О.А. Белорусский национальный технический университет г. Минск Развитие компьютерных технологий, связанных с обработкой изображений микроструктур сплавов открывает новые возможности для материаловедческих наук. В частности, математическая формализация структур сплавов создает основу для развития количественных методов анализа микроструктур сплавов [1] вместо традиционно используемых качественных методов анализа [2]. В настоящей статье описан математический аппарат обработки изображений микроструктур, позволяющий на количественном уровне сравнивать микроструктуры стальной катанки, являющейся продукцией металлургического производства между собой. Традиционно при определении межпластиночного расстояния не используется функция плотности распределения по всей микроструктуре [3]. При этом метод включает – выбор колоний перлита по фотографиям микроструктуры, определение площадей выбранных колоний, определение среднего видимого межпластиночного расстояния для каждой колонии, определение истинного межпластиночного расстояния по экстраполяционной функции зависимости нарастающей суммы площадей колоний от среднего межпластиночного расстояния. Представленный метод имеет низкий уровень автоматизации и во многом использует субъективные оценки в определении межпластиночных расстояний. Развитие компьютерных технологий в применении к решению задач анализа микроструктур, позволяет снизить роль субъективного фактора за счет увеличения числа анализируемых участков. При этом информативность метода существенно повышается. Предлагаемый алгоритм для определения межпластиночных расстояний, основан на компьютерной обработке изображения и включает бинаризацию изображений микроструктур исследуемого образца с определенным порогом, математическую обработку полного изображения микроструктур, определение нормированной функции HP(dпл) плотности распределения доли эвтектоидных колоний 88 по числу межпластиночных расстояний для всех микроструктур образца и вычисление истинного межпластиночного расстояния на базе значений функции HP(dпл) В качестве объектов для обработки изображений с целью определения межпластиночного расстояния были использованы микроструктуры катанки перлитной стали с различной дисперсностью перлита диаметром 5,5 мм, получаемой на РУП «БМЗ» (Беларусь). Всего было исследовано четыре образца по двум плавкам, для каждого образца имелось по 9–10 фотографий, сделанных на микроскопе с увеличением 4000. Каждый из образцов соответствовал своим технологическим условиям и соответствующему номеру плавки. Для каждой из этих микроструктур, с помощью специально разработанной программы автоматизированной обработки микроструктур «АОМ-1» (разработка Белорусского национального технического университета, внедрена на РУП «БМЗ») [4], были рассчитаны функции плотности распределения HP(dпл) и определены значения истинного межпластиночного расстояния (таблица). Таблица – Значения истинных межпластиночных расстояний для образцов № 1–4 Значения истплd образцов, мкм Метод Образец №1 Образец №2 Образец №3 Образец №4 Традиционный (РУП «БМЗ») 0,128 0,130 0,233 0,150 Предлагаемый 0,128 0,131 0,235 0,150 Как видно из таблицы, предлагаемый и традиционный методы позволяют получить достаточно близкие значения по межпластиночным расстояниям в перлите. Следует отметить, что традиционная методика требует для обработки одного образца (микроструктура обрабатывается частично) порядка 2–4 часов работы металловеда, в то время как предлагаемый метод обрабатывает всю фотографию микроструктуры за секунды. Литература: 1. Чичко А.Н., Сачек О.А., Веденеев А.В., Соболев В.Ф. О новых математических методах анализа микроструктур эвтектоидных колоний перлитных сталей // Литье и металлургия. – 2008. – № 4. – С. 104–112. 2. Салтыков, С.А. Стереометрическая металлография / С.А. Салтыков. – М.: Металлургия, 1970. – 376 c. 3. Ивадитов А.Н. Разработка и освоение технологии производства высококачественной катанки / А.Н. Ивадитов, А.А. Горбанев. – М.: Металлургия, 1989. – 255 с. 4. АОМ-1 : а.с. 085, 16.06.09 / А.Н. Чичко, О.А. Сачек, С.Г. Лихоузов, А.В. Веденеев, Е.П. Барадынцева, В.Ф. Соболев); Белор. нац. техн. ун-т – № С20090028. УДК 669.14.018.252 Способы получения жидкого металла при выплавке заготовок из инструментальных сталей Студенты гр. 104316 Чумила С.А., Кондратюк П.Н. Научный руководитель – Рудницкий Ф.И. Белорусский национальный технический университет г. Минск Опыт применения литейных технологий при изготовлении литых заготовок из быстрорежущих и штамповых сталей позволяет с уверенностью выделить ряд 89 преимуществ по сравнению с традиционными методами использования проката и поковок: - возможность использования отходов инструментального производства (стружки, вышедшего из строя инструмента, немерных заготовок проката); - 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 факторов изготовления на всех этапах от плавки металла до заливки и термической обработки заготовок с максимальным учетом конкретных условий эксплуатации. Для обеспечения надлежащего качества литой структуры весьма важным является выбор способа получения жидкого металла (тип плавильного оборудования), рациональный подход в осуществлении операций его легирования, раскисления и модифицирования. В работе рассмотрены различные методы плавки стали: традиционная индукционная плавка и современные электрошлаковые технологии. Для исследования качества металла индукционной плавки использовали печь типа ИСТ-006 с кислой футеровкой, питающейся от машинного преобразователя частоты МГП-52 и позволяющей получать до 60 кг стали. Заливку металла для получения заготовок требуемых размеров осуществляли в графитовые кокили. Качество металла электрошлаковой плавки исследовали при использовании двух технологических схем электрошлакового литья (ЭШЛ). Первая (рисунок 1) состоит в том, что расходуемые электроды переплавляли непосредственно в кристаллизаторе, в котором формируется отливка требуемых размеров. 1 – электрод; 2 – шлаковая ванна; 3 – металлическая ванна; 4 –отливка; 5 – кристаллизатор; 6 – поддон. Рисунок 1 - Схема ЭШЛ при выплавке в кристаллизаторе фасонной отливки Вторая схема (рисунок 2) состоит в том, что при переплаве расходуемого электрода в специальной плавильной емкости (тигле) накапливали жидкий электрошлаковый металл и затем заливали его в графитовый кокиль. Этот способ носит название фасонного электрошлакового литья (ФЭЛ) и кокильного литья (ЭКЛ). В случае использования нерасходуемого (графитового) электрода в тигле возможен переплав мелкокусковых металлоотходов и стружки. 90 1 — расходуемый или нерасходуемьй электрод; 2 — шлак; 3 — жидкий металл; 4 — емкость; 5 — литейная форма. Рисунок 2 – Схема фасонного ЭШЛ с накоплением жидкого металла и заливкой его в литейную форму: Использование методов электрошлакового переплава имеет ряд преимуществ, связанных с небольшим угаром основных легирующих элементов, высокой чистотой металла и плотностью отливок по сравнению с индукционной плавкой. Из электрошлаковых методов предпочтительным является ЭКЛ. При его использовании помимо отсутствия проблем с использованием мелкокусковых шихтовых материалов значительно упрощается технология введения модифицирующих добавок в расплав, что существенно улучшает структуру и повышает физико-механические свойства литого металла. УДК 621.74 Отливки из высокопрочного чугуна Студенты группы 104326: Синкевич А.В. Римша А.С. Научный руководитель – Невар Н.Ф. Белорусский национальный технический университет г. Минск В высокопрочном чугуне графит имеет шаровидную форму. Для получения графита шаровидной формы чугун модифицируют магнием или церием с последующим модифицированием ферросилицием. Высокопрочный чугун обозначается: ВЧ20, ВЧ50 и т.д. Буквы обозначают принадлежность к высокопрочным чугунам, первые цифры (две - три) показывают придел прочности при растяжении (кгс/мм²), вторые - относительное удлинение (%). Отличительной особенностью высокопрочного чугуна являются его высокие механические свойства: временное сопротивление 373...1180 МПа , относительное удлинение 2...17%, твердость НВ137...360. Высокопрочный чугун широко используют взамен литых стальных заготовок (коленчатые валы двигателей, компрессоров и т.д.). Жидкотекучесть высокопрочного чугуна такая же, как и у серого чугуна при одном и том же химическом составе и прочих равных условиях, что позволяет получать отливки с толщиной стенок 3-4мм сложной конфигурации. Литейная усадка высокопрочного чугуна составляет 1.25 - 1.7 %. Это затрудняет изготовление отливок без усадочных дефектов. Отливки из этого чугуна преимущественно изготовляют в песчаных формах, литьем в кокиль, центробежным литьем и другими способами. Высокая усадка чугуна 91 вызывает необходимость создания условий направленного затвердевания отливок для предупреждения образования усадочных раковин и пористости в массивных частях отливки путем установки прибылей и использования холодильников. Для предупреждения трещин в отливках применяют формовочные смеси повышенной податливости. Расплавленный чугун в полость формы подводят через сужающуюся литниковую систему и как правило, через прибыль. Температура заливки чугуна при изготовлении отливок назначается на 100 - 150° С выше температуры ликвидуса(<1400° С). УДК 621.74 Выбор составов единых формовочных смесей (ЕФС) в зависимости от гидродинамического давления расплава в форме Студенты гр.104328 Гецман И.Ю., Никитенкова А.О. Научный руководитель – Скворцов В.А. Белорусский национальный технический университет г. Минск Существующие рекомендации выбора ЕФС, как правила, основаны на виде заливаемого сплава и массе получаемой отливки. Однако, давление расплавленного металла на стенки формы в большей мере зависит не от массы отливки, а от гидродинамического давления расплава. Поэтому определенный интерес представляет выработать рекомендации по выбору составов ЕФС в зависимости от гидравлических параметров формы. Известно, что гидростатическое давление в форме определяется основным уравнением гидростатики:  hpghpp  00 (1) где h – высота металла в форме от поверхности заливки до нижней части отливки;  - удельный вес расплава. Это давление, как видно из уравнения, складывается из двух величин : давления р0 на внешней поверхности расплава и давления, обусловленного весом вышележащих слоев металла. Поскольку величина р0 имеет место и при определении прочности ЕФС ее можно пренебречь. Преобразуя уравнение (1) относительно значения h, получим: /ph  Учитывая то, что при движении расплавленного металла по литниковой системе и попадании его в полость формы наблюдается ударное давление, которое может до двух раз увеличить статистическое давление металла в форме, необходимо ввести коэффициент гидростатического удара k, который зависит от конфигурации и объема полости формы, скорости заливки и др. Тогда высоту металла в форме можно определить из выражения: )/( kph  Анализируя прочности ЕФС, приведенные в таблице 1, можно рассчитать максимальную высоту расплавленного металла в форме без ее разрушения. 92 Таблица 1 – Типовые состав и свойства песчано-глинистых единых формовочных смесей (ЕФС), применяемых при изготовлении отливок Состав формовочной смеси, % по массе № п/п Материал отливки Оборотная смесь Кварцевый песок Глинистый связующий материал Противо- пригарный материал Добавки Прочность при сжатии, МПа 1 2 СЧ СЧ 93…94 92…95 6…7 5…8 0,5…1,0* 0,5…1,5** 0,5…1,0 0,5…1,0 - 0,1…0,2 0,05…0,07 0,12…0,17 * - каолиновая глина; ** - бентонитовая глина. Так для состава № 1 при прочности 0,06 МПа и коэффициенте гидравлического удара k = 1,5 максимальная высота металла в форме будет составлять 0,588 м, для состава 2 (сж = 0,15 МПа)  1,47 м. УДК 621.74 Возможность использования электростатической окраски в литейном производстве Студент гр.104317 Шкатула А.В. Научный руководитель – Николайчик Ю.А. Белорусский национальный технический университет г.Минск В современном литейном производстве широко применяются различные покрытия для окраски форм, стержней и готовой продукции. Для экономии материала и ускорения процесса нанесения покрытий, возможно использование принципа электростатической окраски. Главный принцип электростатической покраски заключается в том, что в процессе распыления жидкого покрытия, соприкасаясь с электродом, которым оборудован каждый электростатический краскораспылитель, получает высоковольтный отрицательный заряд (примерно 60-100 кВ), и после распыления его частицы направленно движутся к заземленному окрашиваемому изделию по силовым линиям электростатического поля, возникающим между краскораспылителем и изделием. Начальное ускорение частичек (в зависимости от разновидности рассматриваемого метода) происходит за счет: воздействия на покрытие потока сжатого воздуха (пневматическое электростатическое распыление), прохождения покрытия под высоким давлением через щелевидное сопло (безвоздушное и комбинированное электростатическое распыление). Последующее формирование окрасочного факела происходит вследствие взаимного отталкивания одноименно заряженных частиц покрытия. Кроме этого, силы электростатического поля направляют движение заряженных частиц покрытия, препятствуя образованию окрасочного тумана и способствуя повышению коэффициента переноса материала на окрашиваемое изделие, который может достигать 80-98%. Помимо экономии покрытия, электростатическая покраска во многом облегчает и ускоряет процесс его нанесения. Если сравнивать электростатические краскораспылители с традиционными, то общими чертами можно считать принцип работы материалов - и воздухопроводящих каналов, а главными отличиями - наличие электрода, заряжающего покрытие, и высоковольтной системы, обеспечивающей наличие электрического потенциала на этом электроде. Корпус традиционных краскораспылителей, как правило, изготавливается из стали или алюминия, в то время как в случае электростатических 93 краскораспылителей корпус обычно выполняется из комбинации изолирующих и токопроводящих пластиков, для того чтобы максимально защитить маляра от поражения электрическим током. Различают два типа высоковольтных систем электростатических краскораспылителей: классическую и каскадную. В случае классических (внешних) высоковольтных систем высокое напряжение постоянного тока подается непосредственно на краскораспылитель от трансформатора (источника высокого напряжения) при помощи высоковольтного кабеля. К достоинствам краскораспылителей, в которых используется классическая высоковольтная технология, относятся простота конструкции и отсутствие электронных элементов в корпусе краскораспылителя, сравнительно малый вес краскораспылителя; встроенная защита от короткого замыкания, меньшая стоимость краскораспылителя и хорошая ремонтопригодность, а к недостаткам - нестабильность высокого напряжения на электроде; отсутствие независимого выключателя электрического питания на краскораспылителе. В каскадных (встроенных) высоковольтных системах высокое напряжение постоянного тока генерируется на специальном каскадном трансформаторе, встроенном в краскораспылитель. При этом напряжение 12 V постоянного тока подается на краскораспылитель при помощи низковольтного кабеля, а затем преобразуется на каскаде в высокое напряжение постоянного тока. К достоинствам краскораспылителей с каскадной высоковольтной технологией относятся: стабильность высокого напряжения на электроде и связанная с этим равномерность зарядки материала, наличие встроенного в краскораспылитель регулятора высокого напряжения и независимого выключателя электрического питания, а к недостаткам - наличие электронных элементов в корпусе краскораспылителя и связанная с этим его высокая стоимость, сравнительно высокий вес краскораспылителей. Как уже упоминалось выше, первичное распыление покрытия в случае пневматических, комбинированных и безвоздушных электростатических краскораспылителей происходит точно также, как и в соответствующих традиционных краскораспылителях, поэтому они находят схожие области применения, а наличие электростатического поля позволяет повысить коэффициент переноса материала до 70- 90 %. Совсем иначе выглядит процесс нанесения покрытия с помощью чашечных и дисковых электростатических краскораспылителей: в этом случае заряженный материал распыляется исключительно под воздействием центробежных сил, которые возникают при вращении с высокой скоростью чашки или диска, расположенных на краскораспылителе и приводимых в движение сжатым воздухом, а затем переносится на изделие исключительно силой электростатического поля, что гарантирует перенос материала до 90-98 % Технологии электростатической окраски совершенствуются на протяжении более полувека, и на сегодня электростатическая окраска во всех ее вариациях - это самый экономичный из методов распыления, обеспечивающий получение высококачественного лакокрасочного покрытия при максимальном переносе материалана окрашиваемое изделие и значительном снижении затрат на переработку отходов материалов. 94 УДК 519.6: 621.74 Компьютерная обработка изображений микроструктур чугуна Студенты гр. 104327: Юрчик А.С., Галузо С.М. Научные руководители – Соболев В.Ф., Сачек О.А. Белорусский национальный технический университет г. Минск Разработка методов компьютерной обработки изображений микроструктуры представляет собой одну из сложнейших задач, которая непосредственно связана с исследованиями типа «микроструктура – свойства». Целью настоящего исследования является разработка методики математической формализации микроструктуры серых чугунов на основе методов компьютерной обработки ее изображений и применение этой методики к исследованию взаимосвязей между микроструктурой и обрабатываемостью литых деталей. В качестве исходных данных были использованы две группы деталей «коленвал», которые были изготовлены с использованием разных технологий. В первую группу образцов (группа A) входили изделия, обрабатываемость которых была в два раза ниже, чем у изделий второй группы (группа B). Было исследовано по пять образцов каждой группы и по четыре фотографии микроструктуры с каждого образца, таким образом, всего в исследовании участвовало 40 фотографий. В каждом исследуемом изделии было выделено характерное сечение, которое подвергалось анализу. Для каждого сечения было выделено четыре участка. Участок Ф1 (фотография 1) расположен на краю выделенного сечения и соответствовал области припуска детали, участок сечения Ф4 (фотография 4) соответствовал центральной области выделенного сечения, участки Ф2 и Ф3 являлись промежуточными для выделенного сечения. Использование различных участков позволило увеличить представительность используемой выборки и повысить точность расчета микроструктуры, а также оценить влияние скорости кристаллизации на микроструктуру. В основе предлагаемого подхода положен алгоритм, позволяющий по изображению микроструктуры определить статистическое распределение графитной фазы в серых чугунах. Основными этапами алгоритма являются: бинаризация изображения с использованием адаптивного порога, сегментация изображения для выделения включений графита, обработка графитных включений с вычислением их площадей, периметров и расстояний между ними, определение функции статистического распределения перечисленных параметров. По данному алгоритму было разработано программное обеспечение, позволяющее автоматизировать процесс обработки микроструктуры серых чугунов. Программа «Автоматизированная обработка микроструктур серого чугуна» («АОМ- 2 сч») позволяет проводить анализ фотографий нетравленых микроструктур серого чугуна, сделанных на микроскопе, с помощью новой методики, основанной на компьютерной обработке, позволяющей с высокой степенью точности на количественном уровне определять статистическое распределение графитной фазы в микроструктуре изделия. Программа «AOM-2 сч» позволяет: – определять статистические функции плотности распределения значений параметров микроструктуры: площадь, периметр, ширину включений графита, отношение периметра к площади включений, расстояния между включениями, отношение расстояния между включениями графита к ширине включений; – проводить обработку, как отдельного изображения микроструктуры, так и группы изображений микроструктур; – определять интегральные характеристики для группы изображений микроструктур; 95 – экспортировать числовую информацию статистической функции плотности распределения в Microsoft Excel. Компьютерный анализ результатов обработки изображений микроструктур образцов показал, что доля графита для обоих групп образцов уменьшается при перемещении анализируемой области от края к центру, а именно, для группы B – от 0,153 до 0,106 (в 1,44 раза), для группы A – от 0,142 до 0,113 (в 1,26 раза). Причем для зоны припуска в образцах группы B в 1,08 раза больше графита и на 20 % больше графитных включений, чем у образцов группы A, что подтверждает лучшую обрабатываемость образцов группы B. Кроме того, по функциям статистического распределения характеристик включений графита были сделаны выводы о различиях площадей и периметров графитных включений для образцов двух групп. Так, в образцах группы B больше включений малой площади (до 75 пикселей) и периметра (до 50 пикселей) на 23 % и 18% соответственно, тогда как для образцов группы A больше графитных включений с большей площадью и более развитым периметром. Таким образом, средняя площадь включений графита в микроструктурах образцов группы B по всем областям изображения на 23% меньше по сравнению с образцами группы A. На следующем этапе с целью выявления различий в дисперсности перлита чугуна для различных образцов были проведены исследования статистического распределения межпластиночных расстояний перлитной матрицы серого чугуна для изображений микроструктур, сделанных на микроскопе с увеличением × 4000. Для определения межпластиночных расстояний использовалось программное обеспечение «АОМ-1» [1]. Как показал анализ расчетных статистических кривых, большая часть образцов группы A, имеет более тонкое пластинчатое строение перлита чугуна и большую долю малых межпластиночных расстояний по сравнению с образцами группы B. Следует отметить, что толщины цементита в области высокодисперсного перлита (0 – 0,4 мкм) для образцов группы A больше, чем аналогичные толщины цементита в образцах группы B. Для деталей группы B характерна большая доля эвтектоидных колоний с меньшей дисперсностью, чем для деталей группы A, причем для больших межпластиночных расстояний эта тенденция четко проявляется. У деталей группы B во всех исследованных зонах графит имеет более развитую поверхность в сравнении с деталями группы A. С технологической точки зрения присутствие в образцах группы B более мелкодисперсного графита свидетельствует о более высоких скоростях охлаждения и большем числе зародышей. Таким образом, был разработан алгоритм для компьютерной обработки изображений микроструктуры чугунов перлитного класса, имеющими в структуре случайно распределенные включения графита, и включающий бинаризацию изображения с использованием адаптивного порога, сегментацию изображения для выделения включений графита, обработку графитных включений с вычислением их площадей, периметров и расстояний между ними, определение функции статистического распределения перечисленных параметров. Показано, что компьютерная обработка изображений микроструктуры серого чугуна позволяет классифицировать неразличимые традиционными металлографическими методами микроструктуры серого чугуна, соответствующие деталям с различной обрабатываемостью, на основе статистического распределения характеристик графитной фазы и межпластиночных расстояний перлита, что имеет практическое значение для исследования взаимосвязей «обрабатываемость – микроструктура чугуна». Литература: 1. Лихоузов С.Г., Сачек О.А., Чичко А.Н. О методах компьютерной обработки микроструктур сталей с различной дисперсностью перлита // Информатика и системы управления. – 2010. – № 1. – С. 19 – 29. 96 97 Машины и технология обработки металлов давлением 98 УДК 621.762 Повышение эффективности измельчения связно-сыпучих материалов в ролико-кольцевых мельницах центробежного типа Студент Крупский Р.О. Научный руководитель – Гавриленя А.К. Барановичский государственный университет г. Барановичи Проведенные эксперименты по измельчению связно-сыпучих материалов в ролико-кольцевых мельницах центробежного типа [1] показали, что при увеличении частицы материала угол его захвата возрастает, что приводит к увеличению крупности продуктов размола, а в некоторых случаях – к заклиниванию ротора. Из изложенного следует, что повышение интенсивности измельчения в ролико- кольцевых мельницах можно достигнуть предварительной обработкой материала, вызывающей не только измельчение содержащихся в нем крупных частиц и этим самым уменьшение поля рассеяния размеров частиц, но и снижение их прочности и деформационной способности вследствие наклепа и образования в них микро- и макродефектов, облегчающих разрушение частиц при их дальнейшей обработке. Контрастным раздавливающему механизму разрушения и измельчения представляется ударное воздействие размольных тел, реализуемое в дезинтеграторах и дисмембраторах [2-3]. Силу Р и энергию удара, воспринимаемую частицей массой m, можно выразить через приобретенную или измененную скорость v движения частицы и ее деформацию d (Рисунок1). .2/2mvdP  (1) Рисунок 1 − Схема ударной деформации Δd частицы силой Рi Приняв для упрощения форму частицы в виде куба с размерами сторон d и обозначив ее плотность ρ, выразим силу через давление и площадь приложения силы 2 в dP  , а массу частиц gdm 3 . После подстановок и преобразований выражения (1) получим величину скорости, вызывающую ее деформацию d до разрушения  dd ,  /2/2 вв gddgv (2) при импульсе силы ,/2в vddtP  где время действия vdt  . Поскольку скорость в данном случае может быть принята в качестве показателя условия разрушения из (2) следует, что с увеличением прочности в и деформационной способности материала частиц (с уменьшением k до 1 d стремится 99 к нулю) удельная энергия их ударного измельчения и необходимая для этого скорость возрастают, а с увеличением размеров и плотности частиц − уменьшаются. Следовательно, при первичной обработке порошков ударным воздействием прежде всего будут разрушаться более крупные с большей плотностью и массой частицы. Это приведет к уменьшению поля рассеяния размеров частиц порошка, поступающего на следующую стадию обработки в ролико-кольцевом устройстве, в котором крупные частицы могут вызвать заклинивание роликов в кольце и остановку вращения ротора. Из этого следует эффективность последовательности операций измельчения сначала ударным воздействием, например, по принципу дисмембратора, а затем − раздавливающим с элементами раздавливающе-истирающего, характерного для ролико-кольцевых мельниц центробежного типа. Для реализации последовательно выполняемых разных по силовому воздействию на твёрдый материал способов разработана конструкция многооперационной проходной ролико-кольцевой мельницы центробежного типа RTM4, в которой обрабатываемый материал сначала проходит ударную обработку по схеме дисмембратора, а затем – истирающе-раздавливающую между роликами и кольцом. Литература 1. Ложечников, Е.Б. Технология размола материалов в ролико-кольцевой мельнице центробежного типа / Е.Б. Ложечников, Е.М. Дубовская // Материалы, технологии, инструменты. – 1999. – № 1. – С. 79-81. 2. Сиденко, П.Л. Измельчение в химической промышленности / П.Л. Сиденко. − М.: Химия, 1968. − 382 с. 3.Серго, Е.Е. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых /Е.Е. Серго. − М.: Недра, 1985. − 322 с. УДК 621.771 Разработка технологии и специализированного оборудования для изготовления детали почвообрабатывающей техники «долото» Студенты гр.104417 Фум К.С., Булыга Т.А., Саченко А.Ф. Научный руководитель – Давидович Л.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Долото является рабочей деталью почвообрабатывающей техники, предназначенной для глубокой обработки почвы. Оно подвергается интенсивному абразивному износу и ударным нагрузкам, поэтому материал, применяемый для производства таких деталей должен обладать высокой твердостью и ударной вязкостью. Для изготовления долот использовалась сталь 60ПП, которая обеспечивает пониженную прокаливаемость при термической обработке и содержит: углерода -0,4-0,85 %, марганца - не более 0,2%, кремния - не более 0,2%, хрома - не более 0,1 %, никеля - не более 0,1 %, меди - не более 0,1 %, алюминия - 0,03-0,1 %, титана -0,06-0,12%, ванадия - не более 0,4 %, остальное-железо. После термообработки достигается твердость поверхностного слоя 58-64 HRC, ударная вязкость составляет 0,6-1,25 МДж/м2 . Конструктивной особенностью детали долото является наличие заостренных лезвийных частей (рисунок 1). Традиционно изготовление лезвий на заготовках осуществляется фрезерованием в специальных приспособлениях, обеспечивающих получение нужного угла заострения лезвия и его толщину. 100 Рисунок 1 – Рабочая деталь почвообрабатывающей техники «долото» Разработанный и запатентованный ГНУ «ФТИ НАН РБ» способ продольно- поперечной прокатки лезвийных частей является наиболее экономичным, в отношении производительности и коэффициента использования металла. На базе этого способа создан комплексный технологический процесс изготовления детали долото, включающий в себя плазменную вырезку листовой заготовки, индукционный нагрев, продольно-поперечную прокатку лезвия изделия и объемное пластическое формообразование его окончательной формы и размеров. После завершения операций формообразования осуществляется термообработка. Технологический процесс обеспечивает оптимальное соотношение прочностных и вязких характеристик изделия, необходимых в условиях ударно-абразивной эксплуатации. Для реализации этого технологического процесса используется специализированное прокатное оборудование конструкции ГНУ «ФТИ НАН РБ», содержащее гидропривод с ползуном и прокатную клеть. Прокатный стан оснащен средствами загрузки плоской заготовки в прокатную клеть и средствами, изменяющими ее положение в случае формообразования двух и более лезвий. Кроме того, клеть снабжена специальной технологической оснасткой - коническими валками, установленными на ползуне, и системой упоров, фиксирующих плоскую заготовку в нужном положении. Приведенная комбинированная технология и специализированное оборудование в настоящее время осваивается на предприятиях Республики Беларусь. 101 УДК 631.7/9.016 Исследование особенностей процесса продольной прокатки заготовок режущих элементов ротационных косилок Студенты гр. 104417 Чой Кю Хон, Лешкович А.Т., гр. 104427 Борисевич Д.В. Научный руководитель – Иваницкий Д.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Режущие ножи являются основным элементом зерно- и кормоуборочной техники, обеспечивающим качественные заготовительные работы в сельском хозяйстве. Основным режущим элементом косилки-плющилки ротационной являются ножи, представляющие собой пластины прямоугольного сечения из стали 60С2 толщиной 4мм и размерами в плане 45х106 и 42х116мм (рис. 1) с режущими лезвиями на боковых гранях. Результаты проведенных теоретических исследований позволили разработать конструкцию режущего ножа с углом наклона режущих лезвий к направлению его движения в пределах 200-450 при котором выполняется условие врезания в стебель, а также происходит наибольшее заострение рабочей кромки. При угле наклона больше или меньше указанного диапазона условие врезания нарушается и стебель значительно деформируется, скользя по лезвиям, что вызывает их повышенный износ. Оптимальными параметрами при условном диаметре стебля 4мм следует считать угол наклона лезвий режущих граней 200-450. В ножах ротационных косилок угол наклона режущих лезвий к направлению его движения составляет 280 (рис. 1). При теоретическом анализе формообразование продольной прокаткой наклонных боковых граней в листовом материале будем рассматривать как процесс заполнения конической впадины деформирующего инструмента деформируемым металлом. С целью упрощения решения представим процесс продольной прокатки как осадку полосы наклонными бойками (рис. 2) в любом поперечном сечении образца. Поскольку в зоне обжатия листовой заготовки перемещение металла вдоль формообразуемой кромки затруднено, то вытяжка осуществляется за счет смещения объема заготовки по направлению оси x . Рисунок 1 - Профиль ножей ротационных косилок 102 Рисунок 2 - Схема формообразования при штамповке заготовки Приближенная схема решения основана на усреднении напряжений в сечениях деформируемой полосы и принятии упрощенного уравнения пластичности, что соответствует реальному процессу для случаев незначительных значений коэффициента контактного трения на границе металла со стенками инструмента и относительно небольших углах наклона граней валков. Решив совместно условие равновесия бесконечно малого элемента единичной ширины и уравнение пластичности, и далее преобразовав полученное выражение, получим зависимость для определения усилия деформирования режущих кромок.   lhhh h hP                          101 1 1 0 Tп 1 11 , где l - длина деформируемой полосы вдоль направления прокатки. По результатам экспериментальных исследований разработана конструкция полуфабриката, представленная на рис. 3, который подвергают последующей механической обработке шлифованием, с учетом минимально возможной толщины режущей кромки. Рисунок 3 - Общий вид полуфабриката ножа после штамповки Как видно из рис. 3, после шлифовки тыльной поверхности ножа «А» образуются острые режущие кромки. Припуск на шлифование может составлять 1,8 - 2,0 мм. На рис. 4 приведен внешний вид заготовок ножей ротационных косилок после шлифовки. 103 Рисунок 4 - Внешний вид заготовок ножей ротационных косилок Результаты проведенных исследований позволяют сформулировать вывод о том, что формообразование режущих лезвий ножей ротационных косилок пластическим деформированием повышает их стойкость в 1,5-2 раза за счет наличия облоя, который исключает интенсивное окисление и обезуглероживание режущих лезвий при термообработке. Это также обеспечивает возможность выполнения 3-х-4-х кратной их переточки, что исключено при их фрезеровании. УДК 621.771.251 Способы разделения пруткового материала на мерные заготовки Студенты гр. 104427 Шкор Д.А. Богдан П.З. Дедюля Н.А. Научный руководитель – Исаевич Л.А. Белорусский национальный технический университет г. Минск Широкое использование в промышленности передовых процессов обработки металлов давлением, таких как безоблойная штамповка, холодное выдавливание, холодная поперечная прокатка и др., предъявляет повышенные требования к качеству исходных заготовок (отсутствие вырывов, задиров, смятин и утяжин по торцам и боковой поверхности, отклоненной от перпендикулярности торцов к оси заготовки). Известные способы разделения металлопроката резкой пилами и с помощью токарных автоматов, хотя и позволяют получать изделия правильной геометрической формы, однако отличаются низкой производительностью, значительными потерями металла в отходы. Традиционно применяемые в заготовительном производстве способы разделения прутков в штампах являются несомненно более прогрессивными и экономичными, но качество получаемых при этом изделий и заготовок, в большинстве своем, не отвечает предъявляемым требованиям. 104 1 и 3 – ножи; 2 – прижим; 4 – подвижный упор. Рисунок 1 – Схема разделения прутка в штампе На рисунке 1 показаны эпюры напряжений и схема действующих сил в конце второго этапа резки круглого прутка на ножницах. Здесь lв и lн – участки смятия металла ножами; б – зоны утяжки; в – площадки блестящих поясков наибольшей ширины Cв и Cн; г – поверхность скола металла. Интенсификация современного производства обусловливает широкое использование в разделительных операциях поперечно-клиновой прокатки. Являясь высокопроизводительным процессом она отличается от других способов разделения металлопроката возможностью формообразования заготовок высокого качества при минимальных энергосиловых затратах и практически без потери металла в отход. 1 – режущий диск; 2 – опорный диск; 3 и 4 – валы; 5 – изгибающий диск; 6 – поворотный упор; 7 – разрезаемый пруток; 8 – направляющая втулка; 9 – клиновая реборда; 10 – цилиндрический участок диска; 11 – проводка; 12 – участок загрузки. Рисунок 2 – Схема валкового стана для разделения металла на заготовки 105 На рисунке 2 показана схема процесса разделения пруткового сортамента на мерные заготовки при внедрении клиновидных дисковых ножей в материал. Заготовка 7 подается до упора 6 и при вращении валов 3 и 4 происходит внедрение в пруток клиновидной реборды 9. При этом поворачивается упор 6, освобождая торец отделяемой заготовки. После этого цилиндрическими поверхностями опорного диска 2 и режущего диска 1 выглаживается поверхность прутка в зоне разделения, а далее при набегании изгибающего диска 5 происходитотделение мерной заготовки от прутка. Однако возможности применения данного процесса при разделении прутков на мерные заготовки ограничивается рядом нерешенных проблем, таких как разделение сортамента большого диаметра, получение коротких заготовок (при отношении длины к диаметру меньше единицы) и др. Кроме того, четко не определены условия разделения прутка исключительно за счет силового воздействия клиновидных лезвий дисковых ножей. Следует отметить, что усилие, необходимое для разделения прутка в штампах, примерно в 5 раз больше, чем в условиях разделения клиновыми дисковыми ножами. УДК 621.73.043 Изготовление поковок сложных форм в закрытых штампах с буферными устройствами противодавления Студенты гр.104417 Иванов М.В., Кебец А.В., Федюкович С.В. Научный руководитель – Карпицкий В.С. Белорусский национальный технический университет г. Минск В современном производстве одним из основных направлений развития технологии механической обработки является использование черновых заготовок с экономичными конструктивными формами, обеспечивающими возможность применения наиболее оптимальных способов их обработки, т.е. обработки с наибольшей производительностью и наименьшими отходами. Это направление требует непрерывного повышения точности заготовок и приближения их конструктивных форм и размеров к готовым деталям, что позволяет соответственно сократить объем обработки резанием, ограничивая ее в ряде случаев чистовыми, отделочными операциями. В производстве заготовки изготовляют на штамповочных молотах и прессах в открытых и закрытых штампах. В первом случае образуется облой, т.е. отход лишнего металла в результате истечения; облой компенсирует неточность в массе исходной заготовки. Во втором случае облой отсутствует, следовательно, расход металла на заготовку меньше. С целью повышения производительности и сокращения расхода металла при штамповке на универсальных механических и гидравлических прессах поковок сложных форм нашли применение штампы с разъемными матрицами. Применение противодавления в штампах позволяет снизить отход металла до 0,5 – 1% от веса поковки; обеспечить качественное заполнение всех элементов поковки, номинальные удельные нагрузки в полости ручья и исключить перегрузки прессов при использовании заготовок с завышенным объемом; увеличить пластичность металла и возможность штамповки поковок из малопластичных материалов. Процесс штамповки при этом слагается из следующих основных стадий: открытая и закрытая осадка заготовки, истечение металла в боковые полости и, наконец, обратное выдавливание металла для получения осевой полости. Однако глубина полости не должна быть больше, чем расстояние от кольцевого торца поковки до нижней образующей 106 ближайшей полости под отросток. При несоблюдении этого условия появится обратное течение металла вдоль внутренних стенок осевой полости матрицы, что может привести к дефектам поковки. Прессы с пневматическими буферными устройствами могут быть двух модификаций: с одним буферным устройством (верхним или нижним) и с двумя буферными устройствами (верхним и нижним). Рисунок 1 – Схема штамповки полых деталей в штампе с одним буферным устройством В качестве примера изготовления поковок на механическом прессе с одним буферным устройством может служить схема процесса, показанная на рисунке 1. Применяемый штамп представляет собой легкосъемный блок, состоящий из подвижного стола с расположенными на нем секциями разъемной матрицы, запорной обоймы, пуансона и механизма раздвигания секций матрицы. Штамп устанавливается на механическом прессе с нижним пневматическим буферным устройством усилием 450 кН, подпружинивающим подвижный стол с секциями разъемной матрицы. На подвижной траверсе пресса крепится запорная обойма с конической полостью. Неподвижный пуансон расположен на столе пресса. При движении траверсы с обоймой первоначально происходит запирание секций матрицы, а затем весь блок опускается на пуансон, который внедряется в заготовку, запирая одновременно полость матрицы. Применение одновременно двух буферных устройств, верхнего и нижнего, с регулируемым усилием позволяет создать оригинальную схему инструмента (рисунок 2) для штамповки деталей типа стаканов с боковыми ребрами. В данном случае процесс основан на динамическом равновесии системы инструмент-заготовка и неразрывности процесса оформления всей детали. Рисунок 2 – Схема штамповки деталей с применением двух буферных устройств 107 Возможно применение ручьев, в которых усилие противодавления обеспечивается системой тарельчатых пружин (рисунок 3). Недостатком таких штампов является ограниченная возможность регулировки усилия противодавления. Набор тарельчатых пружин обеспечивает жесткую силовую характеристику по перемещению, что вызывает колебания усилия противодавления в конце рабочего хода в зависимости от объема исходной заготовки. Рисунок 3 – Схема штампа с системой пружин Штампы с противодавлением должны найти применение при безоблойной штамповке деталей сложной формы. При этом штамповка деталей может вестись в холодном, полугорячем и горячем состояниях. Экономический эффект будет состоять из экономии металла за счет исключения облоя и уменьшения напусков и припусков, а также за счет снижения затрат при механообработке. УДК 621.774 Прокатка непрерывно литых прутков латуни в четырехвалковом калибре Студенты гр.104427 Придыбайло А.М., Александров А.А. Научный руководитель – Кудин М.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Непрерывно литые в горизонтальном кристаллизаторе прутки латуни ЛС59–1, получаемые при утилизации стружки и других производственных отходов, обладают характерными для такого способа производства свойствами: крупнозернистой структурой с явно выраженными радиально ориентированными столбчатыми зернами, открытыми поверхностными макропорами, загрязнением поверхности продуктами износа графитового кристаллизатора. Часть прутков обладает повышенной кривизной. Скальпирование прутков протягиванием их на цепном волочильном стане через твердосплавную матрицу за счет снятия слоя толщиной 0,5 - 0,8 мм позволило удалить дефекты поверхности. При этом из–за нарушения равновесия остаточных напряжений количество прутков с повышенной кривизной увеличилось. Скальпированию прутков предшествует токарная обработка на конус их конца, который после скальпирования удаляется, что приводит к существенным потерям металла и трудозатратам на отделочные операции. 108 7 4 3 2 1 5 6 M Рисунок 1 – Кинематическая схема Гладкую, без макродефектов поверхности прутков с одновременным выравниванием их оси удалось получить прокаткой с четырехсторонним обжатием. Для реализации процесса спроектирован и изготовлен прокатный стан, кинематическая схема которого приведена на рисунке 1. Узлы и детали стана установлены на сваренной из сортового проката станине. Особенностью конструкции стана – в рабочей клети (рис.2). Она состоит из двух плит 1, соединенных восемью балками 2, в расточках которых посажены бронзовые подшипники – втулки 3, а во втулки – ступицы конических зубчатых колес 4. В отверстиях зубчатых колес посажены шлицевые валы 5, на которых через ступицы установлены валки – диски 6 (номинальный диаметр 400 мм), образующие калибр. Зубчатые передачи закрыты кожухами 7. Свободное осевое перемещение валков – дисков по шлицевым валам обеспечивает их самоустановку по фаскам с образованием калибра (круг, квадрат, и др.). Межосевое расстояние валков – дисков регулируется поворотом втулок – подшипников 3, поверхности которых эксцентричны (e = 2 мм). Для поворота на выступающих торцах подшипников предусмотрены шлицы. Втулки – подшипников фиксируются стопорными винтами. Анализ захвата заготовки валками – дисками показывает (рис. 3а), что вследствие разной кривизны (диаметра) калибра и заготовки их контакт начинается с острых кромок К1 валков – дисков, которые врезаются в заготовку отсекая в заусенец некоторую область Fз. 5 5 0 4 9 0 4 7 0 1 2 0 4 0 0 8 0 0 ( í î ì è í à ë ) 8 0 0 ( í î ì è í à ë ) 3 4 0 Ç 1 9 0 Ç 1 5 0 1 2 À À 5 7 3 4 6 A - A Рисунок 2 – Рабочая клеть стана с многосторонним обжатием 109 D Ç D Ê F Ç а R 2 R 1 R 3 7 0 Å 9 0 Å D Ê Ê 1 Ê 2 б Рисунок 3 – Калибровка валков с четырехсторонним обжатием Это естественно, поскольку в этот период захвата до более полного контакта с валками – дисками продольная вытяжка заготовки не происходит, а заготовка деформируется лишь в сечении, перпендикулярной ее оси. Для уменьшения подрезания калибр выполнен из двух элементов: дуги радиусом Rк = 0,5Dк, соответствующей углу 35, и двух прямых, касательной к этой дуге. Образующиеся при этом на прокате четыре продольных выступа высотой 0,17 мм, «поглощают» выдавливаемый в начале захвата материал. При дальнейшем обжатии из-за ничтожно малой площади сечения подрезаемых участков по сравнению с остальной, подвергаемой обжатию и вытяжке площадью заготовки, эти участки вытягиваются с уменьшением их сечения. Опыты прокатки проводили в калибре диаметром 22 мм, с прутками диаметром 24 и 25 мм, нагретыми до 750С и в холодную с прутками диаметром 24 мм. Прокатанные в холодную прутки диаметром 24 мм имели гладкую с сохранившейся чернотой поверхность и незначительной кривизной. Прокатанные в горячую прутки имели гладкую поверхность, прямолинейность, но на стыках валков – дисков рваные, за счет вытяжки заусенцы. Микроструктура прокатанных в холодную прутков – характерная для двухфазной латуни , отличалась полосчатыми следами сдвига и некоторым уменьшением размеров  – фазы. При прокатке с нагревом микроструктура горячекатаных прутков – сплошное поле  – фазы с отдельными включениями  – фазы. Улучшенные механические свойства прутков и качество поверхности, дали основание заменить скальпирование и правку непрерывно литых прутков на холодную прокатку в калибре с четырехсторонним обжатием. УДК 621.774 Теоретический анализ определения изгибающего момента для гибки трубных заготовок Студенты гр.104427 Кухаренко В.В., Александров А.А. Научный руководитель – Кудин М.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Увеличение потребности в гибке труб, благодаря широкому применению, естественным образом ведет к повышению требований к качеству гибки труб. Улучшение качества гибки труб может достигаться совмещением: улучшения технологии гибки труб и повышении квалификации специалистов по гибке труб. Технология гибки труб во многом зависит от уровня оборудования. 110 На сегодняшний день, существует несколько видов технологии гибки труб. Эти технологии различаются между собой по задачам, которые ставятся при гибке труб (например, радиус изгиба, угол поворота трубы), по виду стали труб, по виду сечения и конфигурации труб. Технология гибки труб так же может осуществляется, как на стационарных трубогибочных станках, так и на ручных. И те, и другие трубогибочные станки в равной степени находят свое применение. Так же в технологии гибки труб трубогибочные станки бывают универсальные, и станки осуществляющие гибку труб только заданного диаметра. Основным параметром для выбора трубогибочного оборудования необходимо определять величину изгибающего момента в зависимости от известных параметров труб (геометрические размеры трубы, предел текучести, модуль упрочнения и радиус изгиба). Для упрочняющегося материала трубы условная диаграмма напряжений- деформаций в поперечном сечении трубы будет иметь вид, представленный на рисунке 1. Рисунок 1 - Распределение нормальных напряжений в поперечном сечении трубы при изгибе Из условия равновесия изгибающий момент равен моменту внутренних сил [1, 2]: (1) элементарная площадка сечения трубы , где r – радиус средней линии поперечного сечения трубы;  - толщина стенки трубы, удлинение будет пропорционально расстоянию волокна от нейтральной линии где Т – деформация, соответствующая пределу текучести; у – текущая координата точки, лежащей на средней линии поперечного сечения трубы; уТ – координаты границы пластической зоны; Т – центральный угол границы упругой зоны поперечного сечения трубы. В зоне упругих деформаций где Е – модуль упругости. В зоне пластических деформаций 111 где Е1 – модуль упрочнения. Подстановка этих зависимостей в формулу (1) После интегрирования        ) 2 2sin 2 (2sin5.0 sin 2 2 T TTT T T E ErM    (2) Наибольшие деформации будут в наиболее отдаленной от оси трубы образующей Так как тогда Откуда (3) Таким образом, по полученным формулам (2) и (3), зная механические свойства (Е, Е1,) и геометрические параметры, трубы (r, R), можно вычислить необходимый изгибающий момент. Литература 1. Галперин А. И. Машины и оборудование для гибки труб. – М.: Машиностроение – 180 с. 2. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. – Л.:Машиностроение, 1971. – 782 с 3. Теория обработки металлов давлением/ под ред. И.Я.Тарковского.– М.: Металлургиздат. 1963. – 672с.ил. 112 УДК 621.983 Чистовая вырубка детали со сжатием Студенты гр.104427 Чурак Л.П., Шилович Е.А., Буткевич Е.В. Научный руководитель – Логачев М.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск При обычном способе вырубки усилие применяемого пресса используется только для отделения от листа вырубаемой детали, зазор между режущими кромками пуансона и матрицы составляет 5% от толщины листа, в процессе вырубки лист не закрепляется. На поверхности среза полученная таким способам деталь имеет следы разрушения материала, а сама деталь теряет плоскостность. Рабочий инструмент (конусное отверстие в матрице) имеет большие размеры, чем размер наружного контура детали, что приводит к увеличению размеров по мере вырубки партии деталей. При чистовой вырубке со сжатием повышение гидростатического давления и пластичности, а, следовательно, и увеличение высоты блестящего пояска материала в зоне сдвига достигается путем внедрения ребра вблизи поверхности разделения. При вдавливании ребра происходит вытеснение металла заготовки к режущим кромкам и создания весьма интенсивного гидростатического давления в зоне резания. Ребро размещают на прижиме. Рабочую кромку матрицы притупляют при отладке штампа (притупление до 0.1 S). При чистовой вырубке усилие пресса используется не только для отделения детали от листа, но и для создания прижима и местного надреза, зазор между режущими кромками составляет 0,5% толщины листа, местный надрез производится вокруг контура реза, под действием усилия прижима и местного надреза в зоне разрушения материала создается напряженное состояние с сжатием. Вследствие этого все детали в партии имеют стабильные размеры. Каждый способ чистовой вырубки имеет свои границы осуществимости, обусловлены специфическими особенностями. При чистовой вырубке эти со сжатием особенности связаны с усилиями в зоне вырубки, с одной стороны, и нагруженностью инструмента с другой. Усилие чистовой вырубки пср PPP  , (1) где cpP - усилие среза; nP - усилие подпора. Здесь 1kLSР вср  , (2) где L - периметр контура реза, мм; S - толщина листа, мм; в - предел прочности при растяжении, Н/мм2; 1k - коэффициент равный 0,9.   срп P.,P 3020  . (3) Среднее удельное давление сжатия n пср сж F РР   , (4) где nF – площадь поперечного сечения пуансона. Совместно решая (2) и (4), получаем значение удельного усилия, Н/мм2 113 n в сж F kSL, 1251  . (5) Пиковое значение удельного усилия 2kР сжS  , (6) где 2k - коэффициент, .k 12  Допускаемое для материала пуансона напряжение, (при осадке) должно быть   сжсж  . (7) Здесь  сж - допускаемое напряжение на сжатие, для обычных пуансонов из закаленной инструментальной стали  сж =1600 Н/мм2, для направляемых пуансонов при пробивке отверстий малого диаметра  сж =2000-3000 Н/мм2. Площадь поперечного сечения пуансона 4 2dFn   , (8) где d – диаметр пуансона, мм. Периметр контура реза  dL . (9) Подставив выражения (8) и (9) в (5), получаем d kS d ,kSd вв сж 1 2 1 5 4 251      . (10) Из выражений (7) и (10) следует   d kS в сж 15  (11) и   d S kв сж    15 . (12) Например, для пробивного пуансона  сж =3000 Н/мм2, если учитывать свойства стали с пределом прочности в =500 Н/мм 2, при этом коэффициент 901 ,k  . Тогда 4501  Sвk Н/мм2. Из выражения (12) для вырубки с прижимом (подпором) следует 331 4505 3000 , d S   , для вырубки без прижима 671 4504 3000 , d S   . Отношение толщины листа S к диаметру пуансона d зависит от сопротивления срезу S материала листа, подвергаемого чистовой вырубке. Чем больше величина S , тем меньше должно быть это отношение, и в этом случае давление в области среза больше. 114 УДК 621.762.4 Прессование двухслойных изделий трубчатой формы из порошковых материалов Студенты гр. 104417 Бадюля Ю.А., Карпеня А.О., Турко А.И. Научный руководитель – Любимов В.И. Белорусский национальный технический университет г. Минск Применение композиционных материалов позволяет получать изделия с таким сочетанием свойств, которое не может быть достигнуто при использовании традиционных однокомпонентных материалов. Применение новых материалов требует и создания новых или совершенствования существующих технологий их обработки. Существенное место в технологии производства изделий из композиционных материалов занимает порошковая металлургия. В номенклатуре продукции, которую целесообразно изготовлять из порошковых композиционных материалов, значительную долю составляют трубчатые двухслойные и многослойные изделия. Многие показатели качества изделий из порошковых материалов определяются их равномерной плотностью. Известно, что невозможно получить прессованием равномерную плотность образца при высоте изделия свыше 2-3 диаметров. В настоящей работе рассматривается технология прессования двухслойных изделий трубчатой формы из разнородных порошковых материалов с равномерным распределением плотности по длине слоя и требуемым соотношением плотности материалов слоев. Изделие получают путем независимого прессования слоев в жестком контейнере. При этом каждый слой формируется отдельным пуансоном путем последовательного наращивания слоя за счет многократных засыпок и прессования дозированных порций порошка до требуемой плотности. Слои изделия наращиваются попеременно. При этом засыпка и прессование очередной порции порошка для каждого слоя осуществляется при опущенных в крайнее нижнее положение смежных пуансонах, что исключает искажение границ раздела слоев и загрязнение каждого из слоев материалом другого слоя. Последовательность процесса прессования двухслойного изделия иллюстрируется рисунком 1: прессование наружным пуансоном начальной дозированной порции порошка наружного слоя при опущенном внутреннем пуансоне (а), прессование внутренним пуансоном начальной дозированной порции порошка внутреннего слоя при опущенном наружном пуансоне (б), прессование следующей дозированной порции порошка наружного слоя (в). Затем производится засыпка и Рисунок 1 - Стадии прессования двухслойных трубчатых изделий: 1 – контейнер; 2 – наружный пуансон; 3 – внутренний пуансон; 4 – оправка 115 прессование очередной дозированной порции порошка внутреннего слоя и т. д. Формование слоев путем последовательного напрессовывания порций порошка небольшой высоты обеспечивает равномерное распределение плотности по всему объему каждого слоя. Для обеспечения прочного сцепления очередной порции порошка с уже уплотненной частью формируемого слоя рабочие поверхности пуансонов выполнены рифлеными. Для увеличения прочности получаемого изделия границы отдельных спрессованных порций порошка в смежных слоях располагают на разном уровне путем увеличения или уменьшения порции порошка на первой стадии засыпки одного из смежных слоев (рисунок 2). Рассмотренная технология может быть использована для изготовления фильтров, катализаторов, антифрикционных втулок и других многослойных изделий специального назначения с различной формой поперечного сечения и любыми соотношениями толщин и плотности слоев. УДК 621.07.06 Современное состояние выпуска КГШП Студенты гр. 104417 Бигонь П.Л., Драница В.В., гр. 104427 Стражников И.В. Научный руководитель – Овчинников П.С. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является рассмотрение особенностей изготовления современных кривошипных горячештамповочных прессов (КГШП). В настоящее время развитие машиностроения во всех промышленно развитых странах привело к необходимости изготовления точных тяжелых (массой порядка до 300 кг.) штамповок широкой номенклатуры. Это определило тенденцию создания КГШП больших усилий. Германская фирма SMS Eumuco за последние 40 лет поставила немногим более 500 единиц КГШП, фирма Haserclever около 200 единиц с 1950 по 1995 год. Американская фирма National Machinery изготовила около 500 единиц КГШП за период с 1950 по конец 80-х годов, когда она была вынуждена отказаться от производства КГШП. Японская фирма Sumitomo Industries поставила немногим более 100 единиц за последние 35 лет. Воронежский завод тяжелых механических прессов (ТМП) выпускает КГШП различной мощности. За период 1885-2006 гг. этот завод выпустил около 570 КГШП, на экспорт было поставлено более половины выпускаемых прессов. В рассматриваемый период Воронежский завод тяжелых механических прессов стал безусловным лидером в сравнении с зарубежными производителями. В области Рисунок 2 - Схема взаимного расположения границ отдельных спрессованных порций порошка в смежных слоях изделия 116 тяжелых КГШП усилием 40 МН и более, преимущество ТМП еще более ощутимо, ибо их доля в количественном выпуске в 1,5-2 раза выше, а как производителя уникальных машин усилием свыше 80 МН конкурентов у завода ТМП нет. Основные конструктивные особенности КГШП ОАО ТМП следующее. Прессы усилием 10, 16, 25 МН выполнены без промежуточных волов, т.е. без зубчатых передач. Эксцентриковые валы всех прессов разгружены от масс маховиков. Маховики установлены на специальной втулке, закрепленные на станине. Подвеска ползуна двухшатунная, что в сочетании с жесткостью пресса позволяет получать поковки повышенной точности. Ползуны пресса прямоугольные, рамной конструкции, уравновешенные двумя пневмоцилиндрами. На стальных шпильках сверху установлены гидрогайки, которые обеспечивают затяжку станины и позволяют выводить пресс из состояния заклинивания. Механизм регулировки закрытой высоты пресса размещен в ползуне в виде эксцентриковых втулок, поворачиваемых электроприводом или гидромотором. Прессы оснащаются системой контроля температуры подшипников, работы системы смазки, нагрузки электродвигателя, усилия штамповки. В условиях существующего производства, оснащенного обычными металлорежущими станками и грузоподъемным оборудованием, невозможно изготовить такие детали тяжелых КГШП как станина, стол, зубчатое колесо, эксцентриковый вал, имеющие большие размеры и массу. У пресса усилием 125 МН масса стойки составляет 130 т., а ее масса с формовочной смесью оказывается в 2 раза больше. Процесс получения таких стоек ограничен возможностями литейного производства. Для прессов усилием 160 МН и 200 МН сложность процесса изготовление этих деталей усугубляется. Эксцентриковый вал пресса усилием 200 МН должен иметь массу 135 т., а поковка для него – 345 т., что выходит за границы возможностей существующего заготовительного производства и металлорежущего оборудования. Зубчатое колесо муфты пресса усилием 125 МН при диаметре 4950 мм. было изготовлено из отливки массой 50 т. Для пресса усилием 200 МН эти величины составят 6300 мм. и 100 т. соответственно. В конструктивном отношении новым явлением создания тяжелых КГШП в клиновом исполнении и с короткими шатунами. В качестве последних используют «камни» (кривошипно-кулисный механизм) или эксцентриковые втулки. В этом случае эксцентриковый вал проходит сквозь ползун, пресс не имеет зубчатой передачи (колеса муфты) и традиционного шатуна. Это позволяет уменьшить высоту пресса до 5 величин хода ползуна, его массу и увеличить устойчивость. При одноступенчатом (клиноременном) приводе производительность таких прессов составляет 120 ходов в минуту. УДК 621.771 Исследование процесса поперечной прокатки с помощью программного комплекса основанного на методе конечно-элементного моделирования. Магистрант – Шегидевич А.А. Научный руководитель – Белявин К.Е. Белорусский национальный технический университет г.Минск Применение современных пакетов программ для проектирования технологий различных видов производств в основном ориентировано на уменьшение сроков подготовки производства, отладки технологии, а так же минимизации финансовых 117 затрат. Проектирование технологических процессов в современных системах позволяет так же сократить затраты, которые могут появиться в процессе производства, так как сейчас возможно более точно прогнозировать дефекты различного рода связанные с недоработкой технологии. К достоинствам компьютерного моделирования можно отнести и возможности решения большого количества специализированных проблем, таких как, например, моделирование процесса поперечной прокатки. Созданная компьютерная модель поперечной прокатки на базе пакета программ, использующих метод конечных элементов, тестировалась путем сравнения результатов вычисления параметров виртуальной прокатки с аналогичными параметрами теоретических решений, а также с экспериментальными данными. Основной задачей анализа методом конечных элементов является исследование отклика модели на определенные условия нагружения. Следовательно, правильное задание нагрузок является одним из основных этапов в проведении анализа. Расчетная компьютерная модель включает сеточную модель и входные данные, описывающие характеристики моделируемого процесса (материал, нагрузки и начальные условия движения и др.). Рассмотрена задача поперечной прокатки цилиндрической заготовки плоскими плитами с отношением длины к диаметру более двух. В качестве прокатываемого материала выбран свинец, т.к. при комнатной температуре процесс прокатки свинца аналогичен процессу прокатки стали нагретой до температуры 1173-1323К. Рассматривались различные обжатия при прокатке, т.е. отношения исходного диаметра к расстоянию между инструментами. После проверки всех введенных данных осуществлялся расчет построенной модели. При этом учитывалось два основных условия моделирования: - верхняя и нижняя плиты представляли абсолютно жесткие тела; - прокатываемая межу плитами заготовка является пластичным материалом. При выполнении вычисления использовали и производили расчет на основе системы уравнений, основанной на методе конечных элементов. После проведения расчетов требовалось ответить на ряд принципиальных вопросов: о возможности использования компьютерного моделирования для прогнозирования результатов процессов прокатки в реальном производстве, т.е. провести верификацию полученных результатов моделирования и сопоставить их с результатами экспериментов. Для ответа на данные вопросы использовалась программа, предназначенная для просмотра и анализа результатов расчета, так называемый постпроцессор. Важным результатом является определение скорости течения деформируемого металла на контактной поверхности: скорость от входа в очаг деформации до выхода из него изменяется в так называемых зонах опережения и зонах торможения. Таким образом, коэффициент трения на данном участке постоянно изменяется, на площадке контакта имеет место проскальзывание заготовки по инструменту, что совпадает с теоретическими и с экспериментальными результатами. При работе с компьютерной моделью было отмечено, что алгоритм расчетов предусматривает задание в исходных данных коэффициента трения на контакте. Однако коэффициент трения не может задаваться произвольно, т.к. в итоге при анализе контактных напряжений наблюдается не выполнение третьего закона механики Ньютона. Поэтому необходимо провести множество расчетов, подбирая значения коэффициента трения. При тестировании компьютерной модели также анализировалось выполнение условия постоянства объемов, условия пластичности Сен-Венана-Треска. Оба условия с достаточной точностью выполнялись. Компьютерная модель достаточно точно определяет геометрию прокатываемого образца, напряжения в очаге деформации. В 118 целом погрешность составила 8 – 10%, что приемлемо для использования данной компьютерной модели при моделировании реальных процессов прокатки деталей круглого сечении. С помощью разработанной модели технолог может быстро — всего за несколько часов, провести численный эксперимент и, исходя из его результатов, внести изменения в параметры, как технологического процесса, так и в конструкцию инструмента. При этом можно изменить не один или два параметра, как это обычно бывает в условиях производства, а попробовать десятки вариантов и получить действительно оптимальный технологический процесс — как по качеству, так и по затратам на его производство. УДК 621.992.7 Разработка технологии и специализированного оборудования для изготовления деталей «самостопорящихся гаек» Студенты гр.104417 Муляр А.Н., Мельников А.С. Научный руководитель – Шиманович О.А. Белорусский национальный технический университет г.Минск Целью настоящей работы и является исследование и изучение особенностей новых способов изготовления самостопорящихся гаек. Исследования и испытания крепежных соединений в автомобилестроении привели к созданию новых видов крепежных деталей прогрессивных конструкций. Применение нового прогрессивного крепежа позволяет эффективно снизить затраты на производство и повысить эксплуатационные свойства механизмов и машин. Многофункциональность прогрессивного крепежа позволяют с одной стороны отказаться от малоэффективных вспомогательных деталей, таких как шайба, шплинт, вязочной проволоки, контргаек, с другой стороны застраховать ответственные резьбовые соединения от самораскручивания. Технология массового изготовления самостопорящихся и самоконтрящихся гаек для автомобилестроения основана на методах холодной объемной штамповки с использованием специальных многопозиционных холодноштамповочных автоматов с производительностью от 45 до 400 заготовок в одну минуту. Особенность формообразования детали заключается в следующем. Заготовка, предварительно выровненная на первой штамповочной позиции, на второй штамповочной позиции заталкивается в полость ступенчатой матрицы. В процессе пластической деформации часть металла испытывает минимальные деформации с формообразованием цилиндрического участка заготовки, другая часть деформируется с формированием шестигранника и выдавленного центрального углубления. На последующих позициях дооформляются фаски, размеры шестигранника и цилиндрического участка. На пятой штамповочной позиции - пробивка отверстия, производится со стороны шестигранника. Таким образом, торцевой цилиндрический поясок на гайке формируется не за счет выдавливания, а за счет пробивки на последней штамповочной позиции. Указанная возможность связана с формообразованием шестигранника обратным выдавливанием на второй позиции с потребным усилием деформации в пределах 60 тонн, в то время как для выдавливания цилиндрического пояска по традиционной схеме необходимо более 80 тонн. Суммарное усилие деформации по предложенному варианту штамповки в среднем на 70 тонн меньше, чем по традиционной технологии. 119 УДК 621.792 Исследование действия силового магнитного поля на порошковые материалы Студенты гр.104427 Рак И.И., Куришко Е. П. Научный руководитель Белявин К.Е. Белорусский национальный технический университет г.Минск Разработка ресурсо- и энергосберегающих технологий и материалов имеет огромное значение для машиностроения. Одним из аспектов этой проблемы является повышение долговечности и работоспособности деталей и узлов, работающих в условиях трения. Одним из перспективных методов повышения ресурса и работоспособности деталей машин является нанесение износостойких покрытий методом электроконтактного припекания металлических порошков. Процесс создания покрытий методом электроконтактного припекания присадочного материала состоит в пропускании мощных импульсов тока через металлический порошок, находящийся на поверхности детали под давлением электрода электроконтактной установки. При этом происходит разогрев и уплотнения присадочного материала, в результате чего на поверхности детали формируется износостойкое покрытие. Электроконтактное припекание может осуществляться в точечном и шовном режимах. При припекании в точечном режиме используется специальная технологическая оснастка, обеспечивающая удержание порошкового материала в зоне формирования покрытия. В то же время припекание в шовном режиме осуществляется путём прокатки роликом порошкового материала, свободно насыпанного на поверхность упрочняемой детали. Давление, прикладываемое к присадочному материалу в процессе электроконтактного припекания, является важным технологическим параметром, влияющим на пористость получаемого покрытия, а также его прочность сцепления с основой. С увеличением давления пористость сформованного покрытия уменьшается в результате его уплотнения, а прочность сцепления с основой увеличивается. В тоже время, при избыточном давлении возможен выброс расплавленного присадочного материала, что снижает качество получаемого покрытия. В связи с этим необходимо подбирать оптимальное значение давления, прикладываемого к присадочному материалу в процессе электроконтактного припекания, в зависимости от толщины получаемого покрытия, а также от грануляции и физико-механических свойств используемого порошкового материала. Анализ процесса уплотнения и нагрева порошковых слоев при электроконтактном припекании позволил установить, что в процессе нанесения покрытий целесообразно предусматривать ограничение величины давления на электроде. Действительно, чрезмерное давление на порошковый слой приводит к таким нежелательным явлениям, как выдавливание покрытий из-под электрода, пластическая деформация упрочняемой поверхности, снижение тепло- нагруженности в контактной зоне, что ухудшает физико-механические свойства нанесенных покрытий (например, снижает прочность сцепления). Существует также минимальная величина давления, принимаемая из следующих условий: во-первых, давление лимитируется значением, при котором слой порошка принимает допустимое начальное электросопротивление, обеспечивающее необходимую электрическую проводимость слоя (т. е. прохождение тока через него не вызывает перегрев отдельных участков с их расплавлением и взрывным выбросом 120 части металла и виде капель); во-вторых, давление определяется величиной, при которой оно оказывает активирующее влияние на процесс припекания. Экспериментальные исследования, проведенные на твердосплавных порошках ПГ-С1, ПГ-СР4, ФХ-800, показали, что снижения рабочего давления и тем самым повышения физико-механических свойств слоев можно достичь, если осуществлять двухстадийные формование и нагрев припекаемого покрытия. При этом первоначально к слою прикладывается удельное давление в пределах 0,05—0,15 МН/м, которое частично уплотняет порошок, не вызывая деформации его микровыступов и разрушения окисных пленок. В момент включения переменного электрического тока между микровыступами создается высокий градиент потенциала (порядка 0,1 млн. В/мм). При его достижении происходит мгновенный пробой окисной пленки. Вначале пробой возникает как искровой, а заканчивается втягиванием в разрядный высокотемпературный канал мостика жидкого металла, который, замыкая микроконтакт и прекращая искровой разряд, застывает и образует уже металлическую перемычку. Последующее межцентровое сближение частиц возникает вследствие появления жидкой фазы в их приконтактных участках и под действием внешнего давления, действующего совместно с электрическим током. В результате образуется слой с большой пористостью (до 30%) и низкой прочностью сцепления (менее 30 МПа). Вторая стадия технологического процесса, стадия окончательного припекания слоя к поверхности детали, начинается тогда, когда температура порошка достигает 0,8 от температуры плавления порошкового материала, и характеризуется пропусканием тока плотностью 0,25—0,5 кА/мм2 и приложением удельного давления, не превышающего 0,65 МН/м. Это позволяет достичь наиболее эффективного формообразования, равномерного нагрева и припекания порошкового слоя к поверхности детали. Вторая стадия дает возможность получать высокоплотные покрытия (с пористостью 3—5%) как из «чистых» гранулированных материалов, так и из их механических смесей. Зона термического влияния находится в пределах 0,01—0,5 мм. Прочность сцепления покрытий достигает 180 — 200МПа. 121 Металлургические процессы 122 УДК 669 Анализ конструкций горелочных устройств, с пониженным выбросом оксидов азота для нагревательных и термических печей Студент гр.104137 Маскальчук А.С. Научный руководитель – Ратников П.Э Белорусский национальный технический университет г. Минск При сжигании топлива оксиды азота образуются в виде N2O, NO и NO2.Сумму оксидов азота обозначают как NOх. Гемоксид азота (N2O) образуется в начальном участке факела, а затем окисляется до оксида азота (NO), т.е не выбрасывается в атмосферу с продуктами сгорания. В топочной камере образуются преимущественно оксиды азота (NO) в количестве (92 – 98)% от NOх. Диоксиды азота (NO2) составляют лишь (2 – 7)% от суммы NOх. Однако на выходе из дымовой трубы, т.е в атмосфере, около 80% NO превращаются в более токсичные – NO2. Все оксиды азота оказывают негативное воздействие на здоровье человека. Диоксид азота наиболее токсичный из группы NOх. Концентрация в 15 мг/м3 вызывает раздражение глаз; концентрация 200–300мг/м3 опасна даже при кратковременном вдыхании. Попадая в легкие и соединяясь с гемоглобином крови, оксиды азота могут вызвать отек легкого и понизить кровяное давление (образуется метгемоглобин). Особая опасность оксидов азота в том, что они отнесены к коканцерогенам – веществам, стимулирующим в сочетании с канцерогенами развитие онкологических заболеваний. Самым распространенным способом преобразования энергии из химически связанного состояния является сжигание в технических устройствах. При высоких температурах реагирует азот воздуха со свободными атомами по механизму Целдовича до окиси азота. Этот процесс определяется также как термическое образование окиси азота, поскольку реакция сильно зависит от температуры. Существенное образование термического NO начинается от около 1600°С и очень сильно растёт с ростом температуры. Адиабативная температура горения обычного топлива достигает при использовании воздуха около 2000°С и соответственно повышается при предварительном нагреве воздуха для горения. Это ведет к тому, что при процессах горения, еще до введения граничных значений на допустимые выбросы, необходимо предпринять меры к снижению образования NO. Обычно потенциал экономии энергии используется только частично, и одной из главных причин тому является повышение температуры факела при высоком догреве воздуха горения, что приводит к чрезмерному образованию термического NOх. Возможность уменьшения температуры факела и, тем самым, уменьшения выделения оксидов азота, дает инертизация факела: процесс основывается на принципе смешивания больших количеств печных газов с воздухом для сгорания перед реакцией с топливом. Захват инертных печных газов (выполняющих функцию химического и термического балласта) происходит за счет большого движущего импульса струй воздуха, вдуваемого в камеру сгорания. Если при горении со стабильным пламенем подмешивать в воздух для горения отходящие газы, горение происходит стабильно лишь до определенной степени. Как только эти границы пересекаются,пламя становится нестабильным, обрывается и, в конце концов, гаснет. При высоких температурах это может привести к воспламенению в пространстве печи и ведет к неполному сгоранию, поэтому состояния нестабильного горения в любом случае необходимо избегать. Тем не менее, при дальнейшем увеличении скоро сти рециркуляции отходящих газов, приопределенных условиях опять можно до стигнуть стабильной реакции. При этом газообразное топливо 123 невидимо и бесшумно полностью реагирует, и поэтому этот способ горения называется «беспла менное окисление» или коротко «FLOX®» (FLammelose OXidation). Благодаря специальной конструкции сопел горелок FLOX происходит управляемое и полностью беспламенное сгорание без пульсаций и видимого факела, а также без характерного шума, издаваемого факелом. Благодаря интенсивной циркуляции продуктов сгорания технология беспламенного сжигания позволяет значительно снизить выбросы NOx (<200 мг/Нм3 при содержании кислорода 3%). Конструкции горелочных устройств: - Горелка со внешним догревом воздуха. Для достижения необходимого предварительного смешивания используется венцеобразное расположение воздушных сопел. С высокой скоростью поступающие турбулентные свободные струи засасывают отходящие газы из пространства горения, перед тем как произойдет реакция между газообразным топливом и кислородом. Таким образом самая высокая достигаемая локальная температура в реакционной зоне при 5-ти разовом предварительно смешивании и температуре в печи 1000° всего лишь 1400° даже тогда, когда воздух для горения догревается до температуры в пространстве горения. - Рекуперативная горелка. Для прямого и непрямого (косвенного) нагрева промышленных печей часто используются рекуперативные горелки, в основном при применении природного и сжиженного газов. Поскольку горелка и теплообменник являются одним целым, то потери в трубопроводах, которые присутствуют при применении центрального рекуператора, являются в этом случае ничтожными.. Принцип беспламенного окисления FLOX применим для рекуперативных горелок. На рисунке показана FLOX - рекуперативная горелка, а также возможную возможность установки при прямом нагреве печи или же при непрямом нагреве металлическими излучающими радиантными трубами. Рекуперативная горелка, между тем, может быть оптимизирована таким образом, что могут быть достигнуты практически нулевые выбросы. - Регенерационная горелка. Существенное увеличение связанной с объёмом поверхности теплопередачи возможно в регенерационных горелках. В конструкции регенерационной горелки предусмотрены переключающие клапаны на холодной стороне горелки. Таким образом достигается высокий теплотехнический КПД даже при высоких температурах процессов в печи. Показанная на рисунке конструкция горелки позволяет в полной мере использовать принцип беспламенного окисления. Регенерационные патроны расположены коронообразно вокруг центральной трубки подачи газа и пропускаю через себя попеременно то воздух для горения (в печь) то отходящие газы (в общий коллектор). Отличительные особенности и преимущества горелок с применением FLOX- технологии можно суммировать следующим образом: - легко достигнуто повышение термической эффективности более чем на 30% относительно варианта без использования предварительного нагрева воздуха; - значительно снижен уровень термического образования NOх, даже при очень высоком предварительном нагреве воздуха; - весь температурный диапазон может быть охвачен одной горелкой (режим Пламя и режим FLOX); - возможно свести к минимуму проблемы, порождаемые окислением, и контроль безопасности. 124 125 Порошковые и композиционные материалы, покрытия и сварка 126 УДК 621.791:004 Новые технологии в сварочном производстве Студент гр. 104819 Бабич И.А. Научный руководитель – Голубцова Е.С. Белорусский национальный технический университет г. Минск Сваркой называется процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частям, при их нагревании и расплавлении или пластическом деформировании. Сварка позволила внести коренные изменения в технологии производства, создать принципиально новые конструкции машин. Например, применение сварных конструкций вместо клепанных в строительстве позволяет сэкономить около 20% металла, снизить на 5 - 30% трудоемкость изготовления конструкции. Главным направлением развития сварочного производства на сегодня считается разработка и внедрение новых технологий сварки и резки металлов, соответствующих международным стандартам. Решения этих задач определяют развитие не только фирм- разработчиков технологий и оборудования сварочного производства, но и отрасли машиностроения и металлообработки в целом. Целью настоящей работы является представление последних новинок в области сварочного производства. Один из основных путей совершенствования технологии сварки связан с переходом на компьютерное регулирование сварочного процесса. Там, где раньше для сварки приходилось использовать самые разнообразные методы и аппараты, сегодня достаточно одного аппарата, оснащенного периферийными дополнительными устройствами и компьютерным управлением — электронным регулированием показателей электрического импульса и характера электрической дуги. Испанская фирма Lincoln Electric Europa разработала методы и варианты их применения, включающие весь комплекс от программ по управлению дугой до механических устройств, роботизации и аппаратов для полуавтоматической сварки. Метод сварки пульсирующей дугой MIG/MAG-Puls предусматривает работу в трехступенчатом режиме, включающем этап быстрого увеличения тока до предельных значений, этап кратковременного выдерживания сильного тока с образованием капли на электроде и глубоким прогревом зоны шва и заключительный третий этап сброса тока до базового значения, необходимого для поддержания дуги. Дополнительно в процессе варьируется частота тока: увеличение частоты служит для сужения конуса электрической дуги, уменьшение частоты — для расширения конуса дуги. Заключительный оплавляющий импульс заостряет конец электрода и улучшает условия запуска дуги для следующего процесса. Метод пульсирующей дуги служит для сварки стали, алюминия, нержавеющей стали, никелевых сплавов. Особенно выгодно его применять для тонколистовых материалов. Несколько иная последовательность импульсов положена в основу метода Puls- on-puls, представляющего собой комбинацию высоких и низких импульсов тока. Высокоэнергетический импульс очищает и плавит материал, низкоэнергетический импульс остужает расплав и ведет к образованию плотного волнистого шва. Регулируемый поток тепла дает возможность сваривать даже тонкие алюминиевые листы и получать аккуратный качественный шов при средней квалификации сварщика. Метод быстрой дуги RapidArc представляет собой процесс с более сложным регулированием импульса. Он состоит из четырех этапов. На первом этапе обеспечивается рост тока и напряжения до предельных значений с образованием капли расплава, на втором происходит резкий сброс тока и частичное снижение напряжения с развитием плазменного эффекта, на третьем — резкий сброс напряжения при 127 минимальном токе с обрывом дуги и стеканием капли в шов, на четвертом — подача нового импульса тока и напряжения с восстановлением дуги после паузы. При этом поток плазмы сдвигает расплав, отделяет электрод от расплава и охлаждает его. Метод RapidArc позволяет при той же скорости подачи электрода увеличить на 30% скорость сварки, уменьшить разбрызгивание и обгорание металла. Это достигается за счет снижения напряжения в дуге и уменьшения теплопередачи благодаря обрыву дуги. Метод RapidArc особенно перспективен для автоматической и полуавтоматической сварки материалов толщиной 1,5-4 мм. Например, при сварке нелегированной стали методом RapidArc при токе 300 А, напряжении 28 В и скорости подачи сварочной проволоки 10 м/мин. была достигнута скорость сварки 62 см/мин. при теплозатратах 0,82 кДж/мм, в то время как в обычном MAG-процессе с постоянным напряжением и скоростью подачи проволоки 13 м/мин. скорость сварки была 44 см/мин., а теплозатраты — 1,13 кДж/мм. Размеры и вес сварочного оборудования также имеют большое значение. Совершенствование сварочной техники идет, в том числе, и по пути создания компактных и легких сварочных аппаратов. Финская фирма Kemрpi разработала оригинальные переносные сварочные аппараты MinarcMig типа MIG/MAG, предназначенные для механизированной дуговой сварки листового и профильного металла в среде инертных и активных защитных газов. Стандартный режим работы, горелка и механизм подачи у них рассчитаны на сварочную проволоку диаметром 0,6-1 мм, оптимально - диаметром 0,8 мм. Номинальный сварочный ток — 180 А, продолжительность нагрузки — 35%. Аппарат можно использовать для сварки алюминиевой сварочной проволокой или массивной проволокой из нержавеющей стали в защитной атмосфере из чистой углекислоты или из ее смеси с 82% аргона. Возможна также работа открытой дугой с порошковыми самозащищаемыми проволоками. MinarcMig поставляется полностью укомплектованным (включая кабель и горелку). Вес комплекта — 9,8 кг. Аппарат полностью готов к запуску, нужно только вставить в него бобину со сварочной проволокой и подсоединить к газовому баллону соединительный шланг с редуктором. Для автоматической подачи проволоки фирмой разработан оригинальный механизм, вес которого меньше на 35%, энергетическая эффективность выше на 50%, а динамический резонанс быстрее на 200% по сравнению с ранее применявшимися устройствами. MinarcMig отличается исключительной простотой управления. Работать с ним может не только профессионал, но и начинающий сварщик и даже любитель. На приборном щитке аппарата установлен дисплей и кнопка настройки. Примененная в аппарате система настройки позволяет заранее установить исходные показатели, от которых зависят параметры сварочного процесса: диаметр проволоки, вид защитного газа, скорость сварки. В процессе сварки аппарат анализирует дугу и выбирает оптимальное соотношение между напряжением, силой тока и скоростью подачи проволоки. Одним из новых способов сварки является сварка способом холодного переноса материала. Электронное управление процессом сварки в сочетании с высокодинамичным возвратно-поступательным движением сварочной проволоки лежат в основе способа холодного переноса материала (СМТ), разработанного австрийской фирмой Fronius. Сварочные комплексы, в которых метод СМТ применялся для термического соединения стали с алюминием, что до недавнего времени считалось невозможным. Отличительная особенность нового метода заключается в том, что в процессе сварки электрод на мгновение подается вперед и после возникновения короткого замыкания вновь возвращается назад — и так до 70 раз в секунду! В результате оптимизируются условия отделения расплавленной капли, исключается разбрызгивание и получается равномерный плотный шов. Процесс идет с гораздо меньшими затратами тепла, и именно это делает возможной электродуговую сварку алюминия и стали. Однако одним лишь соединением стали с алюминием область 128 применения способа СМТ не ограничивается. Она включает также пайку листового металла с нанесенными на него покрытиями, сварку тонколистового алюминия и магниевых сплавов. В последние годы патентные ведомства промышленно развитых стран мира ежемесячно регистрируют более 200 изобретений в области сварочной техники и технологии – таковы темпы развития сварочного производства. Все это предъявляет повышенные требования к квалификации специалистов в области сварки, в особенности рабочих-сварщиков, так как именно они непосредственно осваивают новые способы и приемы сварки, новые сварочные машины. УДК 621.791.052-048.34 Определение обобщенного параметра оптимизации механических характеристик сварного соединения стали 42Х2ГСНМ Студенты гр. 104829 Щавелева О.А., Водич А.С. Научный руководитель – Голубцова Е.С. Белорусский национальный технический университет г. Минск Работоспособность сварных соединений среднелегированных сталей зависит отструктуры и свойств металла околошовной зоны. Наиболее опасными с точки зрения надежности работы сварных конструкций являются такие структурные соединения, которые приводят к нарушению сплошности кристаллической структуры, образованию макро- и микротрещин или значительному снижению деформационной способности металла в околошовной зоне. Главной трудностью при сварке среднелегированных сталей без последующей термообработки является сложность получения высоких свойств металла в околошовной зоне, особенно в участке перегрева. Структура металла околошовной зоны определяется составом стали и термическим циклом сварки. В зависимости от этих условий формируются структуры от перлитной до мартенситной. Сварка стали 42Х2ГСНМ затруднена из-за сложности предотвращения трещин вследствие распада аустенита в мартенситной области. Одной из основных причин хрупкости свежезакаленной стали 42Х2ГСНМ является высокий уровень микроискажений в пересыщенном твердом растворе углерода в α- железе, т. е. практически весь углерод фиксируется в твердом растворе. Эффективным средством получения удовлетворительных показателей пластичности и вязкости при высоком значении прочности закаленного металла является, как известно, отпуск, при котором углерод частично переходит в мелкодисперсные карбиды, а процесс их коагуляции протекает весьма медленно вследствие пониженной диффузионной подвижности легирующих элементов в области температуры отпуска. Это способствует упорядочению твердого раствора и снижению уровня упругих искажений в металле. Целью настоящей работы является выбор оптимального режима термической обработки сварного соединения стали 42Х2ГСНМ с помощью обобщенного комплексного показателя D. данные для расчетов представлены в таблицах 1 и 2. 129 Таблица 1 - Частные функции желательности для параметров термической обработки сварного соединения Частная функция желательности id Кодированные значения y T , МПа B , МПа δ ,%  ,% KCV, Дж/см2 1,00-0,80 (отл.) 3,000 1700 2000 14 60 150 0,80-0,63 (хор.) 1,500 1600 1800 10 50 100 0,63-0,37 (удов.) 0,8500 1550 1700 8 40 55 0,37-0,20 (плохо) 0,000 1300 1500 5 35 20 0,20-0,00 (очень плохо) -0,500 800 1000 2 10 8 Таблица 2 - Натуральные значения и id параметров № 1 y (σт), МПа 2y (σв) МПа 3y (δ), % 4y ( ) % 5y (KCV) Дж/см2 1d 2d 3d 4d 5d D 1 1536,5 1734,5 2,9 30,1 10 0,65 0,63 0,21 0,36 0,22 0,29 2 1510,5 1697,5 4.1 17,5 11 0,61 0,57 0,28 0,23 0,25 0,27 3 1670 1983 7,1 35,7 53 0,95 0,94 0,52 0,38 0,54 0,56 4 1280 1409 9.3 39,0 85 0,33 0,37 0,72 0,54 0,69 0.43 5 870 1010 13,5 56,0 130 0,24 0,23 0,96 0,93 0,91 0,46 Формулы для расчетов. Частная функция желательности:   ii yd  expexp , где iy - кодированное значение i -го параметра. Обобщенный параметр оптимизации: 4 4321 ddddD  . В результате исследования с помощью обобщенного комплексного показателя D установлено, что оптимальным режимом термической обработки сварного соединения стали 42Х2ГСНМ является закалка от 900°С, отпуск при 200С (D=0,56). 130 УДК 621.762 Исследование влияния размерных факторов на плотность, твердость, прочность на сжатие и трещиностойкость композитов на основе оксида алюминия Студент гр. 104617 Бурак А.Е. Научные руководители – Голубцова Е.С., Шевченок А.А. Белорусский национальный технический университет г. Минск Керамику, состоящую в основном из оксида алюминия, принято называть корундовой керамикой в соответствии с названием природного минерала корунда, представляющего собой чистый оксид алюминия α-А12О3. Так как искусственно изготовленная техническая корундовая керамика содержит не только А12O3, а в ряде случаев – некоторые введенные добавки и сопутствующие сырью примеси, то условно принято называть корундовой керамикой такую, которая содержит 95% и более А12O3 и основной кристаллической фазой которой является корунд. Изделия из оксида алюминия можно изготавливать разнообразными методами. Выбор метода зависит главным образом от формы и размеров изделия, а также от тех свойств, которые необходимо придать изделию. Применение корундовой керамики очень разнообразно, и в каждом отдельном случае стремятся максимально улучшить требуемое свойство. Широкое применение традиционных керамических материалов с крупнозернистой структурой ограничено из-за их высокой хрупкости и низкой прочности. В ряде современных исследований показано, что значительное повышение механических и функциональных свойств керамических материалов достигается благодаря уменьшению размера кристаллитов в нанометровую область. При этом получение объемных керамических материалов с наноразмерной структурой является сложной задачей из-за ограниченных возможностей известных технологических подходов. Из ряда подходов синтеза керамик особенно привлекательным, ввиду относительной дешевизны и простоты, является формирование объемных керамических тел по порошковой технологии, включающей получение порошка, формование порошковой заготовки и спекание компакта до требуемой плотности. Целью данной работы является исследование влияния размерных факторов на плотность, твердость, прочность на сжатие и трещиностойкость композитов на основе оксида алюминия. Объектами данного исследования были различные порошки Аl2О3, как микронного, так и нанометрового диапазона. Были приготовлены композиции из смеси указанных выше порошков. Композиции готовились смешиванием и измельчением в планетарной мельнице САНД в этиловом спирте в течение 1 ч и последующей сушкой в сушильном шкафу. Прессование исходных порошков и полученных смесей проводили статическим методом на разрывной машине ZD-40 в интервале давлений 100-700 МПа с использованием в качестве связующего ПВС. Спекание полученных образцов осуществляли в течении 0,5-4 ч в камерной лабораторной электропечи ВТП 12/15 в воздушной атмосфере и в вакууме в печи СНВ-1.3.1/20И1. Температуры спекания варьировали в диапазоне 1300 – 1600ºС. На первом этапе изучалось влияние давления статического прессования и дисперсного состава композитов на плотность образцов. Анализ данных закономерностей показал, что плотность прессовок одной химической природы из смесей микронных порошков ГК (ГН, М1) и наноразмерных порошков Аl2О3 во всех случаях была выше, чем плотность прессовок из исходных наноразмерных или 131 микронных порошков. Аналогичная ситуация наблюдалась и для композиций на основе ГК, ГН, М1 и добавок 5, 10, 20 об.% Та2О5. Из полученных данных следует, что добавки от 5 до 20 об.% наноразмерных и субмикронных порошков как одной, так и разной химической природы, улучшают прессуемость и формуемость композиционной шихты. В тоже время плотность прессовок из наноразмерных порошков плазмохимического синтеза (d80 нм) Аl2О3 и ТiN была на 10-15% выше, чем плотность прессовок на основе смеси этих порошков. При исследовании влияния дисперсного состава исходного материала и режимов спекания композитов на их плотность (теоретическую плотность) установлено, что с ростом размера частиц исходных чистых порошков Al2O3 (М1, ГН, ГК, соответственно, средний размер частиц 1 мкм, 5 мкм и 10 мкм) плотность спеченных керамик (1550ºС, 2 ч) падает от 3,6 г/см3 (для М1) до 2,8 г/см3 (для ГК). Введение в указанные выше исходные материалы до 20 об.% наноразмерного порошка Al2O3 способствовало повышению плотности спеченного материала на основе М1 и ГН примерно на 5-10%. Это, по-видимому, связано с сегрегацией ультрадисперсных частичек по границам матричных зерен и высокой скоростью диффузии матрицы через сегрегированную фазу. Исследовано влияние размера исходных частиц порошков, составляющих композит, на их твердость, прочность на сжатие и трещиностойкость после спекания. Установлено, что предел прочности на сжатие для композитов на основе технического глинозема ГК (дисперсность 10 мкм) изменялся от 200 до 350 МПа при изменении содержания наноразмерной компоненты в исходном материале от 0 до 20 об.%. Закономерностей изменения твердости и коэффициента трещиностойкости, спеченных в указанных режимах композитов, не установлено, вследствие высокой пористости образцов на основе технического глинозема марки ГК (15-20%). Для композита на основе электрокорунда марки М1 (дисперсность 1 мкм), изготовленного в тех же условиях, сж возрастало от 460 до 840 МПа, твердость по шкале НRА с 88 до 91, коэффициент трещиностойкости колебался в пределах 2,2-2,7 МПа·м1/2 с изменением содержания легирующего компонента от 0 до 20 об.%. Наиболее высокие значения твердости (92 НRА), трещиностойкости (до 4,6 МПа·м1/2) и предела прочности на сжатие (1240 МПа) получены для композитов на основе электрокорунда марки М1 с добавкой Mn2O3, спеченных при 1550ºС (при размере зерен ~1 мкм). УДК 621. 723 Обработка и упрочнение поверхностей инструментов и деталей машин с наложением комбинированных физических полей Магистрант Ефимов А.М., аспирант Линник А.В. Научный руководитель – Акулович Л.М. Белорусский государственный аграрный технический университет г.Минск На ряду с изменениями качественного состава операций технологического процесса происходит рост количества финишных операций в связи с повышением сложности конструкций и тебований к точности и качеству их изготовления. К финишным операциям относится и магнитно-абразивная обработка (МАО). Суть МАО заключается в следующем. Обрабатываемая деталь помещается между полюсными наконечниками с зазорами, в которые подаётся порошок, обладающий магнитными и абразивными свойствами [1]. Детали сообщается вращательное движение и осциллирующее движение вдоль горизонтальной оси. 132 Силами магнитного поля зерна порошка удерживаются в рабочих зазорах, прижимаются к поверхности детали. В рабочую зону подаётся смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ). В данном случае функции силового источника и упругой связки выполняет энергия магнитного поля. Степень упругости связки регулируется изменением напряжённости магнитного поля, что позволяет рассматривать МАО как процесс шлифования свободно-ориентированным абразивом. При этом удаляется припуск и формируется поверхность с новым микрорельефом и измененными физико- механическими свойствами поверхностного слоя. При МАО обрабатываемая деталь, подвергается воздействию переменного магнитного поля, изменяя эксплуатационные свойства поверхностного слоя [2,3]. Сталь, как любое твердое тело, обладает внутренней энергией, обусловленной дислокационной структурой материала. Взаимодействие энергии магнитного поля, с внутренней энергией материала приводит к появлению местных перенапряжений. В этих местах резко возрастает вероятность разрыва межатомных связей. В тех местах, где эти локальные перенапряжения превышают пределы упругости материала, формируются очаги пластической деформации [3], что свидетельствует об упрочнении металлической поверхности. Именно здесь интенсивно протекают процессы размножения и перемещения дислокаций. С увеличением плотности дислокации, сталь претерпевает своеобразный наклеп. Перспективным представляется направление обработки и упрочнения с наложением комбинированных физических полей, в частности МАО с наложением ультразвуковых колебаний (УЗК). S î ñ ö S ï ð n ç 1 2 3 1 – обрабатываемея деталь; 2 – ферроабразивный порошок; 3 – полюсный наконечник. Рисунок 1 – Схема магнитно-абразивной обработки с наложением ультразвуковых колебаний Схема отличается тем, что механическим приводом детали сообщается вращательное движение, а осциллирующее движение вдоль горизонтальной оси сообщается абразивному порошку посредством введения в рабочий зазор ультразвуковых колебаний через СОЖ, передаваемых магнитострикционным преобразователем. Ультразвуковое воздействие также приводит к изменениям в поверхностном слое. Микрорезание с ультразвуком позволяет за счёт изменения направления, амплитуды и частоты колебаний целенаправленно влиять на глубину царапины. Это, в свою очередь, определяет форму царапины в поперечном сечении [4,5]. При подаче СОЖ при МАО под действием ультразвукового поля в жидкости происходит образование кавитационных пузырьков, которые механически воздействуют на загрязнённую поверхность детали [5]. Это воздействие обусловлено двумя основными причинами: ударной волной, возникающей при захлопывании кавитационных пузырьков, и интенсивными колебаниями не захлопывающихся пузырьков, проникших между плёнкой загрязнения и основной поверхностью детали. Процесс кавитационной эрозии не стабилен во времени, скорость разрушения меняется с продолжительностью действия кавитирующей жидкости на поверхность. Сначала наблюдается некоторый период, когда нет изменения массы или веса 133 испытываемого образца, хотя присутствует пластическая деформация и образуются трещины. Затем следует процесс нарастающего разрушения, который достигает своего максимального значения [6]. Особенностью действия кавитации на твердую поверхность является мгновенность и локальность приложения нагрузки. Учитывая это, кавитационное нагружение обычно классифицируется как микроударное. В процессе любого нагружения, в том числе и кавитационного, материал подвергается деформационному упрочнению. Величина упрочнения определяется природой материала, а также степенью деформации и скоростью приложения нагрузки [6,7]. Технологические параметры ультразвуковой обработки также влияют и на шероховатость обрабатываемой поверхности. При изменении любого из параметров ультразвуковой обработки при МАО (времени, амплитуды, расстояния от излучателя) происходят изменения параметров шероховатости поверхности. Для достижения заданных параметров обрабатываемой детали МАО с наложением УЗК следует учитывать технологические параматры как МАО так и ультразвуковой обработки. Литература 1. Акулович Л.М. Термомеханическое упрочнение деталей в электромагнитном поле // Новополоцк: ПГУ. - 1999. С. 240. 2. Барон Ю.М. Магнитно-абразивная и магнитная обработка изделий и режущих инструментов // Ленинград: Машиностроение . - 1986. С. 172. 3. Малыгин Б.В. Магнитное упрочнение инструмента и деталей машин // Москва: Машиностроение. - 1989. С. 112. 4. Киселев М.Г. Ультразвук в поверхностной обработке материалов // Минск: Тесей.- 2001.С. 344. 5. Марков А.И. Испытание внедрением и царапанием при ультразвуковых колебаниях индентора // Склерометрия, Москва: Наука.- 1968. С. 192. 6. Прис К. Кавитационная эрозия // Москва: Мир.- 1982. С. 269…300. 7. Иванов В.С.,Терентьев В.Ф. Природа усталости металлов// Москва: Иеталлургия.-1975. С. 455. Возможности инжекционного формования для получения керамической нитепроводной гарнитуры Студент гр. 104616 Зелезей А.А. Научные руководители – Афанасьев Л.Н.; Барай С.Г. Белорусский национальный технический университет г.Минск Целью настоящей работы является усиление внимания к возможностям инжекционного формования для получения керамической нитепроводной гарнитуры. Технологическая схема инжекционного формования Технологические преимущества CIM процесса Оптимизация конструкции детали. СIM процесс снимает практически все ограничения по сложности формы изготавливаемой детали. Увеличение плотности и прочности детали. При прочих равных условиях СIM процесс позволяет получать более прочные детали за счет модификации характеристик материалов. Возможность получения практически любой поверхности. СIM процесс позволяет придавать поверхностям формируемых деталей практически любые свойства – от очень гладких до текстурированных. Доступен практически весь спектр покрытий 134 и обработок. Подготовка поверхности: галтовка, пескоструйка, полировка, ультразвуковая промывка. Точность допусков и размеров. СIM технология позволяет 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. CIM технология имеет большую перспективу и огромное преимущество при производстве деталей сложной формы с точными геометрическими размерами и большими объемами производства Особенности технологии инжекционного формования керамики -использование ультрадисперных керамических порошков; -использование термопластичных связок с температурой плавления до 150 ОС; -использование доступных поверхностно-активных веществ и др. специальных добавок; -удаление связующего по строго определенному температурно-временному режиму для каждого определенного вида керамики, формы и размеров изделия, типа пластификатора и наличия специальных добавок; -спекание заготовок в высокотемпературных печах по строго определенному температурно-временному режиму для каждого определенного вида керамики, формы и размеров изделия, требуемых структуры, физико-механических и специальных свойств; -специальная обработка спеченных заготовок (голтовка, пескоструйная обработка, полировка, ультрозвуковая промывка) для получения качественного изделия Процесс инжекционного литья керамики Качество отливки определяется следующими параметрами процесса: • Температура (материала, цилиндра и литьевой формы): 170-190 ОС • Время (впрыска, выдержки под давлением и охлаждения): 0,5-1,0 с; 15-20 с • Давление (впрыска, выдержки и противо-давления): 120-200 МПа • Скорость впрыска и скорость шнековой подачи: 10-30 см3/с; 20-50 об/мин • Усадка отлитой заготовки: по объему - 2,2%, по длине - 0,7% Принцип каталитического дебайндинга Основным компонентом связующего является полиацеталь – полупрозрачный термопластичный полимер с хорошими технологическими свойствами. Полиацеталь разлагается в газообразный формальдегид в присутствии катализатора – азотной кислоты в концентрации ≥ 98,5%. 135 Разложение полиацеталя происходит при Т=110-140 ОС, что ниже точки его плавления (Тплавл=165 ОС). Реакция полиацеталь → формальдегид движется внутрь отливки со скоростью 1-2 мм/ч. Механизм каталитического дебайдинга Дебайдинг проходит посредством диффузии и проникания испаряющейся связки через поры. Процесс температурного дебайдинга превращает связку в пары. Дистанция „L“испаряющейся связки с поверхностной связки увеличивается со временем. Ламинарный поток газа обеспечивает равномерную эволюцию связки и предотвращает ее повторное осаждение на заготовку. Равномерные потоки газа вокруг частиц порошка обеспечивают постоянный и равномерный дебайдинг. Время цикла дебайдинга ограничивается толщиной заготовки. Печь для каталитического дебайдинга Режимы процесса: Катализатор:HNO3≥98,5% Температура:110-120 ОС; Скорость удаления связки: 1-2 мм/час Печь для высокотемпературного спекания заготовок инжекционного формования Камерная электрическая печь с нагревате-лями из дисилицида молибдена, с волок-нистой изоляцией и программатором. Равномерность Т по зоне печи ±5 ОС. Режимы процесса спекания: Среда: воздушная Температура: 1450-1610 ОС; Пиролиз остаточной связки при Т=200- 600ОС; Скорость нагрева при пиролизе: 1 ОС/мин до Т = 270 ОС 2 ОС/мин до Т = 600 ОС Скорость нагрева при спекании: 5 ОС/мин в интервале Т = 600-1200 ОС 2 ОС/мин в интервале Т=1200-1600 ОС Скорость охлаждения до Т = 600 ОС 3-5 ОС/мин 136 Свойства керамики, полученной по CIM технологии 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 вяз-кости разрушения МПа∙м1/2 3,5 – 4,0 5 – 6 Твердость HV 1800 - 2000 1350 -1420 ТКЛР (20-1000 ОС) 10 -6/К 7 - 8 9,3 - 11,0 Теплопроводность Вт/м ∙К 25 - 30 2,7 - 3,5 УДК. 621.791.5 Разработка технологии сварки ответственных деталей трактора из высокоуглеродистых сталей Студент гр.104817 Иванова И. В., студент гр. 104817 Громов С. А. Научный руководитель – Дьяченко В. И. Белорусский национальный технический университет г. Минск Современный сельскохозяйственный трактор является достаточно сложным инженерным творением. В состав каждого трактора входят в обязательном порядке кроме дизельного двигателя, трансмиссия для передачи мощности двигателя к движетелю, многоскоростная (до 18 ступеней) коробка перемены передач, система отбора мощности для выполнения технологических операций навесных или прицепных сельскохозяйственных орудий. высоконапорная многоканальная гидравлическая и пневматические системы Не миновала тракторостроение и общемашиностроительная тенденция - повышение единичной мощности. Если в первые послевоенные годы отечественное машиностроение предоставляло в распоряжение сельского хозяйства одну модель колёсного трактора на железных колёсах со шпорами мощностью 30 л.с. и три модели гусеничных тракторов мощностью 35 - 52 - 65 л.с., то в настоящее время нижний предел мощности опущен до 6 л.с., верхний возрос до 250-300 л.с. Ещё 10 лет тому назад колёсный трактор мощностью 300 л.с. весил 13 тонн., то сегодня современный трактор того же тягового класса и той же мощности весит 9 тонн. Предшественник современного трактора мощностью 150-180 л.с., весящего 5 тонн, весил более 7 тонн. Естественно, что и конструкторы и технологи постоянно уделяли внимание проблемам повышения прочности, долговечности и надёжности как трактора в целом, так и каждого его агрегата и каждой детали. Практически все детали трансмиссии, ходовой и навесной систем тракторов работают в условиях сложного циклического нагружения: срез, растяжение или кручение, сочетающиеся с изгибом Кроме того значительное количество деталей работают в условиях значительных контактных напряжений Задача решается применением материалов повышенной прочности от малоуглеродистых низколегированных сталей до высоколегированных сталей для 137 шестерён и различных валов и высокопрочных литейных чугунов для отливки корпусных деталей - таких как блок цилиндров и головка блока тракторного дизеля корпусов переднего и заднего ведущих мостов, корпусов коробки перемены передач и муфты сцепления. Наиболее широкое применение нашли углеродистые стали с содержанием углерода 0,45% и выше и легированные стали на их основе, например сталь 40Х, 35ХГС и т. п.. Массовые методы упрочнения деталей сводятся к повышению объёмной или поверхностной твёрдости детали до уровня HRC 55-62, являющегося пределом обрабатываемости не только механической, но и абразивной Поиски альтернативных путей повышения прочности повлекли за собой применение деталей сложной геометрической формы, изготовление которых из одной заготовки либо очень трудоёмко, либо вообще невозможно. Выход из создавшегося положения был найден путём применения композиционных конструкций из элементов более простой конфигурации и даже из разнородных материалов, которые изготавливают литьём или горячей штамповкой и соединяют между собой при помощи различных способов сварки. Возник обширный класс сварно - штампованных, сварно - кованных, сварно - литых конструкций, в которых одна из частей формируется из низкоуглеродистой хорошо свариваемой стали, а соединяемая с ней - из легко закаливаемой стали, относящейся к группе ограниченно - или вообще не свариваемых сталей. В этих сталях, при высоких скоростях охлаждения после нагрева выше «критических точек» образуются закалённые структуры с повышенной твёрдостью и низкой пластичностью. В зоне сварного шва имеет место высокая скорость охлаждения как расплавленного металла шва, так и прилегающих к нему зоны сплавления и слоёв основного металла. И именно в зоне термического влияния (ЗТВ) вследствие этого образуются структуры закалки. Аналогичная ситуация имеет место при соединении между собой заготовок упрощенной формы, литых или кованых .В качестве примера таких деталей можно привести «лонжерон полурамы» трактора: который состоит из штампуемого из малоуглеродистой стали глубокой вытяжки корытообразного профиля, свариваемого с литой заготовкой из стали 45.. Несколько иной является конструкция «вилок переключения» «коробки перемены передач». В этом случае сварная деталь компонуется из калиброванного стального прутка прямоугольного сечения и очень сложной кованной объёмной заготовки. Необходимость применения высокоуглеродистой стали диктуется эксплуатационными характеристиками этих деталей. Так как в целом должна сохранять высокую степень пластичности, то общая объёмная закалка всей детали недопустима, но отдельные участки должны быть закалены с нагревом ТВЧ до высокой поверхностной твёрдости. Таких композитов в каждом тракторе десятки. Завод работает, изготавливает сотни тысяч тракторов, претензий по надёжности сварных деталей из высокоуглеродистых трудно свариваемых сталей нет. Но в каждом конкретном случае задача сварки решается длительным «путём проб и ошибок». Более того, практически даже при незначительных отклонениях в таких, с трудом выбранных, параметрах режима сварки возникают критические ситуации. В основу планируемого исследования положены накопленный практический опыт и предположения, высказанные в работе Н. Н. Рыкалина «РАСЧЕТЫ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ СВАРКЕ», о том, что при определённых значениях погонной энергии, обеспечивающих скорость охлаждения металла зоны термического влияния ниже критической, возможно предотвратить появление закалённых структур как в наплавленном металле, так и в основном металле. 138 В этой связи представляется весьма перспективной решаемая на МТЗ задача роботизированной сварки среднеуглеродистых сталей. Достоинство роботизированной сварки, по нашему мнению заключается в возможностях программного выбора параметров режима сварки и стабильность их поддержания. Сварка опытных образцов из стали 45 на рассчитанных по Рыкалину параметрах режима сварки и погонной энергии, ориентированных на приведенные в его работе данных о скорости охлаждения путём отвода тепла в тело детали, которые исключают образование закалённых структур подтвердили хорошее совпадение теоретических расчетов и практических результатов. Достаточно длительный и обширный опыт использования сварных деталей из высокоуглеродистых сталей позволил нам поставить перед собой задачу тщательно изучить накопленный опыт и разработать на основе теоретических положений Н. Н. Рыкалина обобщающие критерии, позволяющие свободно оперировать выбором технологических приёмов сварки такого рода деталей. Выработать общие критерии свариваемости высокоуглеродистых сталей. Оценка предпочтительности того или иного способа сварки по нашим представлениям будет облегчена применением такого критерия. УДК 621.723 Влияние ультразвуковой обработки на состояние и формораспределение твердых частиц в расплаве Аспирант Линник А.В., магистрант Ефимов А.М. Научный руководитель – Акулович Л.М. Белорусский государственный аграрный технический университет г.Минск Целью настоящей работы является усиление внимания к определению влияния ультразвуковой обработки на состояние и формораспределение твердых частиц в расплаве. Расплав металла, который чаще всего используется на практике, представляет собой с физической точки зрения сложную гетерогенную систему жидкости с примесями. В ней всегда присутствуют твердые тела различной природы и частицы нерастворимых примесей различной дисперсности. Если на такую систему воздействует мощное ультразвуковое поле, то в ней происходит ряд специфических процессов. Рассмотрим взаимодействие расплава и твердых частиц из проведенных исследований Шиляева А.С. Для определения влияния ультразвуковых колебаний (УЗК) на капиллярные процессы в твердожидкостной капиллярной пористой системе в качестве ее объекта использовались образцы из пористого алюминия [1]. Эффективность влияния ультразвукового поля на капиллярные процессы, происходящие в твердожидкостной системе, оценивались по степени заполнения капиллярных систем бакелитовым лаком. Степень заполнения определялась весовым методом на аналитических весах с точностью до 0,1мг [2]. Исследование состояния и поведения твердых частиц в жидкости в ультразвуковом поле проводилось с помощью киносъемки. В качестве твердых частиц использовались частицы различной плотности (электрокорунд, гетинакс), в качестве жидкости – вода и водные растворы глицерина различной вязкости. Наложение на систему «расплав – твердый металл» ультразвукового поля разрушает окисные пленки, изменяет кинетику взаимодействия атомов расплава и 139 твердого металла, активизирует диффузионные процессы и обеспечивает в итоге соединение расплава с подложкой. На рисунке 1 приведены зависимости влияния температуры расплава, расстояния от источника УЗК, амплитуды УЗК, времени обработки ультразвуком на прочность сцепления затвердевшего металла с образцом [2]. В результате проведенных исследований были определены наиболее благоприятные условия для взаимодействия расплава металла с твердым телом. Так температура расплава должна на 25…300 превышать температуру плавления, расстояние от источника ультразвука должно составлять от 2 до 3 мм. Наибольшая прочность достигается при обработке системы ультразвуком с амплитудой колебаний 3мкм в течение 25с [2]. Для определения распределения твердых частиц в расплаве в мощном ультразвуковом поле проведены экспериментальные исследования, которые проводились на установке с прозрачной рабочей кюветой. Процесс регистрировался кинокамерой «Конвасавтомат» с частотой 32 кадра в секунду. Обработка УЗК производилась на частоте 22кГц в режиме кавитации. В результате ультразвуковой обработки происходит равномерное распределение частиц в обрабатываемом объеме и характер распределения не зависит от их плотности. Изучение формы и размеров частиц после воздействия ультразвука показывает, что в результате обработки они приобретают округлую форму, изменяются их поверхностная структура и размеры, наблюдается измельчение [2]. 40 20 60 493 513 Т,К ,МПа 1 а 40 20 60 2 4 l,мм ,МПа 2 б 40 20 60 2 4 A,мкм ,МПа 3 в 40 20 60 15 25 ,c ,МПа 4 д Рисунок 1 – Влияние температуры расплава (а), расстояния от источника ультразвука (б), амплитуды УЗК (в) и продолжительности обработки ультразвуком (г) на прочность сцепления расплава металла с твердым телом 140 В результате исследований влияния ультразвукового поля и сопутствующих факторов на взаимодействие в системе «металлический расплав – твердое тело», на процессы в сложной капиллярной системе установлено, что в ультразвуковом поле интенсифицируются процессы взаимодействия распада и твердого тела, активация поверхности твердого тела. За счет флуктуационных явлений на границе «расплав – твердое тело» в ультразвуковом поле создаются благоприятные условия для зародышеобразования, формирования структуры и свойств границы раздела. Это обеспечивает повышение механических характеристик, создание прочного слоя [2]. Интенсификация процессов массообмена приводит к увеличению плотности, однородности структуры и улучшению свойств твердого тела. Установленный объемный характер равномерного распределения частиц в ультразвуковом поле создает благоприятные условия для объемной кристаллизации и качественного формирования твердого тела, а диспергирование, активация частиц способствуют лучшему зародышеобразованию. Литература: 1. Шиляев А.С. Ультразвук в науке, технике и технологии // РНИУП «Институт радиологии». – 2007. – Гомель – С.412. 2. Шиляев А.С. Ультразвуковая обработка расплавов при производстве и восстановлении деталей машин // Навука i тэхнiка. – 1992. – Минск – С.176. УДК 621.791.92:669.296 Исследование влияния циркония на физико-механические свойства наплавленного металла Студенты гр. 104829 Рожко О.В., Снарский А.А. Научный руководитель – Голубцова Е.С. Белорусский национальный технический университет г. Минск В современных условиях производства машин, агрегатов и металлоконструкций самого различного назначения сварка, как метод получения неразъемных соединений, остается ведущим технологическим процессом. Химический состав металла шва оказывает первостепенное влияние на его стойкость против кристаллизационных трещин. Эксплуатационная надежность сварных швов и стабильность их физико- механических свойств зависят от качества и постоянства состава исходного сырья, используемого для изготовления электродов. Наплавленный металл образует одно целое с основным металлом, связан весьма прочно и надежно. Путем наплавки можно получать непосредственно на рабочей поверхности изделия сплав, обладающий желательным комплексом свойств, - износостойкий, кислотоупорный, жаростойкий и т. п. Для получения высоких свойств наплавленного металла промышленностью выпускается сварочная проволока с достаточно низким содержанием газов, серы, фосфора и других вредных примесей. Получение металла шва с минимально возможным содержанием кислорода и оксидных включений достигается путем одновременного раскисления металла алюминием, титаном, кремнием и марганцем, вводимыми в покрытие в виде ферросплавов. Однако содержание кислорода и оксидных включений при этом остается еще достаточно высоким. Для снижения содержания кислорода в металле шва и с целью влияния на процесс зарождения включений, их форму, дисперсность и состав, обычно используются сильные раскислители и модификаторы – церий, цирконий, иттрий, барий, кальций. 141 Целью настоящего исследования является исследование влияния циркония в электродах при ручной дуговой сварке нержавеющих сталей применительно к использованию сварных узлов в щелочных растворах при высоких температурах. Цирконий нашел широкое применение в металлургии и сварке в качестве модифицирующего, легирующего и раскисляющего компонента сталей, сплавов, чугунов и сварочных материалов. Влияние этого элемента на физико-механические свойства металла обусловлено его активным взаимодействием с кислородом, азотом, серой и образованием при этом прочных химических соединений. Цирконий является более сильным раскислителем, чем бор, кремний, марганец, титан и алюминий. По своему сродству к кислороду этот элемент при температуре сварочной ванны (2073…2273 °С) превосходит скандий, тантал, гафний, но уступает иттрию, торию и бериллию. На стадии капли и в дуговом промежутке (при температуре 2673…2973 °С) цирконий активнее кальция и лития. В дуговом промежутке присутствуют газообразные фтор, кислород, азот, СО2, СО и пары воды, которые окисляют легирующие элементы. Активность их по отношению к цирконию уменьшается в следующей последовательности: фтор, кислород, Н2О, СО2, СО. Уже при 200 °С цирконий образует летучие тетрагалоиды. Наличие тетрафторидов кремния, титана и циркония способствует уменьшению насыщения металла капель и сварочной ванны водородом благодаря связыванию его в летучий фторид HF. Наиболее устойчивые соединения цирконий образует в результате реакций с кислородом, углекислым газом и парами воды, которые окисляют его до ZrO2, который разлагается лишь при температурах выше 1200 °С. При оптимальных концентрациях цирконий как инокулятор при кристаллизации металла сварных швов уменьшает работу образования зародышей, являющихся центрами кристаллизации, вызывает измельчение первичных осей дендритов, что способствует повышению ударной вязкости наплавленного металла. Для исследования влияния циркония на физико-механические свойства наплавленного металла, мы выбрали способ установления статических связей между несколькими параметрами оптимизации с помощью корреляционного анализа. Суть метода заключается в вычислении коэффициентов парной корреляции или корреляционного соотношения между каждыми двумя параметрами на основе имеющихся данных. Мы рассчитываем значения коэффициента корреляции (r1,2) по формуле:       n n n yy yy r 1 1 2 2 2 1 1 21 2,1 , где 1y и 2y - разность между текущим и средним значениями параметров, а n - число наблюдений. Вычисленное значение сравниваем с критическим коэффициентом парной корреляции (rкр), а именно, табличным значением этого коэффициента, исходя из заданного уровня доверия (обычно α=0,05) и степени свободы f, равной n-2. Если опытное значение 2,1r ≥ rкр, то линейная корреляция существует, в противном случае (r1,2< rкр) ее нет. Коэффициент парной корреляции изменяется в общем случае от 0 до ± 1. Если этот коэффициент меньше критического значения, то связь между параметрами либо отсутствует, либо отлична от линейной. Для результатов наших опытов rкр=0,7545. Вычисленные значения коэффициентов парной корреляции 142 Zr,% по массе B , МПа KCV, Дж/см 2 40% NaOH 5% HCl Склонность к межкристаллитной коррозии Zr,% по массе - 0,3896 0,7644 -0,0687 -0,6195 0,0301 Исходя из вычисленных значений коэффициентов парной корреляции, следует, что содержание циркония оказывает большее влияние на ударную вязкость и временное значение сопротивлению на разрыв, в меньшей мере – на склонность к межкристаллитной коррозии сварного шва, где вычисленные коэффициенты равны: 0,7644, 0,3896 и 0,0301 соответственно. Отрицательные значения коэффициентов парной корреляции относительно содержания циркония и стойкости сварного шва в растворах NaOH (40%) и HCl (5%) указывает на то, увеличение содержания циркония приводит к уменьшению стойкости сварного шва в этих растворах, особенно в растворе HCl (5%). Это влияние особенно сильно ври испытании сварного соединения в 5% растворе HCl. УДК 621.315.5 Влияние температурных параметров синтеза на спекание и электрофизические характеристики керамических материалов на основе титаната бария Студент 5 к. 9 гр. ф-та ХТиТ Хорт А. А. Научный руководитель – Дятлова Е. М. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Целью данной работы является исследование влияния параметров высокотемпературного синтеза на основный свойства (водопоглощение, пористость, относительную диэлектрическую проницаемость, температуру точки Кюри, диэлектрические потери, активное сопротивление) сегнетоэлектрических материалов на основе титаната бария, модифицированных оксидами типа RO. На основе анализа данных литературы по способам получения титаната бария, формированию его твердых растворов с другими диэлектрическими и сегнетоэлектрическими соединениями для исследования выбраны варианты синтеза BaTiO3 c использованием в качестве модификатора оксида меди (II). Исходными компонентами являлись диоксид титана, карбонат бария и оксид меди марки ХЧ. Синтез материалов проводился высокотемпературным спеканием смесей исходных компонентов, полученных совместным помолом в микрошаровой мельнице. Установлено, что увеличение температуры синтеза с 1200 °С до 1300 °С и вторичной термообработки с 1200 °С до 1300 °С титаната бария с модификатором, способствует улучшению спекаемости образов за счет развития жидкостного механизма переноса вещества, о чем свидетельствует рост кажущейся плотности, а также снижение водопоглощения и открытой пористости до нулевых значений. При этом наблюдается увеличение относительной диэлектрической проницаемости, температуры точки Кюри, диэлектрических потерь и снижение активного сопротивления. Следует отметить, что температура синтеза оказывает более значительное влияние на электрофизические свойства, чем температура повторной термообработки образцов с модификатором. На основе анализа результатов экспериментов в сопоставлении с известными литературными данными можно предположить, что основным фактор, влияющим на свойства полученных материалов является: количество и свойство образующегося в процессе термообработки эвтектического расплава, поскольку материалы спекаются 143 по жидкофазному механизму переноса вещества, который значительно активизирует более легкоплавкий оксид меди. Важное значение имеет то, что во время термообработки происходит встраивание иона Cu2+ в перовскитовую решетку титаната бария с замещением иона Ba2+. Ион меди обладает меньшим ионным радиусом, чем ион бария, вследствие чего нарушается симметричность кристаллической структуры и происходит деформация элементарных ячеек титаната бария. Это в свою очередь увеличивает углы между дипольными моментами соседних доменов и соответствующими осями симметрии элементарной ячейки. Такое изменение структуры может привести к росту прочности связей элементов кристаллической решетки и энергии, которую необходимо затратить на осуществление фазового перехода второго рода. На основании оптимизации составов исходных смесей, технологических параметров синтеза получен сегнетоэлектрический материал в системе CuO-BaO-TiO2, обладающий заданным комплексом свойств (диэлектрическая проницаемость в точке Кюри 9500, точка Кюри 137,5 °С, tgδ при температуре точки Кюри 0,1023). Полученные материалы рекомендованы в качестве чувствительных покрытий в производстве газочувствительных датчиков, которые проявляют избирательную чувствительность разнонаправленного характера к углекислому и угарному газу. Разработанные материалы можно использовать в качестве чувствительных покрытий в датчиках давления, так как они обладают всем необходимым для этого комплексом электрофизических свойств. УДК 621.762 Наноструктурные материалы и эксплуатационные свойства режущих инструментов Студент гр. 115210 Шалесный И.А. Научный руководитель – Горохов В.А. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является привлечение внимания к проблеме улучшения эксплуатационных свойств режущих инструментов за счёт более жидкого использования в качестве их материалов наноструктурных твёрдых сплавов и нанесения на их поверхность ультрадисперсных плёнок из сверхтвёрдых соединений (карбидов, боридов, нитридов и др.) Под наноструктурными понимаются материалы, основные элементы которых (кристаллы, слои, волокна, поры) не превышают по размеру 100 нм, по крайней мере в одном направлении. Под нанотехнологиями понимается действия по созданию и использованию действия по созданию и использованию материалов, структуры которых регулируется в нано-метровом масштабе (0,1 – 100 нм). К консолидированным наноматериалом можно отнести компоненты, плёнки, и покрытия из металлов, сплавов и соединений, получаемые методами порошковой металлургии, интенсивной пластической деформации, различными способами нанесения плёнок и покрытий. Размерные эффекты нанокристаллических структур позволяют получать наноматериалы с уникальными свойствами. Их микротвёрдость, например, в 2-7 раз, а прочность при растяжении в 1,5 – 2 раза выше чем микротвёрдость И прочность крупнозернистых аналогов. При нанозёрнах рост прочности наблюдается благодаря низкой плотности имеющихся дислокаций и трудности образования новых. У керамических наноматериалов снижается хрупкость и появляется пластичность при жидких температурах, это позволяет использовать их в процессах экструзии и прокатки. С уменьшением размеров зерна у наноматериалов 144 возрастает теплоёмкость с наибольшим приростом её у материалов полученных прессованием нанопорошков. У наноматериалов повышается коэффициент граничной диффузии что позволяет легировать их растворимыми или слабо растворимыми в обычных условиях компонентами. Пристальное внимание производственников привлекают наноструктурные твёрдые сплавы на основе карбидов вольфрама и титана с металлами – связанных кобальтом и железом, которые значительно превосходят по прочности, износостойкости, ударной вязкости и другим параметром твёрдые сплавы с обычной структурой. Превосходство эксплуатационных характеристик наноструктурных твёрдых сплавов, например, группы ВК (WC+Co) объясняется тем, что частицы разных фаз формируют тройные стыки, в результате чего имеет место новая структура, которую топологи называют «непрерывной в 2-х направлениях». При этом используют новые химические методы наноразмерного перемешивания порошков компонентов твёрдых сплавов. Фирма Nanodyne Inc иллюстрирует микросвёрла из нанокомпозита которые не теряло режущих свойств и сверло из обычного твёрдого сплава ВК, которые за одинаковый период эксплуатации полностью износилось. Имеет место проблема качественного получения наноматериалов. Первая установка для получения ультрадисперсных порошков была разработана в СССР в 1960 году. В ней капля расплавленного метала, висящая в индукционном поле, обдувается потоком высокочистого аргона, выносящего сконцентрированные наночастицы в специальный порошковый сборник. В аргоновой среде осуществляется все последующие операции с нанопорошками. Испарительно-конденсационный метод использован также в установке Глейтера, в которой получение ультрадисперсного порошка в атмосфере разряжённого инертного газа совмещено с прессованием. Существуют также химические, механические, плазмохимические и другие методы измельчения порошков. Технологии плёнок и покрытий универсальны в отношении состава наноматериалов. К методам нанесения плёнок на основе тугоплавких карбидов, нитридов, боридов относятся: термоиспарение, ионное осаждениеиз газовой фазы, термическое разложение и другие. Всё больше распостронение получает метод газотермического осаждения агломерированными твёрдосплавными порошками с использованием кислород-углеводородных газовых смесей. При этом обеспечиваеся достаточная скорость поступления частиц твёрдого сплава (окатышей) в плазменную струю с температурой 3000 К. Показатели износостойкости и твёрдости таких покрытий превосходят покрытия из обычный материалов в 1,3-2 раза. Таким образом применение нанопорошков при производстве режущих инструментов позволяет значительно улучшить их эксплуатационные свойства. УДК 629.353:621.791 Обоснование выбора защитной среды и расчет режимов сварки платформы самосвала МАЗ Студент группы 104816 Коваленко М.Г. Научные руководители – Голубцова Е.С., Довнар С.С. Белорусский национальный технический университет г. Минск Платформа самосвальная является важнейшей конструктивной составляющей самосвала МАЗ. Она непосредственно предназначена для загрузки в неё перевозимых материалов, предотвращения их потерь в результате транспортировки, дальнейшей удобной выгрузки. Для обеспечения данного комплекса требований необходимо в 145 процессе производства обеспечить надёжную сборку и сварку платформы, что будет гарантировать безотказную и безопасную работу самосвала. Для выполнения поставленных задач необходимо подобрать способ сварки, рассчитать режимы, которые обеспечат необходимый комплекс свойств сварных соединений платформы, что и явилось целью настоящей работы. Платформа выполняется из стали 09Г2С. В настоящее время для сварки самосвальной платформы автомобиля МАЗ применяется механизированная сварка в среде углекислого газа. Учитывая современные тенденции в области сварочного производства и преимущества, целесообразно заменить защитную среду (СО2) на смесь К2 (Аr + 18%СО2). Сварка в среде защитных газов имеет следующие достоинства:  экономичность;  обеспечение достаточно высокого качества швов;  требуется более низкая квалификация сварщика, по сравнению с РДС;  позволяет производить сварку в различных пространственных положениях и труднодоступных местах. Сварка в смеси К2 обладает преимуществами по сравнению со сваркой в СО2:  обеспечение более стабильного процесса и мелкокапельного переноса металла за счёт уменьшения поверхностного натяжения капель расплавленного металла под действием кислорода, что значительно снижает разбрызгивание и экономит расход сварочной проволоки и улучшает внешний вид и формирование сварного шва;  по сравнению с чистым аргоном наличие окислительной среды тормозит образование пор путём уменьшения растворимости водорода в металле сварочной ванны и в результате «кипения» сварочной ванны (интенсивного выделения при высоких температурах из расплавленного металла СО) из неё лучше удаляются азот и водород;  улучшение показателей пластичности сварного шва (угол загиба, ударная вязкость), что особенно важно при эксплуатации сварных конструкций в условиях переменных и ударных нагрузок. Несмотря на то, то смесь К2 дороже чистого СО2, при выборе рациональной схемы снабжения предприятия смесью и с учётом затрат на зачистку от брызг основного металла, сварных швов и сопел горелок, т. е. увеличения производительности сварочных работ сварка в смеси Аr + СО2 оказывается дешевле сварки в СО2. Расчет параметров режима сварки ведется в зависимости от заданного способа сварки. Основными параметрами режима являются: сила сварочного тока Iсв, напряжение на дуге Uд, скорость подачи сварочной проволоки vп.пр., диаметр электрода или проволоки dэ, скорость сварки vсв. Первоначально следует задаться диаметром проволоки. Его значение зависит от толщины свариваемого металла и способа сварки. Согласно рекомендациям была выбрана проволока диаметром 1,2мм. Далее необходимо определить величину сварочного тока, которая, с одной стороны, зависит от требуемой глубины проплавления, с другой - от диаметра электрода. Требуемая глубина проплавления, в свою очередь, зависит от толщины металла и условий сварки. Для стыковых односторонних швов глубина проплавления h равна толщине свариваемого металла, h=, для двухсторонних швов h=0,5. Для угловых швов глубину проплавления можно принять h=0,6. Поскольку средой для сварки узлов платформы самосвала была выбрана защитная смесь К2 (Аr + СО2), то сила сварочного тока определялась по формуле 146 ,15010075,1 46,0100 А k hI n св    где kn - коэффициент пропорциональности, зависящий от условий сварки (kп= 1,75). После вычисления силы сварочного тока следует уточнить диаметр сварочной проволоки по формуле ,2,1120 15013,1,13,1 мм j Id свэ  где j - допустимая плотность тока, А/мм2; j = 120 А/мм2. Напряжение на дуге устанавливают в зависимости от способа сварки, а также от марки и диаметра электрода. Для сварки в смеси Ar + СО2 имеем .281502,1 105020105020 5,0 3 5,0 3 2 ВId U cв э       Скорость сварки вычислялась по формуле ,/27 10010108,7 15014 100 2 чм F IV н свн cв          где н - коэффициент наплавки, г/А.час; н = 14 г/А.час; Iсв - сила сварочного тока, А;  - плотность металла, г/см3; =7,8г/см3; Fн - площадь поперечного сечения наплавленного металла за один проход, см2. Площадь наплавленного металла зависит от типа сварного соединения. Для угловых швов она определяется как площадь треугольника, умноженная на коэффициент а, учитывающий форму шва: ,101090sin2,1 2 4sin 2 22 22 смaКF н   где а – коэффициент формы шва; а=1,2;  - угол, под которым свариваются детали. Скорость подачи сварочной проволоки вычислялась по формуле ,/244 10010118,7 15014 100 3.р. чм F IaV э свн пп         где Fэ - площадь сечения электрода, см2. 23 222 1011 4 )102,1(14,3 4 см dF ээ       . Таким образом, в настоящей работе для механизированной сварки платформы МАЗ была обоснована выбрана защитная смесь К2 (Аr + СО2) и рассчитаны сила сварочного тока, диаметр сварочной проволоки, напряжение на дуге, скорость сварки, скорость подачи сварочной проволоки. 147 УДК 621.785.52 Влияние количества гартцинка в насыщающей смеси при термодиффузионном циковании на толщину покрытия, изменения размеров и массы образцов 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 черных металлов является нанесение на их поверхность различных покрытий. Наиболее эффективной защитой для данных металлов является оцинкование. Для термодиффузионного цинкования в порошковых смесях используют порошок цинка, который является относительно недорогим, но в Республике Беларусь он не производится, в связи с чем необходима валюта для его закупки. В то же время на имеющихся участках по горячему цинкованию машиностроительных предприятий Республики Беларусь образуется цинксодержащий отход – гартцинк. Гартцинк состоит из цинка и интерметаллидов в виде FemZnn, содержание цинка в котором составляет около 80%, остальное – оксиды кремний и кальция. В результате проведенных исследований установлено, что гартцинк можно использовать для цинкования термодиффузионным методом. Целью данной работы являлось исследование влияния количества гартцинка в насыщающей смеси на толщину цинкового слоя, изменения размеров и массы после термодиффузионной обработки. Объектом исследования являлись: толщина цинкового слоя, изменения размеров и массы образцов. Для микроструктурных исследований использовали образцы размерами 12х14х3 мм. Образцы, очищенные от загрязнений и обезжиренные упаковывали со смесью в металлический контейнер, изготовленный из углеродистой стали. Для наведения плавкого затвора, толщина которого составляла около 10мм, использовали борный ангидрид. Схема упаковки контейнера приведена на рисунке 1. 1 – контейнер, 2 – плавкий затвор, 3 – асбест, 4 – песок, 5 – образцы, 6 – насыщающая смесь Рисунок 1 – Схема упакованного контейнера с плавким затвором В качестве насыщающих сред для термодиффузионного цинкования образцов из стали марки Ст3 использовали систему гартцинк-Al2O3 и для сравнения систему Zn- Al2O3. Количество порошка гартцинка и цинка в насыщающих средах изменялось от 20 до 80 (% по массе) и составляло20, 40, 60 и 80%. В качестве активатора при исследовании вышеуказанных порошковых сред использовали хлористый аммоний (NH4Cl) в количестве 1 (% по массе). 148 Процесс насыщения термодиффузионным способом осуществляли в течение 4 часов при температуре 4500С. Результатом проведенных исследований стало установление зависимостей влияния насыщающих сред Zn-Al2O3 и гартцинк-Al2O3 на толщину формирующихся диффузионных слоев, размеров и массы образцов соответственно. Анализ зависимостей показал, что для насыщающей среды Zn-Al2O3. с повышением количества цинка увеличиваются значения толщины слоев от 62 до 135 мкм. Причем значения толщин слоев соизмеримы с увеличением размеров образцов, значения которых меняются от 0,05 до 0,14 мм. Некоторое отличие от соизмеримости толщины слоя и размеров замечено у тех образцов для данной системы, процесс насыщения которых проводили в смесях, содержащих 20% цинка. Толщина цинкового слоя в данном случае превышает увеличение их размера, что свидетельствует о росте слоя внутрь образца. Увеличение количества насыщающего компонента в системе Zn- Al2O3 приводит и к росту массы образцов от 0,03 до 0,09 г/см2. В случае насыщения в смесях гартцинк-Al2O3 закономерность по увеличению толщины слоя с повышением количества гартцинка сохраняется, но характер зависимости несколько иной. Следует отметить, что более интенсивное наращивание цинкидного слоя в составах Zn-Al2O3 наблюдается при содержании цинка от 40 до 60%, а в составах гартцинк -Al2O3 наращивание слоя с повышением содержания гартцинка носит более плавный характер. Толщина цинкидного слоя в среде гартцинк-Al2O3 с повышением количества гартцинка меняется от 40 до 102 мкм, размер образцов от 0,025 до 0,075 мм и масса от 0,014 до 0,042 г/см2. Необходимо отметить, что толщина цинковых слоев в системе гартцинк-Al2O3 превышает увеличение размера образца на 25-35%, т.е. наблюдается процесс роста слоя внутрь образца, что имеет весьма важное значение для сохранения геометрических размеров, особенно для резьбовых поверхностей. Таким образом, общий характер для всех сред зависимостей толщины слоя, увеличения размеров и массы образцов от количества цинка и соответственно гартцинка в насыщающей среде повторяется, т.е. при повышении количества цинка и гартцинка в насыщающей среде увеличивается толщина слоя, прирост размера и массы образцов. При этом, не смотря на более низкую насыщающую способность порошковой среды гартцинк-Al2O3, формирование цинковых слоев в ней идет внутрь образца, т.е. их толщина превосходит увеличение размеров, что имеет весьма важное значение для сохранения геометрических параметров, особенно для резьбовых поверхностей. УДК 621.762.8 Исследования триботехнических свойств антифрикционных инфильтрированных материалов Студент гр.104616 Статкевич В.В. Научные руководители – Дьячкова Л.Н., Керженцева Л.Ф Белорусский национальный технический университет г. Минск Антифрикционные износостойкие материалы предусматривают создание четко выраженной неравновесной структуры с существенной разницей в микротвердости основы сплава и твердой фазы. Этим требованиям удовлетворяют псевдосплавы. Основными операциями получения псевдосплавов инфильтрацией являются производство тугоплавкого пористого каркаса и его заполнение более легкоплавким металлом (сплавом) с получением беспористой структуры. Наибольший практический 149 интерес представляют псевдосплавы из железоуглеродистых материалов, пропитанных медью. [1] Целью настоящей работы является исследование триботехнических свойств антифрикционных инфильтрированных материалов. В качестве объекта исследования использовали псевдосплавы, полученные инфильтрацией стали с содержанием 0,5%; 1,0%; 1,5%; 3,0% графита. Для повышения триботехнических свойств инфильтрированного материала в стальной каркас добавляли твердые смазки – 0,5% дисульфида молибдена, 0,8% серы, 5% свинца. Образцы прессовали до плотности 75% и спекали в атмосфере эндогаза при температуре 1150 ºС в течение 1,5 часа. Инфильтрацию медью проводи при температуре 1100 ºС в среде эндогоза. Фрикционные испытания осуществляли на машине трения МТ-2. Контртелом служил диск из закаленной стали 45. Испытания проводили при скорости скольжения 2,5 м/c с умеренной подачей смазки. Коэффициент трения рассчитывали по моменту трения, который определяли по углу отклонения маятника при соответствующей тарировке. Микроструктуру материала изучали с помощью оптического микроскопа. Исследование влияния содержания графита в порошковой стали на триботехнические свойства псевдосплавов (рисунок 1) выявило, что коэффициент трения псевдосплавов на основе высокоуглеродистых сталей ниже, чем низкоуглеродистых. Предельно допустимое давление у псевдосплавов с каркасом из стали с содержанием графита 1,5 и 2 % составляет 3 МПа, при 1 % – 2,6 МПа, при 0,5 % – 1,9 МПа. 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 1 2 3 4 Давление, МПа Ко эф ф иц ие нт т ре ни я 1 – 0,5 % графита; 2 – 1 % графита; 3 – 1,5 % графита; 4 – 2 % графита Рисунок 1 – Зависимость коэффициента трения псевдосплавов порошковая углеродистая сталь – медь от удельной нагрузки Добавки твердых смазок существенно снижают коэффициент трения псевдосплавов на основе углеродистых сталей и повышают предельно допустимую нагрузку (рисунок 2). Введение 0,5 % дисульфида молибдена или 0,8 % серы позволяют снизить коэффициент трения псевдосплавов с каркасом из порошковой стали с 0,5 % графита с 0,016 до 0,009, а 5 % свинца – до 0,007. Предельно допустимое давление повышается с 1,9 МПа до 5 МПа. Введение комплекса добавок свинца – 3 %, дисульфида молибдена – 0,5 %, карбида хрома – 1 % в каркас псевдосплава из стали с 0,5 % графита позволил снизить коэффициент трения до 0,007 при давлении 10-60 МПа 150 и 0,02 – при давлении 60–100 МПа, а предельно допустимое давление составило 100 МПа. Износ такого материала в 3 раза меньше, чем материала без добавок. Снижение коэффициента трения в материалах с добавками дисульфида молибдена объясняется, как показал металлографический анализ, образованием мелкодисперсной карбидной фазы, состоящей из сложных карбидов (Мо, Fe)С, и сульфидов как на основе железа, так и меди, которые и определяют триботехнические характеристики стали. 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0 1 2 3 4 5 Ряд1 Ряд2 Ряд3 Ряд4 Давление, МПа Ко эф ф иц ие нт т ре ни я 1 – без добавки; 2 – 0,5 % дисульфида молибдена; 3 – 0,8 % серы; 4 – 5 % свинца Рисунок 2 – Зависимость коэффициента трения псевдосплавов порошковая низкоуглеродистая (0,5 % графита) сталь с добавками твердых смазок – медь от удельной нагрузки Введение различных добавок в стальной каркас влияет на механизм изнашивания псевдосплавов, который включает разрушение и отделение материала с поверхности твердого тела и накопление остаточной деформации в объеме и на поверхности изнашиваемого тела под действием внешней среды и проявляется в постепенном уменьшении размеров и формы тела. Процессы изнашивания инфильтрированных материалов подчиняются, в целом, трибологическим принципам, разработанным для компактных материалов : на пятнах контакта реализуются высокие удельные давления; работа сил трения, переходя в тепло, нагревает поверхностный слой. Тепло во фрикционном контакте благодаря двойственной природе трения (молекулярно - механической) генерируется в двух зонах: непосредственно на поверхности трения в результате преодоления молекулярных связей и на некоторой глубине за счет деформации. Литература 1.Дьячкова Л.Н., Керженцева Л.Ф. Влияние содержания графита на структуру и свойства порошковых сталей и псевдосплавов на их основе получаемых инфильтрацией. Материалы. Технологии. Инструменты. т.15 №1, 2010г, с.38-42. 151 Исследование керамических порошков, обработанных в плазменном потоке, и их применение Студентка Руденская М.В. Научный руководитель – Пантелеенко Ф. И. Белорусский национальный технический университет г. Минск Цель работы состояла в проведении сравнительных исследований полидисперсных порошков (- 80 мкм), сфероидизированных в потоке плазмы, генерируемой плазмотронами стандартной установки УМП-8 и УШР-2 (конструкции С-Петербургского института «Мортеплотехника»), и выработке рекомендаций их применения.. В качестве исходных порошков использовали оксидную керамику на основе TiO2-Al2O3 и дибориды титана (TiB2) и хрома (CrB2). Порошки подавали под срез сопла плазмотрона в высокотемпературную зону потока ионизированного газа, где микочастицы оплавлялись или расплавлялись, приобретая сферическую форму. Эффективность сфероидизации частиц оценивали микроскопическим методом (по двум взаимно перпендикулярным диаметрам расхождение не должно было превышать 5 %). На рисунке 1 представлены результаты исследований степени сфероидизации порошков. Из рисунка 1 следует, что выход сферических частиц существенно возрастает при обработке оксидных порошков плазмотроном УШР-2. Боридные частицы стандартным плазмотроном обработать не удалось. Из боридных порошков наиболее интенсивно сфероидизируются частицы диборида хрома. В целом для полидисперсных порошков использование единицы новой техники позволило повысить выход сфероидизированных частиц от58 до 98 %. Сферическая форма частиц является идеальной для порошков, применяемых в газотермических методах нанесения покрытий. Форма частиц определяет производительность процесса напыления. При формировании покрытий пользуются таким показателем, как коэффициент использования порошка (КИП). Для сравнения различных порошков по КИП необходимо обеспечить максимально возможную транспортировку частиц в подводящих порошок коммуникациях, чтобы исключить влияние этой стадии на рассматриваемый параметр. Поэтому сравнение КИП изучаемых порошков вели при близких значениях степени сфероидизации. Рассчитывали КИП по отношению массы напыленного порошка к массе исходного. Применение плазмотрона УШР-2 позволило повысить КИП для оксидной керамики с 55% до 68%. Полученные результаты использованы при выборе оптимального плазмотрона, которым оказался УШР-2. Плазменный генератор УШР-2 был установлен на участке восстановления изношенных деталей методами наплавки и плазменного напыления Минского подшипникового завода. Единица новой техники успешно прошла промышленные испытания, которые проводили не только с целью восстановления, но и для упрочнения деталей. Далее УШР-2 был внедрен в технологический процесс восстановления керамическими покрытиями шпинделей бесцентровошлифовальных станков моделей 3180, «SWaATM-63» по программе завода. 152 а б Рисунок 1 – Влияние размера частиц на выход сферического продукта: а - TiO2- Al2O3 (х- плазмотрон УШР-2; о- плазмотрон установки УМП-8), б - CrB2 (1), TiB2 (2) (плазмотрон УШР-2) Сфероидизированные боридные порошки использовали для нанесения покрытий сверхзвуковым плазмотроном на ООО «Техплазма». Впервые сформированы плазменные покрытия из боридов, используемых без металлической связки. Рисунок 2 иллюстрирует высокое качество напыленного слоя из порошка диборида хрома не только по высоте покрытия, но и по границе раздела со сталью. Рисунок 2 – Микроструктура покрытия из порошка CrB2, напыленного сверхзвуковым плазмотроном. УДК 621.81 Исследование влияния состава и содержания добавок на структуру и свойства композиционных порошковых материалов на основе меди Студент гр.104613 Сманцер Р.В. Научный руководитель – Керженцева Л.Ф., Дьячкова Л.Н. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью работы явилось исследование влияния состава и содержания добавок на структуру и свойства композиционных порошковых материалов на основе меди. 153 Для выполнения поставленной цели решались следующие задачи: - исследовать влияние состава и содержания добавок на структурообразование порошковых материалов на основе меди, - исследовать влияние введения добавок на механические и триботехнические свойства порошковых материалов на основе меди, Научно-технический прогресс в различных отраслях народного хозяйства требует создания антифрикционных материалов, способных улучшить параметры изделий, повысить их надежность и долговечность, а также снизить материалоемкость. Проблема чрезвычайно остро встает перед странами с ограниченными сырьевыми ресурсами, к которым относится Республика Беларусь. Неограниченными перспективами в достижении необходимого комплекса свойств обладают методы порошковой металлургии, позволяющие вводить в материалы антифрикционные добавки, которые невозможно ввести при литье. В качестве объекта исследований использовался порошковый материал на основе меди, легированный 10 % олова с добавками оксида алюминия в количестве 2; 5; 10 % или смеси оксидов алюминия и никеля с содержанием оксида никеля 5 и 20 % и оксидов алюминия, никеля и меди с содержанием Ni2O 20 %, Cu2O 5 %. Для повышения триботехнических свойств в материал Cu - 10 % Sn - 5 % Al2O3 вводили 10 % железа. Порошки меди, железа, олова использовали в состоянии поставки, оксида, смеси оксида алюминия и оксида никеля, оксида алюминия, оксида никеля и оксида меди получали размолом в аттриторе. Для определения прочности при сжатии и триботехнических свойств использовали образцы диаметром 10 мм, высотой 10 мм, прочности при трехточечном изгибе – призматические образцы высотой 5 мм, шириной 10 мм, длинной 55 мм спрессованные до плотности 90–93 % и спеченные в атмосфере эндогаза при температуре 770-790 С. Механические свойства определяли на испытательной машине «Инстрон» со скоростью нагружения 2 мм/мин, твердость - на твердомере по Бринелю, шариком диаметром 2,5 мм при нагрузке 187,5 Н. Триботехнические свойства определяли на машине трения МТ-2 которая предназначена для испытаний на изнашивание и определение коэффициента трения. В качестве контртела использовали диск из закаленной стали 45 твердостью 45-50 НRС Испытания выполняли при скорости скольжения 2,5 м/с. Износ образцов измеряли на оптиметре. Образцы замеряли до и после испытания. Микроструктуру образцов изучали на шлифах на металлографическом микроскопе «MEF-3» при увеличении 50, 100, 200, 500. Проведенные исследования показали, что для эффективного использования добавок оксидов их целесообразно вводить в виде ультрадисперсного порошка размером 0,3-0,5 мкм, которые получали размолом в аттриторе в течение 3 ч. Исследования прочностных свойств материала на основе меди с добавками оксидов выявили, что увеличение добавки оксида алюминия приводит к снижению прочности порошкового медного сплава, причем наиболее существенное (в 1,5 раза), снижение прочности наблюдается при введении 5 % оксида алюминия. Повышение содержания оксида алюминия до 10 % практически не изменяет предел прочности на изгиб материала и незначительно снижает предел упругости при сжатии. Введение 5 % смеси оксидов позволяет повысить прочность материала, так, при содержании в смеси 5 % оксида никеля предел прочности на изгиб повысился на 20 МПа, а при 20 % оксида никеля - на 40-50 МПа. Такая же зависимость наблюдается и для предела упругости при сжатии. Исследование структуры материала подтвердило положительное влияние добавки оксида никеля к оксиду алюминия. Повышение содержания оксида никеля в смеси до 20 % способствует образованию более однородной и мелкозернистой структуры, а также уменьшению пористости. 154 Легирование медного сплава с добавкой оксида алюминия железом вызвало повышение предела прочности при изгибе на 50-70 МПа Исследование триботехнических свойств порошкового медного сплава c добавками оксидов показало, что минимальным коэффициентом трения и максимальной предельно допустимой нагрузкой обладает порошковый сплав с добавкой 10 % оксида алюминия (рис. 1). Низкий коэффициент трения и у материала с добавкой 2 % оксида алюминия, однако, материал выдерживает меньшую нагрузку (рис. 1, кривая 1). Введение 5 % оксида алюминия привело к некоторому повышению коэффициента трения и снижению практически в 1,5 раза предельной нагрузки (рис. 1, кривая 2). По-видимому, при 5 % добавки оксида алюминия происходит изменение механизма износа, т.е. это содержание добавки является критическим. Если при содержании 2 % оксида алюминия в процессе трения происходит истирание преимущественно основы и выход из строя материала обусловлен процессами схватывания (рис. 2 а), то при 5 % оксида алюминия износ материала связан с процессами разрушения границ зерен, по которым преимущественно располагаются керамические добавки, и их выкрашиванием (рис. 2 б). 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0 2 4 6 8 10 Удельная нагрузка, МПа Ко эф ф иц ие нт т ре ни я 6 2 3 1 4 5 Рисунок 1 - Зависимость коэффициента трения порошкового материала медь – 10 % Sn с добавками оксидов от удельной нагрузки: 1 - 2 % Al2O3; 2 - 5 % Al2O3; 3 - 5 % (Al2O3 +5 % Ni2O); 4 - 5 % (Al2O3 +20 % Ni2O); 5 - 10 % Al2O3; 6 - 5 % Al2O3 +10 % Fe а б Рисунок 2 – Поверхности износа материала медь + 10 % Sn+2 % Al2O3 (а) и медь +10 % Sn+5 % Al2O3 (б) 155 УДК 621.791.763.1 Анализ термонапряжённого состояния соединения «алюминий–переходник– сталь» при контактной точечной сварке Студент: гр. 304815 Немира А.В. Научный руководитель – Демченко Е.Б. Белорусский национальный технический университет г. Минск Рассматриваемая задача является физически нелинейной, поскольку в процессе нагрева и пластического деформирования и дальнейшей взаимной диффузии материалов свариваемых заготовок и материала переходника изменяются теплофизические свойства [1-3]. В этой связи применялся пошаговый метод рассмотрения процесса диффузии и пластического деформирования с использованием зависимостей теплофизических свойств свариваемых материалов от температуры [4]. На рисунке 1 приведена конечно–элементная модель анализа температурных полей и полей деформаций, возникающих при контактной точечной сварке соединения «алюминий–переходник–сталь». В данной модели учитывалось, что нагрев и последующее остывание деталей сварного соединения происходят в медных водоохлаждаемых электродах при следующих максимальных характеристиках цикла сварки: время протекания сварочного тока tсв=1 с; величина сварочного тока Iсв=20 кА. Анализ конечно–элементной модели показал, что проблема точечной контактной сварки включает решение вопросов кристаллизации расплавленного металла литых ядер, перегрева и рекристаллизации зон соприкосновения с расплавом, температурного расширения материала, пластической деформации околошовной зоны, которая сдерживает выдавливание жидкой прослойки металла из зоны расплавления. Кристаллизация литых ядер в сечениях «алюминий–алюминий» и «сталь–сталь» протекает с разной, но высокой скоростью, в значительной степени зависящей от материала и толщины свариваемых деталей. Температурное поле вызывает не только рост столбчатых кристаллов, но и способствует созданию сложного термомеханического состояния с высоким уровнем растягивающих напряжений вокруг сварочной зоны, что снижает эффект проковки пояска пластичности. Распределение остаточных напряжений по площади сечения соединения «сталь– сталь» приведено на рисунке 2,а–в. Установлено, что термомеханический цикл приводит к образованию объёмного напряжённого состояния с градиентом напряжений как в радиальном, так и в осевом направлениях. Наибольшие градиенты напряжений имеют место в области, непосредственно прилегающей к электроду, а также в районе пересечения границы литого ядра и внутренней поверхности стального листа. В указанных зонах нормальные напряжения являются сжимающими, в то время как основная часть металла межэлектродного пространства подвержена воздействию растягивающих напряжений. Анализ кинетики развития деформаций в зоне сварки при нагреве и охлаждении, влияния усилия сжатия на образование сжимающих остаточных напряжений показали, что величина и длительность его приложения оказывают меньшее влияние на образование сжимающих остаточных напряжений, чем объёмный характер температурного поля. Радиальные, тангенциальные и осевые напряжения будут тем больше, чем больше разница между температурами центра и периферии сварной точки в процессе охлаждения. 156 2 0 Рисунок 2 – Распределение остаточных напряжений z 4 Fсв а) радиальные МПа –200 –10 300 180 50 130 32 б) тангенциальные –7 в) осевые 0 0 1 2 3 4 5 8 10 r, мм –50 0 150 120 250 –250 –210 –80 –100 110 –90 –100 –50 –80 150 220 70 –110 70 0 150 15 70 35 Рисунок 1 – Конечно–элементная модель точечной сварки S1 S1 Изотермическая граница Т=20 оС y x Граница конвективного теплообмена Область генерации тепла S2 Py Sp Py Алюминий Переходник Сталь S2 Электрод Электрод 157 Литература 1. Формирование зоны соединения разнотолщинных материалов при контактной точечной сварке /Е.Б. Демченко, В.П. Березиенко, А.Е. Жук //Вестник БНТУ. -2002. -№6. -С.43-45. 2. Влияние параметров процесса контактной точечной сварки на качество сварных соединений /В.П. Березиенко, Е.Б. Демченко, А.Е. Жук //Потенциал науки – развитию промышленности, экономики, культуры, личности. –Минск: Технопринт. - 2002. –Ч. 1. -С.52-57. 3. Расчёт остаточных напряжений в слоистых трубах полученных сваркой взрывом /Е.В. Сагарда, Е.Б. Демченко //Матер. междун. симп. «Сварка и родственные технологии: проблемы и пути решения». –Минск: Топ-Тайл. -1999. -С.61-63. 4. Разрушение слоистых материалов полученных сваркой /В.Н. Ковалевский, Е.В. Сагарда, Е.Б. Демченко //Потенциал науки – развитию промышленности, экономики, культуры, личности. –Минск: Технопринт. -2002. –Ч. 1. -С.92-98. УДК 621.791 Анализ свойств сварных соединений из разнородных сталей Аспирант – Колесникова А.Е. Научный руководитель – Поболь И.Л. Физико-технический институт НАН Беларуси г. Минск Основным видом сварки в настоящее время является электродуговая сварка (ЭДС). Структурные превращения, проходящие в шве и околошовной зоне при ЭДС, часто оказывают негативное влияние на показатели конструктивной прочности соединения и всей конструкции в целом. Образование дефектных структур обусловлено физическими процессами, протекающими при сварке и связанными с действием высоких температур при плавлении металла. Перспективным способом создания неразъемных соединений является электронно-лучевая сварка (ЭЛС). Ведущие машиностроительные фирмы мира 40-90% сварочных работ выполняют с применением ЭЛС. Вследствие локализованного воздействия ЭЛС сопровождается менее интенсивным разогревом околошовной зоны и приводит к формированию узкой зоны термического влияния (ЗТВ), что в свою очередь может приводить к повышению конструктивной прочности сварного соединения. Проведены исследования фазового состава, упруго-напряженного состояния и механических свойств сварных соединений, полученных методами ЭДС и ЭЛС. Выбрана деталь «поворотный кулак – суппорт», применяемая в автобусном производстве МАЗ. Деталь изготавливается из сталей 10ХСНД и 40Х. Сталь 40Х относится к условно свариваемым сталям. Исследования проводились на образцах размером 120х120 мм и толщиной 8 мм. ЭДС сталей выполнена с использованием полуавтомата VarioStar L50 с присадочным материалом - проволокой Св08Г2 диаметром 1,2 мм. Сварку для получения соединения толщиной 8 мм проводили за несколько проходов. ЭЛС выполняли на аппаратуре ЭЛА-15 (ускоряющее напряжение 60 кВ, мощность луча до 15 кВт) со сквозным проплавлением за один проход. ЭЛС проводили по двум схемам: на холодных заготовках (ЭЛС-ХЗ), и с предварительным нагревом зоны соединения расфокусированным электронным лучом (ЭЛС-ПН). Из пластин с размерами 240х120 мм, сваренных методами ЭЛС и ЭДС, изготавливались образцы для проведения испытаний на растяжение в соответствии с ГОСТ 1487-84. Использована гидравлическая машина INSTRON модели Satec 300LX. 158 При испытании сварного соединения на статическое растяжение определяли временное сопротивление и предел текучести наиболее слабого участка соединения (ГОСТ 6996- 66). Твердость образцов сварных узлов измерялась методом Виккерса при нагрузке 30 кгс (295 Н). Сталь 40Х в области, удаленной от зоны сварного соединения, содержит α-Fe и цементит Fe3C, твердость на этом участке - HV=2250 – 2350 МПа. Сталь 10ХСНД содержит -Fe со следами цементита Fe3C и имеет твердость HV=1800 – 1850 МПа. После ЭДС твердость стали 40Х в прилегающем к сварному шву участке и в ЗТВ составляет HV=3900 – 4200 МПа. Фазовый состав этого участка включает в себя -Fe, -Fe и цементит Fe3C. ЗТВ стали 10ХСНД не содержит γ-фазы, а ее твердость не превышает 2300 МПа. Повышенная твердость ЗТВ стали 40Х и присутствие в ней остаточного аустенита свидетельствует о закалке зоны в процессе формирования сварного соединения. Повышенная закаливаемость ЗТВ стали 40Х обусловлена сравнительно высоким содержанием в стали углерода. В сварном шве присутствуют как -Fe, так и разнообразные оксиды железа: Fe2O3, Fe3O4, -Fe3O4 и FeO. Твердость шва находится в пределах HV=2400 – 2500 МПа. В элементе из стали 40Х соединения обнаружены растягивающие напряжения, в стали 10ХСНД и непосредственно в сварном шве - напряжения сжатия. При ЭЛС холодных заготовок скорость охлаждения прилегающих к сварному шву областей происходит с большей скоростью, чем при ЭДС. В результате этого твердость ЗТВ стали 40Х приблизительно в 1,5 раза выше по сравнению с ЭДС и достигает 6100 МПа. Твердость сварного шва составляет 3900 – 4100 МПа. Имеются растягивающие напряжения небольшой величины (170 МПа) в зоне сварного шва и сжимающие напряжения в остальных зонах узла. При ЭЛС с предварительным нагревом заготовок скорость охлаждения приблизительно одинакова для различных участков сварного шва. В результате этого твердость по сечению сварного соединения характеризуется большей однородностью и находится в пределах 2000 – 2700 МПа на разных участках шва. При этом фазовый состав материала сварного соединения характеризуется наряду с α-Fe также наличием аустенита и отсутствием оксидов. Режим ЭЛС-ПН приводит к появлению в сварном шве сжимающих напряжений, величина которых составляет 200 МПа. При этом в ЗТВ стали 40Х действуют растягивающие напряжения, равные 100 МПа, а в ЗТВ стали 10ХСНД возникают сжимающие напряжения, составляющие 60 МПа. Численные значения механических характеристик испытанных на растяжение образцов сварных соединений, выполненных по различным технологиям, представлены в таблице. Лучшие прочностные и пластические характеристики выявлены у образцов, полученных методами ЭДС и ЭЛС-ПН. Разрушение образцов, изготовленных по технологии ЭДС, происходило в зоне сварного шва, а разрушение образца сварного соединения, полученного ЭЛС-ПН, - по основному металлу вдали от ЗТВ. Образцы ЭДС и ЭЛС-ПН имеют близкие значения предела текучести, однако образец ЭЛС-ПН имеет более высокий предел прочности и более пластичен, удлинение при разрыве достигает 20%. Таблица - Значения механических характеристик образцов сварных соединений Пределы текучести и прочности, МПа Метод сварки Т В Относительное удлинение δ, % Место разрушения образца ЭДС 445 520 ≈ 3,5 вблизи (≈ 2 мм) сварного шва ЭЛС-ХЗ 390-425 405-430 ≈ 1 по сварному шву ЭЛС-ПН 420-440- 565-585 12-20 удален на 20-25 мм от сварного шва 159 Наиболее высокие прочностные свойства имеют сварные соединения, изготовленные по технологии ЭЛС с предварительным нагревом. При испытаниях разрушение происходит на значительном расстоянии от сварного соединения в зоне элемента, изготовленного из малоуглеродистой стали 10ХСНД. Это свидетельствует о том, что предел прочности сварного шва выше предела прочности стали 10ХСНД. Таким образом, режим ЭЛС-ПН можно считать наиболее перспективным режимом сварки исследуемых сталей. Таким образом, метод электронно-лучевой сварки обеспечивает значительное энерго- и материалосбережение и отличается от других способов сварки тем, что обеспечивает получение узкой и глубокой зоны проплавления. Однако, при электронно-лучевой сварке разнородных сталей, одна из которых склонна к закаливанию и образованию частично перегретой крупнозернистой структуры в околошовной зоне и зоне сварного шва, в случае непринятия дополнительных мер, сварное соединения может оказаться хрупким, с низкими пластическими и прочностными характеристиками. Одним из возможных путей повышения качества сварного соединения, достаточно просто реализуемых на практике, является ограничение степени закалки околошовной зоны посредством повышения температуры окрестности шва при предварительном подогреве зоны сплавления расфокусированным лучом. Благодаря этому происходит снижение скорости охлаждения dT/dt и степени упрочнения материала. После такой предварительной обработки электронно-лучевое сварное соединение имеет значительно более высокие механические характеристики, чем соединение, полученное с использованием традиционной электродуговой сварки. УДК: 669.295:621.785.53 Разработка аппаратных средств технологической установки ионно-плазменного азотирования Аспирант – Назарова О.И. Научный руководитель – Гордиенко А.И. Аспирант – Ахмед М.Ш. Научные руководители – Поболь И.Л., Татур В.Г. НИЦ «Плазмотег» ФТИ НАН Беларуси г. Минск Одним из наиболее перспективных способов поверхностного упрочнения изделий из сталей, чугунов, сплавов титана, никеля, алюминия и др. металлов является обработка в плазме тлеющего разряда, горящего в среде азота, иногда с добавками углеводородов, в частности, его усовершенствованный вариант - газотермоциклическое ионное азотирование в прерывистом режиме. При осуществлении этого способа благодаря использованию пульсирующего тока разряда и газотермических циклов насыщения приповерхностных слоев значительно сокращаются время обработки, затраты электроэнергии и реакционных газов, улучшаются эксплуатационные характеристики деталей, поскольку из-за низких температур и малых времен воздействия не происходит разупрочнения сердцевины изделий. Теоретические положения процесса азотирования характеризуются двумя подходами. Первый из них сформирован учеными школы Ю.М.Лахтина и учеными немецкой школы [1, 2]. Другой принцип сформулирован Б.Н.Арзамасовым с сотрудниками [3]. Обе модели основаны на движении положительных ионов от анода к катоду. В обеих моделях образующим началом является бомбардировка поверхности металла положительными ионами активного компонента азота. Это предполагает только один вариант полярности: подложка может иметь только отрицательный потенциал и служит катодом. Как бы ни отличались эти модели, они основаны на 160 движении положительных ионов в естественном направлении от анода к катоду. При ионной бомбардировке может происходить распыление поверхности подложки. В некоторых случаях может применяться последующая механическая обработка (шлифование, полирование). Исследования азотирования в газовом дуговом разряде низкого давления (дуговой разряд с накаливаемым катодом в качестве эмиттера электронов) показали, что азотирование подложек из армко-железа, хромистых сталей и титана в смеси Ar-N, а также стали Р6М5 в азоте происходит в условиях поддержания их необходимой температуры и в «плавающем» (отрицательном) потенциале, т.е. при отсутствии распыления поверхности, поскольку величина плавающего потенциала значительно ниже порога распыления железа [4]. Однако при этом имеет место бомбардировка ионами азота. Автор статьи [5] в 1974 г. показал, что для процесса азотирования железа и стали в тлеющем разряде существенны только атомы азота и температура подложки. Но эта статья осталась незамеченной. В литературе продолжают называть азотирование в тлеющем разряде “ионным”, а в зарубежной – “плазменным”, хотя последнее определение нельзя назвать однозначным, так как плазма при азотировании может быть создана различными разрядами: тлеющим, высокочастотным, дуговым с накаливаемым катодом, дуговым с холодным катодом. Позже, в 1982 г., появились сведения об азотировании стали в тлеющем разряде в атмосфере аммиака (который легко разлагается в разряде с образованием атомарного азота) при положительном потенциале на образцах [6]. Однако эти исследования не получили дальнейшего развития. Целью данной работы является создание экспериментального электронного оборудования для исследования физико-механических характеристик азотированных слоев, полученных при переменном импульсном напряжении на подложке в газовом дуговом разряде низкого давления, в частности, для уменьшения распыления поверхности подложки. Функциональная схема предлагаемого к реализации оборудования представлена на рисунке. Рисунок. Функциональная схема аппаратных средств технологической установки ионно-плазменного азотирования: А1 – сетевой выпрямитель, А2 – сетевой фильтр, А3 – инверторный преобразователь напряжения, А4 – токовый датчик, А5 – камера ионного азотирования, А6 – блок управления процессом, А7 – температурный датчик, А8 – система напуска технологических газов, А9 – устройство ввода параметров процесса Сетевое трехфазное напряжение, выпрямленное мостом Ларионова А1, поступает через сетевой фильтр А2 на инверторный DC-АC преобразователь А3, A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A B C ~ = = ~ U t 161 выполненный по полумостовой схеме на мощных IGBT транзисторах. С выхода трансформатора преобразователя А3, обеспечивающего гальваническую развязку от промышленной сети, переменное импульсное напряжение 500 В с частотой 25 кГц через токовый датчик А4 подается на подложку камеры плазменного азотирования А5. Величина тока азотирования задается методом регулирования длительности заполнения питающего импульса при неизменной частоте импульсов (ШИМ-метод) блоком управления процессом А6, на входы которого подаются сигналы о величине тока с датчика А4, температуре подложки с датчика А7 и заданные величины параметров с устройства ввода параметров процесса А9. Блок управления обеспечивает также работу системы напуска технологических газов А8 в соответствии с циклограммой процесса азотирования. Литература 1. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Шпис Г., Бемер З. Теория и технология азотирования. – М.: “Металлургия”, 1991. 320 с. 2. Edenhofer B. Physikalishe und metallkundliche Vorgange beim Nitriren in Plasma einer Glimmentladung // Harterei-Technishe Mitteilungen. 1974. Vol. Bd. 29, № 2. P. 105- 112. 3. Арзамасов Б.Н., Братухин А.Г., Елисеев Ю.С., Панайоти Т.А. Ионная химико- термическая обработка сплавов. М.: Изд. МГТУ им Баумана, 1999. 400 с. 4. Крейндель Ю.Е., Пономарёва Л.П., Пономарёв В.П., Слосман А.И. Об азотировании анода в тлеющем разряде // Электронная обработка материалов. 1983. № 4 (118). С. 32-34. 5. Tibbets G.G. Role of nitrogen atoms in “ion-nitriging”//Journal of Applied Physics. 1974. V. 45, No. 11. P. 5072-5073. 6. Андреев А.А., Кунченко В.В., Саблев Л.П., Ступак Р.И., Шулаев В.М. Азотирование стали в плазме модифицированного вакуумно-дугового разряда // Технология машиностроения. 2002. № 5. С. 27-30. УДК 621.7 Структурное состояние сталей 38Х2МЮА и 38ХС после ионно-плазменного азотирования Аспирант – Назарова О.И. Научный руководитель – Гордиенко А.И. Аспирант – Ахмед М.Ш. Научный руководитель – Поболь И.Л. Физико-технический институт НАН Беларуси г. Минск Целью работы является получения комплекса данных о состоянии упрочненного слоя сталей 38Х2МЮА и 38ХС после ионно-плазменного азотирования (ИПА). ИПА находит все большее распространение в промышленности среди различных методов поверхностного упрочнения. Процесс используется для повышения надежности разнообразных деталей и инструмента. Расширение использования ИПА для поверхностного упрочнения деталей машин обусловлено достоинствами метода, обеспечивающего повышение износостойкости, усталостной выносливости, теплостойкости и коррозионной стойкости. По сравнению с традиционными способами упрочняющей химико-термической обработки (цементация, газовое азотирование в печах и др.) метод ИПА имеет множество преимуществ, например, получение более высокой твердости поверхности, возможность обработки глухих и сквозных отверстий и др. 162 По сравнению с газовым азотированием в печи ИПА обеспечивает: - сокращение продолжительности обработки в 2-5 раз, как за счёт снижения времени нагрева и охлаждения садки, так и за счёт уменьшения времени изотермической выдержки; - снижение или полное исключение хрупкости упрочнённого слоя; - сокращение расхода рабочих газов в 20-100 раз; - сокращение расхода электроэнергии в 1,5-3 раза; - снижение деформации с исключением финишной обработки (в т.ч. шлифовки); - простоту и надёжность экранной защиты от азотирования не требующих упрочнения поверхностей; - улучшение санитарно-гигиенических условий производства; - полное соответствие технологии всем современным требованиям по охране окружающей среды. ИПА обеспечивает диффузионное насыщение поверхностного слоя стали азотом в азотосодержащей плазме при температуре 350-600°С и давлении 150-1000 Па в зависимости от марки стали. В разряженной азотосодержащей газовой среде между катодом (деталями) и анодом (стенками вакуумной камеры) возбуждается аномальный тлеющий разряд, образующий активную среду, обеспечивающую формирование азотированного слоя. В результате ИПА на поверхности сталей формируется азотированный слой, состоящий из поверхностной зоны нитридов и диффузионного подслоя. При азотировании легирующие элементы стали изменяют растворимость азота в α-фазе, растворяются в ε- и γ'-фазе. Растворимость азота в феррите легированных конструкционных сталей (в том числе и исследуемых) составляет 0,2-0,5 %. Легирование атомами металлов IV-VI групп при небольших концентрациях указанных элементов приводит к насыщению ими нитридов железа и сопровождается существенным увеличением твердости упрочненного слоя. В сплавах с малым содержанием легирующих элементов их нитриды не обнаруживаются. В γ'- и ε-фазах часть атомов железа замещается легирующими элементами. В γ'-фазе в больших количествах растворяется алюминий и кремний. Легирование ε-фазы повышает ее твердость и сопротивление износу. Такие легирующих элементы как Cr, Mo и Mn, растворяясь в ε-фазе уменьшают в ней содержание азота и ее толщину. ИПА подвергались конструкционные легированные стали марок 38Х2МЮА и 38ХС. Микроструктуру, фазовый состав и качественный состав элементов стали изучали посредством металлографического, рентгеноструктурного, микрорентгеноспектрального и энергодисперсионного анализов. На рисунке 1 показана микроструктура стали 38Х2МЮА. Рисунок 1 – Микроструктура стали 38Х2МЮА, подвергнутой ИПА, ×100 163 Глубина азотированного слоя для сталей 38Х2МЮА и 38ХС для различных режимов обработки составляла 0,2-0,5 мм. ИПА значительно повышает твердость поверхности обрабатываемых материалов. Для сталей 38Х2МЮА и 38ХС твердость повысилась с 69 до 89 HRN и с 70 до 81 HR15N соответственно. Результаты МРСА (рисунок 2) показали неоднородное распределение химических элементов по глубине азотированного слоя. По мере удаления от поверхности образца содержание азота и алюминия (для стали 38Х2МЮА) уменьшается. Данные результаты подтверждаются энергодисперсионным анализом, при котором наблюдаются различия в химическом составе у поверхности стали в азотированном слое и в неупрочненной зоне. Рисунок 2 – Распределение Fe, Al и N в стали 38Х2МЮА, подвергнутой ИПА, на различном расстоянии от поверхности УДК 621.317.846 Получение оксидных пленок алюминия методом высоковольтного электрохимического оксидирования Магистрант – Паршуто А.А. Научный руководитель – Соколов Ю.В. Белорусский национальный технический университет Багаев С.И., *Паршуто А.Э., Сергеенко С.Е. НИЦ «Плазмотег» ФТИ НАН Беларуси *РИУП «НТП БНТУ «Политехник» г. Минск Анодирование алюминия и его сплавов представляет собой хорошо освоенный процесс, который широко применяется в различных отраслях машиностроения, микроэлектронике, строительстве и т. д. Несмотря на то, что исследования процесса получения оксидных пленок алюминия проводятся более 50 лет, не угасает интерес к изучениям вопросов, связанных с особенностями роста и химического состава оксида алюминия и строения пор. Это связано с тем, что свойства формируемого оксида алюминия зависят от многих параметров, таких как марка сплава алюминия, состав электролита и технологические режимы: температура, рабочая плотность тока, интенсивность перемешивания, способ предварительной подготовки образцов. В работе использовались плоские прямоугольные пластины из алюминиевого сплава 5052 общей площадью 1 дм2. Для проведения высоковольтного 164 электрохимического оксидирования (ВВЭО) применялся водный раствор щавелевой кислоты с концентрацией 40 г/л. Использовались химические реактивы с маркой «ХЧ». Температура электролита выдерживалась в диапазоне от 5 до 150С. Обработка проводилась в гальваностатическом импульсном анодном режиме при плотности тока от 1 до 5 А/дм2, при этом рабочее напряжение в импульсе на электродах достигало 500 В. Время проведения ВВЭО составляло 40 мин. Обработка образцов проводилась на лабораторной установке ВВЭО мощностью 2,5 кВт. В процессе ВВЭО алюминиевого сплава рабочее напряжение постепенно увеличивается (рисунок 1). Рисунок 1 - Зависимость рабочего напряжения от времени при проведении ВВЭО алюминиевого сплава 5052 Чем больше применяемая плотность тока, тем быстрее повышается рабочее напряжение. При плотности тока 2 А/дм2 напряжение возрастает до 70 В, а при 3 А/дм2 — до 80 В. Необходимо отметить, что на графике приведены средние значения рабочего напряжения, тогда как реальные значения напряжения в импульсе достигают 220-270 В при ВВЭО в течение 40 мин. При больших плотностях тока возможен пробой слоя оксида алюминия в результате его локального разогрева. Такая ситуация достигается при плотности тока 4 А/дм2, снижение рабочего напряжения наблюдается через 20 мин (рис.1, кривая 3). Поэтому для получения качественных покрытий оксида алюминия плотность тока при обработке ВВЭО должна быть ниже 4 А/дм2. В результате проведения ВВЭО поверхности алюминиевых образцов получены оксидные слои толщиной до 60 мкм. Образцы в зависимости от температуры формирования имели равномерно окрашенную цветовую гамму от темно-серого до желтого. Шероховатость оксидированных образцов зависит от исходного состояния поверхности, предварительной обработки и плотности рабочего тока. В процессе ВВЭО происходит увеличение шероховатости поверхности до Ra 0,67 мкм при исходной шероховатости 0,44 мкм. Полученный оксид алюминия термостабилен и имеет рентгеноаморфную структуру. Твердость оксидного материала составляет 5 - 6,5 ГПа. Коэффициент трения — 1,0-1,1 относительно рубина. Максимум износостойкости 5∙10- 8 мм3/Н∙м был достигнут при плотности тока 3 А/дм2. Значение пробивного напряжения для всех полученных образцов было не менее 500 В. Теплопроводность оксида алюминия, измеренная методом импульсных динамических решеток, достигала 3,4 Вт/м∙К. 165 Наиболее плотные пленки оксида алюминия получены при температуре ниже 10оС. На рисунке 2а представлена морфология поверхности образца традиционного анодирования, которое характеризуется глобулярной структурой и наличием большого количество пор. Образец 2б, полученный методом микродугового оксидирования, имеет рыхлую, хорошо развитую поверхность, с порами большого диаметра (до нескольких мкм). На поверхности образца, изготовленного в процессе ВВЭО (рис. 2в), также наблюдается глобулярная структура. Однако, в отличие от традиционного анодирования, она имеет более плотную структуру с низкой шероховатостью и меньшим количеством пор. Рисунок 2 - Морфология поверхности образцов: а) традиционное анодирование, б) микродуговое оксидирование, в) высоковольтное электрохимическое оксидирование На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что технология ВВЭО позволяет формировать на поверхности сплавов алюминия слои, обладающие высокой твердостью и износостойкостью с низкой шероховатостью. Анодированные алюминиевые подложки с теплоотводящими слоем могут быть использованы при изготовлении печатных плат, используемых как основа для размещения LED элементов для осветительной аппаратуры при конструировании гибридных микросборок на крупногабаритных подложках, объединяющих бескорпусные кристаллы, тонкопленочные гибридные интегральные схемы с многоуровневыми системами межсоединений. УДК621.791.722 Получение неразъемного соединения при изготовлении ротора турбокомпрессора для ОАО «Борисовский завод агрегатов» Студент гр. 304815 Поболь А.И. Научный руководитель – Горанский Г.Г. Белорусский национальный технический университет г. Минск Среди ведущих мировых производителей и разработчиков дизельных двигателей сформировалась концепция, что система турбонаддува рассматривается как средство форсирования двигателей и подавляющее большинство современных моделей дизелей проектируются и разрабатываются с наддувом. При этом система турбонаддува является неотъемлемым компонентом современного экологически чистого двигателя. Смысл наддува двигателя внутреннего сгорания – принудительная подача сжатого воздуха в цилиндры двигателя за счет использования энергии выхлопных газов. Тем самым обеспечивается полнота сгорания увеличенной дозы топлива, что позволяет при прежнем рабочем объеме и тех же оборотах двигателя получать большую мощность. а б в 166 Турбокомпрессор состоит из осерадиального центробежного компрессора и радиально-осевой турбины, связанных между собой при помощи общей «жесткой» оси, называемой валом ротора. Колесо турбины получают литьем из жаропрочного никелевого сплава и присоединяют к валу ротора методом сварки. Традиционный вариант соединения при изготовлении радиально-осевой турбины включает получение узла нагревом с пластической деформацией при трении. Свойства получаемых таким методом деталей отличаются нестабильностью. Использование при таком соединении жаропрочных сплавов с низколегированными сталями, существенно отличающихся по характеристикам, ведет к образованию комплекса неоднородностей химического, структурного и механического характера, что оказывает влияние на проектирование и выбор материалов, технологию изготовления и испытания. Высока также вероятность образования интерметаллидных соединений в зоне соединения материалов, резко снижающих механическую прочность, пластичность и ударную вязкость соединений. Комплекс высоких значений свойств при нагреве трением разнородных сталей и сплавов получить сложно, а в случае изготовления полой конструкции, которая применяется для снижения теплопередачи от колеса турбины к подшипнику, практически невозможно. Способ получения неразъемного соединения колеса и вала ротора турбокомпрессора с использованием электронно-лучевой сварки (ЭЛС) хорошо зарекомендовал себя в ведущих двигателестроительных фирмах в мире. В наших работах проведен комплекс исследований и выполнены экспериментальные сварные соединения с использованием оборудования для ЭЛС на базе вакуумной камеры ВУ-1Б и аппаратуры ЭЛА 15 (СЭЛМИ, Сумы). Исследованы и оптимизированы параметры получения соединений разнородных материалов - стали 40Х с серийным жаропрочным сплавом Inconel 713С. Для достижения требуемой глубины (8 мм) разработан комплекс оптимальных значений параметров – расстояние от среза пушки до соединяемой поверхности, ток луча, ток фокусировки, время оборота детали, опережение ванны расплавления относительно вертикали. Проведены эксперименты по выбору режима соединения деталей без дополнительной обработки лучом, с предварительным нагревом детали до ЭЛС и с последующим нагревом детали после сварки. В образце, полученном ЭЛС предварительно ненагретых металлов, слой стали, непосредственно примыкающий к шву, вследствие быстрого охлаждения металла подвергается закалке с получением структуры мартенсита и твердостью до HV 650. В случае ЭЛС с предварительным нагревом скорость остывания металла низкая и закалочные структуры не образуются. ЭЛС с последующим нагревом позволяет значительно снизить твердость стали 40Х. Это ведет к формированию пластичного металла шва и более равномерному распределению напряжений в соединении. Благодаря применению ЭЛС получено надежное соединение вала с колесом из сплава Inconel 713C (рисунок 1). Дефекты в соединении не обнаружены. Проведены металлографические и микродюрометрические исследования образцов соединений из разнородных материалов – сплава на основе Ni-Сr-Аl и стали. Соединение представляет собою шов требуемой глубины, ширина которого составляет 1 - 4 мм на разном расстоянии от поверхности (рисунок 2). Материал шва – твердый раствор никеля с выделениями интерметаллидов и карбидов. Зоны термического влияния в стали и жаропрочном сплаве непротяженные. Исследован фазовый состав, твердость, проведен анализ напряженно- деформированного состояния (методом рентгеновской тензометрии с использованием способа наклонной съемки) образцов сварных соединений, выполненных из разнородных материалов. В зоне сварного шва присутствуют благоприятные сжимающие напряжения cо средним значением -250 МПа. 167 Рисунок 1 – Внешний вид ротора турбокомпрессора с колесом из сплава Inconel 713C и валом из стали 40Х после ЭЛС Рисунок 2 – Поперечное сечение зоны соединения разнородных материалов. Травление раствором HNO3 в этиловом спирте Изготовлена экспериментальная партия роторов (12 шт.), совместно с ОАО «Борисовский завод агрегатов» проведены испытания роторов турбины. Испытания на разрыв образцов проводились на разрывной машине РД-20 БЗА. По техническим требованиям прочность на разрыв должна быть не менее 60 кН. При испытании ротора с колесом из сплава Inconel 713C зона соединения не претерпела разрушения, оно произошло на значительном удалении от зоны термического влияния (~100 мм) по валу из стали 40Х. Прочность на разрыв роторов составила 100-136 кН. УДК 537.521 Морфология и трибологические свойства покрытий молибден – углерод Магистрант – Степанова Е.А. Научный руководитель – Поболь И.Л., Станкевич Е.В. НИЦ «Плазмотег» ФТИ НАН Беларуси г. Минск Нанесение нанокомпозитных покрытий на изделия различного назначения позволяет варьировать их механические, оптические, электрические, магнитные, тепловые и химические свойства в широком диапазоне. Результатом модифицирования металлом является формирование в матрице углерода объектов нанометровых размеров, свойства которых влияют на физические характеристики получаемого материала. При изменении состава композиции металл-углерод, а также технологических параметров процесса ее получения, возможно в широких приделах модифицировать такие показатели, как твердость, тепло- и электропроводность, коэффициент трения, износо- и коррозионную стойкость материала, адгезию покрытий к основе. Необходимость создания новых материалов с заданными свойствами особенно актуальна для микро- и наноэлектроники, радиотехники, приборо- и машиностроения, авиакосмической техники, медицины и биологии. Одна из ключевых проблем, которые следует решить при создании нанокомпозитных металлоуглеродных покрытий – генерация многокомпонентных потоков, осаждаемых на подложку. В качестве источника углерода обычно используют углеродсодержащие реакционные газы. Необходимый элементный состав потока достигается сложным и трудоемким подбором технологических режимов распыления каждого из катодов, состава и давления реакционного газа. Не всегда удается обеспечить равномерное перемешивание потоков, генерируемых из разных катодов. 168 В работе приводятся результаты исследования морфологии поверхности, твердости и трибологических характеристик полученных вакуумно-дуговым методом молибден-углеродных покрытий в зависимости от технологических параметров процесса осаждения. Покрытия наносили на вакуумной установке УВНИПА1-001 соосаждением из плазменных потоков, которые генерировались двумя импульсными (молибден и углерод) дуговыми источниками плазмы. Перед нанесением покрытий с помощью молибденовой плазмы проводилась очистка и нагрев подложек, в качестве которых использовали пластины из инструментальной стали марки Р6М5. Покрытия получали при различных режимах осаждения. Варьировались частота следования разрядных импульсов (F = 5 − 10 Гц). Морфология поверхности покрытий изучалась на атомно-силовом микроскопе NT-206 в режимах измерения топографии и фазового контраста. Элементный состав покрытий определялся методом энергодисперсионного рентгеноспектрального анализа на растровом микроскопе Philips SEM-515 с приставкой Genesis 2000. Измерение трибологических характеристик покрытий проводилось в режиме трения скольжения по схеме «палец – диск» на лабораторном стенде. Скорость вращения образца − 60 об/мин, нагрузка − 0,5 Н, в качестве контртела использовалась сталь ШХ-15. Микротвердость покрытий определялась методом восстановленного отпечатка на твердомере ПМТ-3 с помощью пирамиды Кнупа. Анализ полученных результатов показал, что условия проведения процесса осаждения оказывают существенное влияние на фазовый состав и механические свойства покрытий (таблица). На рисунке 1 приведено изображение участка поверхности покрытия и профиля поверхности вдоль линии, проходящей через середину выбранного участка. В целом значение среднеквадратической шероховатости покрытий составляет ~ 149 нм. Возможно, неоднородность рельефа связана с присутствием макродефектов на поверхности и ростом в покрытии карбидной фазы. Таблица Технологические режимы и параметры покрытий молибден – углерод а б Рисунок 1. АСМ-изображение поверхности (а) и профиль поверхности (б) покрытий молибден – углерод Параметры источников плазмы, F, Гц Элементный состав, мас. % Образец ИИ-Mo ИИ-С Mo C Микротвердость, ГПа Коэффициент трения 1 2 10 6,55 93,45 11 0,15 2 10 8,5 20,02 79,98 12 0,2 3 10 7 25,39 74,61 15 0,06 4 10 5 26,15 73,85 14 0,023 169 Микротвердость покрытий составляет 11 – 15 ГПа в зависимости от условий осаждения. Коэффициент трения изменяется в 6 раза с увеличением концентрации углерода от 73 до 93 мас. %, достигая минимального значения 0,023 при содержании углерода ~ 73 мас. % (рис. 3). 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 7 0 7 5 8 0 8 5 9 0 9 5 Ì èê ðî òâ åð äî ñò ü, Ã Ï à 7 0 7 5 8 0 8 5 9 0 9 50 ,0 0 0 ,0 2 0 ,0 4 0 ,0 6 0 ,0 8 0 ,1 0 0 ,1 2 0 ,1 4 0 ,1 6 0 ,1 8 0 ,2 0 0 ,2 2 а б Рисунок 2 – Зависимость микротвердости(а) и коэффициента трения (б) покрытий молибден – углерод от содержания в них углерода При трибологических испытаниях в режиме сухого трения на ранних стадиях испытаний регистрируется равномерный износ поверхностного слоя. Для покрытий с содержанием углерода ~ 73 мас. % коэффициент трения без смазки после выхода на режим достигал значения 0,023 и затем не изменялся, что свидетельствовало о стабильности поведения образцов. Таким образом, изменяя условия осаждения, можно получать одно- или многофазные нанокомпозитные металлоуглеродные покрытия, обладающие достаточно высокой твердостью и низким коэффициентом трения. Это сочетание характеристик делает предлагаемые покрытия перспективными для применений на деталях автомобильного двигателя и топливной аппаратуры. УДК 621.791 Электронно-лучевая сварка сталей Р6М5 и 5ХНМ при изготовлении деформирующей оправки Магистрант Юревич С.В., студент группы 104816 Бирюков А.А. Научный руководитель – Горанский Г.Г. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является исследование возможности получения соединения разнородных сталей Р6М5 и 5ХНМ с помощью электронно-лучевой сварки (ЭЛС). При производстве заготовок переменного профиля для малолистовых рессор на Минском рессорном заводе весьма актуальна проблема долговечности деформирующей оправки, обеспечивающей получение требуемого переменного профиля с высокими точностными параметрами. Это обусловлено особенностями технологического процесса формообразования полос переменной по длине толщины горячей прокаткой. Формообразование полос с переменным по длине профилем для малолистовых рессор осуществляется путем прокатки нагретой до температуры 950-1000°С исходной заготовки на профильной деформирующей оправке при ее перемещении через неприводные валки. Деформирующая оправка (рисунок 1) работает в условиях непрерывного истирания ее рабочих оформляющих поверхностей с деформируемым металлом, испытывая большие напряжения при статических нагрузках, а иногда при высокой и 170 резко изменяющейся температуре. Рабочая поверхность оправки имеет постоянный контакт с прокатываемым металлом в процессе деформирования и подвергается интенсивному износу. Уменьшить износ возможно, используя материалы с высокими свойствами термо- и износостойкости (например, сталь Р6М5). Ввиду их высокой стоимости оптимальным является вариант конструкции оправки с боковыми вставками из высоколегированных инструментальных сталей. Эффективной является технология изготовления деформирующей оправки с боковыми вставками с использованием ЭЛС. В таком случае важным фактором, влияющим на работоспособность инструмента, является выполнение требований качества сварных соединений. Рисунок 1 – Деформирующая оправка для изготовления заготовок малолистовых рессор Проведены исследования по соединению сталей Р6М5 и 5ХНМ электронно- лучевой сваркой без дополнительных операций и с предварительным подогревом заготовок перед ЭЛС. При глубине сварных швов 8-10 мм ширина находится в пределах 2,5-3,5 мм. Высокое содержание углерода в сталях (порядка 0,9% в стали Р6М5 и 0,5% в стали 5ХНМ) и большие скорости охлаждения (102-103 оС/с) при обычных условиях проведения ЭЛС с использованием исходного холодного металла ведут к образованию хрупких закалочных структур и формированию значительных напряжений. Это может приводить к образованию холодных трещин и разрушению сварного соединения. В сварных соединениях сталей Р6М5 и 5ХНМ в корне сварного шва и зоне термического влияния могут образовываться трещины. Об образовании закалочных структур свидетельствует график распределения микротвердости (рисунок 2а). В зоне термического влияния со стороны стали Р6М5 присутствует участок с увеличением микротвердости по сравнению с основным металлом на 200 HV. Применения предварительного подогрева позволяет уменьшить скорости охлаждения металла и получить более равномерное распределение микротвердости в сварном соединении (рисунок 2б). Со стороны стали Р6М5 в зоне термического влияния наблюдается снижение твердости на 100-150 HV. При переходе от сварного шва к стали 5ХНМ снижение твердости принимает плавный характер. Трещины в образцах не обнаружены. Применение дополнительных операций, в частности предварительного подогрева, при ЭЛС дает возможность целенаправленно влиять на механические свойства сварного шва и зоны термического влияния, что позволяет получать соединения, удовлетворяющие предъявленным требованиям. 171 а б Рисунок 2 – Распределение микротвердости в сварном соединении сталей Р6М5 и 5ХНМ при сварке без подогрева (а) и с предварительным подогревом до 300ºС (б) УДК 621.791 Моделирование процесса подогрева металла электронным лучом при сварке Магистрант Юревич С.В., студент группы 304815 Поболь А.И. Научный руководитель – Горанский Г.Г. Белорусский национальный технический университет г. Минск Одним из наиболее эффективных вариантов повышения долговечности инструмента, в том числе деформирующего, является использование разнородных материалов с применением вставок, выполненных из сталей с высокой термо- и износостойкостью. Использование в таких случаях сварных соединений во многих случаях затрудняется необходимостью проведения дополнительных мероприятий. Довольно часто использование в сварных соединениях высоколегированных сталей требует выполнения предварительного подогрева металла. При этом габариты свариваемой конструкция или условия сварки могут затруднять либо делать невозможным его выполнение. Целью работы является разработка метода получения надежных высокопрочных соединений разнородных материалов (высоколегированной инструментальной и теплостойкой сталей) с использованием электронно-лучевой 172 сварки (ЭЛС). В качестве возможных шагов для предотвращения нежелательных структурных превращений в зоне соединения в результате закалки из жидкого состояния стали с высоким содержанием углерода рассматриваются как предварительный подогрев металла, так и нагрев узла после завершения сварки. При ЭЛС существуют возможности подогрева соединяемых материала непосредственно электронным лучом. Если габариты изделия велики, рационально выполнять подогрев локального участка. Выполнено конечно-элементное моделирование процессов нагрева электронным лучом локального участка деформирующей оправки. Моделирование проводилось с использованием комплекса геометрического и конечно-элементного моделирования ANSYS. Исследовался участок под угловой шов длиной 20 мм с глубиной проплавления 5 мм. Изменялись удельная мощность электронного луча (Вт/см²), площадь и форма зоны воздействия. В качестве материала основания в твердотельной 3D-модели деформирующей оправки были заданы свойства стали 5ХНМ, материал вставок – Р6М5. На рисунке представлены результаты моделирования распространения тепла при воздействии электронного луча удельной мощностью 500 Вт/см² на поверхность площадью 1 см² (5х20 мм). Исследования показали, что для получения равномерного температурного поля, учитывая различие свойств теплоемкости и теплопроводности сталей Р6М5 и 5ХНМ, зону воздействия следует смещать на 2/3 в сторону стали с большим значением теплопроводности (5ХНМ). Рисунок - Температурное поле в деформирующей оправки в зависимости от продолжительности воздействия луча: а – 10 с; б – 30 с; в – 150 с; г – 300 с Как видно из рисунка, с течением времени рост температурных полей замедляется. Объем металла с установившимися в первые 30 с температурами свыше 200°С остается практически неизменным. С течением времени заметно лишь увеличение объема металла с температурой свыше 100°С. Температурная область свыше 300°С устанавливается в объеме металла на глубину 5 мм, свыше 200°С – 10 мм. При этом максимальная температура нагрева на поверхности сканируемой области достигает 800°С. Металл, нагретый до таких температур, подлежит расплавлению в 173 процессе сварки. При увеличении мощности луча наблюдается увеличение максимальной температуры нагрева и геометрических размеров изотермических областей. Уменьшение площади воздействия электронным лучом ведет к увеличению концентрации энергии и локализации нагреваемого участка с повышением максимальных температур нагрева. Ввиду возможности широкого регулирования мощности луча и зоны воздействия, а также высокой автоматизации процесса, подогрев лучом может выполняться как непосредственно перед проведением процесса сварки, так и после ее завершения. Использование электронного луча в качестве источника теплоты для подогрева металла при сварке позволяет увеличить номенклатуру изделий и материалов, пригодных для сварки. УДК 544.654.2:546.74 Электроосаждение никелевых покрытий из ацетатного электролита в импульсном режиме Студент гр. 11 Добровольский Е.А., магистрант Антихович И.В. Научный руководитель – Черник А.А. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Применение импульсных токов при осаждении гальванических покрытий позволяет управлять структурой, свойствами и качеством осадков. Помимо этого такие режимы могут в значительной мере интенсифицировать процесс. При электрохимическом никелировании важным является поддержание постоянного значения pH в прикатодной области. Наиболее часто используемой буферной добавкой является борная кислота, которая входит в состав многих кислых электролитов[1,2]. Однако она не препятствует гидроксидообразованию при электролизе с высокой плотностью тока, поэтому перспективным является использование в качестве буфера других добавок, например ацетата натрия. Электролит с такой добавкой позволяет осаждать никель при комнатной температуре, что снижает энергозатраты. Методика исследования Исследование проводили в электролите никелирования следующего состава, г/л: NiSO4 ·7H2O 220; NiCl2 ·6H2O 40; CH3COONa 30. В растворе, подкисленном уксусной кислотой до значения pH 4.5 появляется ацетатная буферная смесь CH3COOH + CH3COO-. Анодами служили пластины из металлургического никеля марки НО, помещённые в чехлы. Осаждение проводилось на сталь марки Ст3, подготовка пластин осуществлялась по известным методикам [3]. Импульсный режим задавали на потенциостате ПИ - 50 - 1.1 в комплекте с программатором ПР - 8. Пористость измеряли наложением фильтровальной бумаги согласно ГОСТ 9.302 – 88. Микротвёрдость никелевых покрытий при толщине покрытия 10 мкм измеряли с помощью прибора ПМТ – 3 при нагрузке 0,50 H. Выход по току определяли весовым методом. Время электролиза при импульсном режиме можно рассчитать по формуле [4]: ( )Э и пn     (1) где: n количество циклов, с; и - время импульса, с; п - время паузы, с; Для импульсного электролиза важна такая характеристика, как эффективная плотность тока Э иi i  (2) 174 где:  - скважность импульсного тока; иi - катодная плотность тока в импульсе, А/дм 2. и п и       (3) Выход по току никеля в импульсном режиме рассчитывали по формуле: ( ) 3600 100%и п и и э m ВТ q I              (4) где: m - масса осаждённого металла, г; q - электрохимический эквивалент никеля (q = 1,096г/А ч)); иI - сила тока в импульсе (амплитуда импульса), А. Установлено, что выход по току никеля при плотности тока 2 А/дм2 составляет 78-90% (таблица 1). При этом с ростом времени импульса выход по току увеличивается, а с увеличением времени паузы наблюдается экстремальная зависимость с минимальным Вт при паузе 10 мс. Такая зависимость может быть связана с конечной скоростью разряда ионов никеля, которые не успевают восстановиться за малое время электролиза. Рост времени паузы может приводить к пассивации катодной поверхности и затруднению разряда ионов никеля. Изменение параметров электролиза приводит к изменению свойств покрытий (рисунок 1). Таблица 1 – Выходы по току никеля в ацетатном электролите при различных условиях электролиза Пауза, мс Импульс, мс. 5 10 20 5 83,89 78,9 82,03 10 86,77 80,37 84,27 20 81,97 78,00 80,35 50 84,55 82,37 80,39 100 89,28 80,62 80,97 а б Длительность импульса, мс: 1 – 5; 2 –10; 3 –20; 4 –50; 5 –100. Рисунок 1 – Зависимость пористости (а) и микротвёрдости (б) никелевого покрытия от времени паузы импульсного тока. Время паузы незначительно влияет на твёрдость покрытия, тогда как с ростом длительности импульса микротвёрдость возрастает от 176 до 253 кгс/мм2 при паузе 5 175 мс. Это может быть связано с упорядочением структуры никелевых осадков при длительном импульсе. На пористость значительное влияние длительность импульса тока. С ростом последнего пористость уменьшается что также можно объяснить упорядочением структуры осадка. Практически беспористое покрытие получается при времени импульса 50 мс и времени паузы 5 мс. Таким образом, осаждение никеля из ацетатного электролита в определённых импульсных режимах привело к улучшению качества осадка (низкая пористость, удовлетворительная микротвёрдость) по сравнению со стационарным режимом. Выход по току никеля при импульсном режиме меньше, чем при стационарном режиме и изменяется в пределах от 78 до 90%. Скорость осаждения никеля при одинаковых плотностях тока в импульсных режимах ниже, чем в стационарном режиме. Литература 1) Прикладная электрохимия. Под ред. Н.Т. Кудрявцева. М.: Химия. – 1975. – 522с. 2) Гальванические покрытия в машиностроении: Справочник./Под ред. М.А. Шлугера. М.: Машиностроение. – 1985. – Т.1. – 240с. 3) ГОСТ 9.305-84 Покрытия металлические и неметаллические неорганические. – М.: Госстандарт. – 1988. – 183с. 4) Гамбург Ю.Д. Гальванотехника и обработка поверхности. 2003 УДК 544.654.2:546:56 Электрохимическое осаждение меди на чугунную основу Студент гр.11 Стасенок С.В., аспирант Михедова Е.В. Научный руководитель – Черник А.А., Жарский И.М. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Медные покрытия нашли широкое распространение в технике: для придания поверхности определенного вида, а также ряда функциональных свойств – электропроводности, защиты от коррозии и от цементации участков стальных изделий, обеспечения адгезии [1]. При погружении железа в простые электролиты меднения в связи с большим различием окислительно-восстановительных потенциалов наблюдается цементация меди на его поверхности. Это приводит к уменьшению прочности сцепления медного покрытия с основой. С целью смещения потенциала меди в более электроотрицательную сторону и, как следствие, предотвращения цементации используются комплексные электролиты меднения [2]. Цианистые электролиты широко используют на практике, так как вследствие высокой катодной поляризации они обладают наивысшей рассеивающей способностью и позволяют получать покрытия с мелкокристаллической структурой. Основные их недостатки – высокая токсичность, требующая выполнения строгих мер безопасности и большие затраты на обезвреживание сточных вод, а также относительно низкая устойчивость состава электролита при эксплуатации [3]. В связи с этим актуальным является проведение исследований по выбору низко- концентрированных нецианистых электролитов для процессов электрохимического нанесения меди на рабочую поверхность деталей и изучению кинетических особенностей и механизмов катодных процессов. С этой точки зрения наибольший интерес представляет этилендиаминовый электролит меднения. 176 Цель исследования – изучение технологических параметров процесса электрохимического осаждения меди из этилендиаминового электролита на чугунную основу. Объектом исследования является этилендиаминовый электролит меднения следующего состава, г/л: CuSO4∙5Н2О – 90-115; C2H4(NH2)2 – 50-20; (NH4)2SO4 – 50-70; Na2SO4 – 50-80. Поляризационные измерения проводились на потенциостате ПИ-50-1.1 в комплекте с программатором ПР-8 в стандартной трехэлектродной ячейки ЯСЭ-2. В качестве электрода сравнения применяли насыщенный хлорсеребряный электрод. Все представленные потенциалы пересчитаны в шкалу нормального водородного электрода. Рабочий диапазон плотностей тока определяли с помощью угловой ячейки Хулла объемом 250 см3. Электролиз проводили в течение 10 мин при силе тока в 1 А. Пористость медного покрытия определялась в соответствии с ГОСТ 9.302-88 методом наложения фильтровальной бумаги. На рисунке 1 представлены катодные поляризационные кривые на электродах из меди и чугуна. Рисунок 1 – Катодные поляризационные кривые в этилендиаминовом электролите на катодах различной природы Как видно из рисунка 1 поляризационная кривая чугунного катода смещена в более электроотрицательную область. Это связано с тем, что первичное осаждение металла на чужеродную основу требует больших затрат энергии и как следствие увеличивается катодное перенапряжение. Проведение измерений в ячейке Хулла позволило определить диапазон рабочих плотностей тока, при котором получаются удовлетворительные по качеству покрытия. В электролите рабочий диапазон плотностей тока составляет 0,2—1,5 А/дм2. Увеличение плотности тока более 1,5 А/дм2 приводит к образованию шероховатых матовых покрытий темного цвета. При осаждении покрытий толщиной 10 мкм были получены беспористые покрытия во всем диапазоне рабочих плотностей тока. Во всем диапазоне плотностей тока покрытия осаждались блестящими, хорошо сцепленными с основой. Выход по току составлял 76 %. Литература 1. Вайнер Я.В. Технология электрохимических покрытий. – Ленинград: Машиностроение, 1972. – 460 с. 2. Кудрявцев Н.Т. Электролитические покрытия металлами. – М.: Химия, 1979. – 352 с. 3. М.А. Шлугер. Гальванические покрытия в машиностроении. Том 1. – М.: Машиностроение, 1985. – 241 с. 177 Охрана труда и промышленная безопасность 178 УДК 628.742 Автоматическое газовое пожаротушение – современный подход к противопожарной безопасности Студент гр. 110427 Пайгин И.С. Научный руководитель – Вершеня Е.Г. Белорусский национальный технический университет г. Минск В настоящее время защита от уничтожения пожаром материальный и культурных ценностей, телекоммуникационных систем и средств, а также различных элитных строений, становится все более востребованной. Это связано с одной стороны – высокой концентрацией материальных и информационных ресурсов в небольших по объему помещениях, доступных практически мгновенному уничтожению огнем возникшего пожара, а с другой – высокой насыщенностью таких помещений средствами, которые могут служить причиной возгорания. К таким объектам могут быть отнесены: - помещения, оснащенные компьютерами и другой дорогостоящей офисной техникой; - все зоны (помещения, морские суда, самолеты и т.п.) с установленным чувствительным или незаменимым, дорогостоящим электронным оборудованием; - помещения АТС, а также оснащенные коммутационным, телевизионным и другим дорогостоящим технологическим оборудованием; - хранилища информационных, материальных, культурных и денежных средств, архивы, библиотеки и т.п. объекты; - помещения с взрывоопасной пожароопасной средой, например, газоперекачивающие станции, дизель-генераторные, нефтеналивные комплексы и т.п. - личные объекты граждан, имеющие высокое насыщение электрической проводкой, дорогостоящей бытовой техникой, мебелью и личным имуществом; - другие объекты, содержащие уничтожаемое пожаром имущество по стоимости существенно превышающее установку и содержание автоматизированной системы пожаротушения. Проблемы защиты от пожара отмеченных выше объектов заключается в том, что, применяя автоматизированные системы водяного, аэрозольного, пенного и порошкового пожаротушения. Пользователь может получить ущерб от коррозийного воздействия огнетушащего состава на защищаемое имущество больше, чем от самого пожара. Поэтому от предложенных систем пожаротушения выгодно отличается система автоматического газового пожаротушения (АГП). Принцип действия установок АГП основан на снижении концентрации кислорода за счет вытеснения его в зоне реакции негорючим газом, который выпускается системой. Эти средства могут применяться для тушения всех веществ, горение которых возможно в воздушной среде на начальной стадии развития пожара, потому как отсутствие кислорода ведет практически к мгновенному (10-30 секунд после срабатывания системы) прекращению реакции. При этом тушение осуществляется на самой ранней стадии возгорания, что фактически гарантирует защиту имущества охраняемого объекта от порчи (уничтожения) огнем. Установки автоматического газового пожаротушения предназначены для создания защитной среды в определенном объеме помещения или его локальной (наиболее важной) части. Тушение пожара при их применении осуществляется заполнением всего объема помещения расчетным количеством огнетушащего вещества (негорючего газа). Различают способы тушения: объемный (защита всего объема 179 конкретного помещения) и локально-объемный (защита части объема конкретного помещения). Газовое пожаротушение, в отличие от водяного, аэрозольного, пенного и порошкового, не вызывает коррозии и порчи защищаемого имущества и оборудования в процессе тушения пожара, а последствия его применения легко устранимы путем простого проветривания. При этом в отличие от остальных систем, установки АГП не замерзают и не боятся жары. Они работают в интервале температур: от -400 до +500 С. Применяемый для тушения газ – экологически безопасен, не токсичен для человека и животных, не разлагается, не образует при контакте с огнем коррозийных и ядовитых продуктов, не разрушает озоновый слой атмосферы. Системы газового пожаротушения могут использоваться для ликвидации пожаров и возгорания электрооборудования, находящегося под напряжением. Короткий срок тушения возгорания при отсутствии негативных воздействий на защищаемое имущество огнетушащего состава позволяет применять установки автоматического газового пожаротушения на объектах имеющих историческую и культурную ценность, а также в помещениях насыщенных электро-, радио-, электронным и др. оборудованием, находящимся постоянно под напряжением. УДК 628.97 Биологическое влияние света на организм человека. Влияние освещение на условия труда Студент гр. 113717 Цумарева А.В. Научный руководитель – Науменко А.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Организм человека сформировался под воздействием 24-часового биоритма с активное дневной фазой и фазой отдыха ночью. Свет синхронизирует повторяемость этого биоритма. Открытие электрического освещения повлияло на внутренние биоритмы человека, сложившиеся под влиянием природных факторов. Последние исследования направлены на то, как с помощью искусственного освещения улучшить самочувствие и мотивацию работающих, в том числе в условиях сменной работы. Для обеспечения высокого качества освещения важным критерием является возраст работников, с повышением которого растут и требования к освещению, поскольку зрительная работоспособность зависит и от собственных «зрительных возможностей» [1]. Улучшение освещенности способствует улучшению работоспособности даже в тех вариантах, когда процесс труда фактически не зависит от зрительного восприятия. Свет дает информацию для работы зрительного аппарата, а осветительные установки создаются для обеспечения видимости. Но, сегодня стало известно, что одновременно другие биологические процессы, которые требуют нового подхода к созданию освещения при одновременном решении прежних задач. Освещенность следует измерять на глазах, а не как освещенность, нормируемую на горизонтальных поверхностях в помещениях [2]. Высокие уровни освещенности на поверхностях внутри помещений или на предметах, которые редко попадают в поле зрения, не оказывают значительного биологического воздействия, а энергия света растрачивается. 90% информации человек получает через органы зрения. Существует целый ряд исследований в области медицины, фотобиологии, биохимии и хронобиологии, которые подтверждают тот факт, что видимый свет является эффективным регулятором биологических ритмов, а в некоторых случаях и терапевтическим фактором [3]. Свет оказывает положительное влияние на обмен веществ, сердечно- сосудистую систему, 180 нервно-психическую сферу. Рациональное освещение способствует увеличению производительности труда, его сохранности. При недостаточном освещении происходит быстрое утомление зрительных анализаторов, повышается травматизм. Имеются данные о том, что свет может оказывать и негативное влияние на человека [4]. Так, действие излучения высокой интенсивности с длиной волны 380-500 нм вызывает в зрительном органе фотохимические процессы. Спектр действия эффекта так называемой «опасности голубого света» расположен довольно близко к функции циркадной эффективности. Этот факт указывает на необходимость учета мощности излучения и спектра ламп при оценке условий освещения. Так как «опасность голубого света» в настоящее время поддается расчетной оценке и зависит от уровня облученности в условиях общего освещения, ее легко учесть. Оснащенность на рабочем месте обязана соответствовать характеру зрительной работы; равномерное распределение яркости на рабочей поверхности и отсутствие резких теней; величина освещения должна быть постоянна во времени (отсутствие пульсации светового потока); оптимальная направленность светового потока и лучший спектральный состав; все элементы осветительных установок обязаны быть долговечны, взрыво-, пожаро-, электробезопасны. Основной задачей при расчете освещения является: определение требуемой площади световых приемов – при естественном освещении. Определение мощности осветительных установок – для искусственного. Для расчета искусственного существует 2 методики: метод коэффициентов использования светового потока, точечный метод (рассчитывает освещение определенной точки; местное освещение). Нормы освещения периодически пересматриваются с учетом экономических, энергетических и технических возможностей общества в сторону оптимизации условий освещения. Область исследований воздействия света на циркадную систему очень важна для понимания того, как создавать оптимальное внутреннее освещение. Создание осветительных установок с учетом новых знаний физиологии и фотобиологии должно стать важным шагом в реализации идеи качественного освещения рабочих мест. Разработка новых норм и правил проектирования качественных осветительных установок должна опираться на исследования биологических эффектов видимого света. Литература 1. Н.Миллер. Влияние освещения на самочувствие людей пожилого возраста/Светотехника, 2007, № 1, с. 24-26. 2. ДБН.2.5-28-2006. Естественное и искусственное освещение, 2006. 3. Потапенко А.Я. Действие света на человека и животных/Соровский образовательный журнал, 1996, № 10. 4. А.В.Леонидов. О влиянии синхронизации организма человека световыми воздействиями/Светотехника, 2006, № 4, с. 17-23. УДК 331.45:613.644 Вибрация и методы ее снижение на производстве Студенты гр. 113629 Воронкович Е.И. Научный руководитель – Автушко Г.Л. Белорусский национальный технический университет г.Минск В условиях становления рыночной экономики проблемы безопасности жизнедеятельности становятся одним из самых острых социальных проблем. Рост 181 профессиональных заболеваний и производственного травматизма, неблагоприятных производственных факторов, неразвитость профессиональной, социальной и медицинской реабилитации пострадавших на производстве отрицательно сказываются на жизнедеятельность трудящихся, их здоровье, приводит к дальнейшему ухудшению демографической ситуации в стране. Одним из таких неблагоприятных производственных факторов является вибрация, которая отрицательно влияет на производительность труда и здоровье самих работников. Вибрация относится к факторам, обладающим высокой биологической активностью. В производственных условиях воздействие вибрации может вызвать нарушение механической прочности и герметичности аппаратов и коммуникаций, быть причиной аварий, а также приводит к различным нарушениям здоровья человека. Вибрации вызывают в организме человека многочисленные реакции, которые являются причиной функциональных расстройств различных органов и систем организма. Вибрационная патология стоит на втором месте (после пылевых) среди профессиональных заболеваний. Бич современного производства, особенно машиностроения, - локальная вибрация. Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов кисти, предплечий, нарушая снабжение конечностей кровью. Такое негативное воздействие, оказываемое вибрацией, обусловило особое внимание к разработке методов и средств защиты. Наиболее действенным средством защиты человека от вибрации является устранение непосредственного контакта с вибрирующим оборудованием. Осуществляется это путем применения дистанционного управления, промышленных роботов, автоматизации и замены технологических операций. Радикальным средством обеспечения вибробезопасности является создание и применение вибробезопасных машин, исключение шумных и виброопасных технологических процессов (замена клепки сваркой, штамповки - прессованием и т.п.). Для виброзащиты применяются средства индивидуально защиты для рук, ног и тела оператора. При защите от вибраций важную роль играет рациональное планирование режима труда и отдыха. Необходимо устраивать перерывы для активного отдыха, проводить физиопрофилактические процедуры, производственную гимнастику и т.д. УДК 621.181 Мероприятия по электро-, взрыво- и пожаробезопасности при установке газопоршневых агрегатов Магистранты Турлович Е.И., Пузик В.В. Научные руководители – Винерский С.Н., Романюк В.Н. Белорусский национальный технический университет г.Минск Корпус газопоршневых агрегатов (ГПА) по огнестойкости несущих и ограждающих конструкций относится ко II степени огнестойкости, II классу ответственности здания. Категория здания по взрывопожарной и пожарной опасности – Г1. Предел огнестойкости ограждающих строительных конструкций зданий и сооружений - REI 45 согласно СНБ 2.02.01-98 * «Пожарно-техническая классификация зданий, строительных конструкций и материалов». Установка ГПА выполняется с учетом требований нормативно-технической документации по технике безопасности, взрыво- и пожаробезопасности. Уровень шума ГПА по техническим условиям фирм-изготовителей не превышает 85 дБА. 182 Взрывопожаробезопасность обеспечивается следующими мероприятиями: - применением негорючих конструкционных материалов, изоляционных и лакокрасочных покрытий, не распространяющих огонь; - отстройкой трубопроводов масляной, топливной и воздушной систем ГПА от резонансных колебаний; - исключением взрывоопасных скоплений масловоздушной смеси и газа в элементах ГПА; - установкой датчиков сигнализации о пожаре и датчиков загазованности; - выполнением электрооборудования ГПА с учетом требований по взрывопожаробезопасности помещений, использующих оборудование, работающее на газе; - расположением агрегатов топливной и масляной систем ГПА, исключающим их недопустимый нагрев; - наличием трубопроводов подачи огнегасящего вещества непосредственно к ГПА. Трубопроводы выполняются из стальных труб, арматура соответствует 1-му классу герметичности. Для аварийного слива масла из газопоршневых двигателей предусматриваются подземные емкости, расположенные за пределами мини-ТЭЦ. Газопроводы также оснащаются технологическими защитами и блокировками. На газопроводах применяется стальная арматура герметичности класса А, противошумная и тепловая изоляция газопроводов из негорючих материалов. Для обеспечения необходимого уровня электробезопасности в зонах обслуживания электротехнических устройств и установок предусматривается для вновь проектируемых зданий и сооружений наружное заземляющее устройство, которое объединяется с существующим контуром заземления трансформаторной подстанции. Для защиты персонала от поражения электрическим током при повреждении изоляции проектом предусматривается выполнение защитного заземления или зануления оборудования путем соединения его с контуром заземления или нулевыми проводниками в соответствии с требованиями главы 1.7 ПУЭ. Предусматривается выравнивание потенциалов земли в местах входов и выходов в здания и сооружения, содержащие электроустановки. В помещениях с повышенной опасностью и особо опасных для питания ремонтного освещения и электроинструмента предусматривается применение пониженного напряжения в соответствии с требованиями раздела 6 ПУЭ. Пожарная безопасность кабельного хозяйства достигается путем разделения кабельных сооружений огнестойкими перегородками на отсеки, герметизацией отверстий при проходе кабелей через стены и перекрытия и другими мероприятиями, предусмотренными разделом 2 ПУЭ. Предусмотрена молниезащита зданий и сооружений мини-ТЭЦ, выполненная в соответствии с требованиями «Руководящих указаний по защите электростанций и подстанций 3-500 кВ от прямых ударов молнии» В случае поставки ГПА с воспламенением от сжатия ГПА должны быть снабжены на участке топливной системы оборудованием, предотвращающим попадание струй топлива на горячие поверхности, электрические устройства и системы впуска воздуха. В системе предусматриваются устройства для обнаружения утечек топлива. Гидравлические масляные системы должны выдерживать давление, равное максимальному динамическому рабочему давлению в них иметь устройство для обнаружения утечек. 183 В соответствии с техническими условиями, устанавливаемые газопоршневые агрегаты оборудуются трубопроводами газового пожаротушения и датчиками пожарной сигнализации. Размещение станции газового пожаротушения предусматривается в помещении с отдельным входом, которое располагается на первом этаже здания. Масса огнегасящего вещества - 100%-ный запас вещества, необходимого для пожаротушения ГПА. Служебные, бытовые, гардеробные помещения мини-ТЭЦ с ГПА оборудуются автоматической пожарной сигнализацией. Для оповещения персонала о пожаре используются командно-поисковые сети ГПА и предприятия. УДК 628.5 Вибрация и шум в формовочных цехах Студентка гр. 104327 Бэйнер М.В. Научный руководитель – Ушакова И.Н. Белорусский национальный технический университет г. Минск В формовочном цехе № 1 ПРУП «Новополоцкжелезобетон» было установлено оборудование – два вибропресса, предназначенных для изготовления бетонных изделий методом вибропрессования. При поставке завод-изготовитель не предусматрел установку вибропрессов на фундаменты. В техническом паспорте на вибропрессы не содержится сведений по параметрам вибрации и шума. В формовочном цехе технологические процессы сопровождаются общей вибрацией категории 2 транспортно-технологической и категории 3 технологической. Формовщики колец подвергаются воздействию локальной вибрации, а формовщики при производстве бордюрных камней на вибропрессах – общей вибрации. Рассмотрим воздействие на организм человека этих видов вибрации. Общая вибрация оказывает неблагоприятное воздействие на нервную систему, приводящее к изменению в сердечно-сосудистой системе, вестибулярном аппарате, к нарушению обмена веществ. Длительное воздействие общей вибрации может привести к развитию вибрационной болезни. Наиболее характерными проявлениями вибрационной болезни при действии локальной вибрации считают периферические нейрососудистые расстройства верхних и нижних конечностей. Эти нарушения отчетливо проявляются в изменении кровенаполнения тканей пальцев кисти рук и ног, а так же в изменении реактивности сосудов и в общей дистонии. Совместное воздействие общей и локальной вибрации, которые наблюдаются в формовочных цехах, приводит к поражению нервной системы, а также к вегетативно-сосудистым, вестибулярным и другим расстройствам. По временной характеристике общая вибрация является непостоянной. Исследования показали, что величина нормируемых параметров изменяется более чем в 2 раза (6 дБ) за время наблюдения при измерении с постоянной времени 1 с. Нормируемыми параметрами непостоянной производственной вибрации являются эквивалентные (по энергии) корректированные по частоте значения виброускорения и виброскорости или их логарифмические уровни. В формовочном цехе при работе двух вибропрессов на работающих действует непостоянный шум механического происхождения. Механический шум при работе вибропрессов возникает в результате ударов в сочленяющихся частях, в зубчатых передачах, подшипниках качения и т.д. Интенсивное шумовое воздействие на организм 184 человека неблагоприятно влияет на протекание нервных процессов, способствует развитию утомления, изменениям в сердечно-сосудистой системе и появлению шумовой патологии, среди многих проявлений которой является медленно прогрессирующее снижение слуха. Нормируемыми параметрами непостоянного шума на рабочих местах являются: эквивалентный (по энергии) уровень звука в дБА и максимальный уровень звука. Исследования показали, что параметры вибрации и шума на первом вибропрессе превышает предельно допустимый уровень на 10 – 12 %, а на втором вибропрессе – на 15 – 31 %, шума соответственно на 5 - 10% и 10 – 16%. Для защиты рабочих от воздействия вибрации даны рекомендации по проектированию и расчету фундаментов для вибропрессов с учетом действии на них динамических нагрузок. Рекомендованы средства индивидуальные защиты: перчатки антивибрационные «Вибросат 03» - для защиты рук; стельки «Вибра» - для защиты ног формовщиков. С целью снижения вибрации между полом формовочного цеха и приспособлением для приема бетонной смеси можно применить виброизоляторы в виде упругого материала. На пути распространения шума от вибропрессов рекомендованы установить экраны, отгораживающие шумный механизм от рабочего места или зоны обслуживания. Действие экрана основано на отражении звуковых волн. В качестве СИЗ для защиты органов слуха необходимо применять противошумные бируши «Комфорт плюс», противошумные шлемы. Данные меры защиты позволят снизить вибрацию и шум в формовочных цехах. УДК 621.395.721.5:613 Воздействие мобильных телефонов на организм человека Студенты гр. 113629 Мисник О.А., Котолобай Д.О. Научный руководитель – Автушко Г.Л. Белорусский национальный технический университет г.Минск Мобильный телефон за последние несколько лет стал уже не предметом роскоши, а тем без чего не обходится жизнь ни одного современного человека. В эпоху информатики мобильник действительно приносит в учебу и жизнь людей удобство, но вместе с тем он имеет и негативное влияние. На данном этапе ведется серьезная работа над обнаружением возможной опасности влияния мобильного телефона на организм человека. При работе сотовой связи ее основные компоненты – сотовый телефон и базовая станция создают электромагнитное поле. И пользователь сотового телефона, и человек, не использующий сотовый телефон, но живущий вблизи объектов сотовой связи, находится в этом электромагнитном поле. Нельзя сказать, что электромагнитное поле «проходит мимо» организма человека. При разговоре по сотовому телефону электромагнитное поле проникает в тело человека и поглощается, прежде всего, тканями головы – кожным покровом, ухом, частью головного мозга, включая зрительный анализатор. Это понимают все специалисты, более того, разработчики сотовых телефонов учитывают факт, что часть электромагнитной энергии «застрянет» в голове, и соответственно корректируют технические параметры антенны и передатчика радиотелефона. Принципы технического устройства сотовой связи приводят к тому, что все пользователи сотовой связи находятся в условиях периодического воздействия электромагнитного поля, создаваемого сотовым телефоном и базовой станцией сотовой связи, а все население, проживающее на территориях покрытых сетями сотовой связи, в условиях воздействия 185 электромагнитного поля базовых станций сотовой связи. Поэтому речь идет не только об определении последствий, оценке степени опасности и разработке мер обеспечения полной безопасности в условиях этого влияния. Мобильные телефоны представляют собой значимую опасность для человека, пагубно влияя на его здоровье. Для снижения электромагнитное воздействие на себя и на окружающих рекомендовано следующее: использовать модели мобильных телефонов с меньшим значением выходной мощности; при разговоре по мобильному телефону снимать очки с металлической оправой, так как подобная оправа, играет роль вторичного излучателя; повсеместно применять систему «hands free», а в автомобиле - внешнюю антенну; не носить телефон в карманах штанов или на груди, запрещается пользоваться мобильным телефонам детям и беременным женщинам. УДК 613.648.4 Влияние ионизирующего излучения на организм человека Студент гр. 113517 Зыблиенко И.М. Научный руководитель – Науменко А.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Ионизирующими излучения называются такие виды лучистой энергии, которые, попадая в определенные среды или проникая через них, производят в них ионизацию. Такими свойствами обладают радиоактивные излучения, излучения высоких энергий. Рентгеновские лучи и др. Широкое использование атомной энергии в мирных целях, разнообразных ускорительных установок и рентгеновских аппаратов различного назначения обусловило распространенность ионизирующих излучений в народном хозяйстве и огромные, все возрастающие контингенты лиц, работающих в этой области. Все виды ионизирующих излучений друг от друга различными зарядами, массой и энергией. Различия имеются и внутри каждого вида ионизирующих излучений, обуславливая большую или меньшую проникающую и ионизирующую способность и другие их особенности. Основное действие всех ионизирующих излучений на организм сводится к ионизации тканей тех органов и систем, которые подвергаются их облучению. Приобретенные в результате этого заряда являются причиной возникновения несвойственных для нормального состояния окислительных реакций в клетках, которые, в свою очередь, вызывают ряд ответных реакций. Таким образом, в облучаемых живого организма происходит серия цепных реакций, нарушающих нормальное функциональное состояние отдельных органов, систем и организма в целом. Есть предположение, что в результате таких реакций в тканях организма образуются вредные для здоровья продукты – токсины, которые и оказывают неблагоприятное влияние. При работе с продуктами, обладающими ионизирующими излучениями, пути воздействия последних, могут быть двоякими: посредством внешнего и внутреннего облучения. Внешнее облучение может иметь место при работах на ускорителях, рентгеновских аппаратах и других установках, излучающих нейтроны и рентгеновские лучи, а также при работах с закрытыми радиоактивными источниками, то есть радиоактивными элементами, запаянными в стеклянные или другие глухие ампулы, если последние остаются неповрежденными. При внешнем облучении лучами со значительной проникающей способностью ионизация происходит не только на облучаемой поверхности кожных и других покровов, но и в более глубоких тканях, органах и системах. Внутреннее облучение происходит при 186 попадании радиоактивных веществ внутрь организма, что может произойти при вдыхании паров, газов и аэрозолей радиоактивных веществ, занесении их в пищеварительный тракт или попадании в ток крови (в случаях загрязнения ими поврежденных кожи и слизистых). Внутреннее облучение более опасно, так как, во- первых, при непосредственном контакте с тканями даже излучения незначительных энергий и с минимальной проникающей способностью все же оказывают действие на эти ткани; при нахождении радиоактивного вещества в организме продолжительность его воздействия (экспозиция), не ограничивается временем непосредственной работы с источниками, а продолжается непрерывно до его полного распада или выведения из организма. Кроме того, при попадании внутрь некоторые радиоактивные вещества, обладая определенными токсическими свойствами, кроме ионизации, оказывают местное или общее токсическое действие. В результате длительных воздействий значительных доз ионизирующего излучения могут развиваться злокачественные новообразования различных органов и тканей, которые являются отдаленными последствиями этого воздействия. К числу последних можно отнести также понижение сопротивляемости организма различным инфекционным и другим заболеваниям, неблагоприятное влияние на детородную функцию и др. Защита от действия внешнего облучения сводится в основном к экранированию, препятствующему попаданию тех или иных излучений на работающих или других лиц, находящихся в радиусе их действия. Применяются различные поглощающие экраны; при этом соблюдается основное правило – защищать не только рабочего или рабочее место, а максимально экранировать весь источник излучения, чтобы свести до минимума всякую возможность проникания излучения в зону пребывания людей. Материалы, используемые для экранирования, и толщина слоя экранов определяются характером ионизирующего излучения и его энергией: чем больше жесткость излучения или его энергия, тем более плотный и толстый должен быть слой экрана. В случаях технической невозможности полной защиты работающих от внешнего облучения следует строго регламентировать время работы в условиях облучения, не допуская превышения установленных предельных величин суммарных суточных доз. Это положение относится ко всем видам работ, и в первую очередь к работам по монтажу, ремонту, очистке оборудования, устранению аварий и т.п., при которых не всегда удается полностью оградить рабочего от внешнего облучения. УДК 331.43 Вредное воздействие шума на организм человека и защита от него Студент гр. 113717 Ковалёва М.В. Научный руководитель – Науменко А.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Шум – беспорядочное сочетание различных по силе и частоте звуков; способен оказывать неблагоприятное воздействие на организм человека. Он имеет определенную частоту, или спектр, выражаемый в герцах, и интенсивность – уровень звукового давления, измеряемый в децибелах. Для человека область слышимых звуков определяется в интервале от 16 до 20 000 Гц. Измерение, анализ и регистрация спектра шума производятся специальными приборами — шумомерами и вспомогательными приборами (самописцы уровней шума, магнитофон, осциллограф, анализаторы статистического распределения, дозиметры и др.). Шум—один из наиболее распространенных неблагоприятных физических факторов окружающей среды, приобретающих важное социально-гигиеническое 187 значение, в связи с урбанизацией, а также механизацией и автоматизацией технологических процессов, дальнейшим развитием дизелестроения, реактивной авиации, транспорта. Многочисленными исследованиями установлено, что шум является общебиологическим раздражителем. Кроме непосредственного воздействия на орган слуха шум влияет на различные отделы головного мозга, изменяя протекание процессов высшей нервной деятельности. Это, так называемое неспецифическое воздействие шума, может возникнуть даже раньше, чем изменения в органе слуха. Интенсивное шумовое воздействие на организм человека способствует развитию утомления, изменениям в сердечнососудистой системе и появлению шумовой патологии, среди многообразных проявлений которой ведущим является медленно прогрессирующее снижение слуха. В определенных условиях шум может влиять и на другие органы и системы организмы человека. При очень большом звуковом давлении может произойти разрыв барабанной перепонки. Наиболее неблагоприятными для органа слуха являются высокочастотные шумы (1000-4000 Гц).Шум, особенно прерывистый, импульсный, ухудшает точность выполнения рабочих операций, затрудняет прием и восприятие информации, мышление. Шум нарушает сон и отдых людей. В результате неблагоприятного воздействия шума на работающего происходит снижение производительности труда, увеличивается брак в работе, создаются предпосылки к возникновению несчастных случаев и профессиональных заболеваний [1]. В производственных условиях источниками шума являются различные твердые, жидкие и газообразные тела. Источниками шума являются работающие станки и механизмы, ручные механизированные инструменты, электрические машины, компрессоры, кузнечнопрессовое, подъемно-транспортное, вспомогательное оборудование (вентиляционные установки, кондиционеры) и т.д. По характеру возникновения шум условно подразделяют на шум механического, аэродинамического и магнитного происхождения. Механический шум возникает в результате ударов в сочленяющихся частях машин, в зубчатых передачах, подшипниках качения и т.п. Аэродинамический шум появляется в результате пульсации давления в газах и жидкостях при их движении в трубопроводах и каналах, электромагнитный шум – является результатом растяжения и изгиба ферримагнитных материалов при воздействии на них переменных электромагнитных полей. Основными мероприятиями по борьбе с шумом и защите от него – это технические мероприятия, которые проводятся в трех направлениях: устранение причин возникновения шума или снижение его в источнике; ослабление шума на путях передачи; непосредственная защита работающих. Защита работающих от шума может осуществляться как средствами и методами коллективной защиты, так и средствами индивидуальной защиты. Общая классификация средств и методов защиты от шума приведена в ГОСТ 12.1.029 "Система стандартов безопасности труда. Средства и методы защиты от шума. Классификация. Выбор средств снижения шума в источнике его возникновения зависит от происхождения шума. Следует отметить, что эффективность мероприятий по снижению шума эксплуатируемых машин и механизмов зачастую невелика, и поэтому снижения шума следует добиваться прежде всего в процессе проектирования оборудования. Значительный эффект в борьбе с шумом дают организационно-технические методы, которые включают: применение малошумных технологических процессов (изменение технологии производства, способа обработки и транспортирования материалов, сырья, полуфабрикатов и т.п.); применение малошумных машин, изменение конструктивных элементов машин, их сборочных единиц; использование рациональных режимов труда и отдыха работников на шумных предприятиях. В случаях, когда средства коллективной защиты и другие средства не обеспечивают снижение шума до 188 допустимых уровней, необходимо применять средства индивидуальной защиты. Средства индивидуальной защиты также весьма разнообразны: противошумные наушники, закрывающие ушную раковину снаружи; противошумные вкладыши, перекрывающие наружный слуховой проход; противошумные шлемы и каски; противошумные костюмы. Таким образом, для того, чтобы интенсивное шумовое воздействие не способствовало развитию утомления, изменениям в сердечнососудистой системе и появлению шумовой патологии необходимо применять средства защиты от шума. Литература 1. В.Г.Артамонова, Н.Н.Шаталов “Профессиональные болезни”, Медицина, 1996 УДК 72:537 Исследования влияния электромагнитных полей на живые организмы Студент гр. 101950 Хорушевская Е.С. Научный руководитель – Науменко А.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Исследования влияния электромагнитных полей (ЭМП) на живые организмы ведутся уже не одно десятилетие. Развитие технического прогресса, создание все новых и новых приборов и устройств, так облегчающих повседнейную жизнь, дающих неоспоримые преимущества во всех сферах трудовой деятельности, несут человечеству комфорт и процветание – с одной стороны. С другой - уровень порожденных этой деятельностью окружающих нас электромагнитных полей уже значительно превысил естественный фон Земли, и резко расширяется частотный диапазон этих полей. Сегодняшний уровень электромагнитного фона Земли превышает естественный уровень в 200 000 раз. Ранее считалось, что наибольшую опасность для человечества представляют радиоактивные излучения, однако научные исследования последних десятилетий показывают, что электромагнитная радиация (излучаемые электромагнитные поля) может оказаться столь же опасной, как и атомная. Живые организмы на Земле не приспособлены к колебаниям и повышению уровня внешних электромагнитных полей так же, как и в случаях с радиацией. Перед повышением радиоактивного фона даже на несколько десятков процентов организм человека беззащитен. Любое электрическое устройство рассеивает часть поступающей к нему энергии в виде электромагнитного поля, появился даже термин «электромагнитный смог». Электромагнитный смог взаимодействует с электромагнитным полем организма человека и частично подавляет его. В результате этого взаимодействия собственное поле организма искажается, снижается иммунитет, что приводит к нарушениям информационного и клеточного обмена внутри организма и возникновению различных заболеваний. Сделан важнейший вывод: слабые электромагнитные поля (ЭМП) мощностью сотые и даже тысячные доли Ватт высокой частоты для человека более опасны, чем электромагнитные поля большой мощности, но низкой частоты. Дело в том, что интенсивность таких полей совпадает с интенсивностью излучений организма человека при обычном функционировании всех систем и органов в его теле. Такими низкими интенсивностями обладают излучения электрических бытовых приборов. В нашем сегодняшнем мире продукты хранятся в холодильнике, пища разогревается в СВЧ-печи, вода кипятится в электрическом чайнике. Мы регулярно получаем дозы ЭМП от световой рекламы на улицах, игровых автоматов в клубах, рентгеновского 189 излучения в больницах, при загорании в солярии. Вся беда от электромагнитных сигналов заключена в том, что частичные повреждения организма, вызванные облучением, как и радиация, имеют свойство накапливаться со временем. Американские и шведские ученые независимо друг от друга установили безопасный для здоровья человека предел интенсивности электромагнитных полей – 0,2 мкТл (микроТесла). А что же мы имеем в действительности? Вот данные об уровнях излучения некоторых бытовых приборов, которыми все мы пользуемся постоянно: Холодильник (оснащенный системой по frost – на расстоянии 1 м от дверцы) – 0,2 мкТл. Домовая электропроводка – превышает 0,2 мкТл. Электрический чайник – 0,6 мкТл. Стиральная машина – 1 мкТл. Электроплита – 1-3 мкТл (на расстоянии 20-30 см от передней панели). СВЧ-печь - * мкТл (на расстоянии 30 см). Пригородная электричка – 20 мкТл. Трамвай, троллейбус – 30 мкТл. На станции метро (при отправлении поезда) – 50-100 мкТл. Пылесос – 100 мкТл. В вагоне метро – 15—200 мкТл. Электробритва – несколько сотен мкТл (при прикосновении). И это только малая часть приборов и устройств, являющихся источниками излучения, с которыми мы регулярно соприкасаемся. Мобильный телефон генерирует три различных источника излучения ЭМП в разных режимах работы аппарата: В режиме ожидания сотовый телефон, необорудованный нейтрализатором, излучает слабые поля нетепловой интенсивности, которые накапливаясь в организме, могут привести к негативным последствиям. Речь в первую очередь идет об участках тела, в районе которых находится телефон при обычном его ношении человеком. Антенна телефона в режиме передачи без нейтравлизатора излучает ЭМП мощностью единицы Ватт, и значительная часть ЭМП, частично ослабляясь черепной коробкой, проникает в наш мозг (при разговоре). В режиме приема АСЧ излучения, не ослабленного защитным устройством, через слуховой аппарат попадают непосредственно в мозг и вызывают нагрев тканей. Внутренняя часть уха во время разготора может нагреваться до 410 С. Исследования последних лет в данной области, проведенные учеными России, Японии, Германии, США, Израиля, Швеции и Швейцарии полазали, что существующие нормы не обеспечивают защиту населения, так как основаны только на исследованиях процессов нагревания кожных покровов человека при воздействии ЭМП, а этого крайне мало. Российские ученые получили подтверждение пагубного воздействия электромагнитных полей при интенсивности значительно ниже порога теплового эффекта. Наблюдались колоссальные изменения в живой ткани. По данным исследованиям ученых наиболее подвержены влиянию опасных ЭМ излучений следующие группы людей: дети и подростки до 16 лет; беременные, начиная с момента установления факта беременности; лица, страдающие эпилепсией, неврастенией, психопатией; люди, страдающие неврозами, клиника которых характеризуется астеническими, навязчивыми, истерическими расстройствами, а также снижением умственной и физической работоспособности, ухудшением памяти, расстройствами сна. Человек имеет ограниченную способность защищаться от вредной составляющей ЭМП, особенно когда наша жизненная среда ими перенасыщена, а 190 человеческий организм в результате этого постоянно находится под повышенным риском заболеваний физиологического и психического характера. УДК 658.382 Компьютерная проверка знаний лабораторных практикума по дисциплине «Охрана труда» Студент гр.810901 Селезень С.Н. Научные руководители – Яшин К.Д., Осипович В.С. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники г. Минск Цель работы: разработать компьютерную систему проверки знаний при проведении лабораторных работ по дисциплине «Охрана Труда» для студентов факультетов: автотракторного; горного дела и инженерной экологии; машиностроительного; механико-технологического; маркетинга, менеджмента и предпринимательства; энергетического; информационных технологий и робототехники; технологий управления и гуманитаризации; инженерно- педагогического; энергетического строительства; архитектурного; строительного; транспортных коммуникаций и военно-технического факультета БНТУ. Лабораторный практикум включает в себя десять исследовательских работ: 1)исследование эффективности технических мер защиты от поражения электрическим током; 2)оценка производственного освещения; 3)нормализация микроклимата в производственном помещении; 4)производственная вентиляция для удаления из рабочего помещения паров вредных веществ; 5)защита от производственного шума; 6)защита от вибрации; 7)исследование электромагнитных излучений; 8)исследование напряжённости электростатического поля; 9)пожарная безопасность; 10)оказание первой доврачебной помощи пострадавшему. При проверке знаний по первой лабораторной работе студенты изучают следующие основные вопросы: какие параметры приняты в качестве критериев безопасности электрического тока; какая защитная мера от поражения электрическим током является основной в трехфазных трехпроводных сетях; каким методом рассчитывается защитное заземление для электроустановок; что такое защитное заземление; какие объекты нельзя использовать в качестве естественных заземлителей. При проверке знаний по второй лабораторной работе студенты изучают следующие основные вопросы: что относится к качественным и количественным показателям производственного освещения; на какие типы подразделяется естественное и искусственное освещение; что является нормируемым показателем искусственного освещения; как определяется разряд зрительной работы. При проверке знаний по третьей лабораторной работе студенты изучают следующие основные вопросы: что считается производственным помещением; какие установлены категории работ по тяжести; какими приборами производится измерение относительной влажности воздуха; что такое рабочая зона; как осуществляется разграничение работ по тяжести; что такое допустимые микроклиматические условия; какие приборы используются для измерения скоростей движения воздуха. При проверке знаний по четвёртой лабораторной работе студенты изучают следующие основные вопросы: как классифицируются вредные вещества по степени воздействия на организм человека; какая периодичность контроля содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны; что такое рабочая зона; какие рабочие места являются постоянными. При проверке знаний по пятой лабораторной работе студенты изучают следующие основные вопросы: какие величины используются для оценки воздействия шума на организм человека; какие нормируемые параметры постоянного шума на рабочих местах; как 191 классифицируются непостоянные по времени шумы; что такое область слухового восприятия (область слышимости); в чём состоит сущность метода звукопоглощения и звукоизоляции. При проверке знаний по шестой лабораторной работе студенты изучают следующие основные вопросы: какие параметры характеризуют вибрации; как подразделяются вибрации по способу передачи на человека; как определяется логарифмические уровень виброскорости; какое допустимое значение виброскорости; какое значение усилия нажатия, необходимо для работы ручной машины (для одноручной и двуручной). При проверке знаний по седьмой лабораторной работе студенты изучают следующие основные вопросы: что такое плотность потока энергии; от чего зависит степень и характер воздействия ЭМП на организм человека; как определяется энергетическая экспозиция электрической составляющей ЭМП; чем оценивается интенсивность электромагнитного излучения в диапазоне частот 30 кГц- 300МГц и 300 мГц-300 ГГц. При проверке знаний по восьмой лабораторной работе студенты изучают следующие основные вопросы: что является нормируемым параметром электростатического поля; в чём сказывается отрицательное воздействие статического электричества; что применяется в качестве индивидуальных средств защиты от статического электричества применяется; на каком расстоянии проводятся измерения электростатического поля у экрана видеомонитора. При проверке знаний по девятой лабораторной работе студенты изучают следующие основные вопросы: какие существуют огнетушащие вещества и методы тушения загораний; что такое аэрозольные пожарные генераторы; для чего используют порошковые составы общего назначения; какими основными показателями характеризуется пена; на чём основан принцип действия углекислотных огнетушителей; для чего применяются дренчерные системы пожаротушения. При проверке знаний по десятой лабораторной работе студенты изучают следующие основные вопросы: какие действия оказываются при возникновении у пострадавшего рвоты; как убедиться в правильности действий от реанимации пострадавшего; в каких случаях пострадавшему делается искусственное дыхание; когда при реанимации прекращают искусственное дыхание; из каких этапов состоит первая помощь при поражении электрическим током. Графические элементы системы реализованы с использованием программного продукта Adobe Photoshop. Разработка выполнена в среде Macromedia Flash с использованием Action Script и применяется на кафедре «Охрана труда» БНТУ. 192 УДК 005.334 Методы анализа производственных рисков Студент гр. 112127 Малашко А.М. Научный руководитель – Журавков Н.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Понятие риск в той или иной мере связано с любым видом деятельности. Несмотря на специфику различных видов деятельности и их внутреннюю структуру, принципиальные подходы к оценке рисков имеют много общего хотя, конечно, есть существенные различия в способах реализации принципиальных положений. Как правило в системе оценки рисков выделяются три уровня: - методологические принципы, то есть принципы, определяющие концептуальные положения, являющиеся наиболее общими и не зависящими от специфики рассматриваемого вида риска; - методические принципы, непосредственно связанные с видом деятельности, его спецификой, ценностными представлениями; - операционные принципы, связанные с наличием, достоверностью, однозначностью информации и возможностями ее обработки. Моделируемость рисков связана с тем, что ситуация, при которой возникают риски, может быть описана моделью. Симплифицируемость рисков означает, что при оценке рисков выбирается тот метод, который наиболее «прост» с информационно- вычислительной точки зрения. Весь массив подходов подразделяется в зависимости от доступа внутрь системы на подходы: функциональный и структурный. Функциональный подход используется там, где невозможны по каким-то причинам вход внутрь системы. Прогресс науки стремится в сторону перехода от функционального к структурному подходу, который его дополнял. Окружающий человека мир, процессы, определяющие его жизнедеятельность, в том числе и рисковые события полны системных свойств, которые названы эффектом или процессом. Все многообразие системных свойств, исходя из задач управления рисками целесообразно делить на эмерджментные и синергетические. Каждая система в зависимости от целей исследования имеет свою номенклатуру свойств не принадлежащей ни к одной из систем. Появление эмерджментных рисков может служить основой для методики определения системности. Столь же значимо и понятие – синергия, явление самоорганизации и возникновения структур в виде локализованных на определенных участках среды процессов (то есть внешними воздействиями на объект всегда можно добиться желаемого эффекта). Большинство методов ускорения интеллектуальной деятельности тем или иным образом связаны с эмерджментным подходом, то есть процессом создания систем с эмерджментными свойствами (рисками), который заранее заданы и, как правило, должны удовлетворять определенным требованиям. Синергетический подход изучает свойства, присущие техногенному миру (техносфере, ноосфере) и несмотря на сложности в проектировании, он способен раскрыть и осознать логику происходящих на первый взгляд противоположных процессов: - самоорганизации («образование чего-то из ничего, перехода в новое состояние» и т.д.); 193 - деструкции (разложение, разделение распада и т.д.). Оба рассмотренных подхода в синтезе новых систем возможно обуславливают и дополняют друг друга. УДК 72:537 Негативное воздействие электромагнитного загрязнения Студент гр. 101950 Добриян Я.Г. Научный руководитель – Науменко А.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Рассмотрим наше жилье, рабочие помещения в которых мы проводим основное время нашей жизни. Отопительная система здания, представляет по сути (с точки зрения электротехники) электромагнитный контур, в котором находятся все жильцы дома. В этом контуре за счет того, что на земле сейчас работают миллионы различных передающих станций (радиостанции, телевизионные передатчики, радиолокационные станции, телевизоры, компьютеры, радиотелефоны, СВЧ-печи и т.д.) возникают паразитные электромагнитные поля, имеющие очень широкий спектр. Фактически происходит следующее – все мы живем в условиях хаотичного парамагнитного резонанса: существует магнитное поле земли, а также в наших помещениях возникает высокочастотное магнитное поле (например один из источников – контур отопительной системы). Эти условия достаточны для возникновения в организме или его частях парамагнитного резонанса. При этом происходит поглощение или выделение энергии, которая в свою очередь взаимодействует, например, с контуром отопительной системы. А так как в этом контуре находятся все жильцы этого дома, происходит наложение их излучений. При этом часть жильцов этого дома может болеть и такие люди, как правило, поглощают энергию, т.е. фактически отбирают энергию у здоровых жильцов и т.д. Кроме отопительной системы есть система водопровода, электрические провода. Т.е. мы все фактически живем в электромагнитной паутине – электромагнитном смоге. Воздействие неконтролируемых электромагнитных излучений приводит к тому, что состояние энергетики нашего организма становится нестабильным, происходит навязывание парамагнитного резонанса различными системами и частями организма. Этим объясняется и значительное улучшение нашего состояния когда человек выезжает на природу. Жизнь человека в сельской местности, где нет такой электромагнитной заряженности значительно комфортнее. Многочисленные исследования в области биологического действия ЭМП позволят определить наиболее чувствительные системы организма человека: нервная, иммунная, эндокринная и половая. Эти системы организма являются критическими. Биологический эффект ЭМП в условиях длительного многолетнего воздействия накапливается, в результате возможно развитие отдаленных последствий, включая дегенеративные процессы центральной нервной системы, рак крови (лейкозы), опухоли мозга, гормональные заболевания. Особо опасны ЭМП могут быть для детей, беременных, людей с заболеваниями центральной нервной, гормональной, сердечно-сосудистой системы, аллергиков, людей с ослабленным иммунитетом. Результаты клинических исследований показали, что длительный контакт с ЭМП в СВЧ диапазоне может привести к развитию заболевания, клиническую картину которого определяют, прежде всего, изменения функционального состояния нервной и 194 средечно-сосудистой систем. Было предложено выделить самостоятельное заболевание – радиоволновая болезнь. Это заболевание, по мнению авторов, может иметь три синдрома по мере усиления тяжести заболевания: - астенический синдром; - астено-вегетативный синдром; - гипоталамический синдром. Наиболее ранними клиническими проявлениями последствий воздействия ЭМ- излучения на человека являются функциональные нарушения нервной системы, проявляющиеся прежде всего в виде вегетативных дисфункций неврастенического и астенического синдрома. Учитывая важную роль коры больших полушарий и гипоталамуса в осуществлении психических функций человека, можно ожидать, что длительное повторное воздействие предельно допустимого ЭМ-излучения (особенно в децеметровом диапазоне волн) может повести к психическим расстройствам. УДК 331.45(1-87) Новые риски – новые тенденции: зарубежный опыт охраны труда Студент гр. 113627 Стальмаков Д.А. Научный руководитель – Науменко А.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск По данным Международной организации труда, воздействие неблагоприятных производственных факторов на здоровье персонала по всему миру ежегодно вынимает из кармана работодателей суммы, в 20 раз превышающие размеры официальной финансовой помощи мирового сообщества развивающимся странам и составляющие до 4 % валового внутреннего продукта развитых стран. Так что, обеспечивая благоприятные условия труда, зарубежные работодатели прежде всего стремятся минимизировать собственные потери. Детальный анализ производств с привлечением высоких технологий и современных методик мониторинга позволяет увидеть новые угрозы, возникшие в последние 10-20 лет. Их влияние не столь очевидно, как эффект кирпича, падающего на голову строителя, или вибрации отбойного молотка в руках дорожного рабочего, однако от этого каждая такая угроза не делается безопаснее. Так, на сегодняшний день большинство государств признает необходимость интенсификации разработки современных нормативных решений по следующим направлениям: физиология производственной среды; психология производственной среды. Физиология производственной среды Физиологическое направление охватывает два основных аспекта: воздействие на работника вредных веществ на производстве и нарушения в работе опорно- двигательного аппарата работников, вызванные особенностями производства или трудовой функции. Своеобразные вопросы перед специалистами по охране труда ставят и стремительно развивающиеся технологии, использующие ультрамелкие и наноэлементы (вещества и элементы в объемах менее 100 нанометров, что примерно в 500 раз меньше толщины человеческого волоса), (направление – «нанотоксикология»). Самостоятельный и сравнительно новый вид рисков представляют собой канцерогенные и мутагенные субстанции, а также репродуктивные токсины (в т.ч. и 195 вещества, разрушающие эндокринную систему организма). Специалисты утверждают, что до 4% всех онкологических заболеваний имеют производственную природу. Однако, причиной столь впечатляющего количества смертей становятся не только специфические канцерогенные субстанции, использующиеся лишь в отдельных отраслях, но и табачный дым курящих сослуживцев, выхлопные газы автомобилей под окном офиса или же мелкая древесная пыль на деревообрабатывающих производствах. Отдельным рядом в составе первой группы физиологических проблем являются биологические риски, связанные с распространением новых неизлечимых или трудноизлечимых инфекционных заболеваний (СПИДа, гепатитов, специфических лихорадок и др.), а также с возрождением Некогда побежденных инфекций (сибирской язвы, чумы, туберкулеза и пр.), приобретших в наше время новые каналы распространения и новые, устойчивые к традиционным медикаментам, формы. Целый ряд нетривиальных рисков охватывает и другая группа физиологических проблем современной производственной среды. Так, ускорение производственных процессов, необходимость долгое время проводить в одном и том же положении и (или) производить однообразные операции вызывает у работников весьма широкий спектр нарушений в работе опорно-двигательного аппарата. Нужно отметить, что этот аспект труда приобретает особую важность в контексте общемировой тенденции старения рабочей силы, расширяющей границы группы риска в данной области. Некоторые сложности вносит сюда и глобализация, ведущая к расширению притока рабочих-мигрантов из развивающихся стран, не знакомых ни с новыми технологиями, ни с правилами безопасной работы, применяемыми в странах приема. В то же время при разработке соответствующих стандартов необходимо учитывать и активную интеграцию инвалидов в современные производственные процессы. Несомненно, что эта группа работников имеет определенные специфические требования к физиологическим аспектам труда. Психология производственной среды Психологическое направление современной концепции охрана труда охватывает различные аспекты психологического климата на производстве, или так называемой «психологии производственной среды». Здесь выделяется следующая проблема: изучение воздействия психологических и организационных факторов на уровень производственного травматизма и другие аспекты производства. В общем и целом вся идея «психологии производственной среды» предназначена, прежде всего, для исключения производственных стрессов, так как, по мнению специалистов, именно стресс нередко является причиной производственных ошибок и травм. В состоянии стресса может нарушаться не только сон, но и координация движений, способность принимать решения, может снижаться и общая работоспособность, и эффективность трудовой деятельности. Таким образом, сократив воздействие стрессогенных факторов, можно получить не только существенное улучшение качества работы, но и заметное снижение производственного травматизма, а, следовательно – и сопутствующих финансовых затрат. Одним из факторов является недостаточный баланс между работой и частной жизнью работников. Работники склонны перерабатывать, а работодатель – предъявлять завышенные требования к работникам. Работник нередко тратит на завершение определенного проекта или фрагмента работы вечер или ночь, вместо того, чтобы отдохнуть, пообщаться с друзьями и родственниками, поучаствовать в социальной жизни. Серьезное внимание уделяется сегодня специалистами и вопросам жестокости на производстве. Физическая и психологическая жестокость, которые в недавнем прошлом считались проблемой скорее дисциплинарной, сегодня также входят в сферу охраны труда. Оба вида жестокости взаимосвязаны и часто встречаются в 196 совокупности. Физическая жестокость проявляется чаще всего в непосредственном физическом воздействии на работника (нападении, нанесении телесных повреждений, применении физической силы для принуждения работника к выполнению каких-либо задач и т.д.). Психологическая жестокость наиболее часто проявляется в виде моббинга/буллинга (от англ. to mob – нападать толпой; буллинг - to bully – запугивать), то есть заругивания., а также в виде харассмента (от англ. to harass – изводить). Последний нередко расшифровывают как «сексуальное домогательство», хотя в общем случае он может быть вовсе лишен сексуального аспекта и представляет собой просто те или иные систематические и необоснованные приставания со стороны коллег или руководства (например, по национальному или возрастному признаку). В свою очерезь, к буллингу нередко относят практику «посвящения в работники» новичку и дедовщину, в большей степени характерные для небольших предприятий и для отраслей, предполагающих тяжелый физический труд. Таким образом, и буллинг, и харассмент также входят в категорию стрессогенных факторов производственной среды. УДК 621.3:658.345(075.32) Об устранении аварий в электрических сетях 0,4 – 35 кВ Студенты гр. 106327 Калишевич В.А., Щука В.Н. Научный руководитель – Филянович Л.П. Белорусский национальный технический университет г. Минск Региональные электрические подстанции и электрические сети часто повреждаются от внезапных снегопадов, низких или, напротив, слишком высоких температур, сильных ветров и, как следствие, аварийных ситуаций на энергообъектах, что приводит к отключению садовых товариществ, деревень, поселков и даже городов, создает угрозу электротравм. Причиной перебоев электроэнергии может быть также налипание мокрого снега на провода, в результате чего происходят обрывы проводов. Проблемой при этом является шквалистый ветер, который валит деревья, что также приводит к обрывам ЛЭП. Аварийная ситуация может быть следствием снегопада, который обильно ложится на деревья, они ломаются, что приводит к их падению на линии электропередачи. Одна из главных причин большого количества отключений при сильных осадках и порывистом ветре в том, что в течение лета работники лесничества не разрешают вырубать так называемые «угрожающие деревья». Очевидно, что для быстрой ликвидации аварийной ситуации необходимо прежде всего ее локализовать, то есть точно установить место обрыва провода или выхода из строя какого-либо энергооборудования, а затем как можно скорее ее устранить, для чего следует подобрать и задействовать возможные резервные схемы подключения и произвести ремонт оборудования и обеспечить безопасность электротехнического персонала. Выпускается ряд приборов для работы на электрических подстанциях и в распределительных сетях напряжением от 0,4 до 35 кВ. Контроллер аварий ввода КАВ-2 предназначен для обнаружения аварийных ситуаций на электрических подстанциях и в распределительных сетях и регистрации аварийных процессов с привязкой ко времени в цифровом виде во внутренней памяти. Индикатор короткого замыкания (ИКЗ) предназначен для определения направления поиска места короткого замыкания на воздушных линиях распределительных электросетей напряжением 6 – 35 кВ, отключившихся в результате 197 короткого замыкания. Визуальный индикатор указывает направление поиска места повреждения. Прибор срабатывает при междуфазных коротких замыканиях, которые сопровождаются скачком тока в фазах линии. Порог срабатывания индикатора соответствует увеличению тока на 50 – 100 А. При восстановлении напряжения на линии сработавшие индикаторы автоматически возвращаются в исходное состояние. Комплекс МАКС-Т представляет собой радиосистему, состоящую из расположенных на диспетчерском пункте антенны, приемного комплекта МАКС-2Д и персонального компьютера. На каждом контролируемом ТП или РП устанавливаются антенна, передающий комплект МАКС-2П и датчики аналоговых и дискретных сигналов, Контролируемые ТП или РП передают по радиоканалу на диспетчерский пункт сигнал аварии или проникновения. На диспетчерском пункте производится прием аварийного сигнала, определение его типа, запоминание и выдача его на экран монитора персонального компьютера, также возможно подключение активного мнемощита. Ведется архив всех событий. При возникновении аварийной ситуации данный комплекс позволяет электротехническому и диспетчерскому персоналу оперативно локализовать аварию, действуя не наугад, а рассчитав точные значения параметров работы энергообъектов, и заметно ускорить время восстановления работоспособности энергосистемы. При этом обеспечивается безопасность персонала, выполняющего ремонтно-восстановительные работы. Внедрение современных аппаратных и программных решений для сетей 0,4 – 35 кВ позволит существенно снизить вероятность аварийных ситуаций и сократить время их ликвидации, а так же безопасность электротехнического персонала. УДК 331.45:005 Особенности организации менеджмента охраны труда на предприятии Студент гр. 113627 Белых Е.С. Научный руководитель – Науменко А.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск В современных экономических условиях широкое распространение на предприятиях получают новые модели систем управления охраной труда (СУОТ). Активное внедрение этих систем в структуру управления организацией делает акцент на отлаженный механизм менеджмента охраны труда. Менеджмент охраны труда на предприятии должен быть направлен на непрерывное совершенствование охраны труда в соответствии с целями организации. Задача менеджера: достижение целей с вовлечением в их реализацию большого количества работников, но меньшего количества ресурсов, что значит – высокоэффективно. Поэтому к сотрудникам, которые на разных уровнях структуры организации занимаются менеджментом, предъявляются особые требования. Для того чтобы СУОТ была эффективной, в организации должны быть распределены роли, ответственность и полномочия между менеджерами всех уровней управления. Сегодня в менеджменте актуален вопрос равного распределения ответственности и полномочий, что является залогом наилучшего взаимодействия между работниками и подразделениями, подведомственными техническому директору. Современный менеджмент в области охраны труда строится по принципы всеобщего участия, сотрудничества и вовлечения работников в СУОТ. Руководству необходимо 198 создать условия, при которых безопасность производства является неотъемлемой, основной на внутреннем убеждении, составляющей деятельности каждого работника. Достигнуть этого легче в тех организациях. Где сокращено количество уровней управления и активно используется процедура делегирования полномочий. Современная структура управления характеризуется индивидуальной ответственностью каждого работника за общий результат. Структура ориентирована на отказ от формализации работы по отдельным функциям, сокращение числа уровней и ступеней управления, повышение уровня горизонтальной интеграции между менеджерами, взаимную информированность, самодисциплину и ориентацию на достижение требуемых результатов. Функции менеджера безопасности труда: - организация ведения баз данных о состоянии охраны труда; - сбор и анализ информации о результатах внутреннего аудита, производственного контроля опасных производственных объектов и контроль в области охраны труда; - проведение анализа для принятия решения руководством организации о необходимости изменения процедур управления и непрерывного совершенствования СУОТ. Менеджер должен демонстрировать личную приверженность безопасности: соблюдать все правила охраны труда, отдавать приоритет безопасности перед другими производственными проблемами, поощрять инициативы, связанные с улучшением безопасности, содействовать участию сотрудников в улучшении результатов деятельности в области охраны труда. Менеджер-руководитель должен принимать личное участие в расследовании несчастных случаев и других происшествий на производстве. Принцип управления предприятием, ориентированный на максимальную безопасность производства позволяет снизить затраты от непроизводительных потерь, к которым относятся прямые и косвенные потери от несчастных случаев и аварий. Система менеджмента охраны труда должна обеспечивать людские, материальные и финансовые ресурсы, позволяющие эффективно разрабатывать, внедрять, пересматривать и поддерживать безопасность и совершенствовать СУОТ. Приверженность руководителей всех уровней управления принципам совершенствования охраны труда создает фундамент для успешной и безопасной трудовой деятельности как подсиненного менеджеру коллектива, так и предприятия в целом. Высшее руководство должно однозначно своими действиями, что безопасность не уступает по уровню значимости таким экономическим категориям, как цена, производительность и качество. УДК 621.181 Оценка условий труда машиниста котлов Студенты гр. 106417 Бахарь М.В, гр. 106627 Шелестова А.В. Научный руководитель – Винерский С.Н. Белорусский национальный технический университет г. Минск Надежность и экономичность работы котлов связана с четкой организацией работы эксплуатационной службы. В это понятие входит широкий круг вопросов, включающих обеспечение дисциплинированной квалифицированной работы персонала, постоянный контроль за работой оборудования систем автоматики, исправностью арматуры, контрольно-измерительных приборов, обеспечение работы 199 котла в соответствии с нормативными характеристиками, режимными картами, поддержание необходимых параметров режима горения, водного режима, требуемых соотношений расходов «вода – пар», «топливо – воздух», «тяга – дутье», контроль за эксплуатационной чистотой поверхностей нагрева и организация их очистки, за соблюдением сроков и объемов планово – предупредительных и капитальных ремонтов, учет и планирование показателей работы котельного оборудования и т.д. Перед заступлением на работу (приемкой смены) машинист котлов должен совершить обход в соответствии с утвержденной маршрутной картой, убедиться в исправности оборудования, осведомиться у сдающего смену машиниста о работе оборудования, ознакомиться с записями в суточной ведомости и журнале дефектов, затем отдать рапорт начальнику смены, назвав основные параметры работающих котлов и замечания, выявленные при обходе оборудования, а потом, получив разрешение у начальника смены цеха, расписаться в суточной ведомости и приступить к работе. В течение смены работа машиниста котлов производится в соответствии с режимными картами, инструкциями, технологическими указаниями и другими нормативными актами. Фактический баланс рабочего времени при работе машиниста котлов Оршанской ТЭЦ представлен в таблице. Фактический баланс оперативного времени при работе машиниста котлов представлен в таблице Рабочая зона (точки обслуживания) Процент времени смены Главный щит управления 70,0 Мазутный, газовый и питательный узлы (отметка 6,6 м) 10,0 Отметка обслуживания барабана котла (отметка 18,0 м) 5,0 Нулевая отметка 10,0 Все зоны обслуживания характеризуются неблагоприятными и вредными санитарно-гигиеническими факторами. 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 1,6 1,4 15,8 70,0 Отметка обслуживания барабана котла 4,2 1,8 21,2 65,0 Нулевая отметка 0,8 0,7 8,6 30,0 Уровни шума в точках обслуживания приведены в таблице Место замера Нормативное значение (ПДУ), дБА Фактическая величина, дБА Главный щит управления 65 66 Мазутный, газовый и питательный узлы 80 88 Отметка обслуживания барабана котла 80 84 Нулевая отметка 80 81 200 Параметры микроклимата (работа контролировалась 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 питательный узлы 20…24 23,2 не более 75 39 Отметка обслуживания барабана котла 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 значение Фактическая величина Мазутный, газовый и питательный узлы 100 70 Отметка обслуживания барабана котла 100 210…350 Анализ условий труда машиниста котлов показывает, что его работа 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 условиях труда (при повышенном уровне шума, высокой температуре, низкой относительной влажности, повышенной интенсивности инфракрасного излучения), при регулярно чередующейся трехсменной работе с ночной сменой. УДК 658.345 Охрана труда в организациях малого предпринимательства Студентка гр. 105410 Есина М.В. Научный руководитель – Мордик Е.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Управление охраной труда в организации осуществляет ее руководитель, в структурных подразделениях организации – руководители структурных подразделений. Создание служб охраны труда предусмотрено ст. 16 Закона Республика Беларусь «Об охране труда», а также ст. 227 Трудового кодекса Республики Беларусь. Отсутствие в организации службы охраны труда (специалиста по охране труда) не освобождает ее руководителя от обязанности обеспечивать организацию работы и осуществление контроля по охране труда. Для обеспечения безопасности труда и предупреждения профессиональных заболеваний проходят предварительные (при поступлении на работу) и периодические (в течение трудовой деятельности) обязательные медицинские осмотры, а также внеочередные медицинские осмотры при ухудшении состояния здоровья. Руководители и специалисты, принятые на работу в организацию, проходят вводный инструктаж. Не позднее месяца со дня назначения на должность и периодически в соответствии с требованиями нормативных правовых актов, но не реже 201 одного раза в три года, руководители и специалисты проходят проверку знаний по вопросам охраны труда в соответствующих комиссиях для проверки знаний по вопросам охраны труда. Результаты проверки оформляют протоколом. Если организации не находятся в подчинении республиканского органа государственного управления, иной государственной организации, подчиненных Правительству Республики Беларусь, другой организации, то проверка знаний по вопросам охраны труда лиц, указанных выше, проводится в соответствующих комиссиях местных исполнительных и распорядительных органов (далее – комиссия райисполкома). Работникам, занятым на производстве с вредными и (или) опасными условиями труда, а также на работах, связанных с загрязнением или выполняемых в неблагоприятных температурных условиях, предоставляется специальная одежда, специальная обувь и другие необходимые средства индивидуальной защиты (далее – СИЗ), смывающие и обезвреживающие средства в соответствии с установленными нормами. Также с работниками проводятся инструктажи по охране труда. Проведение первичного, повторного, внепланового, целевого инструктажа, стажировки и подтверждается личными подписями в журнале регистрации инструктажа по охране труда установленной формы. Журналы регистрации вводного инструктажа по охране труда, регистрации инструктажа по охране труда должны быть пронумерованы, прошнурованы и скреплены печатью. Контроль за современным и качественным проведением обучения, инструктажа и проверки знаний работников организации по вопросам охраны труда осуществляет специалист по охране труда (уполномоченное лицо по охране труда). Хотя должностные инструкции относятся к кадровой документации, в них, тем не менее, необходимо отражать и вопросы охраны труда. При назначении работника на ту или иную должность необходимо учитывать его знания соответствующих стандартов безопасности труда, норм, правил и инструкций по охране труда, средств коллективной и индивидуальной защиты от воздействия опасных и вредных производственных факторов. Инструкции по охране труда разрабатываются на основе нормативных правовых актов, в том числе технических нормативных правовых актов, требования которых должны соблюдаться в организации, а также требований по охране труда, изложенных в технологической документации, технической документации на оборудование, эксплуатируемое в организации. В инструкции по охране труда включаются только те требования, которые относятся к охране труда и выполняются самими работающими. Примерный перечень обязательных документов по охране труда, которые должны быть в организации: приказы, локальные нормативные правовые акты, которые утверждаются руководителем, перечни (утверждаются руководителем), журналы, другие документы: протоколы, акты, планы, законодательные и иные нормативные правовые акты. УДК 621.165 Оценка условий труда начальника смены электростанции Оршанской ТЭЦ Студенты гр. 106417 Климентионок Б.К, Болбот С.С. Научный руководитель – Винерский С.Н. Белорусский национальный технический университет г. Минск Начальник смены электростанции относится к группе руководящего оперативного персонала в смене и входит в состав лиц, без разрешения которых персонал электростанции не имеет права осуществлять отключение, включение, испытания систем автоматики и средств диспетчерского и технологического управления оборудованием. Он же руководит работами по ликвидации аварий на 202 электростанции и при нарушениях режима работы, повреждениях оборудования, возникновении пожара, обнаружении дефектов, угрожающих повреждением оборудования и должен немедленно принять меры к восстановлению нормального режима работы или ликвидации аварийного положения. Фактический баланс его рабочего времени включает организационное обслуживание (5% времени смены – на ведение технической документации и работу с персоналом в кабинете) и оперативное время (90% времени смены), 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. Баланс оперативного времени при работе начальника смены котлотурбинного цеха Оршанской ТЭЦ представлен в таблице Рабочая зона (точки обслуживания) Процент времени смены 1. Главный щит управления 70,0 2. Котельное отделение: - мазутный, газовый и питательный узлы (отметка 6,6 м) 5,0 - отметка обслуживания барабана котла (отметка 18,0 м) 2,5 - нулевая отметка 2,5 3. Турбинное отделение: - отметка 4,5 м(у турбины, у рабочего стола) 5,0 - нулевая отметка (у сетевых и питательных насосов, у масло- и воздухоохладителей) 2,5 4. Мазутонасосная 2,5 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 минеральн ые (ПДК = 5 мг/м3) 1. Главный щит управления 1,0 0,9 10,0 36,0 - 2. Котельное отделение: - мазутный, газовый и питательный узлы 1,6 1,4 15,8 70,0 - - отметка обслуживания барабана котла 4,2 1,8 21,2 65,0 - - нулевая отметка 0,8 0,7 8,6 30,0 - 3 Турбинное отделение: - отметка 4,5 м 0,6 0,52 8,3 - 2,2 - нулевая отметка 0,68 0,6 9,4 - 2,6 4. Мазутонасосная 30,0 7,9 Уровни шума приведены в таблице Место замера Нормативное значение (ПДУ), дБА Фактическая величина, дБА 1.Главный щит управления 65 66 2. Котельное отделение: - мазутный, газовый и питательный узлы 80 88 - отметка обслуживания барабана котла 80 84 - нулевая отметка 80 81 203 3. Турбинное отделение: отметка 4,5 м: - у рабочего стола 80 90 - у турбины 80 95 - нулевая отметка 80 91 4. Мазутонасосная 80 96 Температура воздуха (работа выполнялась в холодный период года) приведена в таблице. Температура, 0С Место замера Нормативное значение Фактическая величина 1. Главный щит управления 21…25 29,8 2. Котельное отделение: - мазутный, газовый и питательный узлы 20…24 23,2 - отметка обслуживания барабана котла 20…24 50,0 - нулевая отметка 20…24 21,0 3. Турбинное отделение: - отметка 4,5 м 20…24 29,4 - у рабочего стола 20…24 23,8 - у турбины 20…24 24,0 4. Мазутонасосная 20…24 39,0 Анализ данных исследований показывает, что работа начальника смены электростанции 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 сменой) и связана с высоким нервно-эмоциональным напряжением, вызываемым риском возможных аварийных ситуаций. УДК 658.382:620(075.8) Применение эргономики для повышения уровня безопасности Студенты гр. 106327 Минчук О.С., Коновалова К.В. Научный руководитель – Филянович Л.П. Белорусский национальный технический университет г. Минск Несчастные случаи вызываются целым рядом причин. К самым серьезным из них относятся: падение (30 %), отсутствие или неправильное использование инструмента (21 %), удар о машину, механизм, инструмент (14 %). Часто одной из составляющих причин несчастного случая является неправильная организация рабочего процесса (19 %) или же непосредственно рабочего места (15 %). Одним из ведущих факторов среди причин несчастных случаев могут быть неправильные действия персонала. Такое положение возникает из-за того, что руководители работ не обеспечивают соблюдение правил техники безопасности и эргономики. Одной из важных причин травматизма является потеря внимания персонала, зачастую связанная со значительным физическим и психофизиологическим утомлением. Физическая усталость работников между прочими иными причинами вызывается длительной интенсивной нагрузкой, связанной с нехваткой технических вспомогательных средств. В такой ситуации отсутствие знаний о том, как правильно использовать внутренние 204 способности человеческого организма в сочетании с чрезмерными тяжестями, которые приходится перемещать вручную, приводит к образованию перегрузок и, как следствие, к получению серьезных травм (например, выпадение межпозвоночных дисков) или к сильным болям (главным образом, в поясничном отделе позвоночника). Риск появления подобных проблем увеличивается при часто возникающей необходимости придавать телу неудобные, неправильные позы и находиться в таких позах в течение длительного времени (положение стоя без возможности опереться; руки, поднятые выше уровня плеч; наклоны и/или повороты туловища; приседание). Многие рабочие специальности выполняют некоторые виды работ в положении на корточках или на коленях. В результате физической усталости и болевых ощущений со стороны опорно-двигательного аппарата (что связано и с перемещением вручную тяжелых предметов, и с неправильными позами тела) внимание работников притупляется, а это, в свою очередь, провоцирует увеличение количества несчастных случаев. Профессиональные заболевания органов опорно-двигательного аппарата, вызваны неправильными движениями при выполнении работы и чрезмерными перегрузками, достаточно высоко. Односторонняя перегрузка отдельных органов движения провоцирует причисляемые к профессиональным заболеваниям хронические заболевания периферической нервной системы, вызванные давлением на нервные окончания. Важной причиной появления профессиональных заболеваний органов опорно- двигательного аппарата, вызванных нерациональным способом выполнения работы, является неправильный способ перемещения предметов с большой массой. Использование основ эргономики дает возможность согласовывать массу предмета, который необходимо перемещать, с условиями работы, При этом следует учитывать высоту, с которой предмет поднимается, и высоту, на которую он перемещается, расстояние перемещаемого предмета от вертикальной оси тела, частоту выполняемых подъемов (перемещений), степень поворота тела. Кроме того, очень важно, какую поверхность (гладкую или шероховатую) имеет перемещаемый предмет. Иными словами, удобно ли его захватывать и удерживать. Мероприятия, обеспечивающие безопасность труда электротехнического персонала должны быть направлены, повышение уровня знаний в области проблем техники безопасности и эргономики, и на уменьшение физических нагрузок (для предупреждения нарушений деятельности органов опорно-двигательного аппарата). Исключение или ограничение возникновения неправильных (влияющих на появление недомогания) способов выполнения работ, является одной из основ эргономики. Основными принципами правильной эргономической организации рабочего места являются: 1. На рабочем месте необходимо иметь возможность без особых усилий придать телу вертикальное положение с легким наклоном вперед. 2. Информационные элементы, находящиеся на рабочем месте (мониторы, экраны, индикаторы, приборы) должны быть видны при выпрямленном туловище и при легком наклоне головы вперед. 3. Необходимо обеспечить возможность выполнения основных рабочих операций в различных позах тела, без потери качества выполняемой работы. 4. Организация рабочего места должна давать возможность производить рабочие операции как в позиции стоя, так и сидя (попеременно, в соответствии с временным предпочтением). Для этой цели следует использовать соответствующее кресло ( с подлокотниками и подножкой, регулируемое по высоте). Исключением являются рабочие операции при которых необходимо приложение значительных усилий - их следует выполнять в положении стоя. 205 5. Если работа выполняется в положении стоя, тяжесть тела следует равномерно распределять на обе ступни. При этом рекомендуется использование подножек, позволяющих сменить позицию (например, временный перенос веса тела на одну ногу). Подножки должны быть сконструированы таким образом, чтобы при их использовании не приходилось поднимать всю ступню. 6. Зона выполнения основных движений, необходимых для самых частых рабочих операций, должна находиться в средней части пространства, составляющего весь диапазон движения. Особенно это касается движений головы, туловища и рук. 7. В случае необходимости применения значительных физических усилий, следует задействовать все группы мышц, а усилия прилагать вдоль оси направления движения. 8. Работа руками должна производиться ниже уровня сердца. Если руки необходимо поднимать выше (даже кратковременно), то в такой позиции не следует применять слишком большое усилие. При необходимости работать с поднятыми руками рекомендуется использовать опоры для рук. 9. Перерывы для отдыха должны компенсировать напряжение любого рода – и физическое, и информационное, и возникающее в результате некомфортных окружающих условий. Длительность перерывов должна быть соизмерена с видом и продолжительностью рабочего процесса. УДК 621.791:658.382 Психофизиологическое воздействие при выполнении сварочных работ Студент гр. 104816 Микулич В.В. Научный руководитель – Данилко Б.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Несмотря на совершенствование способов дуговой сварки и сварочных материалов, до настоящего времени многие гигиенические проблемы сварочного производства окончательно не решены. Как следствие этого зачастую остаются неудовлетворительными условия труда электросварщиков, что неблагоприятно сказывается на их здоровье и работоспособности. Комплексный характер отрицательного влияния на здоровье сварщиков опасных и вредных производственных факторов, а также тяжести и напряженности труда, сопутствующие процессам дуговой сварки, требуют осуществления различных оздоровительных мероприятий. Тяжесть труда – фактор трудового процесса, отражающий преимущественную нагрузку на опорно-двигательный аппарат и функциональные системы организма (сердечно-сосудистую, дыхательную и др.), обеспечивающие его деятельность. Тяжесть труда характеризуется физической динамической нагрузкой, поднимаемым и перемещаемым грузом, стереотипными рабочими движениями, статической нагрузкой, рабочей позой, наклоном корпуса, перемещениями в пространстве. Напряженность труда – фактор трудового процесса, отражающий нагрузку преимущественно на центральную нервную систему, органы чувств, эмоциональную сферу работника. К показателям, характеризующим напряженность труда, относятся: интеллектуальные, сенсорные, эмоциональные нагрузки, монотонность нагрузок, режим работы. Психофизиологическое воздействие на рабочего проявляется при физической нагрузке преимущественно на опорно-двигательный аппарат и функциональные системы (сердечно-сосудистую, дыхательную и др.), обеспечивающие его 206 деятельность, а также при нервно-психических нагрузках преимущественно на центральную нервную систему. Психофизиологическое воздействие на человека может проявляться в виде физических и нервно-психических нагрузок. Физические нагрузки вызывают у человека статическое и динамическое перенапряжение. Статическое перенапряжение зависит от массы сварочного инструмента, гибкости шлангов (проводов), длительности непрерывной работы, поддержания рабочей позы. В результате статического перенапряжения может возникнуть заболевание нервно-мышечного аппарата плечевого пояса. В зависимости от расположения места сварки сварщик выбирает рабочую позу, приближая органы зрения на расстояние, обеспечивающее достаточно четкую видимость зоны сварки и возможность выполнять рабочие движения с требуемой точностью. Все многообразие рабочих поз при сварке можно разделить на пять групп: стоя, сидя, полусидя, стоя на коленях и лежа на спине. Наибольшие энергозатраты наблюдаются при сварке швов полусидя и стоя в потолочном положения или лежа на спине в низких отсеках. Динамическое перенапряжение связано с доставкой на рабочее место заготовок, сварочных материалов, подъемом и переноской приспособлений, поворотом свариваемых узлов. При сварке ответственных конструкций сварщик не должен испытывать даже кратковрем6енных перенапряжений. Утомление при статическом перенапряжении развивается быстрее, чем при динамическом с такой же перегрузкой. Нервно-психические нагрузки приводят к перенапряжению зрительных анализаторов и возникновению нервно-эмоционального напряжения у сварщиков. Перенапряжение зрительных анализаторов зависит от напряжения зрения, вызванного непрерывностью наблюдения за недостаточно контрастными небольших размеров элементами зоны сварки (сварочная ванна, зазор в стыке, глубина кратера, кристаллизующийся шов и т.д.), а также неблагоприятными условиями работы органов зрения. Перенапряжение зрительных анализаторов может привести к утомлению и как следствие – к нарушению сократительной функции глазных мышц. Нервно-эмоциональное напряжение может быть вызвано ответственностью за выполняемую работу, высокими требованиями к качеству сварных соединений, сложностью или необычностью работы, особенно в условиях дефицита времени. Нервно-эмоциональное напряжение может нарушить функциональное состояние сердечно-сосудистой и центральной нервной системы (повышение артериального давления, измерение латентного (скрытого) периода двигательно-моторной реакции). Условия труда, исходя из гигиенических критериев, подразделяются на классы: оптимальные условия труда (1 класс) – такие условия, при которых сохраняется здоровье работников и создаются предпосылки для поддержания высокого уровня работоспособности; допустимые условия труда (2 класс) характеризуются такими уровнями факторов среды и трудового процесса, которые не превышают установленных гигиенических нормативов для рабочих мест, а возможные изменения функционального состояния организма, возникающие под их воздействием, восстанавливаются во время регламентированного отдыха или к началу следующей смены и не оказывают неблагоприятного действия в ближайшем и отдаленном периоде на состояние здоровья работников; вредные условия труда (3 класс) характеризуются наличием вредных производственных факторов, выходящих за пределы гигиенических нормативов и оказывающих неблагоприятное действие на организм работника; 207 опасные условия труда (4 класс) характеризуются уровнями производственных факторов, воздействие которых в течение рабочей смены (или ее части) может создать угрозу для жизни, высокий риск развития острых профессиональных поражений, в том числе и тяжелых форм. Вредные условия труда по степени отклонения параметров факторов от гигиенических нормативов и выраженности изменений в организме работников подразделяются на степени вредности: 1 степень 3 класс (3.1) – условия характеризуются такими отклонениями уровней вредных факторов от гигиенических нормативов, которые вызывают функциональные изменения, восстанавливающиеся, как правило, при более длительном (чем к началу следующей смены) прерывании контакта с вредными факторами и увеличивают риск повреждения здоровья; 2 степень 3 класса (3.2) – уровни вредных факторов, вызывающие стойкие функциональные изменения, приводящие в большинстве случаев к увеличению заболеваемости, появлению начальных признаков или легких форм профессиональных заболеваний; 3 степень 3 класса (3.3) – условия труда, характеризующиеся такими уровнями вредных факторов, воздействие которых приводит к развитию, как правило, профессиональных болезней легкой и средней степеней тяжести; 4 степень 3 класса (3.4) – условия труда, при которых могут возникать тяжелые формы профессиональных заболеваний. Для профессий сварочного производства характерными являются вредные условия труда классов 3.1 и 3.2. УДК 658.343 Риски строительных профессий Студентка гр. 105410 Лукашевич Е.А. Научный руководитель – Мордик Е.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Значительная часть строительных рабочих представляет собой неквалифицированную рабочую силу; другая их часть сгруппирована по профессиям, требующим квалифицированного труда. Строительные проекты, особенно крупные, представляют собой сложные и динамически развивающиеся организации. На одной строительной площадке могут одновременно работать несколько работодателей, выполняющих различные этапы проекта. Как и представители других профессий, строительные рабочие подвергаются обычно следующим четырем видам опасности: химической, физической (воздействие окружающей среды), биологической и социальной (психофизиологической). Опасные физические воздействия окружающей среды включают в себя шумы, повышенную и пониженную температуру окружающей среды, радиацию, вибрацию и барометрическое давление. Опасность химического воздействия существует в воздухе, и человек часто подвергается ей воздушным путем через пыль, дым, туман, пары или газы. Растяжение сухожилий и связок относится к числу наиболее широко распространенных травм среди строительных рабочих. Риски перегрева или переохлаждения возникают, главным образом, потому, что большая часть строительных работ производится на открытом воздухе, основном источнике соответствующих заболеваний. Биологическая опасность связана с возможным воздействием инфекционных микроорганизмов, токсических веществ биологического происхождения и укусов животных. Социальные 208 (психофизиологические) опасности обязаны своим происхождением социальной организации отрасли. Для оценки внешних условий на основные или вспомогательные рабочие места необходимо владеть информацией и производимых работах и знать состав исходных и промежуточных элементов производства, характерных для той или иной работы или производственного задания. Для измерения и оценки профессиональных рисков необходимо рассмотреть совершенно новые условия, в которые поставлены строительные рабочие. Для уменьшения концентрации вредных воздействий полезно предварительно рассмотреть такие вопросы, как источник возникновения и среда распространения вредных воздействий, подвергающихся опасности контингент рабочих. Наиболее эффективный способ защиты рабочих от вредных условий производства состоит в том, чтобы заменить основной источник таких вредностей на безвредный. Наиболее простой и эффективный способ борьбы с источниками излучающих вредных воздействий (шумы, ультрафиолетовое излучение от дуговой сварки, инфракрасное излучение от горячих предметов) состоит в том, чтобы вокруг них возвести защиту из подходящего материала. Основными источниками теплового перегрева являются погода и тяжелый физический труд. Неполноценное питание и неадекватные санитарно-технические условия на производстве также могут приводить к возрастающему воздействию вредных производственных условий. Охрана труда должна входить неотъемлемой составной частью в подряды и субподряды. Все рабочие и служащие должны проходить курсы профессиональной подготовки и повышения квалификации, в том числе и по вопросам охраны труда. УДК 614.84:681.51 Системы автономного пожаротушения в супермаркетах Студент гр. 113627 Захаревич О. Научный руководитель – Науменко А.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Создание системы огнезащиты является одной из актуальных проблем магазинов любого формата. Одним из основных ее составляющих является система автономного пожаротушения. Она имеет целый ряд достоинств. В число главных задач системы входит: обнаружение очага возгорания на ранней стадии, локализация и тушение пожара. Система автономно пожаротушения состоит из нескольких компонентов. Первый – это система пожарной сигнализации, в задачи которой входит обнаружение очага возгорания посредством различных датчиков и сенсоров, извещение людей находящихся в здании о пожаре, включение оборудования, предназначенного для тушения пожара и системы удаления дыма из здания. Одним из основных элементов системы пожарной сигнализации является приемно-контрольный пульт, который Получает данные от датчиков и сенсоров, включает звуковое оповещение, а в дальнейшем управляет тушением пожара, удалением дыма и притоком свежего воздуха в здании. Вторым компонентом системы автономного пожаротушения являются установки пожаротушения. В первую очередь о них и пойдет речь в данной статье. Впервые были введены в супермаркетах установки порошкового пожаротушения, но эксперты в данной области сошлись в мнениях, что эти установки малоэффективны, поэтому на смену им пришли установки газового пожаротушения – дорогостоящие и эффективные установки. Установки обеспечивают максимальную 209 сохранность ценностей, в том числе электронного оборудования, компьютеров и даже документов. Вся система газового пожаротушения состоит из баллонов, в которых под давлением находится газ (СО2, аргон, фреон или азот), трубопроводов, а также насадок для распыления газа в помещении. Ограничением для применения газовых установок является то, что газы непригодны для дыхания, а по этой причине их нельзя использовать в местах большого скопления людей. В совокупности с высокой стоимостью это сделало установки газового пожаротушения непопулярными для объектов торговли. Наиболее распространенными в торговых объектах являются установки водяного пожаротушения. Они являются достаточно эффективными и не представляют угрозы для персонала и посетителей магазина. Различают два основных типа установок водяного пожаротушения: это спринклерные и дренчерные установки. Оба типа используют для тушения пожара воду, однако, они имеют различные типы оросителей, то есть устройств, которые осуществляют разбрызгивание воды. Основной принцип создания оросителей – минимальный расход воды без ущерба для эффективности тушения пламени. Это позволяет свести к минимуму ущерб от воды, который может быть причинен товарам в магазине любого формата. Еще одним распространенным типом установок пожаротушения являются пенные системы. По своей конструкции они сходны с установками водяного пожаротушения, однако, несмотря на это, являются несколько более эффективными. Единственным конструктивным отличием является наличие резервуаров с пенообразующими веществами, а также5 дозаторов для их смешивания с водой. Ограничение их применения в магазине связано с тем, что пенные системы пожаротушения способны причинить значительный вред товарам. УДК 658.382 Профессиональная заболеваемость литейщиков Студент гр. 417418 Федоров С.В. Научный руководитель – Лазаренков А.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Для выявления последствий и установления закономерностей воздействия условий труда на литейщиков были проведены исследования профессиональной заболеваемости работающих в литейных цехах (сталелитейных, чугунолитейных и цветного литья). Специфическое воздействие отдельных производственных факторов на организм работающих в литейном производстве находит отражение в случаях профессиональной заболеваемости. Анализ заболеваемости проводился по данным карт учета профзаболеваний и результатам периодических медицинских осмотров. Изучение состояния профессиональной заболеваемости в литейных цехах показало, что наиболее распространенными среди литейщиков являются заболевания от воздействия пыли (силикоз и пылевой бронхит), вибрации (вибрационная болезнь), шума (кохлеарный неврит слухового органа). При этом на работающих в литейных цехах приходится 61,3 % заболеваний вибрационной болезнью, 37,4 % кохлеарным невритом слухового органа, 92,8 % силикозом и 83,1 % пылевым бронхитом от общего количества аналогичных профессиональных заболеваний на машиностроительных предприятиях. Анализ распределения профзаболеваний в литейных цехах показывает, что заболеваемость кохлеарным невритом слухового органа, вибрационной болезнью и пылевой патологией в литейных цехах представляет серьезную проблему. При этом 210 следует отметить, что пылевая патология литейщиков составляет около 88 % всех случаев пылевой патологии, кохлеарный неврит слухового органа около 40 %, а вибрационная болезнь – более 60 % всей вибрационной патологии в машиностроении. Более высокий процент случаев заболеваний силикозом и пылевым бронхитом объясняется значительным применением ручного инструмента на обрубочных и зачистных работах, техническим состоянием оборудования и низкой эффективностью приточно-вытяжных вентиляционных систем, особенно для локального улавливания и удаления пыли на рабочих местах стерженщиков, формовщиков, обрубщиков, чистильщиков литья и ремонтников. Кроме того на данных рабочих местах отмечаются высокие концентрации кварцсодержащей пыли, в среднем порядка 10–25 мг/м3, а содержание в пыли кремнезема, определяющего силикоопасность её, составляет от 56 до 80%. Напряженная тепловая обстановка в цехах способствует большей степени воздействия пыли на организм человека и приводит к повышению уровня заболеваемости. Сравнение распределения заболеваемости силикозом и пылевым бронхитом у работающих в цехах чугунного и стального литья показало, что в цехах стального литья силикоз и пылевой бронхит развивается чаще. Это объясняется более высокой агрессивностью пыли в цехах стального литья, так как под воздействием высоких температур кремнезем переходит в модификацию кристобалит и тридимит, которые обладают более выраженной фиброгенностью. Наиболее высокий коэффициент заболеваемости невритом слухового органа в литейных цехах приходится на профессии обрубщиков, формовщиков, плавильщиков и чистильщиков литья. Однако группа ремонтников имеет наиболее высокий коэффициент заболеваемости, так как им приходится непосредственно контактировать с шумным оборудованием. В литейных цехах наблюдается значительное количество заболеваний вибрационной патологии. Данное положение можно объяснить тем, что в цехах работающие с ручным вибрационным инструментом (особенно обрубщики и чистильщики литья) кроме больших физических нагрузок, выполняют работы в вынужденных напряженных позах, подвергаются кроме того большим тепловым нагрузкам и охлаждающему микроклимату, что способствует развитию виброболезни. При анализе экспериментальных данных замечено, что наиболее неблагополучной является профессия обрубщика. На долю виброболезни приходится около 12 % всех случаев заболеваний обрубщиков. Остальные приходятся на пылевой бронхит (44 %), силикоз (20 %) и неврит слухового органа (24 %). Кроме того в группе обрубщиков зарегистрированы самые короткие сроки развития вибрационной болезни (9,8 лет), неврита слухового органа (13,7 лет) и силикоза (15,8 лет), что подтверждает значительное влияние условий труда на работающих. По вибрационной болезни значительные показатели регистрируются в группе наждачников (21 % от всех заболеваний наждачников). Это связано не только с высокими уровнями вибрации, воздействующими на рабочих этой группы, но и с ее спектральными характеристиками (вибрации средне- и высокочастотного диапазонов). Следует также отметить, что в этих профессиональных группах воздействие вибрации сочетается со значительными физическими усилиями при выполнении технологических операций, что существенно усугубляет ее неблагоприятное воздействие. В группах обрубщиков и наждачников выявляются высокие показатели заболеваемости и короткие сроки развития кохлеарного неврита, являющегося следствием воздействия на работающих интенсивной вибрации в сочетании со значительными физическими усилиями, а также шума. Заболеваемость силикозом и пылевым бронхитом в группах обрубщиков и наждачников также весьма высокая из-за повышенного пригара, приводящего к образованию мелких фракций кремнезема. 211 В группе формовщиков 38 % всех случаев профзаболеваний приходится на неврит слухового органа, 6,6 % на виброболезнь и 55,4 % на пылевые заболевания. Средние сроки развития заболеваний более продолжительные, что объясняется низкочастотными шумами и вибрацией машин ударного действия, а также воздействием вибрации не на протяжении всей смены. В структуру профзаболеваний стерженщиков входят пылевой бронхит (42 %), силикоз (25 %), неврит (28 %) и виброболезнь (5 %). В этой группе выявляются достаточно высокие показатели заболеваемости силикозом, что обуславливается значительным содержанием в пыли диоксида кремния (40–70%). В группе ремонтников случаи профзаболеваний распределяются следующим образом: пылевой бронхит – 44,9 %, силикоз – 8,7 %, кохлеарный неврит – 46,4 %. Замечено, что часто заболевания пылевой этиологии сочетаются с вибрационной болезнью и невритом слухового органа. Сочетание профессиональных заболеваний у работающих в литейных цехах выявлено примерно в 5 % случаев. Причем чаще отмечается сочетание кохлеарного неврита с пылевым бронхитом (в 70 % случаев). Особое внимание следует обратить на появление в списке работников, у которых выявлены профессиональные заболевания, инженерно-технических работников (мастер, начальник участка, технолог, контролер) со сроками развития болезней от 22 до 26 лет. Также обращено внимание на увеличение возраста работающих в литейных цехах, что говорит о непривлекательности данного производства для молодежи. У молодых работников профессиональные заболевания выявляются в возрасте 40–45 лет, что говорит о снижении сопротивляемости организма воздействию комплекса факторов производственной среды. Проблему сохранения здоровья литейщиков необходимо решать комплексно с учетом всех факторов, определяющих условия труда, на основе модернизации ли- тейного оборудования с учетом выявленных конструктивных недостатков, расширения сферы использования манипуляторов и роботов при выполнении тяжелых и опасных ручных операций, значительного улучшения условий труда, особенно работающих на формовочных, плавильно-заливочных и обрубочно-очистных участках, постоянного внимания организационным мероприятиям и строгого профессионального отбора ра- ботающих для литейного производства. Профессиональная заболеваемость также ставит и экономические проблемы, поскольку наносит серьезный экономический ущерб предприятиям. Не менее значимыми являются экономические потери предприятий, вызванные «скрытой» профессиональной заболеваемостью работающих, что приводит к снижению производительности труда, способствуют росту числа травм, случаев инвалидности и заболеваемости с временной утратой трудоспособности, повышению текучести кадров. УДК 621.791:658.345 Средства индивидуальной защиты органов дыхания – новейшие разработки Студент гр. 110417 Стрельцова В.Ю. Научный руководитель – Вершеня Е.Г. Белорусский национальный технический университет г. Минск На протяжении всей жизни человек совершает около 700 миллионов вдохов и выдохов, и примерно треть из них – на работе. От того, насколько чист и безопасен воздух в производственном помещении, на 40% зависит здоровье работника. Средства индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД) – это носимые человеком 212 технические устройства, обеспечивающие защиту организма от опасных и вредных производственных факторов, воздействующих ингаляционно. Средства индивидуальной защиты органов дыхания – необходимая часть соблюдения норм по охране труда на многих предприятиях. Основное назначение средств индивидуальной защиты органов дыхания – защита от вредных воздействий производственной среды, пыли и грязи. Средства индивидуальной защиты органов дыхания подразделяются на два вида по типу защитного действия: изолирующие и фильтрующие. Фильтрующие СИЗОД очищают вдыхаемый воздух от вредных веществ с помощью фильтров, сорбентов и поглотителей, входящих в конструкцию данного СИЗОД. К таким устройствам относятся промышленные респираторы и противогазы. Изолирующие средства индивидуальной защиты органов дыхания полностью ограждают человека от воздействий окружающей среды. Воздух для дыхания поступает из чистой зоны или из источника дыхательной смеси, являющегося составной частью СИЗОД. Изолирующие средства индивидуальной защиты органов дыхания применяются в тех случаях, когда нельзя использовать фильтрующие СИЗОД. Оба типа СИЗОД – как фильтрующие респираторы и противогазы, так и изолирующие дыхательные аппараты, состоят из двух основных конструктивных частей: устройства, обеспечивающего очистку вдыхаемого воздуха (фильтр) или подачу чистого воздуха из незагрязненного источника, и лицевой части, которая проводит чистый воздух в органы дыхания. Виды средств индивидуальной защиты органов дыхания: Вид средств индивидуальной защиты органов дыхания Описание средств индивидуальной защиты органов дыхания Противогаз Прибор, защищающий органы дыхания, лицо и глаза человека от вредных веществ, находящихся в окружающей среде в виде газов, аэрозолей, паров, взвесей. Защищает от отравляющих, радиоактивных, бактериальных и др. веществ. Человек вдыхает воздух, который фильтруется и очищается в патроне противогаза. Респиратор Средство индивидуальной защиты органов дыхания от попадания аэрозолей: дым, пыль, туман. Представляет собой фильтрующую полумаску. Простейшие средства индивидуальной защиты органов дыхания Ватно-марлевые повязки, противопыльные тканевые маски. Защищают от аэрозолей, пыли и бактериальных веществ. Новейшим средством индивидуальной защиты органов дыхания – является капюшон Феникс уникальное защитное средство, предназначенное для самостоятельной эвакуации из мест возможного отравления химически опасными и вредными веществами. Защитный капюшон Феникс, обладает минимальными размерами и весом, а главное одновременно защищает от более чем 20 химически опасных веществ. Состоит из: 1. Прозрачная маска изготовлена из полиимидной пленки. Полиимид – прочный и негорючий материал, способный выдерживать температуру до 8000 с. Полностью закрывая волосы, кожу лица и головы, маска защищает от искр и открытого пламени. 213 2. Фильтрующее-поглощающий элемент – основа защитного капюшона.. Изготовленный по запатентованной технологии, позволяет обеспечивать защиту от 25 веществ и их соединений, среди которых хлор, аммиак, синильная кислота, циклогексан и др. 3. Зажим для носа необходим для обеспечения дыхания только через загубник и уменьшения конденсата. Даже при повреждении маски, благодаря зажиму для носа, дыхание осуществляется через фильтр. 4. Эластичный обтюратор плотно облегая шею, обеспечивает герметичность подмасочного пространства. Применяемый латекс не вызывает раздражения и аллергию. 1. Удобный в применении 2. Для любого возраста 3. Легкий и компактный 4. Одевается за секунды 5. Обеспечивает мобильность и круговой обзор 6. Не стесняет движений Защита не менее 20 минут Защитный капюшон Феникс прошел все необходимые испытания и сертификацию. Отмечен высшими наградами и дипломами. Уже сейчас крупнейшие компании и многие частные лица, осознавшие необходимость личной безопасности приобрели Феникс. В последнее время появились новейшие разработки в области защиты дыхания - теплоизоляционные маски для защиты от пониженных температур. Такие маски позволяют комфортно дышать даже при температурах до -600 с. Тепловая маска работает и нагревает вдыхаемый воздух без дополнительной энергии, используя (удавливая) тепло выдыхаемого человеком воздуха. Это осуществляется за счет мелкой теплоемкой металлической сетки, например, выполненной из нержавеющей стали, через которую проходит вдыхаемый и выдыхаемый воздух. Причем в зависимости от температуры окружающей среды и физической нагрузки используют одну или две сетки, что увеличивает теплоемкость теплообменника. Применяемая сетка практически не оказывает сопротивления прохождению воздуха при вдохе и выдохе, что не создает затруднений при дыхании. Одновременно применяемая мелкая сетка является и хорошим фильтром, препятствующим проникновению снега и пылевидных частиц в подмасочное пространство. Такие тепловые маски применяются не только в производстве, но при экстремальных температурных режимах жизнедеятельности человека: поисково- спасательных работах, работах на открытом воздухе или внеотапливаемых помещениях в зимнее время, спорт, туризм, охота, рыбалка и т.п. УДК 331 Улучшение условий труда на основе инновационных достижений Студент гр. 113627 Журкевич М.В. Научный руководитель – Науменко А.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск В условиях рыночной экономики, когда работодатель самостоятелен в своей хозяйственной деятельности, действовавшие ранее принципы регулирования вопросов 214 в области охраны труда сковывают его действия в поисках новых решений и введении новаций. Проблема улучшения условий труда на основе инновационных достижений научно-технического прогресса требует более глубокого и комплексного изучения социальных последствий его внедрения с использованием для этого как экономических, так и физиологических, психологических, медицинских, эргономических исследований. Для целенаправленного коренного улучшения условий труда на тех участках и производствах, где они особенно неблагоприятны, требуются ускоренное внедрение более прогрессивных и принципиально новых технологических процессов, разработка таких технологических решений, которые будут способствовать ликвидации или существенному сокращению физических, тяжелых работ, а так же работ с неблагоприятными производственными условиями. Мероприятия по обеспечению благоприятных условий труда необходимо предусматривать и разрабатывать уже на стадиях научного замысла и предпроектных изысканий, а затем последовательно реализовывать в эскизном проектировании, рабочих чертежах и технологических картах, не допуская никаких отступлений от проектов. Государственный контроль за строгим соблюдением норм и требований по безопасности труда также должен осуществляться на всех стадиях создания новых техники и технологий. В целях существенного сокращения численности занятых на работах с неблагоприятными условиями труда необходимо перейти от выпуска отдельных машин или их серий к созданию систем машин, механизмов, транспортных устройств и оборудования с дистанционным управлением технологическими процессами с централизованного изолированного пульта, а затем – с помощью компьютеров. Следует больше внимания уделять одному из наиболее перспективных средств освобождения человека от тяжелого и монотонного труда – роботизации работ, требующих больших физических усилий и связанных с вредными воздействиями на человека. При разработке и отборе конструкций роботов учитываются разнообразные и многочисленные критерии: стоимость и универсальность, грузоподъемность и габариты, объем обслуживания и удобство программирования, точность и быстрота действия. Однако не всегда и не в полной мере учитываются условия труда при технологических процессах, подлежащих роботизации в первую очередь. Из общего числа используемых в машиностроении роботов в литейном производстве применяются лишь 8%, в окрасочных цехах и участках – 7 %, гальванических – 6 %, на сварочных работах – только 4%, т.е. меньше всего так, где по состоянию условий труда наиболее распространено предоставление различных компенсаций. Анализ влияния новой техники и современных технологий на состояние условий труда позволяет сделать вывод о его противоречивом характере. Объективные данные свидетельствуют об отсутствии заметных позитивных результатов улучшения условий труда вследствие внедрения новых технологий, машин и оборудования. Из этого следует, что научно-технический прогресс только тогда даст положительные результаты в области условий труда, когда он будет ориентироваться на достижение этих результатов. В связи с этим одним из приоритетных направлений государственной политики в области охраны труда должна стать целенаправленная ориентация на создание безопасной техники. Несомненно, самое действенное средство устранения неблагоприятных условий труда – их коренное улучшение на основе научных достижений. Инновационный подход к вопросам охраны труда может принести работодателю значительную экономическую выгоду. Соответственно, снижаются дополнительные финансовые затраты – как прямые (различные выплаты и компенсации потерпевшим, налагаемые штрафы за нарушение требований охраны труда и т.п.), так и косвенные (вынужденные 215 простои оборудования, снижение производительности труда, расходы на дополнительное обучение работников и др.). УДК 621.3:658.345(075.32) Устройства предупреждения чрезвычайных ситуаций в электрических сетях Студенты гр. 106327 Суглоб Г.В., Яковлевич А.А. Научный руководитель – Филянович Л.П. Белорусский национальный технический университет г. Минск Пренебрежение правилами пожарной безопасности, перегрузки питающей электропроводки и отсутствие систем защиты стали в последнее время широко распространенным явлением. Трагические стечения обстоятельств, превышение рекомендуемых сроков эксплуатации электросетей и так называемый «человеческий фактор» наносят материальный ущерб, который измеряется сотнями миллионов рублей. По некоторым оценкам, сумма общих затрат от ущерба, наносимого огненной стихией составляет около 1 % валового национального продукта. Больше всего пожаров, источниками которых являются электросети и электрооборудование, происходит в промышленности и сельской местности. В среднем по Республике Беларусь ежедневно происходит, по меньшей мере, 1 пожар, причиной которого послужило нарушение нормальной работы электрических сетей: неправильная эксплуатация и конструктивные недостатки электрооборудования, неправильный монтаж и устройство электрических сетей и электрооборудования, значительное превышение нагрузочной способности. Анализ пожаров на предприятиях и объектах народного хозяйства приведших к гибели людей и к значительному ущербу, показывает, что значительную пожарную опасность в электрических сетях до 380 В представляют возгорания электропроводки и электрооборудования со сроком эксплуатации более 20 лет (такое оборудование не в состоянии обеспечить гарантируемую безопасность даже при нормальных режимах работы электрических установок). При нормальной работе напряжение в электрической сети квартир и жилых домов составляет 220 В. В случае недостаточного контакта (подгорание, окисление), а также повреждения (обрыва) нулевого провода в трехфазной сети возникает несимметричный режим. Распределение тока повышенного напряжения между электрооборудованием, расположенным после места повреждения нулевого провода, будет осуществляться по оставшемуся отрезку нулевого провода и по фазным проводам. На том участке сети, где включены электропотребители большей мощности, напряжение понизится (это обусловлено наличием большого внутреннего сопротивления электроприемников), а на других – повысится (может превышать 300 В). Так как бытовые приборы не рассчитаны на такое напряжение, то его повышение (выше указанной величины), как правило, приводит к выходу их строя приборов, включенных в тот момент в электрическую сеть и в ряде случаев – к возгоранию. Если на производстве или в общественном месте возникновение аварии может быть вовремя замечено и приняты меры к устранению, то в частном секторе и в быту из-за отсутствия постоянного присмотра, скорее всего, первые признаки остаются без внимания. Пожарная сигнализация реагирует только на факт наличия пламени или дыма, т.е. с уже свершившимся фактом аварии. 216 Одним из путей снижения вероятности возникновения пожаров в электрических сетях является применение устройств, ограничивающих их пожароопасные параметры. Это устройства ограничения мощности, перенапряжения и специализированные устройства релейной защиты. Датчики напряжения или реле напряжения СР-710, 720 предназначены для непрерывного контроля величины напряжения в сети 220 В (СР 730 – в трехфазной 380 В), защиты электроустановок, электроприборов и т.п. от перепадов напряжения с возможностью ручной регулировки верхнего и нижнего порога отключения. При восстановлении требуемых параметров напряжения в сети производится автоматическое включение нагрузки. Ограничители мощности ОМ-2 и ОМ-631 предназначены для контроля потребления мощности в однофазных сетях отключения питания в случае несанкционированного подключения посторонних потребителей к вашей питающей сети или превышения потребления свыше установленного значения от 200 Вт до 2000 Вт (для ОМ-611 – от 100 Вт до 100 кВт) и определяется параметрами внешнего трансформатора тока. Реле тока приоритетные РR-602, 603 и РR- 612 - РR-615 обеспечивают непрерывный контроль величины потребляемого тока и отключение неприоритетных потребителей от сети электропитания при превышении его выше установленного значения, а также автоматическое их подключение при снижении величины потребляемого тока. Автоматы защиты электродвигателей или реле контроля фаз серии CZF и CRF предназначены для предохранения электродвигателей, питаемых от трехфазной сети переменного тока, от выхода их из строя в случае пропадания напряжения хотя бы в одной фазе или снижении его уровня ниже допустимого, а также при асимметрии напряжения между фазами, нарушении их чередования или обрыва нулевого провода. Автоматы обеспечивают возможность ручной регулировки величины напряжения. Автоматические переключатели фаз РF-431, 441 и 451 предназначены для повышения надежности питания однофазных потребителей (нагрузки) путем непрерывного контроля напряжения в каждой фазе трехфазной сети переменного тока. В случае отклонения напряжения питания от допустимого значения в какой-либо фазе происходит переключение питания на фазу с нормальными параметрами. УДК 537.531 Человек и электромагнитное излучение Студент гр. 113517 Фёдорова Е. И Научный руководитель – Науменко А.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Электромагнитное излучение увидеть невозможно, а представить не каждому под силу, и потому нормальный человек его почти не опасается. Между тем если суммировать влияние электромагнитного излучения всех приборов на планете, то уровень естественного геомагнитного поля Земли окажется превышен в миллионы раз. Масштабы электромагнитного загрязнения среды обитания людей стали столь существенны, что Всемирная организация здравоохранения включила эту проблему в число наиболее актуальных для человечества, а многие ученые относят ее к сильнодействующим экологическим факторам с катастрофическими последствиями для всего живого на Земле. 217 Энергетическое влияние электромагнитного излучения может быть различной степени и силы. От неощутимого человеком (что наблюдается наиболее часто) до теплового ощущения при излучении высокой мощности. Сверхмощные электромагнитные влияния могут выводить из строя приборы и электроаппаратуру. По тяжести влияния электромагнитное излучение может не восприниматься человеком вообще или же привести к полному истощению с функциональным изменением деятельности мозга и смертельному исходу. Исследования показали, что продолжительное влияние электромагнитного излучения, даже относительно слабого уровня, может вызвать раковые заболевания, потерю памяти, болезни Паркинсона и Альцгеймера, импотенцию и даже повысить склонность к самоубийству. Особенно опасны поля для детей и беременных женщин. Электромагнитные излучения способствуют изменению гормонального статуса мужского организма, возрастанию уровня хромосомных аберраций, вызывают изменения в репродуктивной системе. Сложность проблемы заключается не только во влиянии на здоровье населения, но и на здоровье и интеллект будущих поколений. Идет возрастание врожденных аномалий развития. За последние годы в городах количество разнообразных источников электромагнитных излучений во всем частотном диапазоне резко увеличилось и продолжает стремительно увеличиваться. Это системы сотовой связи, радары ГАИ, новые телеканалы и множество радиовещательных станций. Особую проблему представляет электротехническое оборудование зданий (трансформаторы, кабельные линии и т. д.), которое круглосуточно, непрерывно облучает жилые помещения, в которых и без того находятся холодильники, утюги, пылесосы, электропечи, телевизоры, компьютеры и многое другое, что мы ежедневно включаем в розетку. Одним из основных источников влияния электромагнитного излучения в наших квартирах является электропроводка. Большинство наших квартир малогабаритные, с небольшими кухнями, с близкорасположенной электропроводкой, заставленные холодильниками, печами СВЧ, электроплитами, электрочайниками, вытяжками и стиральными машинами. В отличие от западных стран, где используется трехпроводная сеть, кожухи и панели электроприборов заземлены и не излучают, у нас используется двухпроводная сеть без заземления и соответственно с большим излучением. В США электропроводка прокладывается в экранирующем коробе или рукаве в углах стыка стен, где и устанавливается розетка. В России электропроводка монтируется без экрана на высоте 1 метра от пола, как раз на уровне головы и верхней части спины сидящего человека, облучая, таким образом, самые важные органы. Если изменить электропроводку в доме почти невозможно, то находиться вблизи электроприборов как можно реже в силах человека. Поэтому удивляет беспечность обитателей квартир, когда у них весь день включены музыкальные центры, родители засыпают под работающий телевизор, а дети играют около микроволновой печи. Люди, не живущие в городах и далекие от прелестей цивилизации, тоже не могут быть спокойны. Земная поверхность таит в себе немало источников электромагнитных излучений влияющих на здоровье живых организмов. Их называют геопатогенными зонами. Долгое пребывание человека в этих зонах оказывает такое же воздействие, как и нахождение около электромагнитных излучений. Структура этих зон сложная и полиморфная, установлено несколько причин их возникновения: пересечения подземных водных потоков, проходящих на разных уровнях, геологические разломы, залежи полезных и неполезных ископаемых. 218 УДК 621.3:658.345(075.32) Электробезопасность в распределительных сетях Студент гр. 106327 Гайдукевич М.А., студент гр. 106317 Шелег А.С. Научный руководитель – Филянович Л.П. Белорусский национальный технический университет г. Минск Надежность и электробезопасность персонала обслуживающего распределительные электросети 0,4 – 10 кВ (в сетях -15, 20 и 110 кВ) и, соответственно, надежность электроснабжения потребителей электроэнергией является важнейшей составляющей энергетической безопасности страны. Уровень безопасности электросетей зависит от многих факторов: проектных решений, качества материалов, оборудования, строительства и монтажа объектов; системы организации технического обслуживания и ремонта; укомплектованности и квалификации персонала; интенсивности и величины действия климатических условий (стихийных явлений) и т.д. Воздействие на распределительные электросети вышеперечисленных факторов - каждого по отдельности или же в совокупности – особенно влияет на воздушные линии электропередачи (ВЛ), которые могут находиться в нормальном или аварийном режимах.. Однако наиболее существенное влияние на изменение режима ВЛ оказывают действие сверхрасчетных климатических условий (скорость ветра, интенсивность и плотность гололедно-изморозевых отложений, температура окружающего воздуха, продолжительность и интенсивность дождей, интенсивность снегопадов и т.п.), интенсивность грозовой деятельности и наводнения. Такие явления называют также чрезвычайными ситуациями(событиями) природного характера. Необходимо учесть, что при ликвидации последствий ураганов многие бригады одновременно или поочередно допускаются к работам в действующих электроустановках с необходимостью приближения и прикосновения к неизолированным токоведущим частям-проводам ВЛ. Полная электробезопасность работающих может быть обеспечена только при максимальном укомплектовании бригад и использовании ими современных электрозащитных средств и приспособлений. Таким образом может быть повышен уровень защиты работников оперативно- выездных, ремонтно-эксплутационных и строительно-монтажных электросетевых бригад, стационарных и передвижных испытательных электролабораторий и машинистов автомобильных грузоподъемных кранов, подъемников, телескопических и других вышек, выполняющих работы в действующих электроустановках. После устранения последствий урагана и восстановления поврежденных распределительных и других электросетей для электротехнического персонала электросетевых организаций энергосистемы стали очевидными необходимость использования и необходимость создания резервных комплектов электрозащитных средств и приспособлений. Для этого дополнительно могут быть приобретены бесконтактные указатели и сигнализаторы напряжения, универсальные сигнализаторы напряжения, универсальные электроизолирующие штанги, переносные защитные заземления, электроизолирующие и защитные перчатки, специальные пилы с электроизолирующей рукояткой, универсальные стеклопластиковые лестницы, переносные автомобильные прожекторы для освещения рабочих мест. Они необходимы для допуска временных бригад к работам по стягиванию деревьев, упавших на провода и опоры ВЛ. При формировании таких временных бригад из работников разных профессий и специальностей, не связанных с постоянным обслуживанием ВЛ. Целесообразно назначать руководителями бригад (бригадирами, 219 производителями работ) квалифицированных работников (ИТР или рабочих), имеющих группы безопасности 4 – 5 и практический опыт выполнения аналогичных работ. Необходимо обеспечивать их средствами защиты и приспособлениями для предотвращения электротравм и других несчастных случаев, заранее назначать руководителей таких бригад для выполнения возможных аварийно-восстановительных работ в распределительных электросетях. Для установления действительных причин обрыва проводов и поломки железобетонных и деревянных опор ВЛ из-за воздействия на них нормативных или сверхрасчетных скоростных напоров ветра и разработать экономически обоснованные мероприятия по обеспечению устойчивости этих опор, необходимо знать реальные скоростные напоры ветра на трассах ВЛ. В настоящее время используются только данные местных метеослужб. Целесообразно систематически измерять фактические скорости ветра на трассах ВЛ с помощью переносных портативных приборов- анемометров. После урагана на краях узких просек и лесов остается немало высоких деревьев с оборванными корнями, опасно наклоненных в сторону ВЛ, которые необходимо спилить с соблюдением требований электробезопасности, чтобы они не упали на провода и опоры линий при возможных последующих стихийных явлениях (сильном ветре и снегопаде)., а также целесообразно выравнивать или закрепять дополнительными оттяжками опоры ВЛ, наклоненные в результате падения деревьев на провода. УДК 693.22.004.18 Исследование математического описания электромеханических систем, содержащих звенья с распределенными параметрами. Студент гр. АЭП-062 Вишнеревский В.Т. Научный руководитель – Леневский Г.С. Белорусско-российский университет г. Могилев Целью настоящей работы является получение и исследование математического описания линейных и кольцевых объектов с распределенными параметрами. В механических элементах оборудования, содержащих звенья с распределенными параметрами, возникают упругие деформации, которые могут в значительной степени повлиять на поведение всей электромеханической системы. Для улучшения технико-экономических показателей, повышения безопасности, предупреждения аварийных ситуаций и продления срока службы оборудования необходимо усовершенствовать законы управления электроприводом. В связи с этим возникает необходимость в точном математическом описании звеньев с распределенными параметрами. В работе описываются аппроксимированные передаточные функции линейного и кольцевого звеньев с распределенными параметрами. Исследуется погрешность полученных передаточных функций. Динамические процессы в звеньях с распределенными параметрами описываются уравнениями, содержащими частные производные по времени и пространственной координате. Из систем данных уравнений выводятся передаточные функции звеньев, которые являются трансцендентными. Из-за наличия в полученных передаточных функциях гиперболических функций возникают сложности при моделировании электромеханических систем, содержащих подобные объекты, т.к. в данном случае нельзя применить методы прямого анализа и синтеза. 220 Для упрощения задачи моделирования необходимо получить аппроксимированные передаточные функции конечной размерности. Существует несколько способов аппроксимации трансцендентных выражений, среди которых необходимо выбрать тот, который позволит описать исследуемые функции с достаточной точностью при минимальных затратах времени на вычисления. В данной работе используется способ аппроксимации путем разложения на простейшие дроби. Суть данного метода заключается в замене исходного выражения суммой выражений, в которые входят полюса и вычеты исходной функции. Полюса функции в первом приближении можно представить как значения резонансных частот, умноженные на мнимую единицу. В свою очередь резонансные частоты можно легко отыскать по экспериментальной логарифмической амплитудно-частотной характеристике или по характеристическому уравнению исходной функции. Все полюса в подобных выражениях являются простыми, поэтому вычеты в полюсах можно вычислять по упрощенной методике. При использовании разложения на простейшие дроби точность получаемой модели зависит от числа учтенных резонансов. Однако слишком большое количество слагаемых в меньшей степени влияет на точность, усложняя вычисления. В работе выбрано оптимальное для проведения исследований количество резонансных частот. Исследование полученных моделей показало, что они описывают исследуемые звенья с достаточной для целей исследования точностью. Полученные аппроксимированные модели могут найти применение при моделировании систем электропривода, а также при создании и настройке электроприводов промышленных установок, в состав рабочих механизмов которых входят звенья с распределенными параметрами. УДК 519.68:345.3 Производственный риск работников нефтепереработки Студент гр. 10ХТ-2 Ходикова Д. А. Научный руководитель  Булавка Ю.А. Полоцкий государственный университет г. Новополоцк Основной целью данного исследования является оценка производственного риска для работников нефтеперерабатывающей отрасли. Под термином «производственный риск» авторы понимают вероятность получения производственной травмы, обусловленной рискованным поведением работников, неудовлетворительной организацией труда и несовершенством техники и технологии производства. В соответствии с этим проведен анализ числа пострадавших при несчастных случаях (НС) на производстве на одном из нефтеперерабатывающих предприятий (НПЗ) Республики Беларусь с утратой трудоспособности на один рабочий день и более, и со смертельным исходом, подлежащие учету на основании акта по форме Н-1. На основании данных архивных материалов и статистической отчетности с начала производственной деятельности НПЗ (за 48 лет эксплуатации), на нем произошло 476 несчастных случаев на производстве, при которых пострадало 488 человек (из них 82,4% составляют мужчины). За весь период эксплуатации предприятия допущено 11 групповых НС, при которых пострадало 23 человека, и 12 НС со смертельным исходом, при которых погибло 13 человек. Топографическим методом определены места на НПЗ с повышенной травмоопасностью на основном производстве – это производство смазочных масел и битумов, на вспомогательном – ремонтное производство. 221 Преобладающий вид происшествий (рис.1), приводящий к несчастному случаю на производстве – механические травмы (они составляют 72% от общего количества потерпевших) вследствие падения предметов, падения на поверхности во время передвижения, падения с высоты, перемещения предметов и грузов, воздействия вращающихся и движущихся узлов машин и механизмов и др. Значительное количество производственных травм приходится на термические ожоги – 18 % НС и химические ожоги – более 7%. термические ожоги 88 химические ожоги 35 отравление вредными веществами 10 обморожения 2 поражение электрическим током 1 падение предметов 116 перемещаемые предметы и грузы 42 вращающиеся и движущиеся узлы машин и механизмов 33 падение с высоты 51 падение на поверхности 68наезды транспортных средств и др. ДТП 31 порезы стеклом 10 Механические травмы 352 Рисунок 1 – Распределение производственного травматизма по видам происшествий Наиболее травмоопасными профессиями на НПЗ являются: оператор технологических установок (аппаратчик) – 20 % НС от общего числа, слесарь – 19% и машинист – 8%. Данный факт можно объяснить преобладанием работников этих профессий над другими, операторы технологических установок и аппаратчики составляют около 20% среднесписочного состава, слесари и машинисты по 7% работающих исследуемого предприятия. Ретроспективное изучение статистики производственного травматизма на НПЗ показало, что нарушения персоналом требований безопасности и личная неосторожность потерпевшего являются одними из ведущих причин несчастных случаев на производстве, соответственно 24 и 17% НС от общего числа (т.е. связаны с так называемым «человеческим фактором»). Также велика доля производственных травм, причины которых – нарушение требований безопасности другими лицами (9,5 %НС) и неисправность оборудования, механизмов и приспособлений (9,5 %НС). Если рассмотреть динамику изменения коэффициента частоты травматизма на исследуемом НПЗ и в целом по РБ с 1990 по 2009 гг. (рис. 2, а), то следует отметить значительное снижение данного показателя за анализируемый период, что может быть связано с более высокий уровнем ответственности руководителей и специалистов за обеспечение безопасных условий труда, целенаправленной работой по предупреждению НС на производстве, ввод в действие СТБ 18001-2009. О достоверности учета НС на производстве как на исследуемом НПЗ, так и в целом по РБ можно судить по результатам сравнительного анализа коэффициентов частоты травматизма (КЧ) и его тяжести (КТ) . Выявлена корреляционная связь (рис.2 а, б): снижение КЧ одновременно вызывает рост КТ (в целом по РБ парный коэффициент корреляции составляет -0,9552; на исследуемом НПЗ парный коэффициент ковариации составляет -0,3165). Это указывает на то, что между 222 коэффициентами частоты и тяжести травматизма существует отрицательная линейная связь, за последние годы на фоне постоянного снижения травматизма резко возросла его тяжесть. Можно предположить, что данная закономерность связана с тем, что регистрироваться стали только более тяжелые случаи, а легкие не фиксируются, к такому выводу приходят и другие исследователи. 0 1 2 3 4 5 19 90 19 91 19 92 19 93 19 94 19 95 19 96 19 97 19 98 19 99 20 00 20 01 20 02 20 03 20 04 20 05 20 06 20 07 20 08 20 09 К о эф ф и ц и ен т ч а ст о ты тр а в м а ти зм а Кч по РБ Кч на НПЗ а 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 19 90 19 91 19 92 19 93 19 94 19 95 19 96 19 97 19 98 19 99 20 00 20 01 20 02 20 03 20 04 20 05 20 06 20 07 20 08 20 09 К о эф ф и ц и ен т тя ж ес ти тр а в м а ти зм а Кт по РБ Кт на НПЗ б Рисунок 2 – Динамика показателей частоты (а) и тяжести (б) производственного травматизма на НПЗ и по РБ Для оценки уровня производственного риска для здоровья работников НПЗ проведено сравнение среднего значения за двадцатилетний период коэффициента частоты производственного травматизма на исследуемом НПЗ, с величиной допустимого риска (1 НС временной трудоспособности на 1000 человек) и аналогичного показателя в целом по РБ, установлено, что исследуемая величина незначительно превышает уровень допустимого риска (на 0,17) и более чем в два раза ниже общереспубликанского показателя. Этот факт можно объяснить реализацией проводимой политики предприятия в области охраны труда: по улучшению условий труда, повышению уровня безопасности, снижению риска производственных травм и профессиональных заболеваний. На исследуемом НПЗ особое внимание уделено профессиональному отбору потенциальных работников и совершенствованию работы по их обучению. Установлено, что среднее значение за последние двадцать лет изучения коэффициента тяжести производственного травматизма на НПЗ составляет 33,48, что на 22% больше, чем в среднем по РБ. Более высокая длительность восстановления трудоспособности после НС на НПЗ, возможно, связано с постоянным контактом работников с токсичными веществами, что приводит к ослаблению иммунной системы. Этот факт согласуется с данными медосмотров, люди, работающие с химическими веществами, чаще болеют общими болезнями, процесс выздоровления идет дольше, дольше заживляются послеоперационные раны. Настоящий анализ позволяет судить о состоянии безопасности труда на одном из НПЗ РБ и служит основанием для разработки и осуществления мероприятий по активизации профилактической работы по предупреждению производственного травматизма, снижению производственных рисков, обеспечивая наивысшую результативность от превентивных мер при наименьших затратах. 223 УДК 613.6.027 : 674 Методики оценки профессионального риска здоровья работающих Магистр Гузовская Н.С., студудентка 3 к. 3 гр. ТТЛП Минигалиева Н.Г Научные руководители – Чернушевич Г.А., Перетрухин В.В. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Целью данной работы является усиление внимания к проблеме оценки профессиональных рисков здоровья работающих. Сложность решения задач по оценке профессионального риска для нашей страны во многом обусловлена тем, что долгие годы у нас не практиковалось использование даже самого термина «риск» 1. В настоящее время в Республике Беларусь накоплен существенный опыт по разработке, внедрению и сертификации систем управления охраной труда в соответствии с СТБ 18001-2009. В связи с тем, что в деятельности по охране труда рассматривается только один риск – риск повреждения здоровья работающего, поэтому словесные сочетания типа «производственные риски», «риски организации в области охраны труда», «риски деятельности организации», на наш взгляд, должны быть выведены из оборота 2. Условно все методы оценки величины профессионального риска можно разделить на количественные и качественные. Наиболее простой метод качественного анализа, когда отсутствуют необходимые данные или их очень мало, это метод диаграмм (рис.1). Такие диаграммы, как правило, представляются в виде матриц, показывающие зависимость уровня (категории) риска от соотношения вероятности события и тяжести его последствий. Рисунок 1 – Матрица риска Таблица 1 – Пояснения к матрице Уровень (категория) риска Величина риска Что надо делать? ОНР (очень низкий риск) 1–3 Выполнение текущих процедур НР (низкий риск) 4–6 Выполнение процедур ответственным исполнителем по охране труда СР (средний риск) 5–9 Требуется соответствующий мониторинг и выполнение специальных процедур и требований ВР (высокий риск) 10–16 Требуются плановые действия, информирование высшего руководства для принятия решений ОВР (очень высокий риск) 15–25 Требуются незамедлительные действия 224 Вероятность и последствия опасного события условно делятся на пять категорий, каждая из которых характеризуется качественными характеристиками: очень низкая, низкая, средняя, высокая и очень высокая. Затем этим категориям присваиваются соответствующие цвета опасности или баллы, например, от 1 до 5. Величина риска будет равна произведению баллов, характеризующих вероятность события и его последствия. Так, очень часто происходящее событие оцениваемое экспертами в 5 баллов, приводящее к легким последствиям, оцениваемым в 2 балла, представляет высокий уровень риска с величиной 10 баллов. Этот метод оценки представляется несколько упрощенным, так как не учитывает так называемый человеческий фактор, лежащий в основе 60 … 70% несчастных случаев. В настоящее время около 90% организаций Республики Беларусь для оценки профессиональных рисков в ходе разработки и сертификации систем управления охраной труда в основном пользуются методом оценки рисков по вероятности их возникновения и серьезности последствий. Оценка рисков (R) заключается в нахождении произведения между вероятностью возникновения опасности (Р) и серьезностью последствий воздействия опасности (S): R = Р S, где R – величина риска; Р – вероятность возникновения опасности; S – серьезность последствий возникновения опасности. При отсутствии статистических данных оценка вероятностей возникновения опасности может осуществляется по качественным характеристикам. Оценку рисков по данной методике проводит, как правило, сам наниматель, часто – с привлечением независимых экспертов. Проделанная работа зависит от квалификации и опыта эксперта, который основываясь только на своих знаниях, опыте, решает к какой категории отнести вероятность и тяжесть нежелательных последствий. В этом видна большая доля субъективизма, т.е окончательные результаты зависят от квалификации и опыта эксперта, что не позволяет говорить об их достоверности и объективности. На практике также используется и метод оценки рисков на основе системы Элмери, основанный на определении индекса безопасности, который равен отношению: %100плохо"" пунктыхорошо"" пункты хорошо"" пункты  . Например, процентное соотношение 60% показывает, что 60 пунктов из 100 соответствуют предъявляемым требованиям. Основным недостатком системы Элмери является то, что все факторы, оказывающие влияние на безопасность труда, принимаются равнозначными без учета их весомости (например, отсутствие ограждений на при работе на высоте и недостаточная ширина проходов между столами в бухгалтерии). Эта система не затрагивает оценки конкретных рисков, выявления опасностей на рабочих местах. Все приведенные методики объединяет наличие субъективизма в оценке риска повреждения здоровья работающего. Оценка рисков позволяет выявить опасности, свойственные данной работе, прежде чем они вызовут несчастный случай или причинят иной вред работнику. Наиболее приемлемым вариантом для оценки профессиональных рисков на рабочих местах является сочетание субъективных (на основе экспертной оценки) и объективных подходов. Основой объективного подхода должна стать оценка условий труда на каждом рабочем месте с выявлением вредных и (или) опасных производственных факторов, увязанная с последствиями нарушения состояния здоровья занятых на этих рабочих местах работников. 225 Литература 1. Асаенок, И. С. Профессиональные риски: методология анализа и управление / Асаенок, И. С., Кученева, Е. Е., Минаковский, А. Ф. – Минск: Бестпринт, 2009. – 181 с. 2. Семич, В. П. Еще раз к вопросу о профессиональных рисках. // Охрана труда. Практикум. – 2010. – № 9. С. 3–15. УДК 661.852.3/7 Проблемы производства свинца из отработанных свинцовых аккумуляторов Студент 2 курса Литвинов Д.А. Научный руководитель – Малашонок И.Е. Белорусский государственный технологический университет г.Минск Устойчивый спрос на свинец обусловлен увеличением производства автомобилей и автомобильных аккумуляторов. В связи с этим производители свинцовых аккумуляторов сталкиваются с необходимостью возврата свинца из отслуживших батарей. Вопросу утилизации свинцовых аккумуляторов большое внимание уделяют экологи, так как токсичный свинец вызывает немало проблем. Пыль, образующаяся на свинцовых предприятиях, содержит большое количество тонкодисперсных возгонов соединений, содержащих свинец. Улавливание их с целью снижения содержания свинца в отходящих газах до предельно допустимых концентраций возможно в рукавных фильтрах. В процессе эксплуатации рукавных фильтров эпизодически происходит их спонтанное возгорание. Целью работы являлось исследование причин спонтанного возгорания рукавных фильтров в процессе восстановления свинца из отработанных свинцовых аккумуляторов и разработка рекомендаций к устранению возгорания рукавных фильтров. Отработанная свинцовая батарея дает лом, в состав которого входят Pb, PbO2, PbSO4 и некоторые другие компоненты, к которым добавляют карбонат натрия, известь, чугунную стружку, кокс. В процессе варки образуются расплав чернового свинца, шлак и газовая фаза, содержащая пыль. Объектом данного исследования являлись выбросы в газовую фазу. Необходимость исследования объяснялась периодическим возгоранием пыли в вытяжной системе, прогоранием рукавных фильтров и, следовательно, выбросом свинца и его соединений в окружающую среду. Исследование состава пыли проводили с использованием метода инфракрасной спектроскопии, методов химического анализа. Инфракрасные спектры получены на ИК- Фурье спектрометре NEXUS компании NICOLET (США). Процесс получения свинца ведут при температурах 1000 - 1200ºС, которая достигается за счет сжигания жидкого топлива или природного газа. При осуществлении технологического процесса в коротко-барабанной печи сульфат свинца вступает в реакцию обмена с карбонатом натрия: PbSO4 + Na2CO3 = PbCO3 + Na2SO4. Термическое разложение оксида свинца (IV) PbO2 и карбоната свинца PbCO3 с образованием оксида свинца (II) PbO начинается при 300˚С и заканчивается при температуре выше 500˚С. Темно-коричневые кристаллы оксида свинца(IV) PbO2 при температуре около 300˚С превращаются в оранжевый Pb2O3 (PbO+PbO2), при 400˚С - в красный Pb3O4, а выше 530˚С - в желтый оксид PbO, который восстанавливается до металлического свинца. Оксид свинца (II) – летучий оксид. Улетучивается PbO под 226 атмосферном давлении при температуре выше 750˚С, скорость улетучивания возрастает с ростом температуры и особенно энергично происходит при 1000˚С. Анализ инфракрасных спектров поглощения свидетельствует о наличии в составе образцов пыли сульфатов свинца и натрия (наиболее интенсивные полосы 1100, 630, 600 см-1). Полосы меньшей интенсивности (1350 – 1500, около 850 см -1) обусловлены присутствием в составе пыли карбонатов (PbCO3, Na2CO3) и оксида PbO. В составе пыли определено наличие сульфидов. При воздействии на образцы пыли 20%-ного раствора соляной кислоты выделяется сероводород, определяемый органолептически. В случае возгорания сульфидов образуется и выделяется в газовую фазу экологически опасный SO2. Наличие PbO можно выявить визуально по характерному желтому цвету оксида. В составе пыли содержится также свинец в свободном состоянии. Для подтверждения предложенного состава пыли провели исследование обожженного образца пыли. PbO2 и PbCO3 в процессе обжига разлагаются, сажа выгорает. При этом увеличивается массовая доля PbO в составе пыли. После прокаливания в составе пыли даже визуально заметно увеличение количества желтого оксида PbO. Поскольку восстановитель (кокс) не сгорает полностью, в составе пыли содержится значительное количество углерода (сажа, кокс). Твердым углеродом возможно восстановление PbO. Восстановление оксида свинца (II) до металла углеродом начинается при температуре 300˚С. Восстановление оксида свинца возможно также оксидом углерода (II). Согласно термодинамическим расчетам восстановление PbO до металлического свинца оксидом углерода (II) возможно даже при стандартной температуре. Однако, процесс восстановления оксидом углерода(II) реально возможен при температурах выше 710˚C, поскольку равновесие реакции CO2 + C  2CO смещается в сторону образования CO при температуре выше 710˚С. В составе компонентов коротко-барабанной печи возможно присутствие также сульфида свинца. Образование PbS возможно при взаимодействии сульфата свинца с углеродом или оксидом углерода (II): PbSO4 + C = PbS + CO2. Таким образом, пыль, образующаяся при черновой варке свинца, представляет собой многокомпонентную систему. Из печи уносятся частицы кокса, сажи (продукт неполного сгорания углерода), свинец (в виде сульфата PbSO4, карбоната PbCO3, сульфида PbS, оксидов PbO, PbO2 и металлического свинца), соединения натрия (Na2SO4, Na2CO3). При производстве свинца, согласно литературным данным [1], аэрозоли могут содержать 50 – 60% (масс.) металлического свинца. Углерод и свинец – вещества, представляющие опасность самовозгорания [2]. Тонкоизмельченный свинец обладает пирофорными свойствами (температура самовоспламенения свыше 580оС) – при нагревании вспыхивает на воздухе [3,4]. Сажа также вызывает повышенную пожарную опасность, температура ее самовоспламенения 600°C. Горение сажи непродолжительно и скорее напоминает вспышку. Сажа, осевшая на стенках воздуховода, может воспламениться от искр из печи. Риск возгорания увеличивается при повышении температуры. Остальные компоненты пыли либо не горючи, либо их содержание очень мало. Основными причинами возгорания рукавного фильтра являются самовоспламенение аэрозоля пыли свинца и сажи в газоходе за счёт увеличения концентрации пыли в нём выше допустимой и увеличение температуры газовой смеси 227 выше температуры самовоспламенения. Самовоспламенение аэрозоля приводит к распространению пламени по трубопроводу до фильтра – в результате загорается фильтр. Рекомендации по устранению причин самовозгорания: 1. Для обеспечения пожаровзрывобезопасности следует увеличить расход газовой смеси в газоходе (увеличить производительность дымососа). Концентрация пыли в газовой смеси на выходе из плавильной печи не должна превышать 1,5 – 2,5 г/м3. 2. Установить в начале газохода датчик по определению температуры газовой смеси и в процессе плавки её контролировать. 3. Организовать снижение температуры в начале газохода до безопасной величины (≈460оС) за счёт дополнительного подсоса атмосферного воздуха либо установки поверхностного теплообменника. Литература 1. Гардон, Г.М Пылеулавливание и очистка газов в цветной металлургии. / Г.М. Гардон, И.Л. Пейсохов. – М.: Металлургия, 1977. – 456 с. 2. Hartmann, I. Recent Research on the Explosibility of Dust Sisperions./ I. Hartmann // Ind. And Eng. Chem. – 1968. – V.40. №4. Р.762-758. 3. Нигматуллин, Р.И. Гетерогенное горение смесей газов с частицами или каплями / Нигматуллин Р.И., Ванштейн П.В.//Сб.: Избранные проблемы прикладной механики. – М., 1974. - С.187-198. 4. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник/ Под ред. А.Н.Баратова, А.Я.Корольченко. – М.: Химия, 1990. – 325с. УДК 328.349 : 66.081.3 Использование глин Беларуси для очистки воды от ионов некоторых металлов Студент II курса, 2 группы, факультета ТОВ Паськова А.Н. Научный руководитель – Ашуйко В.А. Белорусский государственный технологический университет г.Минск Вода играет исключительную роль в жизнедеятельности человека. Для очистки сточных применяют комбинированные способы очистки, сочетающие, в зависимости от качественного и количественного состава загрязнителей, реагентные, биохимические, (например, использование микроорганизмов), электрохимические, сорбционные методы, а также фильтрование, обеззараживание. Многие из способов довольно дорогостоящи: значительная стоимость энергоресурсов, реагентов, аппаратуры и пр. Чем выше требования по степени очистки сточных вод, тем выше затраты. Поэтому оптимизации водоочистных технологий, их удешевлении уделяется много внимания. Для доочистки воды всё чаще используются сорбционные методы. Сорбционные методы просты в аппаратурном оформлении, высокоэффективны и легко автоматизируются. Однако высокая стоимость распространенных сорбционных материалов (активированный уголь, ионообменные смолы), затраты на их регенерацию, приводят к необходимости поиска более простых, дешевых природных сорбентов. К таким сорбентам можно отнести глины. Анализ количественных характеристик залежей глинистых пород приводит к выводу о перспективности их использования в качестве адсорбентов. 228 Глина как материал – мелкозернистая осадочная горная порода, пылевидная в сухом состоянии, пластичная при увлажнении. Глины с высокой пластичностью носят название глин «жирных», а непластичные – глин «тощих». Пластичные глины плохо пропускают воду через себя и поэтому их нецелесообразно использовать в качестве адсорбентов. Глинистые материалы обладают высокой способностью к ионному обмену: замене некоторых своих ионов на ионы, поступающие из раствора. Эти особенности и высокая дисперсность глинистых минералов обусловливают большую сорбционную способность. Сорбционные свойства глин сохраняются и в растворах. К таким сорбентам можно отнести глины. Большинство глин могут быть использованы в качестве адсорбентов. Это объясняется тем, что кристаллы глинистых минералов имеют сильно разветвленную поверхность: суммарная площадь частиц, заключенных в 1 г глинистого материала, достигает нескольких сот квадратных метров. Кроме того, на поверхности глин есть активные центры адсорбции – гидроксильные группы, атомы кислорода и некоторых других элементов. Всё это способствует адсорбции. В Беларуси глины распространены повсеместно. Объектом данного исследования явились глины месторождений «Городок» (Гомельская область), «Заполье» (Шумилинский район)». Состав глины [1] приведен в таблице 1. Таблица 1 – Химический состав образцов глин, мас.% Месторождение SiО2 AI2O3 Fe2О3 TiО2 CaO MgO K2О Na2О Прочие «Заполье» 55,37- 59,83 13,70- 16,12 5,21- 5,81 0,66- 0,78 5,94- 7,28 1,44- 2,34 3,20- 4,40 0,54- 0,98 6,31- 10,09 «Городок» 68,64 15,66 3,89 0,05 0,74 0,60 2,02 0,97 7,42 Глины этих месторождений представляют собой тонкодисперсные породы с размерами частиц < 0,01 мм («50%) и < 0,001 мм («25%). В литературе имеются указания о предварительной подготовке глинистых материалов обработкой их растворами кислот и щелочей с целью увеличения их сорбционных свойств [2]. В качестве сорбентов ионов Сu2+ и Ni2+ из растворов использовались предварительно высушенные и измельчённые образцы глин как прошедшие активирование щелочью, так и без активации. Лучшую сорбционную способность показали образцы глин, предварительно активированные щелочным раствором. Исследовались образцы глин как прошедших предварительную подготовку так и без нее. Активацию глинистых материалов проводили при кипячении в растворе щелочи. Для образцов глинистых материалов, подготовленных таким образом, определяли сорбционную емкость по ионам Cu2+ и Ni2+. Образцы измельченных глин взвешивали на аналитических весах и помещали в исходный модельный раствор сульфата меди (II) или никеля (II). Модельный раствор сульфата меди (II) для предотвращения гидролиза готовили из кристаллического медного купороса марки «ХЧ» в мерной колбе. При работе с образцами в растворы добавляли по нескольку капель 2 н. Н2SO4. Модельный раствор соли никеля (II) готовили аналогично из гексагидрата сульфата никеля (II) марки «ХЧ». Анализ раствора, содержащего ионы меди (II), проводили, используя титриметрический анализ, в частности, комплексометрический метод с использованием трилона Б в присутствии мурексида и небольшого количества аммиачного буфера. Содержание ионов никеля(II) и меди (II) в разбавленных растворах определяли методом титрования раствором ЭДТА в присутствии аммиачного буфера и мурексида. При проведении исследований контролировали рН водной среды над образцами глинистых материалов, сорбирующими ионы меди и никеля. 229 Анализ содержания ионов меди (II) показал, что насыщение глинистого материала до 90–92% в контакте с раствором достигается в течение 60–120 минут, затем медленно возрастает еще на 5–6% в течение 5–6 суток и зависит от концентрации раствора, температуры и способа подготовки образцов глинистых материалов. Аналогичные результаты получены по сорбции ионов никеля (II). На основании проведенных исследований установлено, что сорбционная способность глин месторождения «Городок» и «Заполье» составляет 0,046 г/г сорб. – 0,048 г/г сорб. (для активированных образцов) и 0,025–0,028 г/г сорб. (для неактивированных образцов). Сорбционная емкость глин месторождения «Городок» по ионам Ni2+ составила 0,022 г/г сорб. – 0,024 г/г сорб. (для активированных образцов) и 0,009 г/г сорб. – 0,011 г/г сорб. (для неактивированных образцов). В результате проведенных исследований установлена возможность использования глинистых материалов месторождений Республики Беларусь для очистки водных растворов от катионов тяжелых металлов. Исследованные в качестве сорбентов глинистые материалы могут не подвергаться регенерации, а использоваться далее при получении строительных материалов, керамических изделий. Литература 1. Полезные ископаемые Беларуси: к 75-летию БелНИГРИ: сб. науч. ст. / Хомич (отв. ред.) [и др.]. – Минск, 2002. – 365 с. 2. Водооборот, очистка промышленных сточных вод и эксплуатация хвостохранилищ: сб. науч. ст. / – Алма-Ата, 1983. – 127 с. 230 231 Химические технологии 232 УДК 625.7 Методы стабилизации наночастиц Студент гр. 104510 Бучик А. Научный руководитель – Яглов В.Н. Белорусский национальный технический университет г. Минск При получении наночастиц любым методом проявляется их склонность к образованию объединений. Такие объединения называют агрегатами и агломератами. В результате, при определении размеров наночастиц, необходимо различать размеры отдельных частиц (кристаллитов) и размеры объединений частиц. Различие между агрегатами и агломератами не является четко определенным. Считается, что в агрегатах кристаллиты более прочно связаны и имеют меньшую межкристаллитную пористость, чем в агломератах. Проблема, связанная с агрегированием наночастиц, возникает при их компактировании. Например, при компактировании агрегированного порошка металла путем спекания, для достижения определенной плотности материала требуются температуры тем выше, чем более крупные объединения наночастиц имеются в порошке. В этой связи при разработке методов получения нанопорошков продолжаются поиски мер для исключения или уменьшения степени образования объединений наночастиц. Так, в методах получения нанопорошков металлов путем конденсации из паровой фазы оказалось целесообразным точное регулирование температуры образования наночастиц. В химических методах оказывается эффективным исключение воды из некоторых стадий синтеза для уменьшения степени агломерирования. Используются также методы уменьшения контакта между частицами металлов путем их покрытия различными материалами (капсулирования). Известно, что наночастицы некоторых металлов пирофорны, т.е. самопроизвольно возгораются на воздухе при комнатной температуре, поэтому создание защитной оболочки на таких наночастицах (капсулирование) является распространенным методом их защиты и стабилизации. В качестве защитного покрытия часто используют углерод. Образующиеся на поверхности металла углеродные слои, как правило, являются графитоподобными, а следовательно, проводящими. В тех случаях, когда необходимо создать электроизолирующее покрытие, используют слои из нитрида бора. Стабилизация наночастиц металлов полиэлектролитами в водных растворах осуществляется за счет взаимодействия функциональных групп органических макромолекул с поверхностью наночастиц. Наиболее распространенными полиэлектролитами являются полиамиды, поликислоты, полиспирты, белки, или, что реже, различные блок-сополимеры, содержащие несколько функциональных групп. Например, биосовместимые сферические наночастицы Fe3O4, диаметром 10±2 нм можно получить добавляя в исходный раствор смеси солей железа (II) и (III) определенное количество сополимера поли[(2-(метакрилолилокси) этил фосфорилхолина] и полиглицерилмонометакрилата. Стабилизация наночастиц в данном случае происходит за счет образования хелатного комплекса с участием двух гидроксильных групп фрагмента глицерина и поверхностных атомов железа. Согласно последним представлениям в этой области, именно так осуществляется взаимодействие наночастиц с фрагментами молекул диолов. Таким образом, полученные наночастицы защищены от агрегации в силу отсутствия межчастичных взаимодействий. В таком виде пригодны для использования. Существуют примеры, когда вместо сополимеров используют смесь двух полимеров с небольшой молекулярной массой, которые смешиваются в процессе синтеза и взаимодействуя друг с другом, выполняют 233 различные функции, например один обеспечивает стабилизацию наночастиц, а другой обеспечивает хорошую смешиваемость с водой. В последнее время стал распространенным также вариант, когда полученные осаждением наночастицы после добавления поверхностно-активных веществ переводятся затем в органические растворители, образуя гидрофобные суспензии. УДК 544(075.8) Термолиз, как метод получения наночастиц Студент гр. 104510 Лукша А. Научный руководитель – Яглов В.Н. Белорусский национальный технический университет г. Минск У каждого из используемых в настоящее время методов получения магнитных наночастиц существуют ограничения, сужающие возможности их синтеза. В силу электростатических, ионных и других взаимодействий, присутствия воды в реакционных системах, существенно осложняет контроль степени монодисперсности наночастиц. Управлять процессами нуклеации и роста наночастиц можно добавляя дополнительные стабилизирующие вещества либо используя двухфазные системы. Наиболее гибким и эффективным методом получения магнитных наночастиц в растворах является термолиз металлсодержащих соединений в высококипящих некоординирующих растворителях в присутствии стабилизирующих веществ., Широкое распространение и последующее развитие этот метод получил после успешной адаптации технологии синтеза полупроводниковых наночастиц на магнитные материалы. Сначала это были наночастицы кобальта, полученные методом впрыскивания раствора карбонила кобальта в нагретую смесь поверхностно-активных веществ, а затем наночастицы оксидов γ-Fe2O3 и Мn3О4, полученные впрыскиванием раствора соответствующего купфероната в аналогичный горячий раствор. Используют также сплав FePt, приготовленный из Pt(acac) и Fe(CO)6 с использованием 1,2- гексадекандиола в качестве дополнительного восстанавливающего агента. В настоящее время можно выделить три группы методов получения металлических наночастииц в органических растворителях при высокой (180 – 360о) температуре, приводящих к получению металлических или оксидных наночастиц с высокой степенью монодисперсности (разброс по размерам < 5%): I. Метод впрыскивания раствора металлорганического соединения с низкой температурой разложения в нагретый раствор, содержащий смесь поверхностно- активных веществ, в результате «быстрого» термолиза, приводящий к получению наночастиц; II. Восстановление металлсодержащих соединений (ацетатов, формиатов и ацетилацетонатов металлов) при помощи длиноцепных (С14-С18) многоатомных спиртов или аминов; III. терморазложение солей жирных кислот (олеатов, стеаратов, миристиатов) в высококипящих углеводородах (октадецен, тетракозан, эйкозан, гептадекан и т.д.). Методам I удобно пользоваться для приготовления монометаллических наночастиц, например никеля, железа и кобальта различной кристаллической структуры и формы, с размерами частиц в пределах от 3 до 10 нм. Для приготовления биметаллических наночастиц метод подходит в том случае, когда имеется подходящий гетерометаллорганический прекурсор или используется смесь металлорганических соединений. Так, впрыскиванием смеси карбонилов железа и молибдена в раствор октилового эфира, содержащего октановую кислоту или бис-2-этилгексиламин в 234 качестве поверхностно-активных веществ, при 280oС были получены наночастицы состава FeMo, диаметром от 3 до 14 нм, которые оказались эффективным катализатором роста одностенных углеродных нанотрубок. Контролируемым окислением на воздухе металлических наночастиц, образовавшихся после инжектирования, можно добиться получения бислойных наночастиц Ni/NiO. В методе II спектр получаемых материалов гораздо шире, от наночастиц металлов, оксидов- NiO, Fe3О4, СоО, МпО, до биметаллических - FePt, MnPt3, FeCo и триметаллических – FехСоуРt100-х-у наночастиц, ферритов - СоFе2О4, NiFe2O4. Разложение солей жирных кислот (группа методов III) - относительно новый экспериментальный подход, привлекший внимание, исследователей возможностью прецизионно контролировать размер получаемых наночастиц, например, продемонстрирован синтез сферических наночастиц с размерами 4, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13 и 15 нм олеата железа (II). Термолизом соответствующих солей лауриновой, пальмитиновой и олеиновой кислот в октадецене при 300 – 380оС получены наночастицы магнитных оксидов никеля, марганца, хрома, кобальта и железа. Преимуществом данного метода перед остальными является возможность получать за один эксперимент наночастицы в количествах до 40 грамм. УДК 540(075.8) Получение золя оксида кремния из жидкого стекла Студент гр. 104820 Патопенок М.А. Научный руководитель – Бурак Г.А. Белорусский национальный технический университет г. Минск Золь-гель процесс - технология получения материалов с определенными химическими и физико-механическими свойствами, включающая получение золя и последующий перевод его в гель. Эту технологию используют при производстве катализаторов, стекла, вяжущих веществ, ядерного топлива и т.д. На первой стадии золь-гель процесса формируется химический состав продукта, который получают в виде высокодисперсного коллоидного раствора – золя. Размер частиц дисперсной фазы в стабильном золе постоянен. Увеличение концентрации дисперсной фазы приводит к появлению коагуляционных контактов между частицами и началу структурирования – гелеобразования. Например, золь-гель синтезом получают коллоидный оксид кремния из тетрахлорсилана. Реакция гидролиза протекает по следующей схеме: SiCl4 + 4 H2O = Si(OH)4 + 4 HCI Золь кремниевой кислоты получен в процессе добавления SiCl4 в воду (на 1 моль тетрахлорсилана 4 моль воды). Полученные кремнезоли в области рН = 1,5-6 обладают высокой агрегативной устойчивостью. Вместе с тем, выявлено, что на начальной стадии происходит значительное газовыделение и резкое повышение температуры. Однородный коллоидный оксид кремния может быть так же получен гидролизом тетраэтоксисилана (ТЭОС): Si(OC2H5)4 + 4 H2O = Si(OH)4 + 4С2Н5ОН 235 Золь оксида кремния, полученный гидролизом ТЭОС не стабилен во времени, период стабильности золя составляет 15 часов. После сушки гелей при Т = 873К образуется высокодисперсный порошок с размером частиц менее 1 мкм. Следствием высокой дисперсности полученного порошка является повышение его химической активности. Целью данного исследования явилось получение золя оксида кремния из жидкого стекла. Золь оксида кремния получен действием на разбавленное натриевое жидкое стекло (Nа2О:SiO2 = 2,5, рН = 12 ) хлороводородной кислоты. Хлороводородная кислота быстрее, чем серная, коагулирует золь. При взаимодействии силиката натрия с кислотами силикаты разлагаются в соответствии с реакцией Na2O  n SiO2 + 2 HCl + x H2O = 2 NaCl + n SiO2 (x + 1) H2O. Зависимость скорости гелеобразования от рН раствора имеет сложный характер. Подкисление проведено до рН = 8 жидким стеклом, затем золь выдержан в течение 24 час и подкислен до рН = 4. Полученный золь затем подщелачивался до рН = 8 для стабилизации частиц. Установлено, что золь обладает агрегативной устойчивостью. Турбидиметрическим методом определен размер полученных частиц SiO2 (r=300нм). С использованием полученного золя оксида кремния подготовлено вяжущее при соотношении CаО:SiO2 =1 :1. К вяжущему добавлен заполнитель - песок, просеянный через сито 0315 . При соотношение вяжущего и песка 1:3 заформованы балочки, твердеющие на воздухе в течение 28 сут. С помощью растворов, содержащих кремнезоль, обработаны поверхности бетонных образцов с целью повышения плотности и снижения водопоглощения. Применение золя оксида кремния позволяет получать высококачественный продукт нового уровня. Золи характеризуются высокой удельной поверхностью и доля частиц , взаимодействующих с водой увеличивается. Структура золя создает дополнительный структурный элемент в смеси. Этот элемент со временем взаимодейтвует с Ca(OH)2 и переходит в гидросиликат кальция, способствуя сокращению числа пор. УДК 625.7 Cпособ получения водных растворов серы для пропитки строительных изделий Студент гр. 104410 Нестерович М.Л. Научный руководитель – Глушонок Г.К. Белорусский национальный технический университет г. Минск Известно, что обработка строительных изделий пропиточными уплотняющими составами позволяет повысить прочность и плотность материала и тем самым продлить срок службы конструкций. С этой целью поровое пространство строительных материалов и изделий из них дополнительно, в соответствии с принятым технологическим режимом, пропитывают жидким составом, способным при определенных условиях отверждаться непосредственно в поровом пространстве, образуя дополнительные структурные связи. Разработкой пропиточных композиций и эффективных технологий пропитки строительных материалов и, прежде всего, самого распространенного из них бетона занимаются давно (США, Япония, Франция, Россия и др.), используя для этой цели различные композиции, в том числе на основе мономеров типа стирола, 236 метилметакрилата, расплава серы. Такие бетоны получили техническое название бетонополимеров. Пропитка бетонов значительно повышает их прочность, плотность, снижает проницаемость для жидкостей и газов, увеличивает морозостойкость, атмосферостойкость, стойкость к воздействию агрессивных сред. В зависимости от поставленной цели пропитку осуществляют путем полного погружения при нормальном атмосферном давлении или путем поверхностного нанесения, чем обеспечивают различную скорость пропитки и глубину проникновения пропиточного состава. Новым направлением применения серы в качестве пропиточной композиции являются водные растворы серы. Сравнительные испытания контрольных и пропитанных образцов показали повышение плотности, прочности и снижение водопоглощения пропитанных образцов. Полученные результаты испытаний позволили рекомендовать водный раствор серы, в качестве пропиточной композиции для поверхностной и объемной пропитки строительных конструкций из бетона различных составов, древесины, асбестоцемента и других материалов как на этапе изготовления конструкций, так и при выполнении ремонтно-восстановительных работ. Следует отметить простоту и доступность технологии обработки изделий водным раствором серы. Однако, в литературных источниках не раскрываются методы получения водных растворов серы. В опубликованных патентах описываются способы растворения элементной серы растворителем, содержащим, мас. %: гидразингидрат 50-90, амин 9,0- 25, гидроокись натрия 1,0-25,0. Однако, использование таких растворов экологически и экономически нецелесообразно. Известно, что элементная сера гидрофобна и не растворима в воде вплоть до 100 °С. При температуре кипения серы реакция между серой и водой дает H2S, что было отмечено много лет назад. Для того чтобы ввести серу в водный раствор, необходимо создать щелочную среду. Процесс растворения серы в растворах щелочных и щелочноземельных металлов сопровождается образованием полисульфидов соответствующих металлов, для растворов которых характерен красный цвет, типичный для серы в состоянии S4-2 . Проведенные нами исследования показали, что приемлемая растворимость серы в воде достигается при 80- 90ºС и концентрации NaOH (10-20%). В охлажденном закрытом состоянии, полученные красные растворы серы (9-20%) устойчивы и могут длительно храниться в закрытой таре. Недостатком этого метода являются высокие температуры растворения, значительный расход серы на побочные реакции и корродирующее действие получаемых растворов. При разбавлении водой растворы серы разрушаются, и большая часть серы выпадает в осадок. УДК 625.84.667 Получение антипирена Студент гр. 104119 Говор В.В. Научные руководители – Евсеева Е.А., Кирюшина Н.Г. Белорусский национальный технический университет г. Минск Широкое применение древесины в строительстве обусловлено рядом положительных свойств: высокая прочность при небольшой плотности, малая теплопроводность, легкость обработки, простота скрепления отдельных элементов, высокая морозостойкость и сопротивляемость действию многих химических реагентов. Вместе с тем древесина имеет и ряд недостатков, ограничивающих ее применение в строительстве: неоднородность (антизотропность) строения и наличие 237 пороков, гигроскопичность, приводящая к изменению размеров древесины, коробление и растрескивание, способность к загниванию, а также горючесть. Воспламенение древесины может произойти как от открытого источника огня (пламени или искры), так и от нагретых предметов или горячих газов. При повышении температуры до 125°С из древесины быстро испаряется влага, после этого она разлагается с выделением горючих летучих веществ. При температуре выше 210°С и наличии источника открытого огня воспламеняются летучие вещества, температура повышается и процесс переходит в экзотермическую стадию горения с выделением тепла. При температуре 260°С начинается длительное и устойчивое горение летучих продуктов пиролиза древесины с образованием пламени и дальнейшим повышением температуры. При температуре 450°С и более пламенное горение древесины переходит в беспламенное горение угля с температурой до 900°С. Огнестойкость деревянных конструкций может быть повышена за счет использования огнезащитных облицовок из листовых материалов, оштукатуривания, окраски огнезащитными красками и лаками, использования вспучивающихся и фосфатных огнезащитных покрытий, а также глубокой или поверхностной пропитки антипиренами. Глубокая или поверхностная пропитка антипиренами сводится к введению в древесину веществ, которые при определенной концентрации воздействуют на кинетику пиролиза древесных материалов, уменьшая при этом образование горючих летучих продуктов, ингибируют газофазные реакции пламени и исключают горение без источника пламени. В зависимости от области применения огнезащитные пропитки подразделяются на неатмосфероустойчивые, которые эксплуатируются только в закрытых отапливаемых помещениях с относительной влажностью воздуха не более 70%, и атмосфероустойчивые. Водорастворимые огнезащитные средства, используемые для огнезащиты древесины, которые получают посредством смешивания отдельных химических веществ, например, неорганических солей, являются вымываемыми. Проникая в древесину на глубину, такие огнезащитные средства попадают в пространство макрокапилляров и после удаления из них влаги находятся в макрокапиллярах в виде кристаллов. При увлажнении древесины кристаллы огнезащитных веществ растворяются во влажной среде и по макрокапиллярам вдоль или поперек волокон, а также через микрокапилляры постепенно выходят наружу. Поэтому с течением времени огнезащитный эффект снижается. Для перевода древесины в трудногорючую с длительным огнезащитным эффектом необходимо использовать невымываемые средства, которые могут вводиться в капиллярно- пористую структуру древесной массы методами горяче-холодных ванн или автоклавно- диффузионной пропитки. В качестве пропиточного состава нами были использованы водные растворы сульфата алюминия и аммиака. При этом воздействие растворов на древесину осуществлялось последовательно с промежуточной просушкой образцов. В результате такой обработки, образование продуктов реакции исходных веществ осуществлялось непосредственно в макро- и микрокапиллярах. Получаемый в процессе реакции нерастворимый гидроксид алюминия с размерами частиц в несколько микрометров не способен вымываться, и в комплексе с другим продуктом - сульфатом аммония, может являться достаточно эффективным атмосфероустойчивым комплексным антипиреном. Действие данного антипирена основано на выделении кристаллизационной воды гидроксида алюминия при температурах, начиная со 180°С, и разложении сульфата аммония с образованием большого количества аммиака, который способен экранировать поверхность древесины от кислорода воздуха при ее горении. Таким образом, можно осуществлять пропитку бумаги и картона, которые после обработки данными реактивами не смогут самостоятельно гореть после удаления источника зажигания. 238 УДК 541.11-541.128 Образование наноструктурированных оксида и гидроксида алюминия в ходе гомогенного зародышеобразования Студент гр. 104140 Заноско О.А. Научный руководитель – Зык Н.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Разнообразие принципиально новых свойств наноматериалов (НМ) позволяет использовать их в различных отраслях промышленности, причем возможные области применения НМ, а также свойства полученных на их основе изделий во многом зависят от размера и формы частиц, их химического и фазового составов, распределения частиц по размерам. В настоящее время все большее значение среди различных методов производства НМ приобретают химические методы получения различных классов химических соединений в нанодисперсном состоянии. Одним из химических способов, позволяющих получать наноразмерные порошки высокой дисперсности (10-3 – 1 мкм) и регулировать их гранулометрический состав, является метод химического осаждения, основанный на теории массовой кристаллизации из раствора. Процесс осаждения включает две основные стадии: образование кристаллических зародышей и их дальнейший рост. Общим условием формирования высокодисперсных наноразмерных осадков, получаемых массовой кристаллизацией из раствора, является сочетание высокой скорости образования зародышей с малой скоростью их роста. Кроме того, с точки зрения формирования определенного гранулометрического состава существенную роль играет так называемое вторичное зародышеобразование, происходящее в присутствии уже готовых кристаллов и значительно усложняющее задачу получения продуктов заданной дисперсности. Помимо зародышеобразования, дисперсный состав зависит также от особенностей роста кристаллов, их способности образовывать сростки, форма которых может быть самой разнообразной. Все указанные процессы зависят от условий кристаллизации, то есть от степени пересыщения раствора, скорости перемешивания, температуры, содержания растворимых и нерастворимых примесей и др. И распределение кристаллов по размерам, в конечном итоге, определяется подбором этих условий. Для крупнокристаллических порошков известны, по крайней мере, два пути решения рассматриваемой задачи: во-первых, подбор таких режимов осаждения, при которых образуются осадки, состоящие из кристаллов нужных размеров. Во-вторых, выделение тем или иным способом нужной фракции из общей массы вещества. Однако, применительно к материалам с размером частиц менее 100 нм, второй путь практически неприемлем, трудоемок и малоэффективен в силуособой малости размеров частиц. Методом химического осаждения можно получать мелкодисперсные кристаллические осадки трудно растворимых соединений. Анализ факторов, влияющих на процесс кристаллизации, позволяет осуществлять регулирование условий осаждения для получения высокодисперсных порошков с заданной дисперсностью и с узким распределением частиц по размерам. Однако в литературе признано, что управление гранулометрическим составом и получение монодисперсного продукта относятся к наиболее сложным задачам получения порошковых материалов. Общими условиями формирования мелкокристаллических осадков следует считать достижение больших пересыщений, высоких скоростей перемешивания, осуществление нагрева раствора (с учетом возможного изменения фазового состава и формы получаемых кристаллов), наличие затравочных кристаллов. Материалами для получения гидроксида алюминия служили соли Al(NO3)3 и Al2(SO4)3. В качестве осадителя использовали раствор КOH. Осаждение проводилось при комнатной температуре путем подачи растворов в 239 реакционный сосуд дозировано с постоянной скоростью при непрерывном перемешивании и контроле кислотности раствора. Растворы заданной концентрации готовились предварительно в расчете на заданное количество наноразмерного продукта – гидроксида. Полученный осадок гидроксида алюминия промывался дистиллированной водой до полной отмывки анионов, фильтровался и сушился при заданных условиях. Активный оксид алюминия был получен термическим разложением гидроксида алюминия. Синтезированные оксид и гидроксид алюминия идентифицировали методами ИК- спектроскопии и рентгенофазового анализа. УДК 625.84.667 Модификация битума полимерными материалами Студент гр. 104120 Киселев Р.В. Научные руководители – Кречко Н.А., Шагойко Ю.В. Белорусский национальный технический университет г. Минск Известно, что битумные вяжущие широко используются в дорожном строительстве. Обладая рядом достоинств (дешевизна, эластичность составов, они имеют и ряд недостатков). Поэтому актуальной проблемой является модифицирование битумных вяжущих с целью улучшения их эксплутационных свойств. Важным и перспективным направлением развития дорожных структур является увеличение долговечности и улучшения эксплутационных характеристик дорожных покрытий. Недостатком битума как вяжущего асфальтовых систем является плохая деформативность при отрицательных температурах. Улучшить деформативные свойства вяжущего можно за счет введения в него полимерных материалов. В качестве сырьевого материала был использован битум нефтяной для верхнего слоя дорожного покрытия марки БНД 60/90, а в качестве полимерных материалов были использованы: термопласт С42 65 1000 с температурой плавления 150 – 160оС, термоэластопласт марки Беласт Б-5Д с температурой плавления 140 – 160оС, полистиролы ПЭМД с температурой плавления 130оС, ПЭВД 158-281 М с температурой плавления 103оС, полиэтилен ПЭВД с температурой плавления 120оС. Также для модификации битума применялась сера. На первом этапе исследований изучалась растворимость ряда полимеров в растворителях. Было выяснено, что полимер Беласт растворяется в сольвенте и в дизельном топливе. Образцы модифицированных полимерами битумов изготавливались путем введениия полимеров в нагретый до 100оС битум при постоянном перемешивании. Для достижения максимально возможной гомогенности охлаждались образцы при перемешивании. Полимеры вводились в битум в количестве 3% масс. Все полученные образцы продемонстрировали при испытаниях пластичность большую, чем у битума. Так, состав с полимером С42 65 1000 имеет температуру плавления 160оС, состав с Беластом – 170оС, тогда как для битума данный параметр составляет 150оС. Также о повышении устойчивости к нагреванию свидетельствует повышение температуры размягчения по кольцу и шару до 129оС для материала с С42 65 1000 и до 61оС для состава с Беластом по сравнению с 47оС для немодифицированного битума. Также не ухудшается либо улучшается такая важная прочностная характеристика материала как глубина проникновения иглы при 25оС. Для образцов с полистиролом ПЭМД данный показатель составил 84 мм, для образов с полистиролом ПЭВД 158-281 М – 80 мм, для образцов с полиэтиленом ПЭВД 240 данная величина составила 42 мм, что значительно лучше, чем для образцов с немодифицированным битумом. При модификации битума серой, сера предварительно перемешивалась с латексом (масса серы по отношению массы латекса составляет - ms = 0,33mлатекс) и полученная смесь вводилась в нагретый до 100оС битум. Температура в процессе перемешивания поднималась до 140оС. Было выяснено, что введение в битум серы значительно повышает такой важный показатель как температура размягчения по кольцу и шару до 52оС по сравнению с 47оС для не модифицированного битума. Глубина проникновения иглы значительно не меняется при введении серы. Было выяснено также, что введение в битум полимеров с растворителем не позволяло значительно улучшить эксплутационные свойства битумных вяжущих. Введение всех исследуемых полимеров повысило температуру плавления битумных композиций по сравнению с немодифицированным битумом, что свидетельствует о повышении пластичности материалов с одновременным сохранением либо улучшением прочностных свойств. Физико-химические основы разработки электропроводящих вяжущих систем на основе бинарных бескислородных соединений Студенты гр. 104510 Шкляник Д.В., гр. 101150 Шевченко А.А. Научный руководитель – Медведев Д.И. Белорусский национальный технический университет г. Минск Развитие и совершенствование технологических процессов в новых отраслях промышленности требует разработки материалов, сочетающих адгезионные и электропроводящие свойства при повышенных температурах, а также химическую устойчивость в различных жидких агрессивных средах. Необходимость исследования подобных систем обусловлена не только противоречивостью немногочисленных данных, но и зачастую отсутствием каких-либо сведений по данному вопросу. Поэтому учет характерных особенностей твердения вяжущих систем позволит целенаправленно осуществлять поиск новых видов специальных вяжущих веществ. Анализ литературных данных показывает, что любая реакция кислотно-основного взаимодействия в гетерогенных дисперсных системах т/ж является основой для синтеза новых материалов. В этом плане весьма перспективным является разработка нового класса специальных вяжущих систем на основе металлоподобных тугоплавких соединений. Однако, достоинства последних, и в частности, высокая химическая устойчивость, электропроводность, каталитическая активность, являются одновременно и их недостатками, т.к. исходные компоненты вяжущего должны обладать по отношению друг к другу определенной реакционной способностью. Причем для получения композиций с улучшенными свойствами необходима соразмерность самой скорости реакции и скорости процесса формирования структуры твердения. Одной из попыток обойти эту трудность является использование ультрадисперсных (100 – 1000Ао) нитридов, карбидов, сульфидов, переходных металлов 3-d и 4-d cемейств. В таких системах ярко проявляются особенности поверхностных состояний, с большим числом атомов с некомпенсированными валентными связями и отсутствием значительной доли сил удерживающих атомы на поверхности в идеальном положении. То есть вклад приповерхностных атомов в активность достаточно велика и возрастает с уменьшением размера частиц, что приводит к снижению энергии активации процессов 241 взаимодействия, возникновению супермикроскопических новообразований цементирующих в монолит зерна исходных наполнителей, которые придают специфические свойства композиционным материалом. Следовательно, дисперсность является самостоятельным термодинамическим параметром состояния системы, изменение которого вызывает соответствующие изменение других равновесных свойств системы. Таким образом, классическая схема разработки новых материалов состав – свойства – применение должна быть дополнена фактором дисперсности существенно влияющим, на структуру, и как следствие на химические и механические свойства композитов. При проведении исследований было установлено, что увеличение степени дисперсности нитридов и карбонитридов титана сопровождается возрастанием площади соприкосновения и уплотнением искусственного цементного камня, в результате чего композиты проявляют характерные свойства монолитных соединений: высокую электропроводность, термическую и химическую устойчивость. Кроме того, образующие в результате твердения коллоидно-дисперсные новообразования обладают повышенной склеивающей способностью к различным материалам: керамике, металлу, стеклу. УДК 541.18 Исследование возможности определения размеров наночастиц Mg(OH)2 турбидиметрическим методом Студенты гр. 104119 Комарова Т.Д., Иваненко О.С. Научный руководитель – Меженцев А.А. Белорусский национальный технический университет г. Минск Из оптических методов исследования в химии применяются те методы, с помощью которых можно проводить дисперсионный анализ, т.е. определять размер и форму частиц, удельную поверхность, концентрацию дисперсной фазы. К таким методам относятся световая и электронная микроскопия, методы, основанные на рассеянии лучей, двойном лучепреломлении и др. Наиболее информативными, и поэтому широко используемыми методами определения дисперсности и формы частиц являются световая и электронная микроскопия. C помощью этих методов можно непосредственно наблюдать частицы и измерять их размеры. Нижний предел световой микроскопии составляет до 100 нм, электронной микроскопии – до 2 – 5 нм. Следует иметь в виду, что электронная микроскопия имеет существенный недостаток, а именно: она применима только для исследования сухих образцов и не может быть использована для наблюдения их, например, в жидких средах. Указанный недостаток отсутствует у оптических методов, основанных на рассеянии света (опалесценции). Они не уступают электронной микроскопии и по чувствительности. Светорассеяние, или опалесценция, принадлежит к дифракционным явлениям, обусловленным неоднородностями, размеры которых меньше длины волны падающего света. Такие неоднородности рассеивают свет во всех направлениях. Теория светорассеяния (опалесценции) впервые была развита Рэлеем. Данная теория лежит в основе оптических методов определения размеров частиц и концентрации дисперсной фазы: ультрамикроскопии, нефелометрии и турбидиметрии. 242 Турбидиметрия основана на измерении интенсивности проходящего через дисперсную систему света. Уравнение Рэлея может быть использовано для определения размеров частиц сферической формы, если их радиус не превышает ½ длины волны падающего света. С увеличением размеров частиц закон Рэлея перестает соблюдаться. В этом случае, для описания светорассеяния в системе можно воспользоваться эмпирическим уравнением, предложенным Геллером: D = kλ- n (1) где k – константа, не зависящая от длины волны. Зависимость lg D от lg λ представляет собой прямую линию, тангенс угла наклона которой равен показателю степени n с минусом. Значение показателя степени n в уравнение (1) зависит от соотношения между размером частицы и длиной волны падающего света, характеризуемого параметром Z: Z = 8πr/λ (2) Показатель степени n в уравнении (1) находят на основе турбидиметрических данных. Для этого экспериментально измеряют оптическую плотность системы при различных длинах волн (в достаточно узком интервале λ) и строят график в координатах lgD – lg λ. Показатель n определяют по тангенсу угла наклона полученной прямой. По значению n находят соответствующее значение параметра Z, а затем по формуле (2) рассчитывают средний радиус частиц исследуемой дисперсной системы. В качестве объекта исследования использовали Mg(OH)2, полученный при растворении металлического магния в метаноле. К раствору в качестве гель – стабилизатора добавляли толуол, после чего образовавшейся метилат магния медленно гидролизовали водой при интенсивном перемешивании, что приводило образованию геля Mg(OH)2. Средний радиус частиц геля Mg(OH)2 составлял 254 – 268 нм. Следует отметить, что этот метод применим только для «белых» золей, т.е. для неокрашенных дисперсных систем. УДК 621.74; 699.131.7 Применение отработанного никель-хромового катализатора в качестве легирующей добавки Студент гр. 104616 Резвицкий Н.С. Научный руководитель – Проворова И.Б. Белорусский национальный технический университет г. Минск Целью настоящей работы является определение возможности использования отработанного никель-хромового катализатора в качестве легирующей добавки. Высокохромистые чугуны относятся к комплекснолегированным сплавам. Наряду с высоким содержанием хрома (>12%) в химический состав отливок входят сопутствующие элементы, такие как кремний и марганец. С целью повышения тех или иных свойств сплавы дополнительно легируют молибденом, ванадием, никелем, титаном, вольфрамом и др. Количество легирующих элементов, как правило, колеблется в пределах 0,5-5%. Указанные легирующие элементы имеют высокую стоимость, вследствие чего поиск дополнительных источников за счет переработки металлосодержащих отходов других производств заслуживает особого внимания. Одним из таких дополнительных источников могут служить отработанные 243 катализаторы, используемые в химической промышленности. Наибольший интерес представляет никельхромовый катализатор, состоящий из оксидов NiO и Cr2O3. Для определения возможности использования никель-хромового катализатора с отношением NiO\Cr2O3=71/27 в качестве легирующей добавки взамен Ni (ферроникеля) первоначально провели серию экспериментов по определению наиболее рационального метода его ввода. Следует отметить, что перед употреблением катализатора в качестве добавки его просушивали при Т=120оС Вводили добавку катализатора в натуральном виде вместе с шихтой под завалку, в виде размолотого порошка, в брикете, а также на зеркало расплава. Брикеты изготавливали путем смешивания порошка катализатора, стружки серого чугуна и жидкого стекла и прессования смеси. В качестве завалки использовали готовый сплав высокохромистого чугуна одного и того же химического состава (% по массе): 3,34С; 18,5Cr; 0,88Mn; 0,66Si;0,49Mo; 0,57Ni; 0,23V; 0,85W; 0,2Cu, остальное Fe. Расплав получали путем плавления металлозавалки в тигле ТГ3 в лабораторной силитовой печи. Контроль температуры рабочего пространства печи осуществляли с помощью платино–платино-родиевой термопары. После расплавления шихты расплав тщательно перемешивали, так как на дне тигля оставался неусвоенным катализатор. После перемешивания расплав выдерживали в течение 20 минут и разливали в графитовые изложницы. Разливку расплава осуществляли при температуре 1450–1460ºС. Результаты экспериментов представлены в табл. 1, из которых следует, что небольшие добавки катализатора усваиваются в расплаве высокохромистого чугуна достаточно хорошо независимо от того введены они под завалку в виде порошка или в натуральном виде. Таблица 1 - Методы ввода никель-хромового катализатора п/п Метод ввода добавки никель-хромового катализатора Количество добавки, % Содержание никеля Ni, % Коэффицие нт усвоения К, % 2 3 4 5 Исходный сплав ─ 0,57 ─ Под завалку в натуральном виде 2,3 0,89 На зеркало в натуральном виде 1,01 0,41 Под завалку в виде порошка 3,5 2,09 0,86 В брикете 2,7 2,37 0,99 Наилучший эффект достигается при вводе катализатора в виде брикета. Низкий коэффициент усвоения никеля при вводе катализатора на зеркало расплава обусловлен временным фактором и несовершенством технологии. Ввод катализатора в виде брикета является более предпочтительным. С целью проверки влияния масштабного фактора на усвоение Ni и Cr из катализатора плавку серого чугуна проводили в индукционной печи емкостью 30 кг с кислой футеровкой. В качестве шихты использовали СЧ-18, химический состав которого представлен в табл. 2. Таблица 2- Химический состав исследуемых сплавов Содержание элементов % пп Наименование C Si Ni Mn Cr Ti Cu 2 3 4 5 6 7 8 9 Исходный серый чугун (СЧ-18) 2,2 2,78 0,08 0,84 0,28 0,02 0,2 Чугун с добавкой катализатора 2,0 2,44 1,79 0,58 0,78 0,01 0,2 244 Легирующую добавку в виде смеси размолотого никель-хромового катализатора и стружки чугуна аналогичного химического состава загружали в печь под металлозавалку. Химический состав полученного сплава представлен в табл. 2. Как видно из результатов эксперимента наряду с восстановлением никеля из катализатора, происходит и переход хрома в расплав. По данным расчета коэффициент усвоения никеля равен 0,99, а хрома – 0,68. Восстановление хрома является нежелательным фактором для серого чугуна в связи с опасностью появления отбела в отливках. Поэтому вопрос о возможности использования отработанного никель-хромового катализатора в качестве легирующей добавки для серых и высокопрочных чугунов требует дальнейших исследований. Таким образом, результаты экспериментов показали, что отработанный никель- хромовый катализатор является перспективным заменителем никеля для легирования промышленных сплавов, в которых допускается некоторое повышенное содержание хрома. УДК 625.7 Фотоколориметрическое определение размеров частиц золя гидратированного диоксида титана Студент гр. 104119 Билиба Н.Э. Научный руководитель – Слепнева Л.М. Белорусский национальный технический университет г. Минск Одной из задач, стоящих перед химиками, получающими дисперсные системы с микро- и наноразмерными частицами дисперсной фазы является оценка размеров получаемых частиц. Широко используемыми методами определения размеров частиц дисперсной фазы являются световая микроскопия или более точная электронная микроскопия, предел разрешения которой составляет 2-5 нм. Однако электронная микроскопия применима только для сухих образцов и не может быть использована для анализа размеров частиц дисперсной фазы в суспензиях. В этом случае может быть использована оптическая спектроскопия, основанная на теории светорассеяния Рэлея. Светорассеяние принадлежит к дифракционным явлениям, обусловленным частицами, размеры которых меньше длины падающего света. Такие частицы рассеивают свет во всех направлениях, вызывая видимую опалесценцию. Для измерения размеров частиц нам был использован метод турбидиметрии. В качестве объекта исследования был взят золь гидратированного диоксида титана, полученного гидролизом тетрахлорида титана. Поскольку золь диоксида титана подвергается старению, для исследования были взяты образцы свежеприготовленного золя. Время от образования суспензии золя до изучения его методом турбидиметрии составляло не более 1 часа. Для образования золя тетрахлорид титана предварительно растворялся в изобутиловом спирте и прибавлялся к воде постепенно при непрерывном перемешивании на магнитной мешалке и температуре 800С. Турбидиметрия основана на измерении интенсивности проходящего через систему света. Метод турбидиметрии возможно использовать для определения размеров частиц золя диоксида титана, т. к. он относится к так называемым «белым» золям, неокрашенным золям. Для расчета размеров частиц было использовано эмпирическое уравнение Геллера: D = kλ-n , где D – оптическая плотность раствора золя, λ – длина волны падающего света, k и n – константы. Логарифмирование уравнения дает уравнение прямой, 245 lgD = lgk-nlg λ, тангенс угла наклона которой равен показателю степени n в уравнении со знаком минуc. Значение показателя степени n зависит от соотношения между длиной волны падающего света и размером частиц, который в свою очередь, характеризуется параметром Z. Связь значений Z и n табулирована, причем значение n уменьшается с увеличением Z, стремясь к 2 для частиц, радиус которых больше длины волны. С помощью фотоколориметра концентрационного КФК-2 были экспериментально определены оптические плотности образца золя диоксида титана в диапазоне длин волн падающего света от 364 нм до 750 нм (таблица). Таблица λ, нм 364 400 440 490 540 590 670 750 D 1,41 0,35 0,24 0,17 0,13 0,11 0,08 0.06 По результатам эксперимента были рассчитаны lg λ и lg D и построен график в координатах зависимости lg D от lg λ. График представляет собой прямую линию в интервале длин волн падающего света от 400 нм до 670 нм. По тангенсу наклона прямой нашли значение показателя степени n в уравнении Геллера и далее, связанного с ним значение параметра Z. Средний радиус частиц золя диоксида титана r рассчитывался по формуле Z = 8πr/λ, причем в уравнение подставлялось среднее значение длин волн в том интервале, в котором определялся показатель степени n. Для расчета была взята средняя длина волны λср = 575 нм, при этом радиус частиц золя диоксида титана оказался равным 135 ± 5 нм. УДК 544.77 Бактерицидные свойства наночастиц серебра. Получение экологически безопасных коллоидных растворов серебра Студент гр. 104119 Кривопуст А.А. Научные руководители – Лукьянова Р.С., Шнып И.А. Белорусский национальный технический университет г.Минск В последнее десятилетие наночастицы серебра все чаще используются в медицине и санитарии. Ученые и медики США, Европы, Росси, Японии, Китая и многих других стран показали, что серебро в виде наночастиц гораздо более эффективно, чем все использованные ранее формы серебра. Наночастицы серебра универсальны в своем действии. Они способны уничтожить более 600 болезнетворных вирусов, бактерий и грибов, позволяют бороться и с наиболее опасными болезнями, такими как СПИД, птичий и свиной гриппы, гепатит, туберкулез, кишечной палочкой, сальмонеллезом и т.д. Наночастицы серебра атакуют опасные микроорганизмы сразу по нескольким направлениям, поэтому не обнаружено ни одного случая приспособления микроорганизмов к действию наночастиц серебра. Растворы наночастиц серебра предназначаются также для дезинфекции помещений, для придания защитных биоцидных свойств лакокрасочной продукции. Введение наночастиц серебра в объем материала или нанесение их на поверхность изделий позволяют придать им антивирусные, антибактериальные, антигрибковые свойства. С использованием наночастиц серебра разработаны биоцидные краски, прозрачные биоцидные лаки для клавиатуры компьютеров и мобильных телефонов, биоцидные резины для доильных аппаратов, биоцидные ткани, марли, бинты, повязки. Изучается также возможность применения наночастиц металлического серебра в музейной и 246 реставрационной практике. При этом наночастицы серебра и их коллоидные растворы безопасны для человека и проявляют свои фунгицидные свойства при чрезвычайно низких концентрациях (тысячные доли процента). В связи с быстрым ростом объема потребления наночастиц серебра важной становится задача применения экологически безопасных реагентов для их синтеза. Экспериментальная часть. Нами исследован процесс восстановления нитрата серебра в водном растворе с помощью глюкозы в отсутствии дополнительного стабилизатора. Химическое восстановление является многофакторным процессом и зависит от подбора пары окислитель-восстановитель, их концентраций и условий осуществления процесса. Нами изучены влияние концентраций исходного раствора нитрата серебра в интервале 0,0001 0,005 М и растворов глюкозы в интервале 0,001  0,005 М. Для синтеза применялись реактивы марки «хч». Растворы готовились на дистиллированной воде. При исследовании рН в интервале 8  9 установлено, что растворы с рН > 9 являются неустойчивыми: в осадок выпадало металлическое серебро или получалось «серебряное зеркало». Щелочная среда устанавливалась с помощью водного раствора аммиака. Окраска полученных растворов с увеличением значения рН изменялась от бледно-желтой до темно-коричневой. Таким образом, увеличение рН приводит, вероятно, к возрастанию количества и размера образующихся наночастиц серебра, а также сопровождается их агрегированием. Оптимальным является, вероятно, значение рН в интервале 8  8,5. Полученные растворы обрабатывали кратковременным нагреванием на кипящей водяной бане или обработкой в микроволновой печи в течение 10 минут при мощности 700 Вт. Микроволновое излучение, вероятно, обеспечивает быстрое и равномерное нагревание всего объема реакционной смеси, что приводит к однородности в условиях нуклеации и роста зародышей и, в конечном итоге, к получению наночастиц наименьшего размера и одинаковой формы. Желтый цвет растворов коллоидного серебра свидетельствует о том, что большинство наночастиц серебра имеет сферическую форму и размеры 10  20 нм. Устойчивость коллоидных растворов наночастиц серебра без введения стабилизатора сохранялась в течение 1 месяца, что позволяет их применить в нужном направлении. УДК 666.21 Прозрачная фриттованная глазурь для производства керамических плиток для внутренней облицовки стен Студентка 5 курса 8 группы факультета ХТиТ Захаревич Ю.П. Научный руководитель – Павлюкевич Ю.Г. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Известные составы прозрачных глазурей лежат в системе многоборатной области стеклообразующих систем при содержании оксида бора до 20 мол.%.это обеспечивает получение гомогенных расплавов. Небольшое содержание оксидов щелочных металлов обеспечивает формирование качественного покрытия иопределяет ТКЛР глазури. Поскольку для декорирования изделий значение ТКЛР находиться в пределах (50-70) ·10-7К-1 и должен быть на 10∙10-7К-1выше, чем ТКЛР керамики.. Низкий ТКЛР требует резкое сокращения количества щелочных оксидов в составе, а последнее приводит к волнистости глазури из-за повышенной вязкости. Увеличение содержания B2O3, при котором ТКЛР снижается без увеличения вязкости ,также имеет 247 свой предел вследствие насыщения слоя глазурного стекла газовой фазой, что при водит к дефекту покрытия – наколам . Цель работы – разработка составов прозрачных фриттованных глазурей для производства керамических плиток для внутренней облицовки стен на основе системы Na20 (К2О ) – СаО – MgO – BaO – ZnO – B2O3 – Al2O3 – SiO2. Для получения бездефектного покрытия, обладающего высокими физико- химическими показателями была расширена область исследуемых составов глазурного стекла в системе SiO2 – B2O3 – CaO. Глазурные стекла варились в газопламенной печи при температуре 1350 ± 20°С и выдержке при максимальной температуре 1 ч. Глазурные покрытия готовились мокрым помолом фритт с добавкой 8 % по массе каолина Глуховецкого месторождения и наносились методом полива на предварительно высушенный до остаточной влажности 1–1,5 % и покрытый ангобом керамический черепок. После предварительной сушки исследуемые образцы обжигали в печи. Температура обжига составляла 1080, 1100 и 1120°С, с выдержкой при максимальной температуре 10 мин. В работе были получены устойчивые высококачественные блестящие и прозрачные покрытия, что определяется не только химическим составом, но и температурой обжига. Согласно полученным данным, опытные глазури характеризуются высокими значениями блеска – 70–100 %.С увеличением содержания оксида бора, который способствует лучшему растеканию и плавлению глазури, улучшается ее отражательная способность за счет зеркальной поверхности покрытия. Полученные составы глазурей характеризуются значениями ТКЛР в интервале (52,54–62,37)·10-7 К-1. Наименьшие значения ТКЛР находятся в области с наибольшим содержанием оксида кремния. Очевидно, что SiO2, обеспечивающий увеличение степени связности кремнекислородной сетки приводит к понижению ТКЛР. Значение ТКЛР глазурного покрытия выше, чем ТКЛР керамического черепка, что способствовало хорошему взаимному проникновению глазурного покрытия и керамической основы, увеличение термостойкости. Полученные покрытия обладают высокими физико-химическими и эстетическими показателями. Глазурь оптимального состава характеризуется следующим содержанием компонентов, мас .%: SiO2 – 57,56; Al2O3 – 13,9; B2O3 – 5,2; CaO – 6,2; MgO – 1,46; K2О – 4,89; Na2O – 1,9; BаO – 3,4, ZnO – 4,96; дает качественное прозрачное покрытие при однократном обжиге и может быть использована при производстве керамической плитки для внутренней облицовки стен. Блеск покрытия 66 %, белизна 85 %, микротвердость 7668 МПа, ТКЛР 62,1∙10-7К-1, термостойкость 250°С. УДК 666.01 Разработка составов стекол для производства базальтового волокна Студент 5 курса 8 группы факультета ХТиТ Ковгореня Д.М. Научный руководитель – Павлюкевич Ю.Г. Белорусский государственный технологический университет г. Минск В настоящее время во всем мире наблюдается огромный интерес к стеклянному волокну. Однако производство стекловолокна связано с определенными издержками. В производстве стеклянного волокна используются химически чистые компоненты, в частности оксид бора, карбонат натрия, оксид алюминия, подготовка сырьевых материалов сложна и энергоемка (материалы подвергают тонкому помолу, сушке, обогащению); температура варки достигает 1550− 16000С. Так же стекловолокно имеет 248 определенные ограничения по ряду характеристик: прочности, температуре применения, химической стойкости, особенно в щелочных средах. В связи с этим актуальными являются исследования в области производства базальтового волокна, основным сырьем для получения которого являются горные породы близкие по составу к базальту (базаниты, амфиболиты, габродиабазы, порфирит или их смеси и др.) Базальтовые волокна пригодны для производства композиционных материалов на основе неорганических вяжущих, в виду их высокой термической и химической устойчивости находят применение при сооружении ответственных промышленных объектов, где требуется повышенная пожарная безопасность, атомных электростанций, химических и нефтехимических предприятий, высотных зданий, а также в судостроении, вагоностроении, автомобильной промышленности. Целью настоящей работы является разработка составов стекол для получения непрерывного базальтового волокна на основе базальта Ровенского месторождения состава, мас.%: SiO2 49,34; Al2O3 15,25; Fe2O3 (FeO) 14,99; CaO 9,6; MgO 4,41; Na2O 3,56; TiO2 2,85. Одним из важных критериев, определяющих пригодность сырья или сырьевой композиции для производства минерального волокна, служит модуль кислотности, представляющий собой отношение суммарного массового процентного содержания оксидов кремния (кремнезема) и алюминия (глинозема) к суммарному содержанию оксидов кальция и магния. Модуль кислотности должен составлять не менее 1,5-1,8 (для базальтовых однокомпонентных шихт - до 4). Применение шихт с модулем кислотности менее 1,7 приводит к уменьшению содержания стеклообразующих оксидов в расплаве, а также к снижению производительности плавильных печей из-за увеличения расхода топлива на диссоциацию карбонатов. Вместе с тем при уменьшении снижаются стойкость волокна к механическим и атмосферным воздействиям, водостойкость (рН) и температуростойкость волокна. Базальт Ровенского месторождения имеет модуль кислотности равный 4,6 и пригоден для получения непрерывного волокна. При подшихтовке базальта мелом и доломитом модуль кислотности уменьшается, что приводит к снижению свойств, однако чаще всего в производстве используют двухкомпонентную шихту, так как необходима корректировка состава для заданных условий варки из-за неоднородности минеральных пород по химическому составу. Таблица 1 – Cоставы опытных стекол Химический состав стекла, мас.% № состава Количество корректирую щей добавки в шихте, мас. % SiO2 Al2O3 Fe2O3 (FeO) CaO MgO Na2O TiO2 Модуль кислотн ости 1 Без добавок 49,34 15,25 14,99 9,6 4,41 3,56 2,85 4,6 2 5 45,93 14,19 13,94 11,47 4,22 3,31 2,65 3,83 3 10 42,64 13,15 12,93 13,25 4,03 3,07 2,45 3,23 4 15 39,44 12,15 11,95 14,94 3,84 2,83 2,26 2,75 5 м ел 20 36,35 11,19 10,99 16,53 3,66 2,60 2,08 2,35 6 5 45,89 14,20 13,93 10,48 5,10 3,31 2,65 3,86 7 10 42,54 13,19 12,90 11,32 5,75 3,06 2,45 3,26 8 15 39,30 12,21 11,91 12,10 6,36 2,82 2,26 2,79 9 д ол ом ит 20 36,17 11,26 10,95 12,83 6,94 2,59 2,07 2,40 Для улучшения варочных и выработочных свойств в данной работе базальт подшихтовывали мелом, доломитом и в количествах 5−20 %. Синтез стекол производился в газопламенной печи при температуре 1350±100С. Количество корректирующих добавок и химический состав стекла представлены в таблице 1. 249 В работе изучались варочные и выработочные свойства стекол, их кристаллизационная способность, микротвердость и химическая устойчивость. Для оценки кристаллизационной способности стекол использовали метод стабильного падения температур. Микротвёрдость определяли по методу Виккерса с помощью микротвердомера ПМТ – 3. Химическая устойчивость опытных стекол оценивалась зерновым методом по отношению к 1Н раствору НCl. Результаты исследований приведены в таблице 2. Таблица 2 – Физико-химические свойства стекол № состава Микротвердость, МПа Химическая устойчивость потери массы,% Пределы кристаллизации, 0С 1 7324 4,06 1100 − 900 2 7026 4,57 1160 − 850 3 6664 5,53 1210 − 790 4 6419 6,62 1250 −720 5 5409 11,58 1260 −720 6 7428 4,14 1100 −870 7 7144 4,71 1150 −850 8 7212 5,16 1200 − 830 9 6419 8,31 1210 −800 Все стекла при выработке имели достаточно низкую вязкость, хорошо осветлились и не имели инородных включений. Результаты опытов показали, что стекла, в состав которых вводилось некоторое количество доломита, имели лучшие значения исследуемых свойств по сравнению со стеклами, содержащими в качестве добавки мел. С доломитом в состав стекла вводятся оксид магния MgO и оксид кальция CaO. При содержании оксида магния в составе стекол в количестве 5−6% повышается поверхностное натяжение силикатного расплава, снижается температура плавления шихты и склонность к кристаллизации стекла, однако с увеличением концентрации выше указанных пределов температура плавления и склонность к кристаллизации повышается. По данным исследований наилучшими из приведенных подшихтованных составов оказались стекла, содержащие доломит в количестве 5 и 10 мас.% соответственно. Незначительное падение свойств (в рамках допустимых значений) обусловленное введение с доломитом оксидов кальция и магния компенсируется улучшением варочных и выработочных характеристик стекол, в частности снижается температура варки на 50 – 600С, понижается вязкость, стекло становится «длиннее», что обеспечивает лучшие условия формования непрерывного волокна. УДК 691.168 Модификация полимерных вяжущих на основе отходов полиуретана базальтовыми волокнами Студенты гр. 104510: Песецкий А.В., Гаврилюк Е.С. Научные руководители Беляцкий В.Н. Белорусский национальный технический университет, г. Минск В работе изучена возможность модификации полимерных материалов базальтовыми волокнами. В качестве последних использовался полимер на основе 250 отходов полиуретана. Эти высокомолекулярные соединения представляют собой сополимер производных уретанового компонента –N(R)-C(O)O- (R=H, алкил, арил или ацил) и изоцианатов в качестве отвердителя. Обычно их получают при взаимодействии изоцианатов с веществами, имеющими несколько гидроксильных групп, причем при количестве функциональных групп более двух образуются сетчатые структуры. В качестве первого компонента использовался полиуретановый аддукт, полученный в результате деполимеризации промышленного полиуретана, а качестве второго – промышленный изоцианатный отвердитель. Базальтовое волокно представляет собой нетканый материал в виде переплетенных длинных нитей диаметром ~0,1мм, полученного путем распыления горных пород (производство Жлобинского завода строительных материалов). Разработка подобных составов актуальна и перспективна с точки зрения улучшения физико-химических свойств композиций, например, повышения устойчивости к сдвиговым нагрузкам и прочности на разрыв, а также имеет важное экологическое значение, т.к. позволяет утилизировать отходы производства полимеров без ущерба для окружающей среды. Для опытов были использованы раствор аддукта в хлорорганическом растворителе с содержанием последнего 20%(масс) и промышленный отвердитель. Базальтовое волокно использовалось без дальнейшей химической модификации поверхности. Базальтовое волокно предварительно измельчали до длины волокон ~1см и вводили в аддукт, после чего тщательно перемешивали, причем адгезия аддукта в волокну была высокой. Затем в композицию вводили отвердитель, тщательно перемешивали и утрамбовывали в формы. При недостаточно тщательном перемешивании состава могли получаться образцы с недостаточной механической прочностью. По-видимому, реакция сополимеризации не затрагивала часть аддукта, удерживаемого на волокнах, чем и объяснялась низкая механическая прочность полученных образцов. В дальнейшем методика получения образцов была модифицирована. В аддукт добавлялось заранее рассчитанное количество отвердителя и смесь тщательно перемешивалась до начала образования сополимера, о чем свидетельствовало увеличение вязкости состава. В полученный таким образом «предполимер» вводилось требуемое количество базальтового волокна, состав перемешивался до однородности и утрамбовывался в формы диаметром 20мм и высотой 50мм. Соотношение волокно/аддукт варьировали от 10% до 40%. В полученный таким образом состав вводили отвердитель при соотношениях отвердитель/аддукт от 1/5 до 1/10. Время схватывания таких композиций составляло технологически приемлемую величину 1-2 часа, время полного отверждения – порядка суток. Для характеристики полученных материалов определялась прочность на сжатие. Испытания проводились для образцов в виде цилиндров с плоскопараллельными торцами с соотношением диаметр/высота= 1/1,5. Были получены композиты, обладающие удовлетворительными механическими свойствами. Это позволяет использовать их в качестве вяжущего при получении полимерных композиций для применения в дорожном строительстве Изменение растворителя при получении аддукта позволяло регулировать пористость конечного состава, и, как следствие, объемную плотность получаемых образцов. Для образцов с удельной плотностью 400кг/м3 такие материалы являются перспективными теплоизоляторами, например, для теплотрасс. 251 УДК 666.1.01.539 Синтез бессвинцовых висмутсодержащих легкоплавких стекол Студентка 4 курса 8 гр. Ярошевич И.Н. Научный руководитель – Бобкова Н.М. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Интерес к применению для синтеза легкоплавких стекол проявился в основном как компонента легкоплавких стекол, эмалей, припоев. Стекла, содержащие Bi2O3, отличаются высокими значениями плотности, показателя преломления, диэлектрической проницаемости, широкой областью прозрачности в видимом и ИК- диапазонах, что делает их весьма перспективными. Висмутовые стекла уже нашли применение в виде стеклокерамики или пленок для оптических и электронных приборов, в качестве температурных и механических сенсоров, а также отражающих окон. Потребностью промышленности в легкоплавких, полупроводниковых и защищающих стекол, в свое время, был обусловлен значительный интерес к стеклам, содержащим PbO. Висмутовые стекла стали удачной заменой свинцовым благодаря более высокому показателю преломления, широкой области пропускания, низкой температуре плавления, отсутствию токсичности. Особый интерес проявлен в последние годы к системе ВаО – Bi2O3 – B2O3. В ней подробно изучены процессы и фазообразования и стеклообразования. На рис. 1 приведены результаты исследования стеклообразующей способности расплавов в этой системе по данным разных авторов [1−3]. Согласно данным [1−5], в системе ВаО–Bi2O3–B2O3 установлено образование следующих тройных соединений (таблица 1). Таблица 1 − Тройные соединения в стекле ВаО – Bi2O3 – B2O3 Состав Температура плавления, ºС Источники 2ВаО Bi2O3·B2O3 нет данных [4,3,1] 6ВаО Bi2O3·3B2O3 нет данных [4,3,1] ВаО Bi2O3·2B2O3 730 [4,3,1] 2ВаО∙Bi2O3·11B2O3 807 [4,3,1] ВаО∙5Bi2O3·3B2O3 725±5 [5] ВаО∙Bi2O3·B2O3 690±5 [5] Установлен и состав одной из тройных эвтектик: 31,6 ВаО∙27,3Bi2O3·41,5B2O3 с температурой плавления 600 ºС [9]. Эти данные обосновывают возможность получения легкоплавких бессвинцовых стекол с температурами размягчения ниже 500 ºС. В настоящей работе исследуемая область системы Bi2O3- BaO-B2O3 включает, мас.%: Bi2O3 15 – 30; BaO 25 – 40; B2O3 30 – 45 и модифицирована оксидами SiO2, Al2O3. Синтез легкоплавких стекол производили в газопламенной печи в фарфоровых тиглях емкостью 200 мл при температуре 1000 ºС с выдержкой при максимальной температуре Рисунок 1 – Область стеклообразования в системе ВаO−Bi2O3−B2O3 по данным 1 – Imaoko [1], 2 − Милюкова [2], 3 – Егорышевой [3] (мол.%) 252 2 часа. Для дальнейших исследований изготавливались образцы в виде плиток, стержней, цилиндров. Получены хорошо осветленные стекла, окрашенные в светло- коричневый цвет по всему объему стекла. Изучение кристаллизационной способности опытных стекол методом градиентной кристаллизации позволило установить, что все разработанные составы характеризуются высокой устойчивостью стеклообразного состояния. Установлено, что температуры полной расстекаемости исследуемых стекол изменяются в интервале 570 – 650 ºС, в зависимости от химического состава стекла. Экспериментальные значения температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) опытных стекол находились в пределах (65−86)·10-7 К-1. Наибольшее влияние на величину ТКЛР оказывает Bi2O3. Значение температуры начала размягчения для всех стекол изменялись в узких пределах от 530 до 570°С. Сравнение значений температуры начала размягчения и температуры полной растекаемости приводит к выводу, что стекла можно характеризовать как «короткие». Основные физико- химические свойства исследуемых стекол представлены в таблице 2. Таблица 2 – Физико-химические свойства исследуемых стекол Свойства Пределы изменения свойств Склонность к кристаллизации Отсутствует Температура полного растекания, ºС 570 – 650 Температура начала размягчения, ºС 530 – 570 ТКЛР107, К-1 65,0 – 86,0 Низкие температуры растекания исследуемых стекол и достаточно высокое значения ТКЛР позволяет рекомендовать экспериментальные стекла для получения светотрансформирующих покрытий, в состав которых входит легкоплавкое стекло с ТКЛР, близким к ТКЛР капсулы и наноразмерный наполнитель – люминофор – итрий- алюминиевый гранат, равномерно распределенный в объеме покрытия. Автор выражает благодарность научному ассистенту, к.т.н. Трусовой Е.Е. за обсуждение результатов и важные замечания. Работа выполнялась при частичной поддержке ГПНИ «Химические технологии и материалы», задание 1.26. Литература 1. Егорышева, А.В. Стеклообразование в системе ВаО – Bi2O3 – B2O3. Неорганические материалы / А.В. Егорышева, В.Д. Володин, В.М. Скоринов // Физика и химия стекла. − 2008. − Т. 44, № 11. С. 1397−1401. 2. Милюков Е.М. Оптические постоянные и некоторые другие характеристики стекол системы ВаО – Bi2O3 – B2O3 и La2O3 – Bi2O3 – B2O3 / Е.М. Милюков, Н.Н. Вильчинская, Т.М. Макарова // Физика и химия стекла. − 1982. − Т.8, №3. − С.347−350. 3. Егорышева, А.В. Поиск функциональных материалов на основе многокомпонентных систем МО – Bi2O3 – B2O3 (М = Са, Sr, Ba) / А.В. Егорышева, В.Д.Володин, В.М. Скоринов // Физика и химия стекла. − 1982. − Т.8, №3. − С.347−350. 4. Егорышева А.В. Фазовые равновесия в системе ВаО – Bi2O3 – B2O3 / А.В. Егорышева, В.М. Скоринов, В.Д. Володин // Журнал неорганической химии. − 2006. − Т. 51, № 12. − С. 2078−2082. 5. Hovhannisyan M., Hovhannisyan R., Alexanyan H., Knyazyan N. A study of the phase and formation diagrams of the ВаО – Bi2O3 – B2O3 system // Glass Technol. Part A. − 2009. − V 50, № 6. − Р.323−328. 6. Диаграммы состояния силикатных систем. Справочник. Выпуск 4. Наука. 1974. С. 420. 253 УДК 547.589.4, 541.572.54 Новые реагенты для экстракции на основе 1,3-дифункциональных соединений. Студенты 7 гр. 2 к. ф-та ХТиТ Гращенков Е.А., Сарницкий П.Г. Научный руководитель – Ковганко В.Н. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Соединения, содержащие различные 1,3-дифункциональные группы, способны образовывать устойчивые хелатные комплесы с катионами металлов. Эта способность используется при создании органических аналитических реагентов для экстракции металлов. Хорошо изученными классами хелатирующих экстрагентов являются 1,3- дикетоны, 4-ацилпиразолоны, 4-ацилизоксазолоны [1, 2]. Поиск новых типов 1,3- дифункциональных соединений, которые возможно использовать в качестве экстрагентов, является важной и актуальной задачей. Это в первую очередь важно для повышения селективности процесса экстракции, а также для разработки новых эффективных методик анализа. Нами предположено, что новые эффективные хелатирующие экстрагенты могут быть созданы на основе замещенных 1-карбамидо-5-оксо-дигидропиразолов и 1- тиокарбамидо-5-оксо-дигидропиразолов. В общем виде вещества данной группы могут быть изображены стуктурной формулой I. R OR OO R' R OR ON NH NH2 X R' R O NH N NH2 X R' ãäå R, R' - àëêèëüíûé èëè àðèëüíûé çàìåñòèòåëü, X = O, S I Известно, что соединения данного ряда способны образовывать устойчивые хелатные комплексы с катионами металлов [3, 4]. В то же время использование данных классов веществ в качестве экстрагентов в литературе не описано. С целью проверки нашего предположения и установления экстрагирующих свойств новых веществ типа I нами предпринят их синтез. В частности синтезирован ряд ключевых промежуточных веществ. Взаимодействием ацетоуксусного эфира с семикарбозидом и тиосемикарбозидом получены соответствующие семикарбазон и тиосемикарбазон. Работа интенсивно проводится в настоящее время, о ее результатах будет сообщено дополнительно. Литература 1. S.Umetani, K.Ogura, S.Yamazaki // Anal. Sci. – 2001. – Vol. 17. – P. 241-244. 2. J.Arichi, G.Goetz-Grandmont, J.P.Brunette // Hydrometallurgy. – 2006. – Vol. 82. – Р. 100-109. 3. J.S. Casas, M.V. Castano, M.S. Garcia-Tasende, A. Sanchez, J. Sordo, A. Touceda. // Polyhedron. – 2005. – Vol. 24. – P. 3057–3065. 4. J.S. Casas, M.V. Castano, E.E. Castellano, J. Ellena, M.S. Garcia-Tasende, A. Gato, A. Sanchez, L.M. Sanjuan, J. Sordo. // Inorg. Chem. – 2002. – Vol. 41, № 6. – P.1550- 1557. 254 УДК 547.621 Синтез новых соединений ряда 3-арил-3-кетоэфиров Студент 11 гр. 2 к. ф-та ХТиТ Креч А.В. Научный руководитель – Ковганко В.Н. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Вещества ряда 3-арил-3-кетоэфиров находят широкое применение в синтезе многих классов органических соединений [1]. Например, их используют в качестве промежуточных веществ в синтезе аналитических реагентов для селективной экстракции ряда 4-ацилизоксазолонов и 4-ацилпиразолонов [2], мезоморфных материалов [3], антибиотиков ряда фторхинолонов [4]. Одна из известных схем синтеза 3-арил-3-кетоэфиров включает ацилирование ацетоуксусного эфира хлорангидридами замещенных бензойных кислот с последующим расщеплением по Хунсдиккеру 2- бензоилацетоуксусных эфиров [1, 3]. Цель нашего исследования заключается в получении новых веществ ряда 3- арил-3-кетоэфиров, в которых арильным заместителем являются замещенные бифенилы (например, вещество IV). Эти соединения могут быть полезны при создании новых мезоморфных материалов различных типов, а также для получения новых аналитических реагентов. O OH H11C5O O O OEtH11C5O H11C5O O H11C5O I II III IV Для синтеза веществ данного ряда нами получена мезогенная бифенилкарбоновая кислота III, которая является важным промежуточным веществом для получения 3-арил-3-кетоэфира IV. Для этого замещенный бифенил I подвергли реакции с ацетилхлоридом в присутствии хлорида алюминия. Полученный кетон II далее подвергли бромоформному расщеплению. Строение синтезированных веществ установлено по данным спектров. Дальнейшее превращение предполагает превращение кислоты III в соответствующий хлорангидрид и ацилирование ацетоуксусного эфира. О результатах данной работы будет сообщено дополнительно. Литература 1. S.Benetti, R.Romagnoli, C. De Risi, G.Spalluto, V. Zanirato // Chem. Rev. – 1995. – Vol. 95, № 4. – P. 1065-1114. 2. J.Arichi, G.Goetz-Grandmont, J.P.Brunette // Hydrometallurgy. – 2006. – Vol. 82. – Р. 100-109. 3. В.Н. Ковганко, Н.Н. Ковганко, М.А. Половков // Жур. орг. хим. – 2010. – Т. 46, №. 12. – С. 1803-1807. 4. R.J. Clay, T.A. Collom, G.L. Karrick, J.A. Wemple // Synthesis. – 1993. – №3. – P. 290-292. 255 УДК 666.189.211 Разработка составов стекол для непрерывного волокна Студенты 5 курса 8 гр. Амброзевич Т.В., Демьянчик Н.В. Научный руководитель – Папко Л.Ф. Белорусский государственный технологический университет г. Минск В производстве стекловолокна и материалов на его основе наибольшее применение получили электроизоляционные бесщелочные стекла типа «Е». При высоких диэлектрических свойствах волокна типа «Е» имеют невысокие показатели химической устойчивости, относительно низкие прочностные показатели. Это ограничивает применение их в составе композиционных материалов, а также при получении волокнистых материалов строительного назначения. Большое количество материалов на основе стекловолокна, которые разрабатываются в настоящее время, требуют использования стекол различных типов, отвечающих комплексу заданных свойств. Наибольший интерес представляют стекла с повышенной химической устойчивостью, в частности кислотостойкие типа «С». Стеклянные волокна из стекла типа «С» применяются для изготовления фильтровальных материалов, кровельных матов, для упрочнения битума, при получении кислотостойких композиционных материалов [1]. Для создания композиционных материалов с высокими физико-механическими параметрами необходимо стекловолокно, обладающее высокими показателями прочности при растяжении и сжатии, модуля упругости. Высокопрочное высокомодульное волокно получено на основе стекол типа «S» [1, 2]. Целью настоящего исследования является разработка составов стекол для получения непрерывного волокна с повышенной химической стойкостью и высокой механической прочностью. Разработка составов стекол для непрерывного волокна связана с потребностью ОАО «Полоцк-Стекловолокно» в расширении ассортимента продукции. Разработка составов стекол для получения высокопрочного высокомодульного волокна проводилась на основе систем MgO–Al2O3–SiO2, СаО–Al2O3–SiO2 и MgO– СаО–Al2O3–SiO2. Базовые составы стекол включают, мас.%: SiO2 55–70; Al2O3 20–30; RO (MgO, СаО) 5–20. Синтез стекол проводился в газопламенной печи периодического действия. Температура синтеза стекол системы MgO–Al2O3–SiO2 составляла 1570±10 ºС; стекла системы СаО–Al2O3–SiO2 синтезированы при более низкой температуре, составляющей 1500±10 ºС. Замена MgO на СаО в составе стекол приводит к снижению температуры варки и вязкости стеклорасплава. Показатели микротвердости стекол позволяют судить о влиянии компонентов на прочность связей в них. Показатели микротвердости стекол системы MgO–Al2O3–SiO2, определенные с помощью микротвердомера ПМТ-3М, составляют 7000–7500 МПа, при этом с увеличением содержания оксидов алюминия и кремния в составе стекол микротвердость возрастает. Стекла системы СаО–Al2O3–SiO2 характеризуются более низкими значениями микротвердости, составляющими 6000–6700 МПа. Показатели микротвердости опытных стекол на 30–40 % превышают показатели стекла «Е». Модуль упругости является важным показателем высокопрочного волокна. Показатели модуля упругости стекол рассчитывались по методу А.А. Аппена [3]. По модулю упругости опытные стекла в 2–2,5 раза превосходят стекло «Е». Это обьясняется высоким содержанием в составе оксидов магния и алюминия. Показатели модуля упругости стекол системы MgO–Al2O3–SiO2 составляют 100–115 ГПа, системы СаО–Al2O3–SiO2 – до 130 ГПа. 256 Химическая устойчивость опытных стекол оценивалась зерновым способом по отношению к 1 н раствору НСl при температуре 60 ºС; масса навески составляла 2 г, время выдержки 1 ч. Магнийсодержащие стекла характеризуются достаточно высокими показателями кислотостойкости – потери массы при обработке не превышали 3 %. Замена MgO на СаО в составе стекол приводит к снижению кислотостойкости – потери массы при обработке 1 н раствором НСl составили 9–12 %. По совокупности показателей физико-химических и технологических свойств для получения волокна типа «S» выбран оптимальный состав в системе MgO–СаО– Al2O3–SiO2, который удовлетворяет основным требованиям, предъявляемым к высокопрочному стекловолокну. Поскольку стекло для высокопрочного волокна является тугоплавким, для интенсификации процесса варки стекла рекомендуется вводить в шихтовой состав ускорители варки. Наиболее эффективными ускорителями варки являются соединения фтора, а наиболее эффективными осветлителями являются сульфат и хлорид натрия. При определении режимов выработки стекловолокна необходимо учитывать верхнюю температуру кристаллизации, которая составляет для опытных составов 1400 ºС. Полученные стекла отличаются повышенными температурами варки и выработки, что наряду с повышенной склонностью к кристаллизации усложняет процесс производства стекловолокна . Наиболее рациональным и технологичным способом производства волокна типа «S» является двустадийный способ, включающий варку стекла, выработку стеклошариков и последующее формование стекловолокна через фильеры стеклоплавильных сосудов. Синтез стекол для химически стойкого волокна проводился на основе системы Na2O–MgO–CaO–Al2O3–B2O3–SiO2 в газопламенной печи при температуре 1500±10 оС. Опытные стекла включают, мас.%: SiO2 до 68; B2O3 0–8; СаО 7–16; Na2O до 12. Установлено, что по показателям кислотостойкости, оцениваемым при обработке 1 н раствором НСl, опытные стекла в 5–8 раз превосходят стекло «Е». Существенный рост кислотостойкости опытных стекол в сравнении со стеклом типа «Е» связан в первую очередь с ростом содержания SiO2 в их составе и соответственно упрочнением структуры стекла. Замена SiO2 на Al2O3 в пределах 2–11 % приводит к незначительному снижению потерь массы. Положительное влияние на кислотостойкость оказывает введение оксида бора в состав опытных стекол. Потери массы образцов при их обработке раствором кислоты связаны как с процессом выщелачивания, так и с растворением компонентов. Потери массы образцов стекол при обработке 1 н раствором NaOH составляют 14–17 %. Замена оксида кальция оксидом натрия практически не влияет на показатели щелочестойкости. С ростом содержания оксида бора за счет оксида натрия показатели потерь массы при обработке щелочным раствором снижаются. Это является следствием упрочнения структуры стекла. Щелочестойкость опытных стекол в меньшей мере, чем кислотостойкость, зависит от состава стекла. Минимальные показатели потерь массы обеспечиваются при оптимальном соотношении таких компонентов, как Na2O, CaO и B2O3. По совокупности показателей химической устойчивости, твердости, модуля упругости выбраны составы стекол для получения химически стойкого непрерывного волокна типа «С». Кислотостойкость стекол оптимальных составов выражается потерями массы, составляющими 1,8–2,0 %. По водостойкости стекла относятся ко второму гидролитическому классу. Показатели микротвердости составляют 6000–6200 МПа, модуля упругости 78–80 ГПа. Производство волокна типа «С» осуществляется одностадийным способом и в сравнении с волокном типа «Е» является более экономичным за счет снижения затрат на сырьевые материалы, используемые для варки стекла. Кроме этого, расплав стекла 257 «С» менее агрессивен, что позволяет использовать для кладки стекловаренных печей огнеупоры с более низкой стеклоустойчивостью и соответственно стоимостью. Литература 1. Lotwenstein, K.L. The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibres / K.L. Lotwenstein. – Elsevier Amst. – L.-N/Y., 1993. – 339 p. 2. Типы и составы стекол для производства непрерывного стеклянного волокна / Ю. И. Колесов [ и др.] // Стекло и керамика. – 2001. – №6. – С.5–10. 3. Аппен, А.А. Химия стекла /А.А. Аппен. – Л.:Химия, 1974. – 354 с. УДК 541.18.45 Влияние солей жесткости на пенообразующую способность препарата Genapol LRO Студент 8 гр. ф-та ТОВ Артюх В.Н. Научные руководители – Бондаренко Ж.В., Эмелло Г.Г. Белорусский государственный технологический университет г. Минск В настоящее время промышленностью выпускается большое разнообразие косметических продуктов, существенная доля которых приходится на гигиенические моющие средства. К ним относятся шампуни, гели для душа, пены для ванны, жидкие мыла и др. Для получения гигиенических моющих средств используют технические препараты поверхностно-активных веществ (ПАВ), часто представляющие собой не индивидуальное вещество, а смеси [1]. Известно, что пенообразующая способность моющих средств зависит от природы и расхода ПАВ, содержания пережиривающих, кондиционирующих, лечебно-профилактических и других компонентов, а также условий получения пены (температура, наличие в воде солей жесткости и др.). Целью работы явилось изучение влияния концентрации солей жесткости на пенообразующую способность и устойчивость пен, полученных из водных растворов препарата Genapol LRO. Технический препарат Genapol LRO представляет собой смесь диэтоксилаурилсульфата и диэтоксимиристилсульфата натрия. В качестве солей жесткости использовали хлористый кальций и сернокислый магний. Рисунок 1 – Влияние хлористого кальция и сернокислого на пенообразующую способность (а) и устойчивость пены (б) Для изучения влияния солей жесткости на пенообразующую способность препарата Genapol LRO готовили водные растворы хлористого кальция и сернокислого магния с концентрацией 0,02–40,00 г/л, в приготовленный раствор вводили 2,0 г/л ПАВ и растворяли при перемешивании. Полученные системы исследовали на приборе Росс- Майлса по методике, описанной в [2]. Была определена пенообразующая способность приготовленных растворов и устойчивость полученных пен. Эксперимент проводили 258 при температуре 18–20°С. Пенообразующую способность определяли как высоту столба пены (мм) через 30 с после истечения исследуемого 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. Полученные данные представлены на рисунке 1. Как видно из представленных на рисунке 1 данных, увеличение в растворе (в изученном интервале) концентрации хлористого кальция и сернокислого магния не оказывает существенного влияния на пенообразующую способность препарата Genapol LRО. Данный показатель лежит в интервале 240−265 мм, что значительно превышает требования по пенообразованию, предъявляемые к гигиеническим моющим средствам по СТБ 1675–2006 [3], показатель должен составлять не менее 100–140 мм. Установлено также, что все исследуемые системы образуют пены, обладающие высокой устойчивостью – 93–96%. В соответствии с ГОСТ 22567.1-77 [2] пенообразующую способность гигиенических моющих средств определяют в воде жесткостью 3,57 мг∙экв/дм3, содержащей хлористый кальций и сернокислый магний в определенном количестве. Поэтому было изучено влияние концентрации препарата ПАВ на способность к пенообразованию, а также на устойчивость пен в жесткой воде. Полученные экспериментальные данные приведены на рисунке 2. Рисунок 2 – Пенообразующая способность (а1), устойчивость (а2) и кинетика устойчивости пен (б) в жесткой воде в зависимости от концентрации ПАВ Как видно из рисунка 2 а (линия 1), при увеличении концентрации препарата Genapol LRО в жесткой воде до 3,0 г/л происходит возрастание пенообразующей способности ПАВ. Особенно интенсивно это наблюдается в интервале концентраций ПАВ до 0,6 г/л, а с дальнейшим ростом концентрации ПАВ способность к пенообразованию возрастает незначительно – от 245 до 280 мм. Такую зависимость можно объяснить тем, что при малых концентрациях ПАВ его молекул недостаточно для стабилизации образующейся пены, а с увеличением концентрации ПАВ его стабилизирующая способность повышается. При достижении концентрации ПАВ в растворе 3,0 г/л пенообразующая способность препарата Genapol LRО достигает максимального значения и далее остается практически постоянной. Исследования показали также (рисунок 2 а, линия 2), что увеличение концентрации препарата Genapol LRО от 0,2 до 20,0 г/л в воде жесткостью 3,57 мг∙экв/дм3 не приводит к изменению устойчивости полученных пен. Этот показатель находится в диапазоне 94–97%. Анализ рисунка 2 б показал, что незначительное понижение высоты столба пен (10–20 мм) наблюдается в течение первой минуты их существования, а затем остается практически постоянным. При этом все изученные пены по устойчивости соответствуют требованиям, предъявляемым к гигиеническим моющих средствам в соответствии с СТБ 1675–2006. Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать вывод, что хлористый кальций и сернокислый магний не оказывают существенного влияния на 259 пенообразующую способность и устойчивость пен, полученных с использованием препарата Genapol LRO. Литература 1. Ланге, К. Р. Поверхностно-активные вещества: синтез, свойства, анализ, применение / К. Р. Ланге; под ред. Л. П. Зайченко. – СПб.: Профессия, 2005. – 240 с. 2. ГОСТ 22567.1–77. Средства моющие синтетические. Метод определения пенообразующей способности / Введ. 2. 06. 1977 г.; продл. 29.06.1984 г. – М.: Изд-во стандартов, 1986. – 7 с. 3. СТБ 1675–2006. Изделия косметические гигиенические моющие. Общие требования / Введ. 01.07.2007 г. – Минск, 2007. – 6 с. УДК 669.054.8 Технология получения коагулянта из железосодержащих отходов Студент гр.14 Бескостая Л.Ф. Научный руководитель – Лихачева А.В. Белорусский государственный технологический университет г. Минск В настоящее время комплексное использование техногенных отходов металлургических комплексов приобретает особое значение в связи с ростом экологических проблем и снижением уровня содержания целевых компонентов в исходном сырье. Технический прогресс позволяет резко сократить отходы производства, а также использовать значительную их часть в качестве сырья для получения продукции. Уменьшение количества отходов или повторное их использование даёт возможность значительно снизить расход сырья и материалов, стоимость продукции и повысить эффективность производства. В проведенных лабораторных исследованиях объектами изучения являлись технологические параметры технологии получения коагулянта для очистки сточных вод из железосодержащих отходов. Определение оптимальных параметров проводили при технологическом моделировании с учетом наиболее вероятных вариантов значений изменяемых параметров, определенных на основании анализа научно-технической литературы, патентной документации, данных научных исследований проведенных ранее. Моделирование позволило:  найти более эффективные и прибыльные варианты технологического процесса;  достичь постоянного и высокого качества продукции;  определить контролируемые показатели технологического процесса. В работе проводилось технологическое моделирование технологии получения коагулянта и технологии очистки сточных вод полученными коагулянтами. В результате проведенных исследований установлены оптимальные значения следующих технологических параметров: 1) соотношение отхода и кислоты, используемое при производстве коагулянта, температура и время варки коагулянта, концентрация используемой кислоты; 2) доза коагулянта, добавляемого в сточную воду, время осаждения взвешенных веществ, содержащихся в сточной воде, в которую добавлен коагулянт. В ходе исследований коагулянт получали из различных железосодержащих отходов: шлама металлошлифовального, шлака от дуговой печи, шлака от индукционной печи, стружки стальной, а также железосодержащей пыли. 260 Полученные коагулянты представляли собой раствор на основе полимерных гомо- и гетеролигандных комплексов железа или железа и другого элемента (алюминия, титана, кремния). В растворе присутствовали ионы Fe(OH)+, которые полимеризуясь через ол- и оксо- группы образовывали, например, с ионами Al3+aq комплекс [Fe(II)Al(III)Ox(OH)y](7-2x-y)+ , придающий раствору бледно-голубую окраску. С течением времени в результате контакта с атмосферой или искусственным путем происходило окисление Fe(II) в Fe(III), что сопровождалось сменой окраски сначала на зеленую, а затем на желто-коричневую. Основные этапы получения коагулянта из железосодержащих отходов: 1) Твердые и крупные железосодержащие отходы измельчали механическим путем (дробление и др.) до размера 3 мм. 2) Смешивали отходы с соляной кислотой известной концентрации в соотношении по массе 1:1. 3) Выдерживали полученную смесь 20 мин. на водяной бане при повышенной температуре. 4) После остывания раствор коагулянта отфильтровывали через фильтр. Полученным коагулянтом производили очистку модельных сточных вод с содержанием взвешенных веществ 40 г/л. Для этого в 5 пробирок для коагулирования помещали равное количество сточной воды (по 50 мл). В пробирки вносили 0,05 – 1,5 мл приготовленного коагулянта. В одной из пробирок для сравнения находилась сточная вода без добавления коагулянта. Измеряли светопропускание на фотоэлектроколориметре через каждые 10 минут при длине волны 590 нм. Эффективность очистки сточных вод составляла 92-99,6%. Анализ научно-технической литературы показал, что все предложенные способы получения коагулянтов из железосодержащих отходов имеют подобные технологические схемы. Отличие может заключаться лишь в некоторых аппаратурных оформлениях. На рисунке 1 приведена предлагаемая нами технологическая схема получения коагулянта. 1 – бункер для железосодержащих отходов; 2 – емкость с дозатором; 3 – реактор-смеситель с рубашкой; 4 – фильтр-пресс; 5 – смеситель; 6 – фильтр-ловушка; 7 – резервуар готового коагулянта Рисунок 1 – Технологическая схема получения коагулянта из железосодержащих отходов Железосодержащие отходы поступают в бункер 1. Загрузка компонентов в реактор-смеситель с рубашкой 3 производится с помощью емкостей с дозатором 2 при включенной вентиляции для снижения запыленности помещения. Далее реактор- смеситель с рубашкой закрывается, устанавливается температура 70-73ºC. Средняя продолжительность процесса 20 минут. Полученный продукт охлаждают водой непосредственно в реакторе-автоклаве с рубашкой. После этого суспензия подается на фильтр-пресс 4, где осаждается твердый шлам, который может быть использован при 261 производстве строительных материалов, а также возвращаться в процесс. Для получения коагулянта с требуемыми характеристиками после охлаждения полученную смесь насосом перекачивают в смеситель 5 и подают туда в качестве pH-корректора соляную кислоту и перекись водорода для окисления железа (II) до железа (III). Отбирают пробу коагулянта для определения содержания железа (III). Если коагулянт соответствует требованиям, то его фильтруют через фильтр 6 для удаления частиц, которые остались после фильтр-пресса и подают в емкости 7 товарного парка. Если при анализе выявляют, что коагулянт не соответствует требованиям, то либо регулируют рН, либо добавляют окислитель. На данный момент в Беларуси существует ряд проблем, связанных с переработкой железосодержащих отходов: отсутствие оборудования для сбора отходов, исключающего их смешивание и загрязнение, а также оборудования для прессования, упаковки и других видов обработки отходов; недостаточная обеспеченность мощностями для переработки; отсутствие для отдельных видов отходов экономически и экологически эффективных способов использования; отсутствие системы маркетинга для отходов. Таким образом, результаты, полученные в работе, свидетельствуют о целесообразности химической переработки железосодержащих производственных отходов. Полученные при этом коагулянты эффективно применять в процессах физико- химической очистки сточных вод от взвешенных и коллоидных примесей. УДК 676.085.4 Повышение эксплутационных свойств живичной канифоли Студ. 5 к. 7 гр. ф-та ТОВ Бовт А.А. Научный руководитель – Шпак С.И. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Канифоль представляет собой затвердевшую переохлажденную жидкость. Аморфное состояние канифоли объясняется тем, что образующийся в процессе ее получения расплав смоляных кислот при быстром охлаждении застывает, не кристаллизуясь. Поскольку скрытая теплота образования кристаллов смоляных кислот при получении аморфной канифоли не выделяется, то такая канифоль имеет некоторый избыток энергии и является системой термодинамически неустойчивой. Аморфная канифоль может перейти при определенных, главным образом температурных, условиях в более устойчивое и естественное кристаллическое состояние. В канифоли обнаруживается свойство, называемое склонностью к кристаллизации. Канифоль кристаллизуется в определенных температурных пределах. В канифоли появление кристаллов часто наблюдается при температуре 80–120° С. При 80°С выпадают кристаллы смоляных кислот в форме линз, при 90–100°С треугольников, при 100– 115°С прямоугольников и квадратов. Ниже 80°С кристаллизация замедляется в связи с большой вязкостью канифоли, а выше 150°С – кристаллы смоляных кислот начинают плавиться [1]. Поэтому горячую канифоль (160–170°С) в картонные барабаны заливают послойно, чтобы произошло ее быстрое охлаждение. Для потребителей канифоль расфасованная в картонные барабаны не совсем удобна. Применение канифоли в виде гранул упрощает условия механизации и автоматизации упаковки, растаривания, дозировки и загрузки канифоли в аппаратуру на предприятиях бумажной, шинной, резинотехнической и лакокрасочной промышленности. Основные трудности при получении гранулированной канифоли заключаются в ее специфических физико-химических свойствах: невысокая 262 температура размягчения (68–76°С), широкий интервал температур, в котором канифоль сохраняет вязкую консистенцию и тянется в виде нитей, высокая адгезия к металлическим поверхностям, хрупкость в твердом состоянии. Целью настоящей работы является повышение температуры размягчения живичной канифоли. Для достижения поставленной цели был выбран малеиновый ангидрид. В основе процесса малеинизации канифоли лежит реакция взаимодействия левопимаровой кислоты с малеиновым ангидридом (рисунок 1). t, оС COOH C CH CH C O O O COOH C CH CH C O O O Рисунок 1 – Взаимодействие левопимаровой кислоты канифоли с малеиновым ангидридом Из содержащихся в живице и канифоли смоляных кислот с конъюгированными двойными связями только левопимаровая кислота легко вступает в реакцию образования аддуктов при температуре ниже 100оС. Но в канифоли содержание левопимаровой кислоты составляет 0–5,9%. Другие кислоты, имеющие сопряженные двойные связи, такие как абиетиновая, палюстровая, непосредственно в реакцию не вступают. Однако, при температуре 190–200С они претерпевают термическую изомеризацию в левопимаровую кислоту, которая в дальнейшем вступает в реакцию с малеиновым ангидридом [2]. Отсюда очевидна необходимость найти возможность повышения выхода аддуктов путем изменения условий реакций, что в итоге приведет к повышению температуры размягчения живичной канифоли. Для исследований использовалась живичная канифоль высшего сорта: внешний вид – прозрачная стекловидная масса, содержание золы – 0,0198%, воды – 0,199%, неомыялемых веществ –6,41%, кислотное число 173 мг KОН/г, температура размягчения 76°С, интенсивность окраски – WW. Реакцию маллеинизации проводили при температуре 180°С. Количество малеинового ангидрида изменяли от 1 до 6%. Продолжительность процесса составляла один час. Полученные результаты представлены в таблице 1. Таблица 1 – Изменение температуры размягчения и кислотного числа канифоли в зависимости от количества малеинового ангидрида Расход малеинового ангидрида, % Температура размягчения, оС Кислотное число, мг KОН/г 1 79 178 2 80 181 3 81 185 4 83 188 5 85 191 6 86 195 Из таблицы видно, что температура размягчения увеличилась с 76оС до 86оС. Дальнейшее увеличение расхода малеинового ангидрида не рационально, так как 263 потребует увеличения температуры реакции малеинизации. Наряду с увеличением температуры размягчения увеличилось кислотное число с 173 до 195 мг KОН/г, что не снижает ценность полученной канифоли. Добавление малеинового ангидрида позволило также снизить склонность канифоли к кристаллизации. Литература 1. Справочник лесохимика / Г.В. Чудинов, А.Н. Трофимов, Г.А. Узлов и др. М.: Лесн. пром-сть, 1987. – 272 с. 2. Технология лесохимических производств/ В.А. Выродов [и др.] – М.: Лесная пром-ть. – 1987. – 352 с. УДК 666.291.9. Синтез легкоплавких стекол для рельефного декорирования облицовочных керамических плиток Студент гр. 8 Волков Е.В. Научный руководитель – Терещенко И.М. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Существуют различные способы декорирования керамических плиток, благодаря которым их поверхность приобретает высокоэстетический вид. К числу подобных способов относится метод рельефного декорирования облицовочных плиток, претерпевший, однако, существенные изменения. Ранее создание рельефа на поверхности керамической плитки обеспечивалось на стадии ее прессования, что требовало разработки сложной оснастки, пресс-форм, особой технологии формования и ограничивало широкое распространение способа. В настоящее время зарубежными производителями освоен новый метод рельефного декорирования керамических плиток по сути, являющийся одной из разновидностей метода надглазурного декорирования. При этом на поверхность предварительно покрытого слоем глазури керамического изделия различными методами (например, шелкографии) наносится стеклообразный состав (реакционный флюс), создавая рисунок любой сложности. В ходе обжига изделия происходит взаимодействие флюса с глазурью, результатом чего является опускание участков поверхности с нанесенным флюсом на глубину около 50 мкм с формированием четкой границы с остальной поверхностью плитки. Таким образом, возникает объемный рисунок, флюс остекловывается на поверхности глазури, увеличивая степень ее блеска, а отражение от границы глазурь-флюс создает у наблюдателя эффект «игры света». При выборе стеклообразующей системы для синтеза легкоплавких стекол (флюсов) учитывались следующие обстоятельства. Известно, что оксид свинца, имеющий большую молярную массу, оказывает сильное флюсующее действие. Ион Pb2+ имеет 18-ти электронную оболочку и легко поляризуется. По этой причине, связи Pb–O приобретают ковалентный характер, что облегчает процесс стеклообразования, причем содержание оксида свинца в стеклах может быть весьма значительным. Борный ангидрид традиционно выступает в стеклах как плавень, поскольку группы [BO3] представляют собой треугольники с ионом B3+ в центре. В итоге, связи в структуре боратных стекол распространяются в двух направлениях, а не в трех, как у силикатных, что приводит к ее ослаблению и объясняет низкую температуру плавления B2O3. Введение B2O3 обеспечивает повышение водоустойчивости свинецсодержащих легкоплавких стекол, что имеет большое значение для рассматриваемого случая. 264 В качестве третьего компонента исследуемых стекол был выбран SiO2, поскольку именно в стеклах системы PbO–B2O3–SiO2 содержание PbO может достигать 90 мас.%. Выбранная для синтеза составов флюсов для рельефного декорирования многосвинцовая область системы представлена на рисунке 1. Опытные стекла синтезировались в элекрической печи при температуре 1000 °С. Образцы, полученные отливкой в металлические формы, отжигались при 320 °С. Исследование свойств стекол, показало, что их водоустойчивость соответствует IV гидролитическому классу, температура стеклования варьирует в пределах Tg=298– 362 °С, а ТКЛР (температурный коэффициент линейного расширения) – α=7,12–10,2·10- 6 К-1 в зависимости от их химического состава. При этом замещение оксида кремния на оксид свинца приводит к росту значений ТКЛР и снижению Tg стекол, что связано с разрыхлением структурной сетки стекла, в которой связи Si–O–Si, имеющие большую энергию образования, заменяются на более слабые связи Pb–O–Pb. Аналогичным образом влияет замещение оксида кремния на борный ангидрид в составах опытных стекол, однако изменение их свойств выражено в меньшей степени, чем в первом случае. Пригодность экспериментальных стекол для рельефного декорирования определялась в условиях лаборатории ОАО «Керамин». В ходе испытаний гранулят стекла размалывался в цетробежной мельнице в течение 2 ч в среде полигликоля. Полученная мастика методом шелкографии наносилась на поверхность глазурного слоя облицовочных плиток перед политым обжигом. Плитки подвергались обжигу на поточной конвейерной линии при tmax=1050 °С в течение 38 минут. На полученных изделиях определялись глубина погружения флюса (высота рельефа), его степень заглушенности и блеска, а также контролировалось наличие поверхностных дефектов (фуксиновый контроль). Наилучшее качество покрытий обеспечили составы №№ 1 и 4 (отсутствие вскипания, сборки флюса, микротрещин). Однако степень блеска покрытий оставалась невысокой (32–36 %). Глубина получаемого рельефа также оставалась недостаточной: в пределах 20–30 мкм, в то время как требуемый зрительный эффект достигается при ее значениях не менее 50 мкм. Полученные в ходе данного этапа работы результаты позволили сформулировать два требования к составам реактивных флюсов: – необходимость усиления взаимодействия в системе «глазурь–флюс» в период обжига, для чего химическая природа флюса и глазури должна существенно B2O3 60 50 40 30 20 10 20 30 40 50 60 PbO 80 70 60 50 40 SiO2 SiO2 PbO Рисунок 1 – Область составов экспериментальных стекол в системе PbO–B2O3–SiO2 B2O3 265 отличаться. Речь идет о кислотно-основных свойствах расплавов, причем расплав флюса должен обладать выраженной основностью, поскольку расплавы силикатных глазурей имеют преимущественно кислотный характер; – для снижения сил поверхностного натяжения на границе глазурь-флюс целесообразным является введение в состав флюса компонентов с высокой поверхностной активностью. Именно за счет использования поверхностно-активных оксидов, в роли которых использовались SnO2, WO3, MoO3 и V2O5, в конечном итоге удалось получить желаемый эффект. По данным, полученным с помощью электронного сканирующего микроскопа, понижение уровня поверхности плитки в зонах нанесения флюса составляет 80–85 мкм при наличии четкой границы в контактной зоне с глазурью. Исследования характерных свойств синтезированных флюсов дали следующие результаты: температура варки фритты, °С – 960–980; ТКЛР, α∙10-6 К-1 – 6,1–6,5; температура плавления, °С: начало плавления – 340–355, образование капли – 470–480, полное растекание – 600–605; выщелачиваемость при кипячении в H2O, % – 6,2–6,8; блеск покрытия после обжига, % – 62–66; глубина рельефа, мкм – 80–85; устойчивость к воздействию 4 % уксусной кислоты в течение 24 ч – без деградации поверхности; нарушение целостности покрытия при 1050 °С (тест на метиловый краситель) – отсутствует. Проведенные экономические расчеты показали, что себестоимость шихты синтезированных флюсов на 24–27% ниже, чем у импортируемых из Испании, в то время как по основным характеристикам они превосходят импортные. В настоящее время осуществляется проработка промышленной технологии получения флюсов применительно к условиям ОАО «Керамин». УДК 676.038.22 Влияние режимных параметров на процесс изготовления макулатурных видов бумаги и картона Магистрант факультета ТОВ Грибовская С.Г., студ. 6 группы 5 курса Лесун Л.А. Научный руководитель – Жолнерович Н.В. Белорусский государственный технологический университет г. Минск В настоящее время уделяется большое внимание использованию макулатуры в композиции бумаги и картона. Однако нестабильные бумагообразующие свойства и фракционный состав макулатурного сырья обусловливают технологические трудности при достижении требуемых прочностных свойств готовой продукции. Решению этой проблемы способствует применение упрочняющих добавок в композиции макулатурных видов бумаги и картона [1, 2]. Важное значение при разработке технологии применения упрочняющих добавок принадлежит режимным факторам: температуре сушки, расходу добавки, скорости обезвоживания, содержанию взвешенных веществ в оборотной воде. Важным условием при этом является вид используемой добавки. Технология получения упрочняющих добавок, представляющих собой сополимеры стирола и малеинового ангидрида, разработана в лаборатории катализа полимеризационных процессов НИИ ФХП БГУ. Для оценки упрочняющего действия и разработки технологии их применения образцы синтезированных добавок были переданы на кафедру химической переработки древесины УО «Белорусский государственный технологический университет». 266 Для изготовления образцов бумаги (картона) в лабораторных условиях в качестве волокнистого сырья применяли макулатуру марки МС-5Б (ГОСТ 10700−97) со степенью помола 35°ШР. В качестве упрочняющей добавки использовали образец добавки с содержанием малеинового ангидрида 18,2% мол., молекулярной массой 4900 и рН 6,84. Образцы бумаги массой 80 г/м2 изготавливали на листоотливном аппарате «Rapid-Ketten» (фирма «Еrnst Haage», Германия). Для оценки эффективности упрочняющего действия добавки на горизонтальной разрывной машине «Lorentzen and Wettre» (Швеция) определяли комплекс показателей, характеризующих физико- механические свойства бумаги: сопротивление разрыву, разрывную длину, жесткость при разрыве, поглощение энергии при разрыве, модуль Юнга в зависимости от режима обезвоживания и сушки при изготовлении образцов бумаги (картона). Определение скорости обезвоживания массы проводили по канадской методике не аппарате Шоппер-Риглера с закрытым центральным отверстием. Данная методика основана на определении времени, необходимого для отделения заданного количества воды (700 см3) при свободном обезвоживании бумажной массы на сетке аппарата Шоппер-Риглера. Концентрация массы составляла 0,3 % [3]. Содержание взвешенных веществ определяли по стандартной методике [4]. Для анализа использовали пробу воды (200 см3), оставшуюся после определения времени обезвоживания в зависимости от расхода добавки. Изменения содержания взвешенных веществ и времени обезвоживания массы в зависимости от расхода упрочняющей добавки представлены в таблице 1. Таблица 1 – Изменения содержания взвешенных веществ и времени обезвоживания массы в зависимости от расхода упрочняющей добавки Расход добавки, % от а.с.в Наименование показателя 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 Время обезвоживания (700 см3), с 24,7 23,9 27,2 21,5 27,2 Содержание взвешенных веществ, мг/л 52,75 88,0 124,5 110,5 130,75 Таблица 2 – Влияние температуры сушки на физико-механические показатели бумаги Значения показателя качества для образцов бумаги Расход добавки, % от а.с.в. Сопротивлен ие разрыву, кН/м Разрывная длина, км Поглощение энергии при разрыве, Дж/м2 Модуль Юнга, ГПа Жесткость при разрыве, кН/м 0,0 2,97 3,68 56,35 2,263 362,1 Температура сушки 95−100°С 0,5 2,56 3,61 26,99 2,513 377,0 1,0 2,70 3,53 34,68 2,319 347,8 1,5 2,51 3,05 33,71 1,832 274,9 2,0 2,73 3,46 36,66 1,994 309,0 Температура сушки 120−125°С 0,5 2,65 3,74 26,77 2,530 379,5 1,0 2,91 3,81 34,24 2,481 372,1 1,5 2,97 3,60 44,12 2,080 311,9 2,0 3,08 3,92 43,53 2,213 343,1 Как видно из приведенной таблицы изменение расхода добавки оказывает существенное влияние на содержание взвешенных веществ и время обезвоживания. Однако с увеличением расхода добавки происходит увеличение времени обезвоживания, соответственно уменьшается скорость обезвоживания массы на 267 сеточном столе, что приводит к изменению технологического процесса. При этом также происходит увеличение содержания взвешенных веществ оборотной воде. Сравнительный анализ полученных данных показал необходимость дальнейшей разработки технологии применения исследуемой добавки и приемов ее дозирования в композицию макулатурных видов бумаги и картона. На втором этапе исследовали влияние температурного режима сушки на основные физико-механические свойства образцов бумаги, представленные в таблице 2. Как видно из таблицы 2 увеличение температуры сушки способствует увеличению основных физико-механических показателей бумаги. При этом сопротивление разрыву увеличивается в среднем на 10−18 % отн., разрывная длина – на 5−18 % отн., поглощение энергии при разрыве – на 15−25 % отн., модуль Юнга – на 10−15 % отн., жесткость при разрыве –на 5−13 % отн. Вероятно, повышение физико- механических показателей при повышении температуры термообработки образцов бумаги связано с химической природой исследуемой добавки и содержанием в ее композиции малеинового ангидрида. Таким образом установлено влияние режимных параметров обезвоживания и сушки образцов бумаги и картона при использовании в композиции упрочняющей добавки на основе сополимера стирола с малеиновым ангидридом с молекулярной массой 4900 при содержании в композиции 18,2% мол. малеинового ангидрида. Литература 1. Бутовский М.Э. Пути утилизации отходов бумаги и картона / Целлюлоза. Бумага. Картон. – 2009. − №1. – С. 46-50. 2. Пат. 2164573 Российская Федерация, МПК7 D 21 H 21/16, D 21 H 17/17, D 21 H 17/33, D 21 H 19/12. Водно-дисперсионный состав для проклейки волокнистых материалов / Гурьянов В.Е.; Лепешкина Е.В.; Сарана Н.В.; ООО Научно- производственное предприятие «Экофильтр». − №2000116622/12; заявл. 28.06.2000; опубл. 27.03.2001. 3. Крупин, В.И. Взаимодействии катионного крахмала с бумажной массой / В.И. Крупин, И.С. Блинова, Н.В. Демьяновская // Целлюлоза. Бумага. Картон. – 2005. – № 4. – С. 62. 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 544.77 Применение турбидиметрического метода анализа для изучения системы «вода – препарат Cremophor A25 – вазелиновое масло» Студ. 4 к. 8 гр. ф-та ТОВ Грукалова Е.В., Курьянович О.А. Научные руководители – Эмелло Г.Г., Бондаренко Ж.В. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Целью данной работы явилось изучение состояния трехкомпонентной системы «вода – препарат Cremophor A25 – вазелиновое масло» турбидиметрическим методом в зависимости от содержания препарата Cremophor A25. Препарат Cremophor A25 представляет собой смесь жирных спиртов фракции С16–С18 со степенью этоксилирования 25. Турбидиметрический метод относится к оптическим методам исследования систем [1]. Он основан на измерении интенсивности света, прошедшего через 268 дисперсную систему (Iпрош.). Интенсивность падающего светового потока (I0) при этом ослабляется в результате его рассеяния частицами дисперсной фазы. На фотоэлектроколориметре КФК-2М определяли оптическую плотность (D), которая представляет собой соотношение D = lg (I0 / Iпрош.). Если считать рассеянный свет фиктивно поглощенным и применить к таким системам закон Ламберта–Бугера–Бера, то можно получить соотношение между оптической плотностью и мутностью (τ, см) [2]: 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 ln c (c, г/л) М ут но ст ь, 1 /с м 1,2 3,4 Длина волны, нм: 1 – 400, 2 – 440, 3 – 590, 4 – 670 Рисунок 1 – Зависимость мутности водного слоя от концентрации ПАВ и длины волны τ = 2,3 D / L, где L – толщина слоя системы, см; τ – характеристика способности системы рассеивать свет, т.е. отношение интенсивности падающего светового потока к интенсивности рассеянного света. Измерения оптической плотности производили в диапазоне длин волн 400–670 нм; ширина кювет составляла 0,3; 0,5; 1,0 и 3,0 см. Исследуемые системы получали путем смешивания 20 мл вазелинового масла и 80 мл водного раствора ПАВ с концентрациями 0,01; 0,10; 1,00; 5,00 и 10,00 г/л при температуре 20°С. Перемешивание смесей осуществляли на магнитной мешалке в течение 20 мин и отстаивали в течение 15 мин. После расслаивания систем измеряли оптическую плотность каждого из слоев (органического и водного) и органолептически оценивали их состояние. Методом разбавления устанавливали тип полученных эмульсий [3]. Полученные результаты представлены на рисунках. Из рисунков 1, 2 видно, что характер зависимости мутности систем от концентрации ПАВ в исходном водном растворе для обоих слоев идентичен. При этом для одинакового содержания ПАВ значение мутности водных слоев существенно меньше чем органических. При концентрации исходного водного раствора ПАВ равной 0,01 г/л мутность водного слоя минимальна (0,09 см–1). Это свидетельствует о том, что эмульгирующая способность ПАВ по отношению к маслу в водной среде еще не проявляется. Эмульгирование в масляной фазе в данных условиях протекает более интенсивно: значение мутности достигает 1,35 см–1. Визуально водный слой представляет собой прозрачную жидкость с легкой мутью (прямая эмульсия), а органический слой – опалесцирующую жидкость (обратная эмульсия). Установлено, что обратная эмульсия более интенсивно рассеивает свет. 269 В области исходных концентраций ПАВ от 0,01 до 0,10 г/л в обоих слоях эмульгирующая способность ПАВ усиливается: мутность водного слоя повышается до 0,48 см–1, а органического – до 6,42 см–1. В водном слое появляется легкая опалесценция (прямая эмульсия), а в органическом слое (обратная эмульсия) опалесцирующий эффект усиливается более значительно. Следовательно, размер капель в обратной эмульсии больше, чем в прямой. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 ln c (c, г/л) М ут но ст ь, 1 /с м 1 2,3,4 Длина волны, нм: 1 – 400, 2 – 440, 3 – 590, 4 – 670 Рисунок 2 – Зависимость мутности органического слоя от концентрации ПАВ и длины волны При концентрации препарата ПАВ 0,10–1,00 г/л на всех графиках наблюдается постоянство значений мутности. При концентрации 1,00 г/л водный слой представляет собой опалесцирующую жидкость, а органический – густую систему с консистенцией «кефира». Определено, что оба слоя представляют собой прямые эмульсии, т.е. в органическом слое произошло обращение фаз. Значение мутности обоих слоев в данной области остается постоянным. Вероятно это связано с тем, что с увеличением концентрации ПАВ степень эмульгирования остается постоянной, а происходит структурирование органического слоя. В водном слое видимых изменений не обнаружено. Дальнейшее увеличение содержания ПАВ в системе до 10,00 г/л приводит к возрастанию мутности как водного, так и органического слоя. Водный слой представляет собой разбавленную прямую эмульсию, опалесцирующий эффект которой возрастает с повышением концентрации препарата Cremophor A25. Органический слой – концентрированная прямая эмульсия. Литература 1. Борковский, В.Ф. Физико-химические методы анализа / В.Ф. Борковский, С.М. Горелик, Т.Б. Городенцева. – М.: Высшая школа, 1972. – 344 с. 2. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии: Под ред. Ю.Г. Фролова, А.С. Градского. – М.: Химия, 1986. – 216 с. 3. Эмульсии: Под ред. Ф.Шермана; пер. с англ. под ред. А.А. Абрамзона. – Л.: Химия, 1972. – 448 с. 270 УДК 54-31+537.32+666.654 Термо-ЭДС слоистых кобальтитов Na0,55Co0,9M0,1O2 (M = Sc – Zn) Студентка 5 курса10 группы факультета ХТиТ Денисенко М.Д. Научные руководители – Клындюк А.И., Красуцкая Н.С. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Высокие значения электропроводности, термо-ЭДС и низкая теплопроводность слоистого оксида NaxCoO2 позволяют рассматривать его как перспективную основу для разработки новых эффективных термоэлектриков [1, 2]. Одним из способов улучшения функциональных свойств (термоэлектрической добротности, химической устойчивости и т.д.) кобальтита NaxCoO2 является частичное замещение катионов кобальта в его структуре катионами других металлов. Так, замещение кобальта медью приводит к улучшению спекаемости (уменьшению пористости) керамики Na(Co1-–xCux)2O4 (0  x  0,2), увеличению ее электропроводности и термо-ЭДС, при этом наибольшие значения фактора мощности (P) – 3,0810–3 Вт м–1 K–2 при температуре 1073 K – демонстрирует состав Na(Co0,9Cu0,1)2O4 [3]. Замещение кобальта цинком в Na(Co1—xZnx)2O4 (0  x  0,2) приводит к увеличению пористости, электропроводности и термо-ЭДС керамики, результатом чего является значительное увеличение фактора мощности керамики – P1073 = 1,710–3 Вт м–1 K–2 и P1073 = 0,410–3 Вт м–1 K–2 для Na(Co0,95Zn0,05)2O4 и NaCo2O4 соответственно [4]. Целью настоящей работы является изучение влияние природы замещающего кобальт 3d-металла в структуре слоистого кобальтита натрия на микроструктуру и термо-ЭДС керамических образцов твердых растворов Na0,55Co0,9M0,1O2 (M = Sc – Zn). Образцы получали керамическим методом в интервале температур 1133 – 1203 K на воздухе в течение 24 ч по методике [5]. Исходную шихту готовили из карбоната натрия и оксидов 3d-металлов (квалификация реагентов не ниже «ч.д.а.»), взятых в соотношении Na : Co : М = 0,6 : 0,9 : 0,1. В процессе термообработки образцы теряют часть оксида натрия. Зависимость содержания натрия в керамике NaxCoO2 от температуры и времени термообработки была изучена в работе [5], в соответствии с результатами которой полученной керамике был приписан состав Na0,55Co0,9M0,1O2 (M = Sc – Zn). Спеченные образцы шлифовали и обтачивали до придания им формы прямоугольных параллелепипедов. Идентификацию образцов проводили при помощи рентгенофазового анализа (РФА) (рентгеновский дифрактометр D8 Advance Bruker AXS (Германия), CuK – излучение). Микроструктуру спеченной керамики исследовали при помощи сканирующего электронного микроскопа JSM-5610 LV (Япония). Кажущуюся плотность образцов (эксп) рассчитывали по их массе и геометрическим размерам. Термо-ЭДС керамики Na0,55Co0,9M0,1O2 определяли в направлении, перпендикулярном оси прессования, на воздухе в интервале температур 300–1100 К по методике, описанной в [5]. После завершения синтеза все образцы, за исключением Na0,55Co0,9V0,1O2 были однофазными, в пределах погрешности РФА, и имели структуру слоистого кобальтита натрия. Твердый раствор Na0,55Co0,9V0,1O2 получить не удалось – спеченные образцы разрушались после хранения на воздухе в течение нескольких часов. Значения плотности керамических образцов твердых растворов Na0,55Co0,9M0,1O2 (M = Sc, Ti, Cr – Fe, Ni – Zn) были несколько ниже значения плотности для незамещенной фазы Na0,55CoO2 (эксп = 3,65 г/см3) и изменялись в пределах 2,85 – 3,59 г/см3. Другими словами, пористость керамики на основе слоистого кобальтита натрия возрастает при частичном замещении кобальта другими 3d-металлами в его структуре, что находится в хорошем 271 согласии с литературными данными [4]. Значения коэффициента термо-ЭДС (S) кобальтитов Na0,55Co0,9M0,1O2 (M = Sc – Zn) во всем интервале температур были положительными, из чего следует, что основными носителями заряда в них являются дырки, то есть эти оксиды являются проводниками p -типа. Величина термо-ЭДС керамики возрастала с ростом температуры и изменялась при замещении катионов кобальта катионами 3d-металлов (за исключением твердого раствора Na0,55Co0,9Cu0,1O2 термо-ЭДС которого была близка к термо-ЭДС незамещенной фазы Na0,55CoO2). В работе получены керамические образцы твердых растворов Na0,55Co0,9M0,1O2 (M = Sc, Ti, Cr – Fe, Ni – Zn), при помощи электронной микроскопии и денситометрии изучена их микроструктура, на воздухе в интервале температур 300–1100 К исследована их термо-ЭДС. Показано, что термо-ЭДС керамики определяется соотношением концентраций катионов Co3+ и Co4+ в их структуре и спиновыми состояниями этих катионов, которые зависят от природы замещающего катионы кобальта катиона 3d-металла. Установлено, что наиболее эффективным с точки зрения повышения термо-ЭДС является замещение кобальта титаном, марганцем или никелем. Работа выполнена в рамках ГПНИ «Функциональные и машиностроительные материалы, наноматериалы» (подпрограмма «Кристаллические и молекулярные структуры», задание 1.08) и при поддержке Министерства образования Республики Беларусь. Литература 1. Terasaki, I. Novel physics and functions in the layered cobalt oxides: from thermoelectricity to ferromagnetism / I. Terasaki // Physica B. – 2006. – Vol. 383. – P. 107– 110.88. 2. High-temperature electrical conductivity and thermoelectric power of NaxCoO2 / P. Liu [et al.] // Solid State Ionics. – 2008. – Vol. 179. – P. 2308–2312. Рисунок – Зависимость коэффициента термо-ЭДС твердых растворов Na0,55Co0,9M0,1O2 (M = Sc – Zn) от температуры и природы замещающего кобальт 3d-металла: M = Sc (1), Ti (2), Cr (3), Mn (4), Fe (5), Co (6), Ni (7), Cu (8), Zn (9); T = 350 (10), 700 К (11) 272 3. Influence of partial substitution of Cu for Co on the thermoelectric properties of NaCo2O4 / K. Park [et al.] // J. of Alloys and Comp. – 2006. – Vol. 407 – P. 213–219. 4. K. Park, Enhanced temoelectric properties of NaCo2O4 by adding ZnO / K. Park, J. H. Lee // Materials Letters – 2008. – Vol. 62 – P. 2366–2368. 5. Клындюк, А. И. Влияние температуры спекания на свойства керамики NaxCoO2 / А. И. Клындюк, Н. С. Красуцкая, Е. М. Дятлова, // Труды БГТУ. Сер. III, Химия и технология неорган. в-в. – 2010. – Вып. ХVIII. – С. 9–102. УДК 665.333.5 Технология отбеливания рапсового масла Добранова Н. В. Научные руководители – Дубоделова Е. В.,Шачек Т. М. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Отбеливание – это критическая стадия очистки рапсового масла. Рапсовое масло характеризуется высоким содержанием хлорофилла, который придает ему и продуктам его переработки нежелательную зеленоватую окраску и является катализатором окисления. Удаление пигментов производится на стадии отбелки, так как последующая обработка приводит к закреплению зеленого цвета. На этапе отбеливания происходит также удаление большого количества продуктов окисления, поэтому особенно важно учитывать параметры окисления перерабатываемого масла: перекисное число и кислотное число. Удаление пигментов является простым визуальным ориентиром, поэтому часто используется как критерий эффективности процесса очистки в целом. Измерение цветности проводят путем сравнения цвета растительных масел с цветом эталонных йодных растворов [1, 2]. Согласно СТБ 1486 цветность рапсового масла, предназначенного для пищевых целей, должна составлять не более 12 мг йода [3]. Выявление нехарактерного цвета масла могут быть связаны с недостаточным отбеливанием. Параметрами, определяющими эффективность процесса отбеливания рапсового масла, являются: способ отбеливания, температура, продолжительность процесса, фильтрация, а также тип адсорбента и его дозировка [1, 2]. Наиболее эффективным способом адсорбционной очистки масел является вакуумное отбеливание, поскольку для его проведения требуются меньшие затраты времени, глины и более низкие температуры отбелки [4]. Температуру масла при отбелке следует поддерживать на как можно более низком уровне, чтобы свести к минимуму процессы порчи продукта, но при этом она должна быть достаточно высокой для достаточной адсорбции примесей. Известно, что оптимальные температуры отбеливания рапсовых масел варьируются между 90 и 110 °С. Достаточная продолжительность контакта адсорбента с маслом составляет 15–30 мин. При более длительном контакте масло может окислиться, приобрести землистый привкус. После поглощения примесей адсорбентом его нужно удалить из масла прежде, чем он начнет катализировать образование цвета или иные нежелательные реакции. Для удаления жирной отбельной глины используется метод фильтрования. Для фильтрования, в целях снижения вязкости масла, температуру понижают до 70–80 оС, что позволяет повысить эффективность процесса. По его завершению осадок с фильтра удаляют и повторяют процесс до полного удаления частиц глины [4, 5]. Варьирование всех вышеперечисленных параметров возможно только путем закупки нового дорогостоящего оборудования с модернизацией линии. Поэтому повышенное внимание следует уделить выбору типа адсорбента и его дозировке. В качестве адсорбентов-поглотителей при отбелке рапсовых масел в основном используют 273 различные отбельные глины (нейтральные и активированные). Глины представляют собой продукты минерального происхождения алюмосиликатной природы. Молекулярная структура решетки, макропористая структура и размер частиц — все эти параметры влияют на способность глин адсорбировать пигменты и другие примеси. На практике чаще всего используют активированные глины. Активирование отбельных глин заключается в снижении размеров частиц до 0,07 мм, обработке минеральными кислотами (чаще серной) и прокаливании при температуре 250–350 оС [1, 4]. Имеются данные об использовании в качестве адсорбентов силикагеля и угля [4, 5]. Силикагель является химически инертным синтетическим аморфным адсорбентом со сродством к полярным загрязнителям. Большинство силикатов не способны существенно адсорбировать хлорофилл, но возможность удаления других примесей позволяет повысить эффективность и уменьшить дозировку отбельных глин, поэтому этот адсорбент рекомендуется для использования перед обработкой глинами. Известно, что активированные угли – адсорбенты с хорошо развитой поверхностью и размерами частиц до 1 мм. Они позволяют удалить некоторые загрязнения (например, ароматические соединения), которые не адсорбируются глинами. Размеры частиц глины и угля, используемые при отбелке, приблизительно одинаковые, но активированный уголь имеет более развитую поверхность, поэтому рекомендуется использовать комбинации глины и угля. На практике это соотношение колеблется между 90/10 и 95/5 %. При совместном использовании этих адсорбентов можно достичь степени обесцвечивания  80 % (при использовании глин –  70 %). Количество используемой отбельной глины зависит от характеристик используемого адсорбента и масла. Следует помнить, что чрезмерное отбеливание может привести к неоправданно высоким потерям масла, усилению окисления, нестабильности запаха, вкуса и цвета. Обычно для отбелки вводят от 0,5 до 2,5 % адсорбентов от массы масла [4, 5]. На ОАО «Минский маргариновый завод» отбелку рапсового масла проводят в вакуум-сушильном аппарате. Нейтрализованное, промытое и высушенное масло нагревают до температуры 90–95 °С и вводят адсорбент TRISYL 300 (силикагель, обработанный органической кислотой) из расчета 1 кг/т. Через 15–20 минут в аппарат при перемешивании подают адсорбент GRADE F–160 (кислотно-активированная отбельная глина) из расчета 5–10 кг/т (в зависимости от цветного числа масла, поступившего на отбелку). Контакт масла с адсорбентом GRADE F–160 составляет 20–30 минут, после чего суспензию направляют на фильтрацию. Специалистами на предприятии выявлены колебания в значениях цветности рапсовых масел различных партий, которые составляют 7–15 мг йода. Поэтому экспериментальные исследования были посвящены изучению возможностей повышения эффективности процесса отбелки с использованием комбинации адсорбентов, характеризуемых сравнительно невысокой стоимостью. Наиболее перспективным, по нашему мнению, является применение смеси активированного угля и отбельной глины GRADE F–160. Объектами исследований были пробы рапсового масла, отобранные из различных партий и отбеленные смесями глина/уголь в различных соотношениях. В объектах исследования определяли следующие показатели качества: цветность, кислотное число и перекисное число. Результаты экспериментальных исследований приведены в таблице 1. Как видно из таблицы 1, адсорбент, имеющий в своем составе 5 % активированного угля, обладает такой же сорбирующей способностью по отношению к пигментам, что и чистая отбельная глина. Кроме того, в маслах, отбеленных смесью глины и угля, наблюдаются более низкие значения показателей окислительной порчи. Таким образом, замена части отбельной глины активированным углем дает возможность получить рапсовое масло высокого качества при меньших затратах и в связи с этим данную технологию можно 274 рекомендовать к использованию на предприятиях по переработке масел Республики Беларусь. Таблица 1 – Результаты измерений Цветное число, мг йода Кислотное число, мг КОН/г Перекисное число, ммоль активного О2/кг Вид адсорбента 1 партия 2 партия 1 партия 2 партия 1 партия 2 партия Отбельная глина (100 %) 12 10 0,28 0,26 2,62 2,45 Смесь глина/уголь (90/10 %) 20 15 0,18 0,19 2,74 2,56 Смесь глина/уголь (94/6 %) 15 15 0,18 0,20 2,41 2,30 Смесь глина/уголь (95/5 %) 12 10 0,18 0,19 2,27 2,20 Литература 1. Михайлова, И. В. Отбельные земли. Преимущества и применение / И. В. Михайлова, С. П. Березов // Масла и жиры. – 2010. – № 3/4. – С. 4 – 6. 2. Брукс, Д. Д. Отбеливание растительных масел / Д. Д. Брукс // Масла и жиры. – 2008. – № 8. – С. 11 – 15. 3. Масло рапсовое. Общие технические условия: СТБ 1486 – 2004. – Введ. 01.01.2005.– Мн.: НП РУП «БелГИСС», 2005. – 13 с. 4. О’Брайен, Р. Жиры и масла. Производство, состав и свойства, применение / Р. О’Брайен; пер. с англ. В. Д. Широкова [и др.]. – 2-е изд. – СПб.: Профессия, 2007. – 752 с. 5. Ларин, А. Н. Общая технология отрасли: учеб. пособие. / А. Н. Ларин. – Иваново: Иван. гос. хим.-технол. ун-т., 2006. – 76 с. УДК 547.597:542.943.7 Получение и выделение 3,6,6-триметилциклогепта-2,4-диенона Студентка гр. 7/1 Дорошкевич М.Г. Научный руководитель – Флейшер В.Л. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Основная масса растительных терпеноидов, насчитывающая десятки тысяч соединений, образуются на конечных этапах специализированного (вторичного) обмена растений, и функции этих многочисленных терпеновых соединений до сих пор окончательно не выявлены. В настоящее время большой интерес в качестве исходных веществ для получения биологически активных препаратов представляют моноциклические семичленные монотерпеноиды. Это обусловлено наличием в их структуре системы сопряженных двойных связей и карбонильной группы, что делает их весьма перспективными для синтеза новых веществ, обладающих разносторонними свойствами [1]. Однако систематическое изучение указанных соединений до настоящего времени не проводилось. Работа с такими соединениями осложняется небольшим их содержанием в природных смесях и трудностью выделения. 3,6,6- Триметилциклогепта-2,4-диенон, так же как и 2,6,6-триметилциклогепта-2,4-диенон (эйкарвон), обнаружены в незначительных количествах в скипидарах из Pinus sylvestris L. Присутствие этих кетонов в живичном скипидаре объясняется тем, что из 3-карена в процессе развития растения образуются непредельные кетоны ряда карана, которые затем согласованной электроциклической реакцией превращаются в моноциклические диеноны. 275 Одним из способов получения монотерпеноидов с семичленными циклами является окисление 3-карена кислородом воздуха в присутствии катализатора [2]. Кроме моноциклических диенонов в продуктах окисления 3-карена обнаружены некоторые другие кетоны, а также ряд спиртов и углеводородов. Следует отметить, что перегруппировки бициклической структуры в моноциклическую – единственное объяснение присутствия в живичном скипидаре и эфирных маслах кетонов с семичленным циклом. Общая схема биогенезиса терпенов вообще не предусматривает образования подобных соединений. Однако широкое распространение в природе 3-карена и его производных и тот факт, что триметилциклогептановые соединения присутствуют только в тех эфирных маслах, где есть терпеноиды ряда карана, можно считать косвенным доказательством предположения о путях образования терпеноидов с семичленным циклом. До настоящего времени из моноциклических семичленных монотерпеноидов применение нашел только эйкарвон, синтезированный из карвона. На основе эйкарвона были изучены некоторые перегруппировки, а также получено множество биологически активных препаратов. Однако, о применении других диенонов, в частности, 3,6,6-триметилцикло-гепта-2,4-диенона, сведения в литературе отсутствуют. Это объясняется большой трудоемкостью получения и выделения данного соединения. Поэтому, для исследования свойств 3,6,6-триметилциклогепта- 2,4-диенона, а также изучения возможности использования его в качестве исходного соединения для синтеза новых биологически активных препаратов была предпринята попытка усовершенствовать метод его получения. В качестве исходного вещества был использован 3-карен с содержанием основного вещества 97,5%, выделенный из живичного скипидара вакуумной ректификацией. Качественный и количественный состав исходных веществ и продуктов реакции определяли методом газожидкостной хроматографии на хроматографе «Цвет-800» » с пламенно-ионизационным детектором на капиллярной колонке из нержавеющей стали длиной 30 м и внутренним диаметром 0,33 мм; неподвижная фаза – OV-101. Идентификацию указанных веществ осуществляли по относительному времени удерживания. В качестве внутреннего стандарта использовали транс-декалин. Для идентификации сигналов 3,6,6-триметилциклогепта-2,4-диенона были записаны спектры 1Н и 13С ЯМР. Запись спектров ЯМР проводили на спектрометре AVANCE-500 (Германия) с рабочей частотой для ядер 1Н –500 МГц и для ядер 13С – 125 МГц соответственно. Химические сдвиги сигналов протонов и атомов углерода соединений определяли по сигналу хлороформа, который присутствует в качестве примеси в дейтерированном растворителе. Запись спектров проводили с учетом релаксации протонов и атомов углерода всех соединений. В качестве катализатора для окисления 3-карена кислородом воздуха использовали стеарат кобальта (III) в количестве 0,3 мас. %. Окисление осуществляли в термостатированном вертикальном аппарате при температуре 80С. Воздух подавали в нижнюю часть реактора через распределительную стеклянную пористую пластинку. Расход воздуха составлял 400 мл/мин. Продолжительность окисления составляла 12 ч. По окончании процесса для разложения образовавшихся гидроперекисей, а также изомеризации 3-карен-5-она и 3-карен-2-она в 3,6,6-триметилциклогепта-2,4-диенон и эйкарвон соответственно продукты окисления обрабатывали 10%-ным раствором гидроксида натрия при температуре 100С, с последующей отгонкой с паром летучих мономеров. В результате перегонки отобраны две фракции: первая – неокисленный 3- карен и углеводороды (температура отгонки до 97С), вторая – кислородсодержащие продукты окисления (температура отгонки 97,0–98,5С), содержащие в основном спирты и терпеновые кетоны. Соотношение фракций составляло 3 : 2. Выделение кетонов осуществляли бисульфитным методом. По данным ГЖХ, основными 276 компонентами фракции кетонов являлись 3,6,6-триметилциклогепта-2,4-диенон (75%) и эйкарвон (15%). Кроме этого присутствовали в незначительных количествах 3-карен-5- он, 3-карен-2-он и 3-карен-2,5-дион. Выделение 3,6,6-триметилциклогепта-2,4-диенон из смеси осуществляли методом вакуумной ректификации на колонке с числом теоретических тарелок 20. В результате был выделен кетон с чистотой 95,8%. Выход 3,6,6-триметилциклогепта-2,4- диенона составил 15% по отношению к исходному 3-карену. С использованием метода ЯМР-спектроскопии была полностью подтверждена структура 3,6,6- триметилциклогепта-2,4-диенона. Таким образом, усовершенствована методика получения 3,6,6-триметил- циклогепта-2,4-диенона, позволяющая повысить выход кетона до 15%, а также сократить количество основных стадий. Литература 1. Gamenara, D. Design, synthesis and biological evaluation of new oxazines with potential antipatasitic activity / D. Gamenara, H. Heinzen, P. Moyna // Tetrahedron Letters – 2007. – Vol. 48. – P. 2505–2507. 2. Толстиков, Г. А. Каталитическое окисление (+)-3-карена кислородом / Толстиков Г. А. [и др.] // Ж. орг. хим. – 1995. – Т. 31. – Вып. 8. – С. 1149–1151. УДК 676.226:676.038.2 Композиция на основе макулатуры для изготовления бумаги для печати Магистрант Каверина А. А. Научный руководитель – Горжанов В. В., Соловьева Т. В. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Макулатура используется преимущественно для производства низкосортных видов бумаги и картона [1]. Однако существует необходимость ее использования для производства высокосортных видов бумаги для печати, что позволит предприятиям не зависеть от стоимости импортируемой дорогостоящей товарной целлюлозы. Стоимость макулатуры ниже стоимости свежих полуфабрикатов, поэтому ее применение в композиции бумаги приведет и к снижению стоимости бумажной продукции. По литературным данным [2] среди развитых стран, широко использующих макулатуру как сырье для производства высококачественных видов бумаги, Беларусь отсутствует. Работа посвящена определению композиционного состава для изготовления бумаги для печати с использованием макулатуры. При составлении композиции трехкомпонентной системы использовали традиционно применяемые для высокосортных видов бумаги для печати волокнистые полуфабрикаты – беленую лиственную сульфатную целлюлозу (группа ИЛИМ г. Коряжма), беленую хвойную сульфатную целлюлозу (фирма BOTNIA), а также макулатуру марки МС – 2А (ГОСТ 107000). Для определения оптимальных параметров процесса размола волокнистых полуфабрикатов использовали математическое планирование эксперимента, с реализаций плана Кифера [3]. Размол каждого вида волокнистого полуфабриката осуществляли раздельно на мельнице НДМ-3, входящей в лабораторный комплект ЛКР-1. В процессе размола лиственной и хвойной целлюлозы варьировали продолжительность размола (15 – 45 мин), величину межножевого зазора (0,2 – 0,4 мм) и частоту вращения ротора мельницы (700 – 2000 об/мин). В связи с тем, что волокна макулатуры уже подвергались воздействию размалывающей гарнитуры, для их размола 277 требуется меньше времени и более мягкие условия ведения процесса [2]. Продолжительность размола макулатуры варьировали в диапазоне 5 – 15 мин, величина межножевого зазора – 0,3 – 0,5 мм и частота вращения ротора мельницы – 1000 – 2000 об/мин. Во всех проведенных 26 опытах определяли степень помола полученной массы, средневзвешенную длину волокна, а также оценивали величину израсходованной электроэнергии на размол. Значения средневзвешенной длины волокна для массы, полученной из макулатуры (21 дг.), изменялись лишь в пределах погрешности, поэтому данный показатель при последующих расчетах не учитывался. Расчеты обобщенного критерия оптимизации, выполненные после проведения эксперимента, позволили установить оптимальные параметры процесса размола исследованных волокнистых полуфабрикатов (табл.1). Таблица 1 – Значения оптимальных параметров процесса размола волокнистых полуфабрикатов Вид волокнистого полуфабриката Наименование параметра беленая лиственная сульфатная целлюлоза беленая хвойная сульфатная целлюлоза макулатура Продолжительность размола, мин 45 45 10 Величина межножевого зазора в мельнице, мм 0,23 0,37 0,3 Частота вращения ротора мельницы, об/мин 964 1517 1500 Для оптимизации композиционного состава трехкомпонентной бумажной массы применили симплекс-решетчатый план Шеффе третьего порядка [3], при этом содержание каждого компонента выбрали в следующем интервале значений: лиственной целлюлозы 0–80%, хвойной целлюлозы 20–40%, макулатуры – оставшееся количество. Размолотые при оптимальных параметрах образцы массы из лиственной целлюлозы, хвойной целлюлозы и макулатуры смешивали в соотношениях согласно представленному плану (табл. 2). Таблица 2 – Симплекс-решетчатый план Шеффе третьего порядка для композиции бумажной массы Содержание в композиции, % № опыта лиственной целлюлозы хвойной целлюлозы макулатуры 1 80,0 20,0 0 2 0 40,0 60,0 3 0 20,0 80,0 4 53,6 26,6 19,8 5 26,4 33,4 40,2 6 53,6 20,0 26,4 7 26,4 20,0 53,6 8 0 33,4 66,6 9 0 26,6 73,4 10 26,4 26,6 47,0 Для полученных образцов бумажной массы определяли степень помола и средневзвешенную длину волокна. Из массы изготавливали образцы бумаги на 278 листоотливном аппарате Ernst-Haage, которые подвергали испытаниям по показателям: разрывная длина (использовали горизонтальную разрывную машину фирмы «Lorentzen and Wettre»), воздухопроницаемость (ГОСТ 13525.14), впитываемость при одностороннем смачивании (ГОСТ 12605), прочность поверхности к выщипыванию (метод Д2482-93 Американского общества по тестированию и материалам). Рассчитав значение обобщенного критерия оптимизации определили оптимальное содержание каждого компонента в композиции бумажной массы: лиственной целлюлозы – 47%, хвойной целлюлозы – 26%, макулатуры – 27%. Оптимальный компонентный состав обеспечивает достижение следующих показателей качества: степени помола массы – 59 °ШР, средневзвешенной длины волокна – 23 дг, разрывной длины – 7,63 км, воздухонепроницаемости – 100 см3/мин, впитываемости при одностороннем смачивании – 76,83 кг/м2, прочности поверхности к выщипыванию – 18 (наименьшее число обозначения воскового пробника, который разрушает поверхность образца). Показатели качества бумаги, изготовленной по полученному композиционному составу, удовлетворяют требованиям, предъявляемым к бумаге для офсетной печати №2 марки А. Полученная композиция бумажной массы позволяет заменить 27% традиционно применяемых для высокосортных видов бумаги для печати целлюлозных импортируемых полуфабрикатов на отечественную макулатуру. Литература 1 Пузырев, С.С. Переработка макулатуры: состояние, проблемы, перспективы / С.С. Пузырев, Д. Достал // Мир бумаги. – 2003. – №5. – С. 25–29. 2 Дулькин, Д.А. Мировые тенденции в развитии техники и технологии переработки макулатуры / Д.А. Дулькин [и др.] – Архангельск: АГТУ, 2002. – 108 с. 3 Колесников, В.Л. Компьютерное моделирование и оптимизация химико- технологических систем / В.Л. Колесников, И.М. Жарский, П.П. Урбанович. – Мн.: БГТУ, 2004. – 532 с. УДК 676.065.2 Применение беленой целлюлозы в композиции бумаги и картона Студентка гр. 6 Касперович Я.В. Научные руководители – Черная Н.В., Чубис П.А. Белорусский государственный технологический университет г. Минск В настоящее время бумагу и картон изготавливают из различных видов волокнистых полуфабрикатов (целлюлоза беленая или небеленая, древесная масса, макулатура). Применение того или иного вида волокнистого сырья в композиции бумаги и картона во многом обусловливает разнообразие свойств получаемой бумажной и картонной продукции и область ее применения. Особый практический интерес вызывает целлюлоза беленая, которую получают из хвойных и/или лиственных пород древесины по сульфитному, бисульфитному, моносульфитному, натронному и сульфатному способам. В зависимости от расходных режимов, параметров последующей стадии отбелки полученная беленая целлюлоза отличается физико-механическими показателями качества (разрывная длина, сопротивление излому, сопротивление раздиранию и другие), белизной и сорностью, поэтому свойства беленой целлюлозы предопределяют область ее применения. Использование макулатуры в композиции бумаги и картона несомненно уменьшает их себестоимость, однако повышенное количество анионных загрязнений в 279 бумажной массе снижает эффективность применяемых гидрофобизирующих и упрочняющих химикатов; высокое содержание мелких волокон в оборотных и сточных водах бумажных и картонных предприятий требует применения дорогостоящих методов очистки сточных вод; необходимо применять дополнительные стадии очистки бумажной массы до подачи ее на сеточный стол бумагоделательной и картоноделательной машины. Целью данной работы является изучение перспектив использования беленой целлюлозы в композиции бумаги и картона. Ассортимент видов бумаги и картона, в композиции которых применяется беленая целлюлоза, является достаточно широким. Беленая целлюлоза широко используется в композиции бумаги для печати, письма, черчения и рисования, декоративной бумаги, электротехнической, оберточной и упаковочной бумаги, светочувствительной и переводной бумаги, бумаги для изготовления папирос и сигарет, документной и санитарно-гигиенической бумаги [1]. Фильтровальный картон (для фильтрации пищевых жидкостей, топлива, воздуха и медицинских препаратов) и картон, используемый в легкой и полиграфической промышленности (переплетный, билетный, галантерейный, для беловых изделий, упаковочный, мелованный) также содержит в своей композиции беленую целлюлозу [2]. Все перечисленные виды бумаги и картона должны обладать определенными потребительскими свойствами (прочность, гидрофобность, печатные свойства и другие). Одним из основных является белизна, достигаемая непосредственно применением беленой целлюлозы в композиции бумаги и картона. Многие виды бумаги и картона должны иметь достаточно высокую белизну. Практика показывает, что повышенным потребительским спросом пользуются писчая бумага с белизной не менее 77%, типографская – не менее 72% , этикеточная – не менее 76%, рисовальная – не менее 81%, бумага для печати – не менее 76%, электрохимическая – не менее 85%, обойная бумага – не менее 80%, офсетная – не менее 83%. Некоторые виды бумаги и картона не требуют высокой белизны. Например, белизна газетной бумаги может составлять не более 60% [3]. Степень белизны бумаги и картона зависит от их композиции, в особенности от содержания в ней беленой целлюлозы. Композиционный состав книжно-журнальной и репродукционной бумаги может состоять из 100% беленой целлюлозы, в некоторых сортах может использоваться от 50 до 80% беленой целлюлозы. Мешочная и кабельная бумага могут состоять из 100% беленой целлюлозы; писчая и офсетная бумага могут вырабатываться как из 100% беленой целлюлозы, так и с применением белой макулатуры [3]. Различие в композиционном составе бумаги и картона влияет на способы подготовки бумажной массы к отливу. На рисунке 1 изображены схемы подготовки бумажной массы, состоящей из 100% беленой целлюлозы и массы, содержащей макулатуру. Как видно из рисунка 1, подготовка массы из 100% целлюлозы и массы, содержащей макулатуру, имеют свои особенности ввиду отличия свойств исходных волокнистых полуфабрикатов. Для придания бумаге и картону определенных свойств вводят в бумажную массу различные вспомогательные химические вещества (минеральные наполнители, красители, проклеивающие вещества и другие). Кроме высоких печатных свойств беленая целлюлоза придает бумаге и картону прочность, которую невозможно достичь с использованием в композиции бумажной массы макулатуры без дополнительного введения упрочняющих веществ. Таким образом, применение беленой целлюлозы в композиции бумаги и картона дает возможность обеспечить требуемое качество вырабатываемой продукции и потребительские свойства. Особенно это относится к белизне, однако применение ее в композиции бумаги и картона требует особых технических решений по подготовке 280 бумажной массы. Высокий спрос полиграфических предприятий на белые виды дорогостоящего бумажного и картонного сырья, импортируемого в Республику Беларусь, делает актуальной задачу создания и развития собственного производства беленой целлюлозы. а) подготовка массы содержащей макулатуру; б) подготовка массы из 100% целлюлозы; Рисунок 1 – Схемы подготовки бумажной массы Литература 1. Бумага. Термины и определения. ГОСТ17586–80; введ.01.07.81. – Москва: Издательство стандартов, 1990. – 46 с. 2. Картон и фибра. Термины и определения. ГОСТ 17926–80; введ. 01.0781. – Москва: Издательство стандартов, 1990. – 15 с. 3. Технология целлюлозно-бумажного производства: в 3 т. / редкол.: П. С. Осипов [и др.] – СПб.: Политехника, 2003. – Т. 2: Производство бумаги и картона. – Ч. 2: Технология производства и обработки бумаги и картона . – 633 с. УДК 544.77 Использование рефрактометрического метода для изучения систем «вода – препарат ПАВ – растительное масло» Студ. 4 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 При получении косметических эмульсий в качестве одного из компонентов масляной фазы применяют растительные масла. Для осуществления эмульгирования и стабилизации прямых и обратных косметических эмульсий используют поверхностно- активные вещества (ПАВ). 281 Целью данной работы явилось изучение систем «вода – препарат ПАВ – растительное масло» рефрактометрическим методом в зависимости от содержания препарата ПАВ. В работе использовали подсолнечное рафинированное дезодорированное масло марки «П» (ДСТУ 4492:2005); ПАВ – препарат Cremophor A25 (смесь жирных спиртов фракции С16–С18 со степенью этоксилирования равной 25). Рефрактометрический метод анализа основан на определении показателя преломления света на границе «воздух – исследуемая система». Известно применение данного метода не только для истинных растворов, но и для коллоидных систем [1]. Исследуемые системы получали путем смешивания водного раствора ПАВ с концентрациями 0,01; 0,10; 1,00 и 10,00 г/л и растительного масла в соотношении 1 : 1. Перемешивание смесей осуществляли на магнитной мешалке в течение 20 мин. После отстаивания в течение 15 мин получали два слоя – водный и органический. Затем визуально оценивали состояние слоев и осуществляли их анализ рефрактометрическим методом [2]. Тип полученных эмульсий определяли методом разбавления [3]. Показатель преломления (nD20) определяли на рефрактометре марки ИРФ-454 при температуре 22°С с использованием желтой линии спектра (D). Измерения проводили в проходящем свете. Полученные данные представлены в таблице и на рисунке. Таблица – Характеристики слоев Показатель преломления, nD20 Органолептические свойства Концентрац ия водного раствора ПАВ, г/л ln c водный слой органический слой водный слой органический слой 0,00 – 1,3318 1,4727 Прозрачная жидкость Прозрачная жидкость 0,01 –4,6 1,3318 1,4724 Прозрачная жидкость с легкой мутью 0,10 –2,3 1,3319 1,4720 Прозрачная жидкость с легкой мутью 1,00 0,0 1,3320 1,4720 (сильн.) 1,3318 (слаб.) Опалесцирующая жидкость 10,00 2,3 1,3341 1,4720 (сильн.) 1,3320 (слаб.) Опалесцирующая жидкость Опалесцирующая жидкость с небольшим количеством крупных капель воды. Система очень неустойчива Анализ полученных результатов показал, что в области концентраций ПАВ до 1,00 г/л показатель преломления водного слоя повышается незначительно (от 1,3318 до 1,3320). Так как при этом визуально в системах наблюдалась легкая муть с последующей незначительной опалесценцией, поэтому данное повышение можно связать с появлением мельчайших капель эмульсии. Более резкое повышение показателя преломления (1,3341) объясняется тем, что данный раствор препарата ПАВ является коллоидным (критическая концентрация мицеллообразования нами была определена ранее [4]). Все исследованные водные слои представляли собой очень разбавленные прямые эмульсии, т.е. эмульгирование масла являлось незначительным. 282 Рисунок – Зависимость показателя преломления водного (а) и органического (б) слоев от концентрации исходного раствора ПАВ Как видно из таблицы, в области концентраций до 0,10 г/л показатель преломления органического слоя незначительно уменьшается (от 1,4727 до 1,4720). Установлено, что данные системы представляли собой обратные эмульсии с опалесцирующим эффектом. В области концентраций исходного водного раствора ПАВ 1,00–10,00 г/л в органическим слое обнаружено одновременно два показателя преломления. При этом на рефрактометре граница раздела «светлое – темное» проявлялась более интенсивно в области близкой к показателю преломления подсолнечного масла, и менее значительно – в области показателя преломления воды. Данные системы являлись очень неустойчивыми, и визуально в них наблюдались крупные капли фазы. Таким образом, установлено, что в системах «вода – препарат Cremophor A25 – подсолнечное масло» при соотношении водного раствора ПАВ с концентрациями 0,01; 0,10; 1,00; 10,00 г/л и растительного масла 1 : 1, в водном слое образуются устойчивые очень разбавленные прямые эмульсии, а органический слой представляет собой разбавленные обратные эмульсии, которые быстро теряют устойчивость. Так как процесс эмульгирования в изученных системах прошел недостаточно интенсивно, поэтому, по нашему мнению, представляет интерес проведение исследований по изучению аналогичных систем с другим исходным соотношением водной и масляной фаз. Литература 1. Кузнецова, И.Н. О рефрактометрическом методе исследования особенностей структуры частиц эмульсий перфторуглеродов / И.Н. Кузнецова, А.Г. Безрукова // Коллоид. Журнал, 1990. – №4. – С. 132–135. 2. Борковский, В.Ф. Физико-химические методы анализа / В.Ф. Борковский, С.М. Горелик. – М.: Высшая школа, 1972. – 344 с. 3. Эмульсии: Под ред. Ф.Шермана; пер. с англ. под ред. А.А. Абрамзона. – Л.: Химия, 1972. – 448 с. 4. Курьянович, О.А. Мицеллообразование в системах «препарат Cremophor A25 – вода» / О.А. Курьянович, Е.В. Грукалова // Сб. мат. докл. XI Республ. СНТК «Новые материалы и технологии их обработки», 20–23 апреля 2010 г., Минск. – Минск: БНТУ, 2010. – С. 266–268. 1,3315 1,332 1,3325 1,333 1,3335 1,334 1,3345 -10 -7 -4 -1 2 ln c (c, г/л) П ок аз ат ел ь пр ел ом ле ни я 1,3 1,35 1,4 1,45 1,5 -10 -7 -4 -1 2 ln c (c, г/л) П ок аз ат ел ь пр ел ом ле ни я а б 283 УДК 666.295.3: 666.613.5 Нефриттованные глазурные покрытия для санитарных керамических изделий Студент гр. 5–9 Лагойкин В.И. Научный руководитель – Левицкий И.А. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Целью работы является синтез нефриттованной цирконийсодержащей глазури улучшенных характеристик, предназначенной для декорирования санитарных керамических изделий, получаемых однократным обжигом из полуфарфоровых масс, изготовляемых ОАО «Керамин» (г. Минск). Синтез нефриттованной глазури осуществлялся на основе поликомпонентной сырьевой композиции, включающей, мас.%: пегматит чупинский (Россия) 6–4; кварцевый песок новоселковский молотый пылевидный (Россия) 20–28; волластонитовый концентрат (Россия) 8–12, циркобит (Италия) 10–12. В качестве постоянных компонентов использовался колеманит (Турция), тальк онотский (Россия), каолин глуховецкий (Украина), глина Гранитик-Веско (Украина) и мел щебекинский (Россия) в примерно одинаковых количествах при общем содержании, составляющем 18%. Сырьевые компоненты подвергались мокрому помолу в микрошаровой мельнице в течение 30 мин до остатка на сите №0065К в количестве не более 0,5% при влажности 40–42%. Высушенные образцы фарфоровых изделий покрывались методом полива и обжигались в промышленной туннельной печи открытого пламени при температуре 1200°С в течение 18 часов. Все покрытия характеризовались качественными показателями белизны, блеска и разлива глазурного слоя. Блеск и белизна покрытий определялись на фотоэлектрическом блескомере ФБ-2 c использованием в качестве эталона при определении блеска черного увиолевого стекла, белизны – баритовой пластинки. Значения белизны покрытий составляли 77– 88%, блеска – 61–75%. Температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) синтезированных глазурей измерялся на электронном дилатометре DIL 402 PC фирмы «Netzsch» (ФРГ) в интервале температур 20–400С при постоянной скорости нагрева образцов в печи, составляющей 5С/мин (ГОСТ 27180–86). ТКЛР синтезированных покрытий находился в интервале значений (57,64–59,56) ·10–7 К–1. Микротвердость глазурей определялась на приборе ПТМ-3М (ЛОМО, Россия) при нагрузке на индентор 100 г с обработкой данных с помощью фотоэлектронного микрометра (ОСБ «Спектр», Россия), осуществляющего автоматический расчет значений микротвердости по размерам диагонали отпечатка, полученного при вдавливании в образец квадратной алмазной пирамидки с углом между гранями 136. Среднее значение выводилось из десяти параллельных измерений. Микротвердость покрытий составляла 4040–5138 МПа. Изделия обладали требуемой химической и термической устойчивостью. Косвенная оценка вязкости глазурей осуществлялась путем определения длины растекания глазурного расплава при нагревании до 1200°С. Эталоном служила глазурь промышленного состава, используемая на ОАО «Керамин», для которой эта длина составляет 35–45 мм. Результаты измерений свидетельствуют о соответствии синтезированных составов требованиям, предъявляемым по этому показателю к покрытиям для санитарных керамических изделий. 284 Рентгенограммы синтезированных материалов снимались на рентгеновском дифрактометре D 8 ADVANCE фирмы «Bruker» (Германия). Излучение – СuK, детектор – сцинтиляционный счетчик. Запись производилась в диапазоне углов 2 = 5– 80 с шагом 0,1 и накоплением импульсов в шаге в течение 2 с. Для идентификации кристаллических фаз использовались международная картотека Join Comitie on Powder Diffraction Standarts, 2003 и программное обеспечение DIFFRAC PLUS фирмы «Bruker». Установлено, что достаточная степень глушения обусловлена присутствием циркона (ZrSiO4), а также псевдоволластонита (α–CaSiO3). Микроструктура покрытий исследовалась с помощью сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM–5610 LV (Япония). Изображения получены с реальной поверхности скола образца при увеличении в 100–1000 раз. Электронно-микроскопическими исследованиями покрытия подтверждено наличие развитой мелкокристаллической структуры с максимальными размерами зерен 6–8 мкм преимущественно неизометричной формы. Электронно-микроскопическое исследование опытных образцов покрытий, выполненное с помощью сканирующего электронного микроскопа, позволило выявить структурные особенности глазури, ее поверхности, распределение глушащих фаз, степень однородности, морфологию и габитус кристаллов, предположительное количество кристаллической им стекловидной фаз, наличие газовых пузырей, а при исследовании при электронном просвечивающем микроскопе – выявить наличие микронеоднородностей различной природы в стекловидной фазе. Так, при 100-кратном увеличении на снимке отчетливо видно, что кристаллы глушащей фазы распределены равномерно, группируясь в кольцевидные агрегаты, практически соединяющиеся друг с другом. Визуально определенное относительное содержание кристаллической фазы составляет около 40 %. При 1000-кратном увеличении в агрегатах четко дифференцированы отдельные кристаллы ZrSiO4. Газовая фаза также равномерно распределена во всем объеме покрытия, четко видны игольчатые кристаллы волластонита. Следует отметить, что по сравнению с ранее изученными нами глазурными покрытиями всех систем в данном случае наблюдается более равномерное распределение кристаллов на поверхности, что и способствует обеспечению высокой степени заглушенности и блеска покрытий, что иллюстрирует приведенный рисунок 1. Разработанное покрытие по сравнению с производственным обладает более высокими показателями: белизна повышена на 3–5%, блеск – на 2–6%, увеличены показатели термостойкости и химической устойчивости. 285 Повышение качественных характеристик обеспечено за счет введения колеманита и волластонитового концентрата, а также рациональным соотношением компонентов сырьевой глазурной композиции. Сравнение декоративно-эстетических характеристик и физико-химических свойств разработанных покрытий и производственного аналога показало, что по значениям показателя белизны, термостойкости и химической устойчивости разработанная глазурь не отличается, а по блеску и микротвердости превосходит производственную, выгодно отличаясь от них отсутствием в шихтовых композициях чрезвычайно и высоко опасных компонентов (углекислый барий, цинковые белила), без использования которых в составе сырьевых композиций качественные глазурные покрытия в настоящее время не производятся. УДК 541.182:546.7 Исследование процесса дегидратации полигидратов оксида хрома Студентка 5 к. гр. 6 ф-та ХТиТ Махрова Е. В. Научный руководитель − Ещенко Л. С. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Полигидраты оксидов металлов − широко распространенный класс соединений, физические и химические характеристики которых допускают использование их для гибкого управления течения электрочувствительных сред в широком диапазоне изменения внешних параметров (температуры, влажности и т. п.), в качестве сорбентов, неорганических ионитов и т.д. Согласно [1] частицы полигидратов оксидов металлов имеют нанометровые размеры, различаются фазовым составом, формой частиц и обладают специфическими свойствами, отличными от других соединений, способны адсорбировать на поверхности ионы с высокой диэлектрической проницаемостью. В связи с этим особый интерес представляют полигидраты оксида хрома, характеризующиеся разнообразием состава, свойств и содержанием различных форм воды. Согласно [2], применительно к полигидратам оксида хрома различают два типа воды – структурную в форме ОН-групп и неструктурную в виде молекул Н2О, адсорбированных на поверхности, а также межслоевых, локализованных в межслоевом пространстве. Отмечено [3], что неструктурная вода может являться активатором электрореологического эффекта в суспензиях, в которых дисперсной фазой являются полигидраты оксидов металлов. Это позволяет сделать предположение о возможности использования полигидратов оксида хрома в качестве дисперсной фазы электрореологических суспензий (ЭРС). Исходя из вышесказанного, целью данной работы явилось исследование процесса дегидратации полигидратов оксида хрома, полученных осаждением из раствора сульфата хрома аммиаком. Осаждение проводили из 1 М раствора Cr2(SO4)3 25,5 мас. % раствором NH3 при рН 9,3 и комнатной температуре. Полученную суспензию подвергали старению при температуре 100°С в течение 16–18 часов. Осадки отделяли на вакуум-фильтре от жидкой фазы, промывали дистиллированной водой до отрицательной реакции на SO4- и сушили сначала на воздухе, а затем при температуре 70ºС до постоянной массы. Термические свойства образца изучали с помощью дифференциальнотермического анализа на приборе «Paulik-Paulik-Erdey Q-1500». Показано, что в результате гидролиза соли хрома в системе соль металла − основание − вода образуются рентгенаморфные осадки, которые остаются аморфными даже после старения при температуре 100 ºС в течение 16 − 18 часов. Согласно химическому анализу продукта, высушенного при 70ºС до постоянной массы в образце 286 содержится мас. %: Сr2O3 − 40,0, H2O − 33,9 и SO3 − 7,7, что соответствует брутто- составу Cr2O3 ∙ 4,9H2O ∙ 0,25SO3. Наличие в продукте SO3 может свидетельствовать о содержаний в качестве примеси основных солей хрома. Исходя из состава соединения Cr(OH)3, количество структурной H2O составляет 3 моль на 1 моль Cr2O3, т.е. Cr2O3 ∙ 3H2O, тогда на долю неструктурной H2O в образце приходиться 1,9 моль H2O на 1 моль Cr2O3. Для установления температурного интервала, в котором удаляется структурная и неструктурная вода был изучен процесс дегидратации образца состава Cr2O3 ∙ 4,9H2O ∙ 0,25SO3. Согласна дериватограмме, при термообработке полигидрата оксида хрома вода удаляется в широком температурном интервале, при этом четко проявляется несколько эндотермических эффектов: I-ый в температурном интервал 70 − 200ºС, II-ой − 200 − 450ºС, III-ий −450 − 750ºС. Согласно термогравиметрической кривой, в области I-го, II -го, III -го эндоэффектов удаляется 1,3, 2,9, 0,7 моль Н2О, соответственно. В сумме это составляет 4,9 моль Н2О. Согласно приведенным данным, основное количество воды удаляется в области II-го эндоэффекта в интервале температур 200 −450ºС. Можно предположить, что в этой области удаляется неструктурная и частично структурная вода, т.к. при более высоких температурах количество удаляемой воды составляет 0,7 моль. В соответствии с результатами рентгенофазового анализа, образование кристаллической фазы, которая соответствует Сr2O3, наблюдается только при температуре термообработки выше 550ºС. Потеря массы образцов в области 550−800ºС может быть связано как с отщеплением остаточных прочно связанных ОН-- групп, так и с разложением основного сульфата хрома, присутствующего в продукте. Неструктурная, слабосвязанная или, согласно классификации Лыкова [4], осмотически связанная вода находящаяся в порах и между порами материала, удаляется в области I- го эндотермического эффекта, в области II -го, очевидно, отщепляется неструктурная абсорбционно-связанная вода, прочно удерживаемая силами межмолекулярного взаимодействия на поверхности пор материала в виде монослоя или нескольких слоев. Количество такой воды может находиться на уровне 1 моль на моль Cr2O3. Для исследования влияния температуры на скорость удаления неструктурной воды изучен процесс сушки при температурах 100−150ºС в изотермических условиях. Исследования проводились с помощью анализатора влажности МА 30 «Sartorius», толщина слоя твердого материала составляла 1±0,5 мм, отсчет времени начинался при достижении им заданной температуры. Данные о потери массы образцами приведены в таблице. Таблица − Результаты потери массы образцов полигидрата оксида хрома, термообработанных в интервале температур 100−150ºС в изотермических условиях Температура, ºС 100 110 120 130 140 150 Потеря массы Время термообраб отки, мин мас.% моль мас.% моль мас.% моль мас.% моль мас.% моль мас.% моль 5 6,7 0,33 8,7 0,42 10,7 0,52 10,8 0,53 13,3 0,65 6,2 0,30 10 13,0 0,63 13,1 0,64 13,1 0,64 16,7 0,78 17,1 0,84 18,3 0,90 15 13,5 0,66 13,6 0,67 13,7 0,67 17,3 0,85 17,5 0,86 20,7 1,01 20 14,3 0,70 14,5 0,71 14,6 0,72 17,7 0,87 17,8 0,87 21,2 1,03 25 14,2 0,70 14,6 0,72 14,6 0,72 17,8 0,87 17,8 0,87 21,2 1,03 Как следует из таблицы, при 100ºС удаляется 0,7 моль H2O, при повышении температуры до 110ºС количество удаленной воды увеличивается до 0,72 моль. Характерно, что при температуре 120ºС удаляется такое же количество моль воды. Повышение температуры до 130 − 140ºС увеличивает потерю массы образцами на 0,15 моль, т.е. до 0,87 моль, в то же время термообработка при 150ºС способствует удалению свыше 1 моля H2O. Исходя из этого можно полагать, что осмотически 287 связанная вода, количество которой составляет 0,7 − 0,72 моль удаляется при температуре ниже 120ºС, а адсорбционно связанная вода начинает удаляться при температуре свыше 120ºС. Как следует из данных таблицы, при 150ºС в изотермических условиях удаляется только 54,2% неструктурной воды от общего ее количества, что может свидетельствовать о прочной связи молекул H2O с поверхностью оксида хрома. Литература 1 Чалый, В. П. Гидроокиси металлов / В. П. Чалый. − Киев: Навук. думка, 1972. − 154 с. 2 Роде, Т. В. Кислородные соединения хрома и хромовые катализаторы / Т. В. Роде. – М: АН СССР, 1962. – С. 98. 3 Исследование электрореологической чувствительности суспензий на основе гидратированных оксидов алюминия / Е. В. Коробко [и др.] //Коллоидный журнал. – 2007. – Т. 69, № 2. – С. 201 −205. 4 Электрореологический эффект / Под ред. А. В. Лыкова. – Минск: Наука и техника, 1972. – 176 с. УДК 547.621 Синтез новых веществ ряда трифторацетилбифинилов – перспективных сольватирующих добавок для карбоксилат анионов Студент 10 гр. 4 к. ф-та ХТиТ Моисеев К.Г. Научный руководитель – Ковганко В.Н. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Одной из актуальных задач современной аналитической химии является создание новых высокоселективных сенсоров и методик определения карбоксилат- ионов. Для эффективного определения иона в растворе в присутствии посторонних ионов перспективно использование ионселективных электродов (ИСЭ). Основным рабочим элементом ИСЭ является ионселективная мембрана. Однако не для всех ионов возможно создание эффективных мембран, а значит и электродов. Так, высокоосновные анионы органических кислот (карбоксилаты) значительно лучше сольватируются водой, чем гидрофобной поверхностью мембраны из органического материала. Поэтому в процессе создания карбоксилатселективных электродов перспективным является введение в состав мембраны специальных добавок, которые за счет специфической сольватации способствуют переходу карбоксилат-ионов в фазу мембраны. В качестве сольватирующих добавок для мембран карбоксилат-селективных электродов предложено использовать замещенные трифторметиларилкетоны. При этом подавляющее большинство предложенных материалов относится к ряду замещенных трифторметилфенилкетонов. Особенно хорошие сольватирующие свойства были обнаружены у соединений, содержащих электроноакцепторные группы в бензольном цикле. Нами предположено, что новые эффективные сольватирующие добавки группы трифторметиларилкетонов могут быть синтезированы на основе бифенила. В общем виде вещества данной группы могут быть изображены стуктурной формулой I. 288 O CF3 X X R X R O CF3 R ãäå R - àëêèëüí ûé èëè àðèëüí ûé çàì åñòèòåëü, X - ýëåêòðî í î àêöåï òîðí ûå ôóí êöèî í àëüí û å ãðóï ï û I На наш взгляд, основные преимущества замещенных трифторметилацетилбифенилов связаны с дополнительными возможностями введения электроноакцепторных групп в два ароматических цикла, а также с вероятным понижением их растворимости в воде за счет увеличения гидрофобности молекул в целом. С целью проверки указанных выше предположений и установления сольватирующих свойств новых веществ ряда трифторметилацетилбифенилов типа I нами предпринят их синтез. В частности разработана методика ацилирования бифенила и замещенных бифенилов трифторуксусным ангидридом в условиях ацилирования по Фриделю-Крафтсу. УДК 543.25 Потенциометрическое определение микроколичеств йодид-ионов Студентки 2 гр. 3 к. ф-та ТОВ Осипович О.И., Шаматульская Н.М. Научный руководитель – Болвако А.К. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Определение содержания йода в продуктах питания является важной задачей, т.к. йод необходим для нормального функционирования щитовидной железы, недостаток йода в организме ослабляет иммунитет. Оптимальное количество йода необходимо для иммунной системы, для работы мозга и для поддержания гормонального баланса. Снижение поступления йода в организм может приводить к возрастанию вероятности раковых заболеваний. Кроме того, йодсодержащие препараты широко используются для снижения негативного воздействия радиоактивных изотопов йода, которые при попадании в организм накапливаются в щитовидной железе и оказывают поражающее действие на внутренние органы. Для определения суммарного содержания йодидов могут быть использованы различные методы – гравиметрический, потенциметрическое титрование перманганатом или нитратом серебра, метод Фольгарда и др. Однако в области микроконцентраций использование титриметрических методов ограничено или невозможно, а проведение фотометрического определения требует предварительного восстановления йодидов до I2 и также не может быть реализовано при малых концентрациях. В то же время, возможно прямое потенциометрическое определение йодидов без операций разделения и концентрирования с использованием ионселективного электрода. Целью работы являлось нахождение метрологических характеристик процесса потенциометрического определения содержания микроконцентраций йодид-ионов. Для анализа использовался индикаторный электрод ЭМ I-01 и насыщенный хлоридсеребряный электрод сравнения. Для измерения разности потенциалов использовался миливольтметр рН 340. Для приготовления рабочих растворов применялись реактивы квалификации «х.ч.» и «ч.д.а.». Температура – 20°С. При 289 проведении потенциометрических определений осуществлялось перемешивание исследуемых растворов с помощью магнитной мешалки. Нами были определены нижний (НПрО) и верхний (ВПрО) пределы обнаружения, рассчитаны коэффициенты потенциометрической селективности и крутизна электродной функции при концентрации фонового электролита NaF в диапазоне 0,1–0,5 моль/дм3, NaCl – 0,1–1 моль/дм3 и Na2SO4 – 0,1–0,5 моль/дм3. Определение параметров градуировочных зависимостей осуществлялось при pI от 1 до 7. Установлено, что диапазон выполнения линейной функции находится в интервале pI 2–6 , при этом величина коэффициента смешанной корреляции находится в пределах 0,96–0,99, а погрешность градуировочного графика, рассчитанная на основании дисперсий коэффициентов регрессионного уравнения, составляет до 5%. Проверка значимости коэффициентов регрессионных уравнений на основании t- критерия Стьюдента свидетельствует о том, что при доверительном уровне вероятности 95% коэффициенты являются значимыми. В изученном диапазоне концентраций фонового раствора коэффициент потенциометрической селективности наибольшее значение составлял в 0,5 моль/дм3 растворе Na2SO4, а наименьшее – в 0,25 моль/дм3 NaF. Значение НПрО минимально в 0,1 моль/дм3 растворе NaCl и 0,25 моль/дм3 NaF и максимально для 0,5 моль/дм3 раствора Na2SO4. Значение ВПрО имело наибольшую величину для 0,25 моль/дм3 NaCl, для всех остальных растворов находилось примерно на одинаковом уровне. Крутизна наклона линейного участка зависимости потенциала от рI имела величину до 100 мВ/рI. На основании полученных данных оценена возможность селективного определения йодидов в растворах, содержащих значительный избыток фторид-, хлорид- и сульфат-ионов и предложена методика потенциометрического определения йодидов. В указанных условиях определение йодидов методом прямой потенциометрии возможно при концентрациях до 10–6 моль/дм3 с достаточно высокой точностью и экспрессностью. УДК 541.138:669.691 Гидрометаллургический способ переработки отработанного ванадиевого катализатора Студент гр.14 Оскирко О.В. Научные руководители – Орехова С.Е., Курило И.И. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Ванадий и его соединения находят широкое применение в металлургии, в химической, радиоэлектронной, лакокрасочной, текстильной, керамической промышленности. В Республике Беларусь собственных месторождений ванадийсодержащих руд нет, а спрос на ванадиевую продукцию постоянно растёт. Поэтому перспективным и доступным ванадиевым сырьем являются вторичные ресурсы, в частности отходы сжигания мазутов на теплоэлектростанциях и отработанные ванадиевые катализаторы (ОВК) сернокислотного производства. Содержание ванадия в ОВК в пересчете на V2O5 в среднем составляет 5–10 %. Для этого вида сырья не требуются затраты на добычу и обогащение, что необходимо при переработке минерального сырья. Состав ОВК зависит от многих факторов: типа использованного катализатора; состава перерабатываемого сырья; качества газоочистки; места и длительности пребывания в контактном аппарате; длительности и условий хранения после выгрузки 290 из контактного аппарата. В промышленной практике извлечение редких металлов из ОВК осуществляют как пирометаллургическими (обжиг, хлорирование), так и гидрометаллургическими способами (выщелачивание, химическое осаждение, экстракция) в различных сочетаниях. Пирометаллургические методы имеют ряд недостатков, таких как энерго- и материалоемкость процессов, использование высоких температур и давлений, сложность аппаратурного оформления, однократное использование крайне агрессивных реагентов-окислителей (например, Сl2), выброс в атмосферу значительного количества токсичных обжиговых газов. Более перспективными являются гидрометаллургические методы, сущность которых состоит в обработке дезактивированной контактной массы водными растворами кислот, щелочей и солей. Дальнейшая обработка растворов выщелачивания различными химическими и физико-химическими методами имеет своей целью выделение основных компонентов ОВК, либо получение сырья для синтеза ОВК. Применение гидрометаллургического метода позволяет предотвратить образование токсичных газообразных веществ и многократно использовать доступные, экологически безопасные рабочие растворы. Целью работы было исследование возможности использования гидролитического метода для переработки ОВК типа сульфованадата на силикагеле, применяемых на предприятиях Республики Беларусь. Методом электронной сканирующей микроскопии установлено, что в пересчете на оксиды усредненный химический состав ОВК, используемого на ОАО «Гродно Азот», выражается следующим образом, масс. %: SiO2 – 40,43; SO3 – 25,47; K2O – 10,95; V2O5 – 7,49; Na2O – 2,71; FeO – 0,74; ZnO – 0,68; Al2O3 – 0,64; CuO – 0,41; CaO – 0,17; остальное – С. Рентгенофазовый анализ показал, что в состав ОВК входят: - кварц, а также сульфаты, полисульфататы и ванадаты металлов. Частично восстановленный ванадий находится в виде сульфата ванадила VOSO4. Проведенные исследования показали, что в состав ОВК входят соединения, сильно различающиеся по своей растворимости в воде. Это позволяет считать целесообразным использование на стадии выщелачивания ванадийсодержащих компонентов из ОВК водных растворов. Для оптимизации стадии выщелачивания были изучены особенности процесса растворения V2O5 и ОВК в воде. Определение растворимости V2O5 марки х.ч. в воде показало, что при температуре 20°С его содержание в насыщенном растворе составляет 0,2 г/л, рН = 2,8. При увеличении температуры от 20 до 90°С содержание оксида в растворе возрастает в 4 раза и составляет 0,81 г/л. Дальнейшее повышение температуры приводит к усилению процессов гидролиза, что приводит к снижению содержания V2O5 в растворе и образованию осадка. Установлено, что растворимость ОВК в воде при соотношении твердой и жидкой фаз Т:Ж = 1:200 составляет 2,5–3,0 г/л при 20°С (рН раствора равен 1,37) и 2,8– 3,1 г/л при 90°С. При изменении соотношения Т:Ж = 1:100 растворимость при 20°С соответственно увеличивается вдвое и составляет 4,034,20 г/л. При увеличении температуры общая растворимость ОВК менялась незначительно и находилась в интервале 45–60%. Степень извлечения ванадия при этом составляла 80–95% и соответствовала степени технологического вскрытия катализатора. Полученные закономерности можно объяснить тем, что при таком соотношении Т:Ж даже при 20°C в раствор переходят практически все растворимые компоненты ОВК. Основными компонентами твердого остатка после растворения является нерастворимый в воде и растворах серной кислоты SiO2. Высокая растворимость ОВК в воде, по сравнению с V2O5, объясняется, с одной стороны, наличием в составе ОВК хорошо растворимых соединений, в частности, сульфатов и полисульфатов натрия, калия, и других металлов, обнаруженных в составе 291 ОВК методом электронной сканирующей микроскопии. С другой стороны, наличие в катализаторе дисульфатов приводит к образованию в водном растворе серной кислоты, присутствие которой способствует переходу в раствор, как сульфата ванадила так и V2O5. Увеличение растворимости соединений ванадия в водных растворах выщелачивания также можно объяснить наличием в составе ОВК значительных количеств SO2, адсорбированных на поверхности катализатора. Оксид серы (IV) является восстановителем и способствует образованию в растворах выщелачивания более низких валентных форм ванадия, обладающих значительно большей растворимостью в исследуемых средах. С целью определения минимального объема растворителя, при котором достигается наиболее рациональное соотношение «водопотребление – извлечение V2O5», была изучена растворимость и при различных соотношениях твердой и жидкой фаз (Т:Ж). Результаты исследований показали, что изменение соотношения Т:Ж значительно влияет на растворимость только в интервале 1:1 – 1:5. При дальнейшем увеличении объема воды растворимость возрастает незначительно. Так, с увеличением соотношения Т:Ж в 10 раз от 1:5 до 1:50 растворимость увеличивается только на 10%. То же наблюдается и при дальнейшем увеличении соотношения Т:Ж. При соотношениях от 1:200 до 1:1000 растворимость практически не меняется и находится в интервале 54,5±0,2%. Таким образом, проведенные исследования показали перспективность использования гидрометаллургического метода переработки ОВК типа сульфованадата на силикагеле, которые используются на предприятиях Республики Беларусь. Процесс выщелачивания ванадийсодержащих компонентов из ОВК целесообразно проводить в воде при соотношении твердой и жидкой фаз 1:5 – 1:6 и температуре 20–60°C. УДК 666.295.4: 666.75 Цветные полуфриттованные глазури для декорирования плиток для полов Студентки гр. 5–9 Останина М.А., гр. 4–9 Шиманская А.Н. Научный руководитель – Левицкий И.А. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Целью данной работы является синтез составов сырьевых композиций для получения полуфриттованных матовых цветных покрытий. Задачей настоящего исследования являлось проведение структурно- управляемого синтеза износостойких покрытий, обеспечивающего в процессе обжига формирование максимального количества кристаллических фаз, высокую износоустойчивость, требуемую бархатисто-матовую фактуру. Одновременно решалась задача снижения количества фритты при рациональном сочетании ее с другими составляющими глазурной композиции. Обжиг проводился по температурно- временным режимам, существующим на производстве. Синтез полуфриттованных глазурей осуществлялся на основе отходов магнитного обогащения железистых кварцитов Околовского месторождения Беларуси, которые по минералогическому составу представлены гнейсами, амфиболами, кварцитами и другими породами и минералами. Содержание основных оксидов в составе отходов составляет, мас.%: SiO2 55,95–61,05; Al2O3 5,99–6,09; Fe2O3 2,41–3,99; FeO 14,72–18,22; MnO 0,25– 0,40; CaO 6,34–7,12; MgO 4,28–5,12. Суммарное количество оксидов K2O, Na2O,ТiO2 P2O5 и SO3 – 2,5–3,5 мас.%. Сырьевая композиция для получения цветных полуфриттованных глазурей включала, мас.%: отходы обогащения железистых кварцитов – 40–48, доломит марки А 292 группы 1 класса 4 (Республика Беларусь) – 12–18, специально синтезированную алюмоборосиликатную фритту ОРШ – 17–25. В качестве постоянных составляющих содержались технический глинозем ГК–2 (Россия), каолин просяновский КН–83 (Украина), полевой шпат вишневогорский (Россия) и глина Гранитик-Веско (Украина), суммарное количество которых составляло 20 мас.%. Получение полуфриттованных покрытий осуществлялось с использованием стеклофритты ОРШ, которая синтезировалась в системе R2О–RO–B2О3–Al2О3–SiО2– ZrQ2, где R2О – Na2O и К2О; RO – CaO и MgO. Основными компонентами, применяемыми для варки фритт, явились кварцевый песок ОВС–020–В, борная кислота марки Б, доломит марки А группы 1 класса 4, сода кальцинированная марки В, поташ марки А, циркобит марки МО и технический глинозем марки ГК-2. Компоненты шихты высушивались до влажности не более 0,5 % и измельчались до величины зерен до 1 мм. Варка фритт осуществлялась при температуре 1480±20°С в фарфоровых тиглях в газовой пламенной печи со скоростью подъема температуры 250°С/ч. Компоненты глазурной композиции исследованных составов подвергались совместному мокрому помолу в шаровой мельнице до остатка на контрольном сите № 0063К 0,1–0,3 %. Полученная суспензия с влажностью 30–40 % наносилась на предварительно высушенные образцы керамических плиток методом полива. Температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) керамической основы составляет (70–80)·10-7 К-1. Обжиг плиток проводился в газопламенной конвейерной печи типа RKS–1650 при температуре 1160±10°С в течение 43±1 мин в производственных условиях ОАО «Керамин» (г. Минск). Полуфриттованные цветные глазури обладали преимущественно темно- коричневой цветовой гаммой различных оттенков матовой фактуры. Определение цветовых характеристик (координаты цвета, доминирующая длина волны, чистота тона, светлота) осуществлялась на спектрофотометре Prossan- 122 с их последующим расчетом, а цвет покрытий оценивался по 1000-цветному атласу ВНИИ им. Д.И. Менделеева. Из полученных данных следует, что доминирующая длина волны исследуемых глазурей лежит в пределах 560–620 нм, что соответствует оранжевому цвету (590–620 нм) видимой части спектра, а также для части покрытий желтому (560–590 нм). Чистота тона составляет 7–25%. Содержание отходов обогащения железистых кварцитов в сырьевых композициях наиболее перспективных по цветовым характеристикам покрытиях составляло 50–60 %; доломита –5–15% и пегматита – 5–20% при постоянном суммарном количестве дополнительных компонентов (песок кварцевый, глинозем, каолин) – 25%. Блеск покрытий определялся на фотоэлектрическом блескомере ФБ–2 с использованием в качестве эталона увиолевого стекла и составил 15–25 %. ТКЛР синтезированных глазурей измерялся на электронном дилатометре DEL 402 PC фирмы «Netzsch» (ФРГ) в интервале температур 20–400 ° и составил (61,2–64,5)·10-7 К-1. Такое значение ТКЛР предопределяет достаточно высокую прочность сцепления в системе «глазурь–керамика». Микротвердость глазурей определялась на приборе ПТМ–ЗМ (ЛОМО, Россия) при нагрузке на индентор 200 г с обработкой данных с помощью фотоэлектронного микрометра (ОСБ «Спектр», Россия). Значения микротвердости глазурных покрытий составляли 8654–9268 МПа, твердость по шкале Мооса – 7–9. По износостойкости (ГОСТ 6787–2001) покрытия отвечают 3-й степени. Они являются химически и термически устойчивыми. Дифференциально-термический анализ глазурей выполнен с помощью дериватографа OD–102 фирмы «MOM» (Венгрия). Кривая ДТА состава Д5 представлена на рисунке 2. Установлено, что в при температуре 115–125°С эндоэффект 293 связан с удалением физической влаги. При температуре 560°С отмечается эндотермиче- ский эффект, обусловленный разложением каолинита. Диссоциация карбонатов характеризуется двумя эндоэффектами: при температуре 815–820°С, обусловленными разложением магнезита, и при 860–865 °С – кальцита. Интенсивный экзоэффект при 910–915°С свидетельствует о высокой интенсивности кристаллизационных процессов, происходящих в глазурном покрытии при его формировании. Рентгенограммы синтезированных глазурных покрытий снимались на дифрактометре D 8 ADVANCE фирмы «Bruker» (Германия). Излучение – CuКα, детектор – сцинтилляционный счетчик. Запись производилась в диапазоне углов 2θ от 20 до 80° с шагом 0,1° и накоплением импульсов в течение 2 с. Установлено, что фазовый состав полуфриттованных глазурных покрытий представлен анортитом, гематитом, маггемитом и магнетитом. Количество окрашивающх фаз – гематита, маггемита и магнетита закономерно увеличивается с ростом содержания в составе глазурной суспензии отходов обогащения железистых кварцитов. Рациональное сочетание вышеуказанных кристаллических фаз обеспечивает высокие значения физико- механических свойств глазурных покрытий и, прежде всего, износостойкости и микротвердости. Проведенные испытания глазурных покрытий в условиях промышленного производства ОАО «Керамин» свидетельствует о возможности внедрения разработанных рецептур глазурных сырьевых смесей при обеспечении требуемых эксплуатационных свойств и декоративно-эстетических характеристик покрытий. Исследования показали реальную возможность использования отходов обогащения железистых кварцитов для получения цветных глазурных покрытий. Это позволяет исключить из состава дорогостоящие жаростойкие пигменты, что обеспечивает снижение себестоимости продукции на 30–35 %. Важными факторами ресурсосбережения являются расширение минерально- сырьевой базы за счет использования природных компонентов; замена дорогостоящих и дефицитных пигментов сырьем с высоким содержанием окрашивающих оксидов железа, марганца, хрома и дугих; синтез менее энергоемких полуфриттованных глазурей, в которых фриттованная составляющая обеспечивает интенсификацию процессов глазурообразования и снижение температуры обжига; повышение показателей износостойкости покрытий и, как следствие, увеличение срока эксплуатации плиток для полов. Преимуществом синтезированных составов является также отсутствие в сырьевых композициях компонентов первого и второго класса опасности. УДК 666.654 Влияние катионного состава на термоэлектрические свойства плюмбата стронция Студент 5 курса10 группы факультета ХТиТ Пилипчук Д.В. Научные руководители – Клындюк А.И., Чижова Е.А. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Традиционными материалами, применяемыми в термоэлектрических преобразователях, являются сплавы кремния–германия (Si–Ge), халькогениды висмута–свинца (Bi2Te3, PbTe и твердые растворы на их основе) [1]. Главным недостатком этих материалов, ограничивающим их использование при высоких температурах, является их низкая устойчивость к окислению атмосферным кислородом. Высокие термическая и химическая устойчивость оксидов на воздухе позволяет рассматривать их в качестве перспективных материалов для 294 высокотемпературной термоэлектроконверсии. Твердые растворы на основе перовскитных метаплюмбатов бария–стронция представляют интерес как оксидные материалы для n-ветвей термоэлектрических устройств различного назначения. Улучшения термоэлектрических и иных свойств перовскитных оксидов можно достичь путем варьирования их катионного состава. Целью настоящей работы является исследование термоэлектрических свойств керамики на основе метаплюмбата стронция (SrPbO3). Образцы керамики с различным соотношением Sr : Pb (1,3 : 1; 1,2 : 1; 1,1 : 1; 1,05 : 1; 1 : 1; 1 : 1,05; 1 : 1,1; 1 : 1,2; 1 : 1,3) получали из SrCO3 (ч.) и PbO (ч.д.а.), смешиваемых при помощи мельницы Pulverizette 6.0 фирмы Fritsch (Германия) (материал тиглей и мелющих шаров – ZrO2) на воздухе при 1073 К в течение 12 ч. Для изучения электропроводности и термо-ЭДС из полученных порошков прессовали бруски размером 5530 мм, которые затем спекали на воздухе при Т = 1123 К в течение 26 часов. Рентгенофазовый анализ (РФА) полученных образцов проводили на дифрактометре Bruker D8 XRD (CuK–излучение). Электропроводность () керамики на основе SrPbO3– измеряли 4-х-контактным методом на постоянном токе на воздухе при Т = 300-1100 К в динамическом режиме со скоростью нагрева и охлаждения 3-5 К∙мин-1. Коэффициент термо-ЭДС (S) образцов определяли относительно серебра в интервале температур 300-1000 К на воздухе в динамическом режиме со скоростью нагрева и охлаждения 3-5 К∙мин-1. Градиент температур между горячим и холодным концами образца в ходе измерений поддерживали на уровне 20-25 К. Перед измерениями электрофизических свойств на поверхности образцов формировали Ag- электроды путем вжигания серебряной пасты при 1073 К в течение 15 мин. Для измерения температуры (и разности температур) использовали хромель-алюмелевые термопары. После заключительной стадии синтеза однофазными оказались образцы состава Sr1,05PbO3,05, SrPbO3 и SrPb1,05O3,1, что согласуется с литературными данными, согласно которым структура перовскита сохраняется при образовании до 5–10 % катионных вакансий в его подрешетке [2]. Рентгенограммы образцов Sr1,3PbO3,3, Sr1,2PbO3,2, Sr1,1PbO3,1 содержали линии примесной фазы Sr2PbO4, интенсивность которых уменьшалась при уменьшении содержания стронция, а образцы SrPb1,3O3,4, SrPb1,2O3,4, SrPb1,1O3,1 содержали примесь оксида свинца (PbO). Основная фаза образцов имела орторомбически искаженную структуру перовскита (пр.гр.симм. Ibmm a > b ≈ ap·2, c ≈ 2·ap). Параметры элементарной ячейки основной фазы в пределах погрешности опыта оставались постоянными. Введение в шихту избытка оксида свинца приводило к улучшению спекаемости, поскольку кажущаяся плотность образцов увеличивалась с ростом содержания в образцах свинца. Как видно из рисунка, температурная зависимость удельной электропроводности () керамики носила полупроводниковый характер, при этом рост содержания оксида свинца в образцах приводил к некоторому увеличению их электропроводности. Аномалия в виде выраженного минимума на зависимостях  = f(T) для исследованных образцов в области температур 700 – 800 К, в соответствии с результатами [4], может быть объяснена восстановлением части катионов свинца Pb4+ до Pb2+ в поверхностном слое зерен керамики, сопровождающимся выделением “слабосвязанного” кислорода из керамики в газовую фазу. Поскольку коэффициент термо–ЭДС (S) во всем исследованном интервале температур был отрицательным, все изученные образцы являются проводниками n– типа. Электрофизические свойства образцов немонотонно менялись с составом, что связано, вероятно, с их гетерогенностью. Фактор мощности (P) исследованной керамики, рассчитанный из значений удельной электропроводности () и коэффициента термо-ЭДС (S) (P =  · S), как видно 295 из рисунка, возрастал при увеличении температуры и содержании в образцах оксида свинца. Значения P для керамики, содержащей избыток оксида свинца по сравнению со стехиометрическим, при T > 600 К превышают 1 мВтм–1К–2, что сопоставимо с фактором мощности для оксида Na(Co0,9Cu0,1)2O4 при близких температурах (Р1073  3 мВт ∙ м–1 ∙ К–2) [3]. Наибольшим значением фактора мощности обладал состав SrPb1,2O3,4. Большие значения фактора мощности керамики SrPb1,2O3,4 обусловлены достаточно высокими значениями ее термо-ЭДС, которые вызваны, по всей видимости, фазовой неоднородностью образцов. Таким образом, результаты данной работы позволяют рассматривать полученную и исследованную в настоящей работе керамику SrPb1,2O3,4 как перспективную основу для разработки новых эффективных оксидных термоэлектриков n-типа Работа выполнена при частичной поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант Х10М – 026). Литература 1.CRC Handbook of Thermoelectrics // Ed. by D. M. Rowe. – CRC Press, Boca Raton, FL, 1995. – 701 p. 2.Кольцова, Т. Н. Влияние катионной нестехиометрии на свойства YBa2Cu3O7– / Т. Н. Кольцова, Г. Д. Нипан // Журн. неорган. химии. – 1996. – Т. 41, № 12. – С. 1944– 1947 3.Influence of partial substitution of Cu for Co on the thermoelectric properties of NaCo2O4 / K. Park [et al.] // J. of Alloys and Comp. – 2006. – V. 419. – P. 213–219. Рисунок– Температурные зависимости электропроводности () и фактора мощности (P) керамических образцов состава: Sr1,3PbO3,3 (1), Sr1,1PbO3,1 (2), SrPbO3 (3), SrPb1,1O3,2 (4), SrPb1,2O3,4 (5), 296 4.Клындюк, А. И. Аномальные свойства твердых растворов на основе BaPbO3 при высоких температурах / А. И. Клындюк, Г. С. Петров, Л. А. Башкиров // Неорган. матер. – 2001. –Т. 37, № 4. – С. 482–488. УДК 543.25 Электрохимическое разложение азокрасителей с использованием анодов на основе модифицированного оксида свинца (IV) Студентки 1 гр. 3 к. ф-та ТОВ Евлакова А.В., Остренко А.А. Научный руководитель – Болвако А.К. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Интенсивное развитие промышленности и энергетики, значительный рост водопотребления, возросшие требования к качеству воды обусловливают строительство новых систем и сооружений водоснабжения, а также модернизацию существующих. Сточные воды предприятий химической и нефтехимической промышленности характеризуются сложным и переменным составом, высокой токсичностью, преимущественным содержанием растворенных, а не взвешенных, загрязнений, поэтому биологические методы не всегда обеспечивают очистку, достаточную для повторного использования воды па предприятиях. Применение физико-химической обработки позволяет решить проблему использования очищенных сточных вод для нужд технического водоснабжения и создания на этой базе замкнутых циклов. Среди перспективных направлений очистки сточных вод от токсичных примесей можно выделить применение электрохимической анодной обработки. Электрохимическая обработка позволяет осуществлять эффективное разрушение соединений, удаление которых другими методами затруднено или невозможно. Особое место среди искусственных загрязнителей занимают органические вещества, которые не подвержены биоразложению. По сравнению с традиционными процессами, анодное разложение обладает значительными преимуществами: возможностью in situ генерировать активные формы кислорода, высокой эффективностью окисления, возможностью автоматизации, дешевизной и отсутствием вторичного загрязнения. Это обуславливает перспективы использования электрохимических методов в области водоподготовки с целью очистки сточных вод промышленных предприятий Республики Беларусь от токсичных загрязнителей. Нами были изучены процессы анодной электрохимической деструкции органического красителя 9-(2-карбоксифенил)-6-(диэтиламино)-3H-ксантен-3-илидена в сернокислых средах с использованием анодов на основе модифицированного оксида свинца (IV). Разложение осуществлялось в бездиафрагменном электролизере при перемешивании. Анодом являлся PbO2, катодом – никель. Анодная плотность тока изменялась в диапазоне 0,25-5 А/дм2, объемная плотность тока не превышала 1 А/дм3. Определение содержания красителя осуществлялось фотометрически с использованием фотоколориметра КФК-3-01. Поляризационные измерения проводились на потенциостате ПИ 50-1 в комплекте с программатором ПР-8. На основании проведенных исследований разработаны условия проведения эффективной анодной деструкции органического красителя 9-(2-карбоксифенил)-6- (диэтиламино)-3H-ксантен-3-илидена в сернокислых средах в бездиафрагменном электролизере. Установлены оптимальные режимы проведения анодной обработки в сернокислых растворах, при которых достигается полное разложение красителя в 297 течении 5-10 мин при анодной плотности тока до 3 А/дм2 и объемной плотности тока, не превышающей 1 А/дм3. Установлено, что перспективным анодным материалом для проведения анодной деструкции азокрасителей является допированный оловом PbO2, который может быть синтезирован из борфтористоводородного электролита. При этом такой электродный материал характеризуется высокой коррозионной устойчивостью в сернокислых средах, продолжительным ресурсом работы без снижения электрокаталитической активности и доступностью. Проведение анодной электрохимической обработки с использованием разработанных режимов позволит интенсифицировать процессы водоподготовки, очистки сточных вод от токсичных примесей для предприятий химической промышленности. УДК 543.25 Оптимизация режимов инверсионно-вольтамперометрического определения микроколичеств ионов тяжелых металлов Студентка 5 гр. 3 к. ф-та ТОВ Плигина А.А. Научный руководитель – Болвако А.К. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Предприятия машиностроения, химические и перерабатывающие производства постоянно нуждаются в оперативном аналитическом контроле качества воды как на стадии осуществления технологических операций, так и при контроле качества воды, поступающей на очистные сооружения. При этом особую важность имеет возможность экспресс-контроля содержания соединений, представляющих значительную опасность вследствие высокой токсичности и малых значений предельно допустимых концентраций (ПДК), таких как ионы тяжелых металлов (ИТМ), ПДК которых составляет 0,001 мг/дм3 для Cd2+, 0,1 мг/дм3 для Pb2+ и 5 мг/дм3 для Zn2+. Среди возможных методов определения ИТМ при совместном присутствии значительными преимуществами обладает метод инверсионной вольтамперометрии (ИВА). Метод ИВА характеризуется низкими (до 10–10 моль/дм3) пределами обнаружения, достаточно высокой селективностью и хорошими метрологическими характеристиками. Легкость компьютеризации и невысокая стоимость оборудования делает ИВА весьма перспективным методом для аналитических определений ИТМ по сравнению с другими методами. Цель работы – оптимизация режимов определения цинка, свинца и кадмия при совместном присутствии методом переменнотоковой квадратноволновой инверсионной вольтамперометрии. Трехэлектродная электрохимическая ячейка включала дисковый вращающийся электрод из углеситалла с геометрической площадью поверхности 6 мм2, вспомогательный электрод – стеклоуглеродный стаканчик и электрод сравнения – насыщенный хлорсеребряный. Для приготовления рабочих растворов использовались реактивы квалификации «х.ч.» и «ч.д.а.» и дистиллированная вода. Температура – комнатная. Для формирования ртутно-графитового электрода (РГЭ) in situ, создания кислой среды и подавления миграционного тока использовался фоновый раствор, содержащий, моль/дм3: KCl – 0,335, HCl – 0,02 и Hg(NO3) – 5∙10–5. Эффективность накопления металлов в амальгаме и величина нижнего предела обнаружения определяется величиной предельного диффузионного тока на 298 1 M(Hg) 0 mk kC C l   индикаторном электроде. При одинаковых условиях концентрирования плотность тока на рабочем электроде при определенном потенциале будет определяться соотношением где n – число электронов, участвующих в электродной реакции; F – число Фарадея; D – коэффициент диффузии электроактивных частиц; C0 – концентрация ионов металла в растворе; Сs – концентрация ионов металла у поверхности электрода;  – толщина диффузионного слоя. Нижняя граница определяемых концентраций зависит от природы частиц, определяющих величину D, их концентрации в объеме пробы C0 и от толщины диффузионного слоя . Толщина диффузионного слоя определяется гидродинамическими условиями, в частности, скоростью вращения дискового электрода. Величина  возрастает с уменьшением частоты вращения . При этом ток, протекающий на стадии электронакопления в момент времени t, определяется соотношением, эквивалентным выражению для вращающегося дискового электрода i(t) = knFAD2/31/2η1/6C(t) где k – константа, специфичная для данного электрода;  – скорость вращения электрода; η – кинематическая вязкость раствора; А – площадь электрода; С – концентрация металла в растворе в момент времени t. Таким образом, скорость вращения индикаторного электрода (интенсивность перемешивания) является важным параметром, определяющим условия концентрирования металлов на РГЭ. Скорость вращения необходимо поддерживать таким образом, чтобы минимизировать , и, как следствие, повысить плотность тока при концентрировании элементов, но при этом не допустить кавитации раствора. Другим фактором, определяющим эффективность восстановления металлов в амальгаме, является продолжительность стадии электронакопления . Концентрация металла в амальгаме, а следовательно, и амплитуда поляризационной кривой на стадии регистрации (чувствительность), может быть оценена на основании выражения где k1 – константа для РГЭ; k2 – константа, определяющая условия массопереноса;  – продолжительность электронакопления; l – толщина ртутной плёнки. Указанное соотношение справедливо при условии, что после прекращения электролиза концентрация металла в ртути быстро выравнивается по всему объему пленки. При инверсионно-вольтамперометрическом определения это достигается на стадии успокоения. С учетом вышеизложенного, в качестве варьируемых параметров, определяющих эффективность процесса инверсионно-вольтамперометрического определения в условиях переменнотоковой квадратноволновой развертки потенциала, были выбраны амплитуда налагаемого переменного напряжения , время накопления  и частота вращения рабочего электрода . Для определения рабочего диапазона концентраций, при которых выполняется линейная зависимость величины пика тока (площади под пиком) от концентрации и допустимости использования метода добавок для анализа, были получены градуировочные зависимости при различной концентрации определяемых элементов в пробе. Установлено, что с достаточно высокой точностью указанные зависимости линеаризуются в диапазоне концентраций (2÷7)·10–5 моль/дм3 для Zn2+ и (2÷7)·10–6 моль/дм3 для Cd2+ и Pb2+. 0( )snFD C Ci    299 Постоянство зависимостей высот пиков элементов (i) и площадей под пиком (s) при изменении концентрации деполяризатора С (таблица) при соответствующем значении электродного потенциала Е, несмотря на изменение соотношений компонентов в изученном диапазоне концентраций, свидетельствует о незначительном влиянии компонентов друг на друга и возможности селективного определения цинка, свинца и кадмия в данных условиях. Таблица – Параметры аналитических сигналов для цинка, свинца и кадмия Наибольшую чувствительность в данных условиях индикаторный электрод имеет по отношению к ионам Zn2+ и Cd2+. При этом графики линеаризуются с величиной квадрата смешанной корреляции 0,97–0,99, что является достаточным для аналитического определения. Погрешность определения за счет нелинейности градуировочного графика в рабочем диапазоне концентраций составляет 2,53% для цинка, 2,80% для кадмия и 3,21% для свинца. При этом свободный член в регрессионном уравнении является не значимым по критерию Стьюдента при доверительном уровне вероятности более 95%. Проведение аналитических определений методом инверсионной вольтамперометрии с использованием разработанных режимов позволит осуществлять эффективный аналитический контроль содержания ионов тяжелых металлов при их совместном присутствии. УДК 666.738 Керамические массы для получения майоликовых изделий Студентка гр. 4–9 Святохо О.М. Научный руководитель – Левицкий И.А. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Целью исследования является разработка составов керамических масс для получения изделий бытового назначения, обладающих повышенной термической стойкостью и механической прочностью, обеспечивающих применение посудомоечных машин при их эксплуатации. В качестве сырья использовались полиминеральные глины Республики Беларусь: «Гайдуковка» (Минская обл.) и «Николаевка» (Гомельская обл.). В качестве флюсующей добавки применялся колеманит (Турция) в количестве 5–10 мас.%. Усредненный химический состав применяемых сырьевых материалов приведен в таблице 1. Глина месторождения «Гайдуковка» (Минской области, г.п. Радошковичи) является легкоплавкой (огнеупорность 1195°С), низкотемпературного спекания, неспекающейся, умеренно пластичной (число пластичности составляет 11,4–13,5), кислой (содержание Al2O3 13,8%), относится к группе каолинито-монтмориллонито- Zn2+ Cd2+ Pb2+ С, моль/д м3 Е, В (х.с.э.) i, мкА s, мкА∙ В С, моль/д м3 Е, В (х.с.э.) i, мкА s, мкА∙В Е, В (х.с.э.) i, мкА s, мкА∙ В 2∙10–5 –0,991 0,516 15,13 2∙10–6 –0,635 0,532 19,21 –0,411 1,065 14,73 3∙10–5 –0,983 0,912 18,27 3∙10–6 –0,622 1,026 24,12 –0,402 1,475 19,65 4∙10–5 –0,964 1,187 22,44 4∙10–6 –0,626 1,261 26,82 –0,402 1,835 25,15 5∙10–5 –0,975 1,527 26,84 5∙10–6 –0,622 1,446 29,11 –0,393 2,134 30,64 6∙10–5 –0,956 1,798 30,14 6∙10–6 –0,628 1,724 33,05 –0,397 2,491 35,27 300 гидрослюдистых глин. Содержание минералов составляет, мас.%: каолинита – 23–29, гидрослюды – 20–22, монтмориллонита – 10–15; свободного кварца – 32–37. Таблица 1 – Усредненный химический состав сырьевых материалов Оксиды и их содержание, мас. % Наименование сырья SiO2 Al2O3 TiO2 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O B2O3 П.П.П. Глина «Гайдуковка» 56,7 12,28 0,55 4,13 8,59 2,78 0,46 3,05 – 11,46 Глина «Николаевка» 70,18 14,04 0,94 5,17 1,93 0,28 0,23 0,92 – 5,85 Колеманит 5,66 0,35 – 0,6 23,49 2,61 0,3 – 36,5 4 30,98 Глина «Николаевка» характеризуется неоднородной пестрой окраской с включениями желтого цвета, кусковатой отдельностью, чешуйчатым и шероховатым изломом. Не реагирует при воздействии на пробу 10 % раствором HCl. Остаток на сите 0,5 мм состоит из зерен кварца, полевого шпата, обломков гранита, железистого кварцита и органических включений, обломков карбонатных стяжений. Глина месторождения «Николаевка» является легкоплавкой (огнеупорность 1190°С); среднепластичной (число пластичности составляет 18–20); кислой (содержание Al2O3 14,4%); относится к группе монтмориллонито-гидрослюдистых глин. В состав керамических масс вводится колеманит в качестве флюсующего компонента. Приготовление опытных масс проводилось в шаровой мельнице SPEEDY (Италия) методом совместного мокрого помола компонентов. Влажность шликера составляла 45%, остаток на сите № 0063К в количестве 1,0–2,0%. Для обеспечения требуемых реологических характеристик шликера в качестве электролита применяли соду кальцинированную и жидкое стекло, благодаря чему достигалась необходимая текучесть шликеров при минимальной влажности. Литье образцов осуществлялось в гипсовые формы сливным способом. Высушенные образцы подвергались обжигу в электрической камерной печи при температурах 900°С, 950°С, 1000°С и 1050°С с выдержкой при конечной температуре 1 ч. Оптимальный состав керамической массы, обожженной при температуре 1050°С характеризуется водопоглощением 11,7%. Температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) синтезированных керамических масс измерялся на электронном дилатометре DEL 402 PC фирмы «Netzsch» (ФРГ) в интервале температур 20–300 ° и составил (6,14–6,58)·10–6 К–1. Механическая прочность при изгибе образцов составила 16,7–17,4 МПа. Для выпускаемых в настоящее время на ОАО «Белхудожкерамика» изделий эти значения составляют: водопоглощение – 16–18 %; ТКЛР – (6,5–6,8)·10–6 К–1; механическая прочность – 8–12 %. Приведенные данные свидетельствуют о значительном повышении механической прочности образцов и снижении значений ТКЛР для синтезированной массы, что обеспечит повышение термической устойчивости изделий. Рентгенограммы синтезированных глазурных покрытий снимались на дифрактометре D 8 ADVANCE фирмы «Bruker» (Германия). Излучение – CuКα, детектор – сцинтилляционный счетчик. Запись производилась в диапазоне углов 2θ от 20 до 80° с шагом 0,1° и накоплением импульсов в течение 2 с. Установлено, что фазовый состав опытных составов масс представлен анортитом, в меньшем количестве присутствует гематит и α-кварц. Электронно-микроскопические исследования керамических образцов из синтезированных масс выполнялись с помощью сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM–5610 LV (Япония). Изображения получены с реальной поверхности скола образца при увеличении в 100–1000 раз. Установлена однородная, сравнительно плотная структура материала, представленная аморфизированным 301 глинистым веществом. Имеются закрытые сферические пор диаметром до 3 мкм. Четко различимы единичные кристаллы, имеющими призматический габитус, с размерами зерен 8–12 мкм, принадлежащие, очевидно, анортиту. Присутствуют также изометричные зерна гематита. Введение колеманита в состав керамической массы инициирует образование большего количества стекловидной фазы на ранних этапах процесса обжига, что обеспечивает повышение механической прочности керамического образца. Оксиды железа, присутствующие в местных полиминеральных глинах, частично кристаллизуются в минерал гематит, который является одной из кристаллических фаз, слагающих керамический черепок. Образовавшаяся жидкая фаза частично разъедает углы и грани зерен кристаллического кремнезема, но в основной своей массе он в реакциях образования жидкой фазы не участвует, оставаясь в виде элементов кристаллического каркаса материала. УДК 666.266.6.016.2 Разработка составов стекол для получения прозрачных ситаллов Студентка гр. 8 Смеян О.В. Научный руководитель – Кравчук А.П. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Прозрачные ситаллы – стеклокристаллические материалы, размеры кристаллов которых меньше длины волны видимого света (< 0,4 мкм) и близки по показателю преломления. Эффективное использование стеклокристаллических материалов в качестве оптических сред в астрофизике, оптике, лазерной технике основано на их уникальных спектральных характеристиках, прежде всего прозрачности, в сочетании с близким к нулевому тепловым расширением в широком интервале температур и высокой химической стойкостью. Прозрачные ситаллы могут быть также использованы для смотровых окон высокотемпературных печей, изготовления кухонной и лабораторной посуды, лобовых стекол сверхзвуковых самолетов и др. Целью данной работы являлась разработка составов стекол, на основе которых возможно получение прозрачных ситаллов, обладающих низким температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР). Сочетание таких свойств ситалла, как высокое светопропускание и низкий ТКЛР, предполагалось обеспечить путем формирования в объеме стекла кристаллов с размерами менее 0,4 мкм, представленными твердыми растворами β-кварца, сподуменом (Li2O∙Al2O3∙4SiO2 α1200°С=9∙10-7 К-1) и эвкриптитом (Li2O∙Al2O3∙2SiO2 α1200°С=– 90∙10-7 К-1). Для получения оптически прозрачных ситаллов особое значение имеют твердые растворы β-кварца, которые можно сформировать при оптимальном режиме термообработки как единственную кристаллическую фазу. Стеклокристаллические материалы на основе твердых растворов β-кварца в отличие от ситаллов, в которых основной кристаллической фазой является сподумен, позволяют легко достигнуть условий для получения прозрачности, а при необходимости и бесцветных стеклокристаллических материалов. В данной работе синтез стекол для прозрачных ситаллов с низким ТКЛР осуществляли в области системы Li2O–MgO–ZnO–В2О3–Al2O3–SiO2, ограниченной содержанием, мас. %: SiO2 61,75–67,75; MgO 1,0–7,0; ZnO 1,0–7,0 при постоянном количестве остальных оксидов. Выбор данной системы обусловлен возможностью достижения более низкой температуры варки стекол и их термообработки, что 302 достигается введением оксидов MgO и ZnO, и позволяет сформировать необходимые кристаллические фазы. Кроме того, ZnO обеспечивает повышение деформационной устойчивости стекол при ситаллизации и повышает их кристаллизационную способность. MgO стабилизирует формирование β-кварцеподобных растворов при кристаллизации стекол. Для улучшения варочных и выработочных свойств вводили В2О3 в количестве 3 мас.%. В качестве стимуляторов кристаллизации литийалюмосиликатных стекол использовали TiO2 и ZrO2, являющиеся наиболее эффективными. Механизм действия оксида титана заключается в проявлении явления ликвации в стеклах, а также формировании алюминатных фаз, способствующих образованию центров кристаллизации основной кристаллической фазы. ZrO2 обеспечивает тонкокристаллическую структуру получаемому ситаллу и способствует формированию β-кварцеподобных растворов, что является важным условием получения прозрачных ситаллов Варка опытных стекол велась в фарфоровых тиглях в газовой пламенной печи при температуре 1500 ºС, с выдержкой при максимальной температуре 1 ч. Все синтезированные стекла были прозрачные, имели желтую окраску. Для определения кристаллизационной способности синтезируемых стекол была проведена их термообработка в градиентной печи. В интервале температур 630–780 ºС наблюдалось изменение окраски стекол с желтой на темно-фиолетовую за исключением стекла с максимальным содержанием MgO. При повышении температуры от 780 до 1050 ºС у всех стекол наблюдалась объемная тонкодисперсная кристаллизация без деформации. Согласно данным градиентной кристаллизации опытных стекол наиболее приемлемыми для получения прозрачных ситаллов являются составы с повышенным содержанием MgO, поскольку при его введении существенно уменьшается температурный интервал появления темно-фиолетовой окраски и ее интенсивность. Проведены исследования свойств исходных стекол плотности, температуры начала размягчения и ТКЛР. Значения плотности опытных стекол изменялись в пределах от 2430 до 2530 кг/м3. Наибольшая плотность наблюдаются у стекол с максимальным содержанием MgO и ZnO. Это объясняется тем, что оксиды магния и цинка являются оксидами-модификаторами, которые заполняют полости в пространственном кремнекислородном каркасе, повышая плотность стекол. Замещение SiO2 на оксиды MgO и ZnO также приводило к некоторому увеличению ТКЛР стекол от 46,6·10-7 К-1 до 53,6·10-7 К-1. Это обусловлено большими значениями, в сравнении SiO2, парциального числа для MgO (60·10-7 К-1) и ZnO (50·10-7 К-1). Оксид магния, наряду с оксидом цинка разрывают мостиковые связи, в результате чего уменьшается степень связности структурной сетки стекла и повышается температурный коэффициент линейного расширения. Температура начала размягчения исходных стекол находилась в интервале 635–760 ºС. Высокая температура размягчения характерна для стекол с наибольшим содержанием SiO2. Оксид кремния формирует кремнекислородный каркас, обеспечивая повышение степени связности структурной сетки стекла, и, как следствие, температуры начала размягчения. На основании результатов определения кристаллизационной способности, стекла были подвергнуты термообработке в интервале температур 630–720 ºС с шагом 30 ºС. Стекла нагревались со скоростью 5 ºС/мин до максимальной температуры, а затем выдерживались в течение 1 ч. Далее следовало инерционное охлаждение в печи. Визуальная оценка вида стекол после термообработки при температурах 630 ºС и 690 ºС позволила установить изменение их окраски с желтой на темно-фиолетовую, что, по-видимому, связано с переходом титана из степени окисления Ti+4 в Ti+3. При повышении температуры термообработки до 720 ºС образцы становились непрозрачными, что связано с кристаллизацией стекла. 303 Согласно данным, полученным при исследовании теплового расширения термообработанных стекол было выявлено, что с увеличением температуры до 690 ºС значения их ТКЛР не претерпевали существенных изменений. В то время как значения ТКЛР термообработанных стекол при 720 ºС резко снизились и составили (-0,14–(- 3,27))·10-7 К-1 в сравнении с исходными стеклами. Подобное снижение ТКЛР вызвано зарождением и ростом кристаллических фаз, которые согласно данным РФА представлены твердыми растворами β-кварца, эвкриптитом и β-сподуменом. Таким образом, в результате проведенных исследований в системе Li2O–MgO– ZnO–В2О3–Al2O3–SiO2 были получены термостойкие ситаллы, характеризующиеся низким температурным коэффициентом линейного расширения, что обеспечивается наличием таких кристаллических фаз, как твердые растворы β-кварца, эвкриптит и β- сподумен. Однако в предкристаллизационный период происходит появление интенсивной темно-фиолетовой окраски стекла, которая связана с переходом титана из степени окисления Ti+4 в Ti+3, в итоге прозрачность материала существенно снижается. В этой связи, для устранения нежелательного окрашивания при кристаллизации стекол следует вводить окислители с целью предотвращения восстановления титана, либо снижать его содержание в стеклах, вплоть до полного исключения. УДК 544.654.2 Использование нестационарных токовых нагрузок для электрохимического меднения печатных плат Студент II курса 1 гр. ф-та ИДиП Харитонов Д.С. Научные руководитель – Курило И.И. Белорусский государственный технологический университет г.Минск В производстве изделий машиностроения, приборостроения, средств компьютерной техники, бытовой теле- и радиоаппаратуры широко используются печатные платы, обеспечивающие автоматизацию монтажно-сборочных работ, снижение габаритных размеров аппаратуры, металлоемкости, повышение ряда конструктивных и эксплуатационных качеств изделий. Требования, предъявляемые к миниатюризации радиоэлектронной аппаратуры, повышению быстродействия схем, увеличению удельных тепловых нагрузок способствуют росту производства двусторонних и многослойных печатных плат. Одним из способов повышения надежности и долговечности работы приборов является создание качественного электропроводящего соединения между проводниками на печатных платах, которое осуществляется за счет нанесения медного покрытия. Основными направлениями совершенствования технологического процесса электролитического меднения печатных плат в настоящее время, наряду с оптимизацией состава электролита, является применение нестационарных токовых режимов. Целью работы было исследование влияния нестационарных режимов электролиза на распределение электрохимически нанесенного медного покрытия по высоте отверстия многослойных печатных плат. В качестве исходных использовали промышленные образцы многослойных печатных плат, предварительно прошедшие все стадии обработки до электролитического меднения. Электролиз проводили с использованием импульсно- реверсивного тока промышленной частоты без анодного импульса (режим I) и с величиной амплитуды анодного импульса, составляющей 50% от амплитуды катодного (режим II). Длительность катодного импульса составляла 5/6 периода, анодного – 1/9 304 периода. Средняя катодная плотность тока составляла 70,7%, а средняя анодная – 25% от амплитуды катодного импульса. Состав электролита, г/л: CuSO4 100–120; H2SO4 160–180; NaCl 0,02–0,04; ЛТИ 0,08–0,10; ОС-20 0,8–1,5. Аноды – медные пластины марки АМФ. Проведенные исследования показали, что в отсутствие перемешивания при электролитическом меднении в режиме I при плотностях тока 1,0 А/дм2 наблюдается равномерное распределение меди по высоте отверстий, расположенных как в центр, так и по краям платы. При этом образуются мелкокристаллические гладкие полублестящие осадки. При повышении плотности тока до 2,5 А/дм2 наблюдается ухудшение качества образующихся осадков, а также увеличение на 10–25% толщины осажденного слоя меди в центре отверстия и его уменьшение (до 20%) на краях. Причем неравномерность распределения меди с увеличением плотности тока для отверстий, расположенных в центре платы, выражена более резко. Данные закономерности можно объяснить существенным градиентом концентраций у поверхности платы и в отверстиях. Вероятно, утолщение слоя меди в центре отверстия обусловлено образованием рыхлого осадка. В случае использования для электролитического меднения режима II при плотностях тока 1,5–2,0 А/дм2 существенно улучшается равномерность распределения меди по высоте отверстия многослойных печатных плат (отклонение не превышает 10- 15%), а также качество образующихся осадков. При увеличении токовой нагрузки повторяются те же закономерности, что и в случае отсутствия анодной составляющей. При осаждении меди при перемешивании электролита равномерное распределение меди на поверхности в и отверстиях наблюдается в более широкой области тока (до 3,5–4,0 А/дм2). При электролитическом меднении в режиме I при плотностях тока 3,5А/дм2 для центра платы равномерность распределения меди в отверстиях выше, чем для края. Однако, при плотностях тока более 4,0А/дм2 наблюдается вогнутый профиль отверстия. Это, вероятно, можно объяснить различным изменением диффузионного перенапряжения на поверхности и в отверстиях платы. При нанесении покрытия в режиме II при перемешивании электролита для отверстий, расположенных на периферии печатной платы наблюдается менее равномерное распределение меди как в центре, так и с края отверстия, чем для отверстий, расположенных в центре платы. При плотностях тока 3,5–4,5 А/дм2 на периферии платы отверстия имеют слегка вогнутый профиль. Это можно объяснить повышенной напряженностью электромагнитного поля как на краю платы в целом, так и на краю отверстия. Следует отметить, что при этом режиме для центра платы наблюдается равномерное распределение меди в отверстиях при всех исследуемых плотностях тока. Как показали исследования, распределение меди на образцах, полученных в режиме II более равномерное, чем в режиме I. Это можно объяснить следующим образом. Как известно, в процессе электрокристаллизации металл выделяется, прежде всего, на активных центрах, определяемых микрогеометрией и кристаллографическими особенностями поверхности, а также наличием различного рода адсорбционных пленок. При протекании катодного импульса максимальная плотность тока существенно превышает среднюю катодную плотность тока. При этом осаждение металла происходит как на активных, так и на менее активных участках поверхности. Кроме того, возрастает скорость образования кристаллографических зародышей. При протекании анодного импульса на наиболее активных центрах поверхности образуется более прочная пленка оксида или гидроксида меди(I). Это приводит к выравниванию активности различных участков поверхности и образованию при последующей электрокристаллизации сплошных мелкокристаллических катодных осадков. 305 Образование более блестящих осадков в режиме II по сравнению с осадками, полученными в режиме I, как при перемешивании, так и без перемешивания электролита, также можно объяснить образованием пленок оксида меди(I) при протекании анодного тока. При первом катодном импульсе образуется слой меди, состоящий из кристаллов меди небольшого размера, ориентированных подложкой. Анодный импульс, как указывалось выше, создает на поверхности этого слоя тонкую прозрачную пленку Cu2O. В последующие циклы осаждения ориентация кристаллов возобновляется каждый раз с учетом наличия оксидной пленки. Наряду с пассивацией активных участков поверхности при протекании анодного тока возможно их частичное растворение, что также способствует выравниванию покрытия на поверхности и в отверстиях печатных плат. Таким образом, проведенные исследования показали, что использование нестационарных токовых режимов с анодной составляющей при электрохимическом меднении печатных плат позволяет существенно интенсифицировать процесс и получать качественные покрытия, равномерно распределенные по высоте отверстий. УДК 621.384.53 Регенерация отработанных промышленных масел Студент гр.14 Цейко В.В. Научный руководитель – Лихачева А.В. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Отработанные масла являются одним из существенных источников загрязнения окружающей среды. Их количество, поступающее на почву и в водоемы, превышает по объему аварийные сбросы и потери нефти при ее добыче, транспортировании и переработке. Отработанные масла только частично являются биологически разлагаемыми; их трансформация и миграция в природной среде может привести к целому ряду негативных последствий для экосистем. Например, при поступлении в водный объект отработанные масла снижают количество кислорода в воде, необходимого для нормальной жизнедеятельности флоры и фауны. В отработанных маслах идентифицировано 38 химических соединений, которые обладают канцерогенным и мутагенным воздействием, в т.ч. бензопирен, полихлордифенилы, диоксины, фураны и другие вещества. Эти отходы – также один из основных загрязнителей почвенных вод. Степень воздействия отработанных смазочных масел можно оценить по следующему факту: всего 1 л отработанного масла способен загрязнить 7 млн. л почвенных вод. Отработанные масла образуются во всех процессах, где они используются для смазки, охлаждения, изоляции, обработки, защиты от коррозии или для передачи мощности. В процессе эксплуатации масла соприкасаются с металлами, подвергаются воздействию воздуха, температуры и других факторов, под влиянием которых с течением времени происходит изменение свойств масла: разложение, окисление, полимеризация и конденсация, обугливание, разжижение горючим, обводнение и загрязнение посторонними веществами. Перечисленные факторы действуют в комплексе и взаимно усиливают друг друга, ухудшая качество масла в процессе его эксплуатации до такой степени, что требуется его замена. С каждой заменой увеличивается объем отработанного масла, которое необходимо хранить, транспортировать и утилизировать как отходы. На предприятиях, эксплуатирующих большой парк машинного оборудования, это становится существенным фактором производственных издержек. 306 Среди различных направлений использования отработанных масел наиболее важное место отводится методам очистки (регенерации), т.е. полного восстановления их первоначальных свойств с целью повторного использования по прямому назначению. Восстановление первоначальных свойств производится, как правило, путем сложной многостадийной переработки на специализированных предприятиях. В настоящее время одним из способов обращения с отработанными маслами является сжигание. Однако при выборе этого направления необходимо учитывать, что в процессе сжигания образуются устойчивые химические соединения, крайне опасные для здоровья человека, которые выбрасываются в атмосферу, распространяясь на тысячи километров. Перерабатывать отработанные масла совместно с нефтью на НПЗ нельзя, т.к. присадки, содержащиеся в маслах, нарушают работу нефтеперерабатывающего оборудования. Поэтому отработанные масла целесообразно собирать и подвергать регенерации с целью сохранения ценного сырья, что является экономически выгодным. Существует множество способов очистки отработанных минеральных масел, однако предложенные методы на практике не находят реального применения, что связано с большими экономическими затратами, образованием отходов в процессах очистки и др. Следует отметить, что известные способы регенерации отработанных (использованных) масел практически не содержат стадий регенерации, предусматривающих восстановление первоначальных состава и качества отработанных масел, они ограничены лишь стадией очистки сырья (основы масла). Общие недостатки известных способов очистки использованных масел заключаются в выборе или очень агрессивных реагентов, или сложных, многокомпонентных составов, что обусловливает многостадийность процесса и необходимость применения высокотемпературных режимов. В качестве альтернативного ресурсосберегающего метода регенерации отработанных масел была применена фильтрация отработавших минеральных масел через смесь песка и оксида Fe3+, взятых в весовом соотношении «песок : оксид Fe3+» 1 : 0,5-1,5, что делает возможным повторное использование масла путем возвращения товарным маслам основных физико-химических характеристик. Способ очистки использованных масел включал контактирование сырья с твердым адсорбентом без применения температурной обработки очищаемой смеси. Контактирование сырья с адсорбентом осуществляли фильтрованием. С целью повышения эффективности способа очистки использованных масел в качестве твердого адсорбента применялся оксид Fe3+, разбавленный песком в массовом отношении от 1:0,5 до 1:1,5 с дисперсностью частиц 160-450 мкм. Песок являлся нейтральным материалом и служил разбавителем активной поверхности адсорбента. Способ очистки проверен на отработанном индустриальном масле И-20А темно- коричневого цвета, с кислотным числом 0,5 мг КОН/г, динамической вязкостью при 40оС – 37,0 МПа∙с и вакуумном масле ВМ-4 темно-коричневого цвета, с кислотным числом 0,6 мг КОН/г, вязкостью при 50оС – 59,3 мм2/с. Свежее товарное масло И-20А (ГОСТ 20799-88) характеризуется числом 0,005 мг КОН/г, динамической вязкостью при 40оС – 30,19 МПа∙с и светло-желтым цветом. Свежее товарное масло ВМ-4 (ТУ 0253-004-7821-2002) характеризуется кислотным числом 0,002 мг КОН/г, динамической вязкостью при 50оС – 48,1 МПа∙с и светло-желтым цветом. В работе к 15 г песка (дисперсность частиц 160-450 мкм) добавлялось 15 г оксида Fe3+ (дисперсность частиц 100-400 мкм) (соотношение песок : оксид Fe3+ – 1:1), все перемешивалось и переносилось в стеклянную колонку. Вверх колонки подавалось 300 г использованного индустриального масла И-20А под избыточным давлением. Процесс проводился со скоростью, обеспечивающей время контакта масла с адсорбентом не менее 1 часа. Отфильтрованное масло исследовалось на степень 307 очистки. Степень очистки масла контролировалась по изменению кислотного числа (ГОСТ 20799-88), вязкости (ГОСТ 1920-87) и цвету (визуально). Результаты представлены в таблице. Условия очистки и показатели качества очищенного масла Отработавшее масло Массовое соотношении песок : оксида Fe3+ Кислотное число, мг КОН на 1 г масла Вязкость, мм2/с Цвет (степень просветления) 1:0,5 0,017 30,2 1:0,75 0,016 29,6 1:1 0,017 29,6 1:1,25 0,015 29,3 Индустриальное масло И-20А 1:1,5 0,014 29,1 светло-желтое 1:0,5 0,013 48,1 1:0,75 0,014 48,1 1:1 0,013 47,8 1:1,25 0,012 46,4 Вакуумное масло ВМ-4 1:1,5 0,013 47,7 светло-желтое Проведенный анализ показывает, что исследуемый способ очистки использованных масел выгодно отличается от аналогичных по таким показателям, как: эффективность, выраженная массовым отношением «адсорбент-очищенное сырье»; меньший расход адсорбционного материала; эффективный состав адсорбента; меньшая трудоемкость и энергозатратность; универсальность и технологичность процесса, связанная с технической и экологической безопасностью при практическом использовании способа; высокое качество и низкая стоимость конечного продукта. УДК 676.017.3:676.024.731 Исследование эффективности систем вспомогательных химикатов на основе полиамина и полиэтиленимина в технологии бумаги для печати из полуфабриката высокого выхода Студентка гр. 6 Щербакова Т.О. Научные руководители – Черная Н.В., Пенкин А.А. Белорусский государственный технологический университет г. Минск Целью настоящей работы является установление влияния вида удерживающих добавок на основе полиамина (ПА) и полиэтиленимина (ПЭИ) на свойства бумажной массы и качество газетной бумаги. В настоящее время общий объем производства бумаги и картона превысил 370 млн. т./г, 42% из которых – бумага для печати. Наиболее массовым печатным видом бумаги является газетная бумага, на долю которой приходится свыше 70%. Одним из наиболее распространенных волокнистых полуфабрикатов в ее композиции является термомеханическая масса RTS (ТММ RTS), преимуществами которой, по сравнению с традиционной ТММ, являются повышенные физико-механические показатели и более низкий удельный расход энергии. 308 Однако ТММ по сравнению с целлюлозой имеет повышенное содержание мелкого волокна. Последнее, в свою очередь, может обуславливать невысокую скорость обезвоживания бумажной массы и малую степень удержания волокна в структуре бумаги, которые снижают производительность бумагоделательной машины и качество готовой продукции. Для достижения высокой скорости обезвоживания и степени удержания бумажной массы на сеточном столе бумагоделательной машины самое широкое распространение в мировой практике получили различные вспомогательные химические вещества или их комбинации – системы. В настоящей работе проведена оценка эффективности действия различных систем удержания на основе ПА и ПЭИ на свойства бумажной массы, состоящей из термомеханического волокна (ТММ RTS) и наполнителя – каолина марки «КН-87» (5,0% от а.с.в.), и качество газетной бумаги по показателям скорости обезвоживания бумажной массы и содержания взвешенных веществ в подсеточной воде, физико- механическим и оптическим показателям бумаги – разрывной длины и сопротивления разрыву; белизны и непрозрачности. Влияние вида системы удержания на скорость обезвоживания бумажной массы и содержание взвешенных веществ в подсеточной воде представлено на рисунке 1. а б а – скорость обезвоживания; б – содержание взвешенных веществ Рисунок 1 – Влияния вида системы удержания на скорость обезвоживания бумажной массы и содержание взвешенных веществ в подсеточной воде Как видно из рисунка 1 а, для всех использованных систем удержания характерно незначительное увеличение скорости обезвоживания при расходе до 5% от а.с.в., а затем ее падение с увеличением расхода каолина до 15% от а.с.в. Это можно объяснить тем, что частицы наполнителя располагаются между волокнами, увеличивая расстояние между ними, создавая, таким образом, пористую структуру, которая хорошо обезвоживается, что и выражается в увеличении скорости обезвоживания. Дальнейшее падение скорости обезвоживания можно объяснить тем, что частицы наполнителя, с увеличением его расхода, накапливаются в приповерхностном слое обезвоживаемого бумажного полотна и формируют трудно фильтруемую плотную структуру. Из рисунка 1 б, видно, что для всех иследуемых систем удержания содержание взвешенных в подсеточной воде закономерно увеличивается с увеличением расхода наполнителя, что можно объяснить неполным удержанием в структуре бумаги каолина и мелкого волокна. Анализ данных рисунка 1 позволяет сделать вывод о том, что при промышленно применимом расходе наполнителя 5% от а.с.в. наилучшие результаты дает использование системы «ПА − ПЭИ», а не одиночного ПА, применяемого в технологии 309 отечественной газетной бумаги (достигается увеличение скорости обезвоживания с 9,0 мл/с до 16,7 мл/с, т.е. в 1,8 раза). В тоже время, как видно из рисунка 1 б, применение системы «ПА − ПЭИ» не приводит к существенному ухудшению содержания взвешенных веществ, по сравнению с ПА (52,7 мг/л – для ПА, против 48,1 мг/л – для «ПА−ПЭИ»). Использование комбинации «ПА  ПЭИ», а не одиночного ПА позволяет повысить степень удержания волокна и наполнителя в бумажной массе с 52–53% до 61%, т.е. более чем на 10%, а значит и увеличить содержание наполнителя в бумаге. Как показали результаты наших исследований оптические показатели для лабораторных образцов газетной бумаги, изготовленной с применением как ПА, так и системы «ПА  ПЭИ» очень близки. Это можно объяснить тем, что, несмотря на различную степень удержания компонентов бумажной массы, используемый невысокий расход наполнителя (5% от а.с.в.) не приводит к существенному изменению оптических показателей. Физико-механические показатели − разрывная длина и сопротивление разрыву для образцов газетной бумаги, изготовленных по существующей технологии, составляет 3,72 км и 1,75 кН/м соответственно (по ГОСТ6445-74Е разрывная длина газетной бумаги должна составлять не менее 3,0 км). В тоже время механические показатели, полученные с использованием комбинации «ПА  ПЭИ» близки по сравнению с применением одиночного ПА и составляют 3,73 км и 1,75 кН/м, а применение одиночного ПЭИ значительно снижает механические показатели газетной бумаги. Наибольший упрочняющий эффект наблюдается при расходе ПА и ПЭИ по 0,075% от а.с.в., что в сумме составляет 0,15% от а.с.в. Это значение расхода ПА является промышленно применимым. На основании результатов проведенных исследований можно сделать вывод о том, что использование системы «ПА – ПЭИ» представляет целесообразность, так как позволяет существенно увеличить скорость обезвоживания (в 1,8 раза) и обеспечить показатели качества бумаги на высоком уровне. Применение комбинации «ПА – ПЭИ» представляет интерес для проведения промышленной апробации в технологии газетной бумаги. 310 СОДЕРЖАНИЕ Литейное производство черных и цветных металлов Анализ способов контроля состояния футеровки индукционных тигельных печей4 Студенты гр. 104117 Гавриленко Н.Н., гр. 104118 Шипёнок И.А. Научный руководитель – Неменёнок Б.М. Особенности рафинирования в металлургии свинца ................................................... 5 Студент гр. 104127 Горбачёв Д.Н. Научный руководитель – Чанов А.Б. Научный консультант – Довнар Г.В. Особенности выплавки свинцовых сплавов во вторичной металлургии ................. 6 Студент гр. 104127 Абрагимович И.А. Научный руководитель – Чанов А.Б. Научный консультант – Довнар Г.В. Способы получения сплавов системы алюминий-кремний ........................................ 8 Студент гр. 104126 Волкович А.И. Научный руководитель – Рафальский И.В. Научный консультант – Арабей А.В. Малотоксичный препарат для объемной обработки расплавов на основе алюминия .......................................................................................................................... 10 Магистрантка Скуратович О.В. Научный руководитель – Довнар Г.В. Экологические и экономические аспекты флюсовой обработки силуминов .......... 11 Студентка гр.104126 Козлова О.Е. Научный руководитель – Немененок Б.М. Исследование влияния разделительных покрытий на усилие извлечения стержня из отливки при литье под давлением алюминиевых сплавов ................................... 12 Студенты гр. 104127 Чайковский Я.С., гр. 104117 Кульбей Е.В. Научный руководитель – Пивоварчик А.А. Влияние технологических факторов литья на усилие извлечения стержня из отливки при литье алюминиевых сплавов под давлением........................................ 13 Студенты гр. 104127 Чайковский Я.С., гр. 104117 Семченко А.О. Научный руководитель – Пивоварчик А.А. Программно-аппаратные комплексы для автоматической диагностики и контроля качества литейной продукции...................................................................... 14 Студенты гр. 104126 Волкович А.И., Шахлович И.Г., Шестюк И.В. Научный руководитель – Рафальский И.В. Научный консультант – Арабей А.В. Расчет двухфазной зоны литейных сплавов в интервале кристаллизации с использованием микропроцессорной системы компьютерного термического анализа металлов и сплавов........................................................................................... 16 Студенты гр. 104126 Волкович А.И., Шахлович И.Г. 311 Научный руководитель – Рафальский И.В. Научный консультант – Арабей А.В. Рафинирующе-модифицирующая карбонатная смесь ............................................... 18 Магистрантка Зыкович И.Л., студент гр. 104127 Яковский Д.Д. Научный руководитель – Задруцкий С.П. Моделирование процесса затвердевания мелкогабаритной отливки из стали 40Л20 Студент гр.104126 Молочко В.А. Научный руководитель – Слуцкий А.Г. Синтез силуминов методом прямого восстановления кремния из алюмоматричных композиций ...................................................................................... 22 Студенты гр. 104126 Волкович А.И., Шахлович И.Г. Научный руководитель – Рафальский И.В. Научный консультант – Арабей А.В. Анализ процессов формирования пористости при литье под давлением ................ 24 Магистрант – Субота А.А., студент гр.104117 Кульбей Е.В. Научный руководитель – Михальцов А.М. Исследование процесса получения сплавов специального назначения................... 25 Магистрант Глушаков А.Н., студенты гр.104119 Билиба Н.Э., гр 104127 Туманик Г.С. Научный руководитель – Слуцкий А.Г.. Анализ методов металлургической переработки лома и отходов на основе меди и алюминия .......................................................................................................................... 27 Студент гр. 104127 Ишмяков А.А. Научный руководитель  Довнар Г.В. Исследование теплодинамических систем параметров процесса литья .................. 29 в металлическую форму.................................................................................................. 29 Студент гр. 621271, Раев А.В. Научный руководитель – Вальтер А.И. Получение слитков сплава Со-Сr-Мо с использованием электронно-лучевого переплава .......................................................................................................................... 31 Магистрант – Глушаков А.Н. Научный руководитель – Поболь.И.Л. Экспресс-тестирование сплавов методом термического анализа ............................. 32 Студент гр. 104126 Шестюк И.В. Научный руководитель – Рафальский И.В. Научный консультант – Морозов Д.С. Исследование процесса легирования чугуна медьсодержащими отходами .. 33 Студенты гр.104119 Кривопуст А.А., гр. 104127 Шаломанов Г.А., гр. 104126 Юхо Д.В. Научный руководитель – Слуцкий А.Г. 312 Исследование влияния температурно-временных параметров плавки и скорости охлаждения при затвердевании модифицированных силуминов на процесс образования усадочных дефектов …………………………………………………...…..35 Студент гр.104126 Шестюк И.В. Научный консультант – аспирант Лущик П.Е. Научный руководитель – Рафальский И.В. Материаловедение в машиностроении Исследование причин разрушения клепочного соединения рамы автомобиля АЛ- 3(131) с подставкой пакета колен .................................................................................. 38 Студенты групп 104517 Ситникова О.М., Зданович О.В., гр. 104217 Буланов А.В. , Янущик Н.М. Научные руководители – Стефанович В.А., Борисов В.Г. Анализ технико-экономических показателей и прогноз тенденций развития штамповых сталей для горячего деформирования..................................................... 40 Студент гр. 104217 Янущик Н.М. Научный руководитель – Вейник В.А. Устройство для изготовления сложнополостных деталей технологической оснастки плазменным напылением .............................................................................. 42 Студент гр.104516 Макаревич А.А. Научный руководитель – Соколов Ю.В. Оптимизация технологических режимов плазменного напыления при изготовлении матриц пресс-форм.................................................................................. 43 Студент гр.104516 Ясный А. В. Научный руководитель – Соколов Ю.В. Влияние чистоты по примесям на механические свойства конструкционных улучшаемых сталей ......................................................................................................... 44 Студент гр.104216 Гарнов М. А. Научный руководитель – Щербаков Э. Д. Выявление причин механического разрушения штампов для горячего деформирования алюминиевых сплавов...................................................................... 45 Студенты групп 104517 Зданович О.В. и 104217 Стражников И.А., Мороз М.С. Научные руководители – Стефанович В.А., Борисов В.Г. Инновационные технологии в производстве и применении жаропрочных сплавов на основе никеля .............................................................................................................. 46 Студент гр.104217 Григорчик А.Н. Научный руководитель – Пучков Э.П. Сплавы с эффектом памяти форм ................................................................................. 48 Студент гр.104217 Копытко А.В. Научный руководитель – Пучков Э.П. 313 Анализ топографии проявления сдвигового механизма разрушения в поверхностном слое покрытия....................................................................................... 49 Студент гр.430661 Солдатова Ю.С. Научный руководитель – Нечаев Л.М. Кристаллизационные особенности наплавочных кремнесодержащих материалов …………………………………………………………………………………50 Студент гр.420691 Фролов А.С. Научный руководитель – Фомичева Н.Б. Стали пониженной прокаливаемости (стали "ПП") для метода объемно- поверхностной закалки ................................................................................................... 51 Студент гр. 104216 Удот А.Ю. Научный руководитель – Пучков Э. П. Упрочнение поверхностных слоев деталей машин с использованием высокоэнергетического нагрева токами высокой частоты....................................... 55 Студент гр. 104216 Рысенков А.И. Научный руководитель – Константинов В.М. Расчет потерь тепла теплопроводностью в системе Паскаль.................................... 56 Студент гр.104217 Лазаренко А.А. Научный руководитель – Мельниченко В.В. Повышение коррозионной стойкости цинковых покрытий путем их пассивации 57 Студент гр. 104516 Смирнова Т. Н. Научный руководитель – Борисов В. Г. , Гурченко П. С. Манипуляторное устройство для погрузки длиномерых грузов............................... 59 Студент гр. 5 МОЛП 5 курса Кветень В.М. Научный руководитель – Симанович В.А. Преимущества и недостатки электролитического метода цинкования................... 60 Студент гр. 104516 Смирнова Т. Н. Научный руководитель – Борисов В. Г. , Гурченко П. С. Навесное устройство для сбора порубочных остатков ............................................... 61 Студенты гр. 5 МОЛП 5 курса Левковкий С.А., Кветень В.М. Научный руководитель – Симанович В.А. Машины и технология литейного производства Математическое планирование исследований жидкостекольных связующих материалов модифицированных наноструктурированными добавками ................ 64 Студент гр. 103316 Гуминский Ю.Ю. Научный руководитель – Кукуй Д.М. Реконструкция цеха радиаторов ОАО МЗОО ............................................................. 65 Студент гр. 104326 Брусов С.В. Научный руководитель – Одиночко В.Ф. 314 Расчет вентиляционных отверстий металлической формы ...................................... 66 Студент гр. 104326 Бадай А.Н. Научный руководитель – Матюшенец Т.В. Оценка влияния факторов сталеплавильного производства на энергопотребление дуговых сталеплавильных печах................................................................................... 67 Студенты группы 104317: Бэйнер М.В., Баранова Е.Ю. Научные руководитель – Чичко А.Н. Влияние порошкообразного карбида бора на структуру и свойства железобористого сплава .................................................................................................. 69 Студент группы 104326 Василевич Д.А. Научный руководитель – Невар Н.Ф. Использование MINDJET MINDMANAGER для построения ментальных карт ... 71 Студент гр. 104316, Гуминский Ю.Ю. Научный руководитель – Одиночко В.Ф. Затвердевание непрерывной отливки в кристаллизаторе......................................... 72 Студент гр. 104317 Кузьмич В.Н. Научный руководитель – Крутилин А.Н. Бейнитный высокопрочный чугун –материал для изготовления зубчатых колес 75 Студент гр. 104317 Кузьмич В.Н. Научный руководитель – Крутилин А.Н. Способ получения высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита .......... 77 Студенты группы 104326 Синкевич А.В., Римша А.С. Научный руководитель – Невар Н.Ф. Вопросы энерго- и ресурсосбережения при использовании эффективных противопригарных покрытий для литейных форм и стержней ............................... 78 Студент группы 104317 Нечаева Л.А. Научный руководитель – Кукуй Д.М. Моделирования процессов, происходящих на границе раздела расплав – противопригарное покрытие – форма .......................................................................... 80 Студент группы 104317 Ермак А. Научный руководитель – Николайчик Ю.А. Анализ работы автоматической формовочной линии................................................ 82 Студент группы 104326: Новик А.А. Сечко А.В Научный руководитель – Невар Н.Ф. Microsoft Office Home and Student 2010 ......................................................................... 84 Студент гр. 104310 Овсянников Д.А. Научный руководитель – Одиночко В.Ф. К вопросу о реконструкции РУП ГЛЗ «Центролит» ................................................... 85 Студенты гр. 304315 Павлюкевич Е.А., Доморад А.Г., Верташёнок С.А. Научный руководитель – Одиночко В.Ф. 315 Системный анализ микроструктур перлитных сталей .............................................. 87 Студент группы 104327: Петровский И.Г., Усов А.Н. Научные руководители – Чичко А.Н., Сачек О.А. Способы получения жидкого металла при выплавке заготовок из инструментальных сталей .............................................................................................. 88 Студенты гр. 104316 Чумила С.А., Кондратюк П.Н. Научный руководитель – Рудницкий Ф.И. Отливки из высокопрочного чугуна ............................................................................. 90 Студенты группы 104326: Синкевич А.В. Римша А.С. Научный руководитель – Невар Н.Ф. Выбор составов единых формовочных смесей (ЕФС) в зависимости от гидродинамического давления расплава в форме ...................................................... 91 Студенты гр.104328 Гецман И.Ю., Никитенкова А.О. Научный руководитель – Скворцов В.А. Возможность использования электростатической окраски в литейном производстве ..................................................................................................................... 92 Студент гр.104317 Шкатула А.В. Научный руководитель – Николайчик Ю.А. Компьютерная обработка изображений микроструктур чугуна............................... 94 Студенты гр. 104327: Юрчик А.С., Галузо С.М. Научные руководители – Соболев В.Ф., Сачек О.А. Машины и технология обработки металлов давлением Повышение эффективности измельчения связно-сыпучих материалов в ролико- кольцевых мельницах центробежного типа................................................................. 98 Студент Крупский Р.О. Научный руководитель – Гавриленя А.К. Разработка технологии и специализированного оборудования для изготовления детали почвообрабатывающей техники «долото»....................................................... 99 Студенты гр.104417 Фум К.С., Булыга Т.А., Саченко А.Ф. Научный руководитель – Давидович Л.М. Исследование особенностей процесса продольной прокатки заготовок режущих элементов ротационных косилок ................................................................................ 101 Студенты гр. 104417 Чой Кю Хон, Лешкович А.Т., гр. 104427 Борисевич Д.В. Научный руководитель – Иваницкий Д.М. Способы разделения пруткового материала на мерные заготовки ........................ 103 Студенты гр. 104427 Шкор Д.А. Богдан П.З. Дедюля Н.А. Научный руководитель – Исаевич Л.А. 316 Изготовление поковок сложных форм в закрытых штампах с буферными устройствами противодавления .................................................................................. 105 Студенты гр.104417 Иванов М.В., Кебец А.В., Федюкович С.В. Научный руководитель – Карпицкий В.С. Прокатка непрерывно литых прутков латуни в четырехвалковом калибре ....... 107 Студенты гр.104427 Придыбайло А.М., Александров А.А. Научный руководитель – Кудин М.В. Теоретический анализ определения изгибающего момента для гибки трубных заготовок ......................................................................................................................... 109 Студенты гр.104427 Кухаренко В.В., Александров А.А. Научный руководитель – Кудин М.В. Чистовая вырубка детали со сжатием ........................................................................ 112 Студенты гр.104427 Чурак Л.П., Шилович Е.А., Буткевич Е.В. Научный руководитель – Логачев М.В. Прессование двухслойных изделий трубчатой формы из порошковых материалов ...................................................................................................................... 114 Студенты гр. 104417 Бадюля Ю.А., Карпеня А.О., Турко А.И. Научный руководитель – Любимов В.И. Современное состояние выпуска КГШП.................................................................... 115 Студенты гр. 104417 Бигонь П.Л., Драница В.В., гр. 104427 Стражников И.В. Научный руководитель – Овчинников П.С. Исследование процесса поперечной прокатки с помощью программного комплекса основанного на методе конечно-элементного моделирования............. 116 Магистрант – Шегидевич А.А. Научный руководитель – Белявин К.Е. Разработка технологии и специализированного оборудования для изготовления деталей «самостопорящихся гаек» .............................................................................. 118 Студенты гр.104417 Муляр А.Н., Мельников А.С. Научный руководитель – Шиманович О.А. Исследование действия силового магнитного поля на порошковые материалы . 119 Студенты гр.104427 Рак И.И., Куришко Е. П. Научный руководитель Белявин К.Е. Металлургические процессы Анализ конструкций горелочных устройств, с пониженным выбросом оксидов азота для нагревательных и термических печей....................................................... 122 Студент гр.104137 Маскальчук А.С. Научный руководитель – Ратников П.Э 317 Порошковые и композиционные материалы, покрытия и сварка Новые технологии в сварочном производстве........................................................... 126 Студент гр. 104819 Бабич И.А. Научный руководитель – Голубцова Е.С. Определение обобщенного параметра оптимизации механических характеристик сварного соединения стали 42Х2ГСНМ........................................... 128 Студенты гр. 104829 Щавелева О.А., Водич А.С. Научный руководитель – Голубцова Е.С. Исследование влияния размерных факторов на плотность, твердость, прочность на сжатие и трещиностойкость композитов на основе оксида алюминия............ 130 Студент гр. 104617 Бурак А.Е. Научные руководители – Голубцова Е.С., Шевченок А.А. Обработка и упрочнение поверхностей инструментов и деталей машин с наложением комбинированных физических полей .................................................. 131 Магистрант Ефимов А.М., аспирант Линник А.В. Научный руководитель – Акулович Л.М. Возможности инжекционного формования для получения керамической нитепроводной гарнитуры............................................................................................ 133 Студент гр. 104616 Зелезей А.А. Научные руководители – Афанасьев Л.Н.; Барай С.Г. Разработка технологии сварки ответственных деталей трактора из высокоуглеродистых сталей......................................................................................... 136 Студент гр.104817 Иванова И. В., студент гр. 104817 Громов С. А. Научный руководитель – Дьяченко В. И. Влияние ультразвуковой обработки на состояние и формораспределение твердых частиц в расплаве .......................................................................................................... 138 Аспирант Линник А.В., магистрант Ефимов А.М. Научный руководитель – Акулович Л.М. Исследование влияния циркония на физико-механические свойства наплавленного металла................................................................................................. 140 Студенты гр. 104829 Рожко О.В., Снарский А.А. Научный руководитель – Голубцова Е.С. Влияние температурных параметров синтеза на спекание и электрофизические характеристики керамических материалов на основе титаната бария ................. 142 Студент 5 к. 9 гр. ф-та ХТиТ Хорт А. А. Научный руководитель – Дятлова Е. М. Наноструктурные материалы и эксплуатационные свойства режущих инструментов.................................................................................................................. 143 Студент гр. 115210 Шалесный И.А. Научный руководитель – Горохов В.А. 318 Обоснование выбора защитной среды и расчет режимов сварки платформы самосвала МАЗ ............................................................................................................... 144 Студент группы 104816 Коваленко М.Г. Научные руководители – Голубцова Е.С., Довнар С.С. Влияние количества гартцинка в насыщающей смеси при термодиффузионном циковании на толщину покрытия, изменения размеров и массы образцов.......... 147 Студент гр.104616 Резвицкий Н.С. Научные руководители – Урбанович Н.И., Комаров О.С. Исследования триботехнических свойств антифрикционных инфильтрированных материалов ...................................................................................................................... 148 Студент гр.104616 Статкевич В.В. Научные руководители – Дьячкова Л.Н., Керженцева Л.Ф Исследование керамических порошков, обработанных в плазменном потоке, и их применение ..................................................................................................................... 151 Студентка Руденская М.В. Научный руководитель – Пантелеенко Ф. И. Исследование влияния состава и содержания добавок на структуру и свойства композиционных порошковых материалов на основе меди .................................... 152 Студент гр.104613 Сманцер Р.В. Научный руководитель – Керженцева Л.Ф., Дьячкова Л.Н. Анализ термонапряжённого состояния соединения «алюминий–переходник– сталь» при контактной точечной сварке.................................................................... 155 Студент: гр. 304815 Немира А.В. Научный руководитель – Демченко Е.Б. Анализ свойств сварных соединений из разнородных сталей ................................. 157 Аспирант – Колесникова А.Е. Научный руководитель – Поболь И.Л. Разработка аппаратных средств технологической установки ионно-плазменного азотирования .................................................................................................................. 159 Аспирант – Назарова О.И. Научный руководитель – Гордиенко А.И. Аспирант – Ахмед М.Ш. Научные руководители – Поболь И.Л., Татур В.Г. Структурное состояние сталей 38Х2МЮА и 38ХС после ионно-плазменного азотирования .................................................................................................................. 161 Аспирант – Назарова О.И. Научный руководитель – Гордиенко А.И. Аспирант – Ахмед М.Ш. Научный руководитель – Поболь И.Л. Получение оксидных пленок алюминия методом высоковольтного электрохимического оксидирования........................................................................... 163 Магистрант – Паршуто А.А. Научный руководитель – Соколов Ю.В. 319 Багаев С.И., Паршуто А.Э., Сергеенко С.Е. Получение неразъемного соединения при изготовлении ротора турбокомпрессора для ОАО «Борисовский завод агрегатов» .................................................................. 165 Студент гр. 304815 Поболь А.И. Научный руководитель – Горанский Г.Г. Морфология и трибологические свойства покрытий молибден – углерод............ 167 Магистрант – Степанова Е.А. Научный руководитель – Поболь И.Л., Станкевич Е.В. Электронно-лучевая сварка сталей Р6М5 и 5ХНМ при изготовлении деформирующей оправки ............................................................................................. 169 Магистрант Юревич С.В., студент группы 104816 Бирюков А.А. Научный руководитель – Горанский Г.Г. Моделирование процесса подогрева металла электронным лучом при сварке ... 171 Магистрант Юревич С.В., студент группы 304815 Поболь А.И. Научный руководитель – Горанский Г.Г. Электроосаждение никелевых покрытий из ацетатного электролита в импульсном режиме ............................................................................................................................. 173 Студент гр. 11 Добровольский Е.А., магистрант Антихович И.В. Научный руководитель – Черник А.А. Электрохимическое осаждение меди на чугунную основу ....................................... 175 Студент гр.11 Стасенок С.В., аспирант Михедова Е.В. Научный руководитель – Черник А.А., Жарский И.М. Охрана труда и промышленная безопасность Автоматическое газовое пожаротушение – современный подход к противопожарной безопасности................................................................................... 178 Студент гр. 110427 Пайгин И.С. Научный руководитель – Вершеня Е.Г. Биологическое влияние света на организм человека. Влияние освещение на условия труда ................................................................................................................. 179 Студент гр. 113717 Цумарева А.В. Научный руководитель – Науменко А.М. Вибрация и методы ее снижение на производстве .................................................... 180 Студенты гр. 113629 Воронкович Е.И. Научный руководитель – Автушко Г.Л. Мероприятия по электро-, взрыво- и пожаробезопасности при установке газопоршневых агрегатов .......................................................................... 181 Магистранты Турлович Е.И., Пузик В.В. Научные руководители – Винерский С.Н., Романюк В.Н. 320 Вибрация и шум в формовочных цехах ...................................................................... 183 Студентка гр. 104327 Бэйнер М.В. Научный руководитель – Ушакова И.Н. Воздействие мобильных телефонов на организм человека ..................................... 184 Студенты гр. 113629 Мисник О.А., Котолобай Д.О. Научный руководитель – Автушко Г.Л. Влияние ионизирующего излучения на организм человека .................................... 185 Студент гр. 113517 Зыблиенко И.М. Научный руководитель – Науменко А.М. Вредное воздействие шума на организм человека и защита от него ...................... 186 Студент гр. 113717 Ковалёва М.В. Научный руководитель – Науменко А.М. Исследования влияния электромагнитных полей на живые организмы .............. 188 Студент гр. 101950 Хорушевская Е.С. Научный руководитель – Науменко А.М. Компьютерная проверка знаний лабораторных практикума по дисциплине «Охрана труда»............................................................................................................... 190 Студент гр.810901 Селезень С.Н. Научные руководители – Яшин К.Д., Осипович В.С. Методы анализа производственных рисков............................................................... 192 Студент гр. 112127 Малашко А.М. Научный руководитель – Журавков Н.М. Негативное воздействие электромагнитного загрязнения....................................... 193 Студент гр. 101950 Добриян Я.Г. Научный руководитель – Науменко А.М. Новые риски – новые тенденции: зарубежный опыт охраны труда....................... 194 Студент гр. 113627 Стальмаков Д.А. Научный руководитель – Науменко А.М. Об устранении аварий в электрических сетях 0,4 – 35 кВ....................................... 196 Студенты гр. 106327 Калишевич В.А., Щука В.Н. Научный руководитель – Филянович Л.П. Особенности организации менеджмента охраны труда на предприятии............... 197 Студент гр. 113627 Белых Е.С. Научный руководитель – Науменко А.М. Оценка условий труда машиниста котлов ................................................................. 198 Студенты гр. 106417 Бахарь М.В, гр. 106627 Шелестова А.В. Научный руководитель – Винерский С.Н. Охрана труда в организациях малого предпринимательства ................................. 200 Студентка гр. 105410 Есина М.В. Научный руководитель – Мордик Е.В. 321 Оценка условий труда начальника смены электростанции Оршанской ТЭЦ ..... 201 Студенты гр. 106417 Климентионок Б.К, Болбот С.С. Научный руководитель – Винерский С.Н. Применение эргономики для повышения уровня безопасности............................. 203 Студенты гр. 106327 Минчук О.С., Коновалова К.В. Научный руководитель – Филянович Л.П. Психофизиологическое воздействие при выполнении сварочных работ .............. 205 Студент гр. 104816 Микулич В.В. Научный руководитель – Данилко Б.М. Риски строительных профессий .................................................................................. 207 Студентка гр. 105410 Лукашевич Е.А. Научный руководитель – Мордик Е.В. Системы автономного пожаротушения в супермаркетах ........................................ 208 Студент гр. 113627 Захаревич О. Научный руководитель – Науменко А.М. Профессиональная заболеваемость литейщиков ...................................................... 209 Студент гр. 417418 Федоров С.В. Научный руководитель – Лазаренков А.М. Средства индивидуальной защиты органов дыхания – новейшие разработки .... 211 Студент гр. 110417 Стрельцова В.Ю. Научный руководитель – Вершеня Е.Г. Улучшение условий труда на основе инновационных достижений........................ 213 Студент гр. 113627 Журкевич М.В. Научный руководитель – Науменко А.М. Устройства предупреждения чрезвычайных ситуаций в электрических сетях.... 215 Студенты гр. 106327 Суглоб Г.В., Яковлевич А.А. Научный руководитель – Филянович Л.П. Человек и электромагнитное излучение..................................................................... 216 Студент гр. 113517 Фёдорова Е. И Научный руководитель – Науменко А.М. Электробезопасность в распределительных сетях .................................................... 218 Студент гр. 106327 Гайдукевич М.А., студент гр. 106317 Шелег А.С. Научный руководитель – Филянович Л.П. Исследование математического описания электромеханических систем, содержащих звенья с распределенными параметрами............................................. 219 Студент гр. АЭП-062 Вишнеревский В.Т. Научный руководитель – Леневский Г.С. 322 Производственный риск работников нефтепереработки ......................................... 220 Студент гр. 10ХТ-2 Ходикова Д. А. Научный руководитель  Булавка Ю.А. Методики оценки профессионального риска здоровья работающих ..................... 223 Магистр Гузовская Н.С., студудентка 3 к. 3 гр. ТТЛП Минигалиева Н.Г Научные руководители – Чернушевич Г.А., Перетрухин В.В. Проблемы производства свинца из отработанных свинцовых аккумуляторов ... 225 Студент 2 курса Литвинов Д.А. Научный руководитель – Малашонок И.Е. Использование глин Беларуси для очистки воды от ионов некоторых металлов227 Студент II курса, 2 группы, факультета ТОВ Паськова А.Н. Научный руководитель – Ашуйко В.А. Химические технологии Методы стабилизации наночастиц.............................................................................. 232 Студент гр. 104510 Бучик А. Научный руководитель – Яглов В.Н. Термолиз, как метод получения наночастиц ............................................................. 233 Студент гр. 104510 Лукша А. Научный руководитель – Яглов В.Н. Получение золя оксида кремния из жидкого стекла................................................. 234 Студент гр. 104820 Патопенок М.А. Научный руководитель – Бурак Г.А. Cпособ получения водных растворов серы для пропитки строительных изделий ............................................................................................................................ 235 Студент гр. 104410 Нестерович М.Л. Научный руководитель – Глушонок Г.К. Получение антипирена.................................................................................................. 236 Студент гр. 104119 Говор В.В. Научные руководители – Евсеева Е.А., Кирюшина Н.Г. Образование наноструктурированных оксида и гидроксида алюминия в ходе гомогенного зародышеобразования ............................................................................ 238 Студент гр. 104140 Заноско О.А. Научный руководитель – Зык Н.В. Модификация битума полимерными материалами ................................................. 239 Студент гр. 104120 Киселев Р.В. Научные руководители – Кречко Н.А., Шагойко Ю.В. 323 Физико-химические основы разработки электропроводящих вяжущих систем на основе бинарных бескислородных соединений.......................................................... 240 Студенты гр. 104510 Шкляник Д.В., гр. 101150 Шевченко А.А. Научный руководитель – Медведев Д.И. Исследование возможности определения размеров наночастиц Mg(OH)2 турбидиметрическим методом ..................................................................................... 241 Студенты гр. 104119 Комарова Т.Д., Иваненко О.С. Научный руководитель – Меженцев А.А. Применение отработанного никель-хромового катализатора в качестве легирующей добавки .................................................................................................... 242 Студент гр. 104616 Резвицкий Н.С. Научный руководитель – Проворова И.Б. Фотоколориметрическое определение размеров частиц золя гидратированного диоксида титана ............................................................................................................. 244 Студент гр. 104119 Билиба Н.Э. Научный руководитель – Слепнева Л.М. Бактерицидные свойства наночастиц серебра. Получение экологически безопасных коллоидных растворов серебра............................................................... 245 Студент гр. 104119 Кривопуст А.А. Научные руководители – Лукьянова Р.С., Шнып И.А. Прозрачная фриттованная глазурь для производства керамических плиток для внутренней облицовки стен.......................................................................................... 246 Студентка 5 курса 8 группы факультета ХТиТ Захаревич Ю.П. Научный руководитель – Павлюкевич Ю.Г. Разработка составов стекол для производства базальтового волокна ................... 247 Студент 5 курса 8 группы факультета ХТиТ Ковгореня Д.М. Научный руководитель – Павлюкевич Ю.Г. Модификация полимерных вяжущих на основе отходов полиуретана базальтовыми волокнами............................................................................................. 249 Студенты гр. 104510: Песецкий А.В., Гаврилюк Е.С. Научные руководители Беляцкий В.Н. Синтез бессвинцовых висмутсодержащих легкоплавких стекол ........................... 251 Студентка 4 курса 8 гр. Ярошевич И.Н. Научный руководитель – Бобкова Н.М. Новые реагенты для экстракции на основе 1,3-дифункциональных соединений.253 Студенты 7 гр. 2 к. ф-та ХТиТ Гращенков Е.А., Сарницкий П.Г. Научный руководитель – Ковганко В.Н. Синтез новых соединений ряда 3-арил-3-кетоэфиров .............................................. 254 Студент 11 гр. 2 к. ф-та ХТиТ Креч А.В. Научный руководитель – Ковганко В.Н. 324 Разработка составов стекол для непрерывного волокна ......................................... 255 Студенты 5 курса 8 гр. Амброзевич Т.В., Демьянчик Н.В. Научный руководитель – Папко Л.Ф. Влияние солей жесткости на пенообразующую способность препарата Genapol LRO ................................................................................................................... 257 Студент 8 гр. ф-та ТОВ Артюх В.Н. Научные руководители – Бондаренко Ж.В., Эмелло Г.Г. Технология получения коагулянта из железосодержащих отходов........................ 259 Студент гр.14 Бескостая Л.Ф. Научный руководитель – Лихачева А.В. Повышение эксплутационных свойств живичной канифоли ................................. 261 Студ. 5 к. 7 гр. ф-та ТОВ Бовт А.А. Научный руководитель – Шпак С.И. Синтез легкоплавких стекол для рельефного декорирования облицовочных керамических плиток .................................................................................................... 263 Студент гр. 8 Волков Е.В. Научный руководитель – Терещенко И.М. Влияние режимных параметров на процесс изготовления макулатурных видов бумаги и картона............................................................................................................ 265 Магистрант факультета ТОВ Грибовская С.Г., студ. 6 группы 5 курса Лесун Л.А. Научный руководитель – Жолнерович Н.В. Применение турбидиметрического метода анализа для изучения системы «вода – препарат Cremophor A25 – вазелиновое масло» ........................................................ 267 Студ. 4 к. 8 гр. ф-та ТОВ Грукалова Е.В., Курьянович О.А. Научные руководители – Эмелло Г.Г., Бондаренко Ж.В. Термо-ЭДС слоистых кобальтитов Na0,55Co0,9M0,1O2 (M = Sc – Zn)......................... 270 Студентка 5 курса10 группы факультета ХТиТ Денисенко М.Д. Научные руководители – Клындюк А.И., Красуцкая Н.С. Технология отбеливания рапсового масла .................................................................. 272 Добранова Н. В. Научные руководители – Дубоделова Е. В.,Шачек Т. М. Получение и выделение 3,6,6-триметилциклогепта-2,4-диенона ............................ 274 Студентка гр. 7/1 Дорошкевич М.Г. Научный руководитель – Флейшер В.Л. Композиция на основе макулатуры для изготовления бумаги для печати ........... 276 Магистрант Каверина А. А. Научный руководитель – Горжанов В. В., Соловьева Т. В. Применение беленой целлюлозы в композиции бумаги и картона ........................ 278 Студентка гр. 6 Касперович Я.В. Научные руководители – Черная Н.В., Чубис П.А. 325 Использование рефрактометрического метода для изучения систем «вода – препарат ПАВ – растительное масло» ........................................................................ 280 Студ. 4 к. 8 гр. ф-та ТОВ Курьянович О.А, Грукалова Е.В. Научные руководители – Эмелло Г.Г., Бондаренко Ж.В. Нефриттованные глазурные покрытия для санитарных керамических изделий283 Студент гр. 5–9 Лагойкин В.И. Научный руководитель – Левицкий И.А. Исследование процесса дегидратации полигидратов оксида хрома ....................... 285 Студентка 5 к. гр. 6 ф-та ХТиТ Махрова Е. В. Научный руководитель − Ещенко Л. С. Синтез новых веществ ряда трифторацетилбифинилов – перспективных сольватирующих добавок для карбоксилат анионов ............................................... 287 Студент 10 гр. 4 к. ф-та ХТиТ Моисеев К.Г. Научный руководитель – Ковганко В.Н. Потенциометрическое определение микроколичеств йодид-ионов........................ 288 Студентки 2 гр. 3 к. ф-та ТОВ Осипович О.И., Шаматульская Н.М. Научный руководитель – Болвако А.К. Гидрометаллургический способ переработки отработанного ванадиевого катализатора................................................................................................................... 289 Студент гр.14 Оскирко О.В. Научные руководители – Орехова С.Е., Курило И.И. Цветные полуфриттованные глазури для декорирования плиток для полов ...... 291 Студентки гр. 5–9 Останина М.А., гр. 4–9 Шиманская А.Н. Научный руководитель – Левицкий И.А. Влияние катионного состава на термоэлектрические свойства плюмбата стронция .......................................................................................................................... 293 Студент 5 курса10 группы факультета ХТиТ Пилипчук Д.В. Научные руководители – Клындюк А.И., Чижова Е.А. Электрохимическое разложение азокрасителей с использованием анодов на основе модифицированного оксида свинца (IV) .................................................................... 296 Студентки 1 гр. 3 к. ф-та ТОВ Евлакова А.В., Остренко А.А. Научный руководитель – Болвако А.К. Оптимизация режимов инверсионно-вольтамперометрического определения микроколичеств ионов тяжелых металлов ................................................................ 297 Студентка 5 гр. 3 к. ф-та ТОВ Плигина А.А. Научный руководитель – Болвако А.К. Керамические массы для получения майоликовых изделий .................................. 299 Студентка гр. 4–9 Святохо О.М. Научный руководитель – Левицкий И.А. 326 Разработка составов стекол для получения прозрачных ситаллов ........................ 301 Студентка гр. 8 Смеян О.В. Научный руководитель – Кравчук А.П. Использование нестационарных токовых нагрузок для электрохимического меднения печатных плат ............................................................................................... 303 Студент II курса 1 гр. ф-та ИДиП Харитонов Д.С. Научные руководитель – Курило И.И. Регенерация отработанных промышленных масел .................................................. 305 Студент гр.14 Цейко В.В. Научный руководитель – Лихачева А.В. Исследование эффективности систем вспомогательных химикатов на основе полиамина и полиэтиленимина в технологии бумаги для печати из полуфабриката высокого выхода ............................................................................................................ 307 Студентка гр. 6 Щербакова Т.О. Научные руководители – Черная Н.В., Пенкин А.А.