Вказівки з техніки безпекиРоботу виконують з дозволу викладача у відповідності з інструкціями із ТБ (додаток А).
3.6. Порядок виконання лабораторної роботи Провести дослідження зламів зруйнованих деталей. Встановити місця зародження тріщин та причини (дефекти), що ініціювали їх появу. 3.7. Порядок оформлення звіту Мета роботи, загальні відомості. Дати коротку характеристику основним дефектам, що можуть ініціювати зародження тріщин. Пояснити вплив виявлених дефектів на закономірності зародження тріщин. Надати рекомендації по їх усуненню. Зробити висновки щодо отриманих результататів.
3.8. Література 1. Лахтин Ю.М., Материаловедение [Текст]: Учебник для высших технических учебных заведений / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990. – С 8...9. 2. Контроль качества термической обработки стальных полуфабрикатов и деталей [Текст]: Справочник под ред. В.Д. Кальнера. М.: Машиностроение, 1984. – С38…45. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4
Мета роботи: встановлення причин руйнування колінчатого валу дизельного двигуна тепловозу, що відпрацював половину планового ресурсу. 4.1 Загальні відомості На ЗФЗ при штатній роботі тепловозу відбулося руйнування колінчатого валу дизельного двигуна, який відпрацював менше 50 % планового ресурсу. Тому за ініціативи ЗФЗ з метою встановлення причин руйнування вказаної деталі була проведена дана робота.
4.1.1 Матеріал та методика проведення досліджень Згідно наданого креслення дана деталь виготовляється зі сталі 35ХН3МА. Її термічна обробка включає термополіпшення на твердість 269-375 НВ і азотування на глибину 0,3 мм. Крім того вимогами креслення не допускаються такі дефекти як флокени, тріщини, плівки, розшарування, усадочна пористість, скупчення неметалічних включень, забоїни розкуті й розкатані пухирі. Максимальний розмір припустимого неметалевого включення і волосовин не повинен перевищувати 0.3 мм по ширині та 4 мм по довжині. По кожній шатунній, корінній шийках і щоках допускається не більше двох подібних дефектів. На радіусах і на відстані 5 мм від них дефекти і їхнє виправлення не допускаються. З інших вимог слід зазначити, що виходи отворів для змащення повинні мати чистоту обробки не гірше 0.63 на глибину 10 мм. У даній роботі вивчення мікроструктури проводили за допомогою металографічного мікроскопа МІМ-8. Для визначення мікротвердості використали прилад типу ПМТ-3 з навантаженням 50 г. Схема вирізки зразків для виготовлення мікрошліфів наведена на рисунку 4.1. При візуальному огляді колінчатого вала виявлено, що шорсткість поверхонь шатунних шийок і виходів отворів для подачі змащення не задовольняє вимозі креслення. Від отворів для змащення в напрямку місця руйнування поширюються тріщини довжиною близько 20мм. Такі ж дефекти виявлені на двох сусідніх шийках (рис.4.2).
1 – заготовка (диск товщиною d=10 мм,) 2 – лінії розрізання заготовки, 3 – поверхня шліфа, 4 – місця вимірювання мікротвердості Рисунок 4.1 – Схема вирізання зразків 4.1.2 Обговорення результатів Відомо, що в умовах циклічного навантаження (характерних для колінчатих валів) руйнування відбувається тоді, коли під дією прикладених напружень в металі виникають та розвиваються тріщини. Число циклів, необхідне для втомного зародження тріщини, сильно залежить від стану поверхні, зокрема її шорсткості. Так Уодсворт [1] встановив, що в результаті зняття зі зразків шарів матеріалу товщиною 30 мкм їх довговічність можна збільшувати нескінченно. Це свідчить про те, що підвищена шорсткість поверхні зменшує довговічність деталей. Очевидно, що негативний вплив підвищеної шорсткості поверхні у першу чергу проявляється в важконапружених ділянках, якими на колінчатому валі є місця шатунних шийок ослаблені отворами для подачі змащення. З огляду на вищесказане, однією із причин передчасної появи тріщин, показаних на рисунку 4.2, варто вважати підвищену шорсткість поверхонь на виході із отворів. Причому, якщо поверхня шийок могла бути ушкоджена під час аварії, то низька чистота поверхні виходів із отворів, скоріше за все є браком, що виник при виготовленні виробу.
Рисунок 4.2 – Тріщини, що поширюються від отвору на шийці
Відомо, що характер зламу залежить від структури металу і дозволяє передбачити причини руйнування деталей. Тому наступним кроком даної роботи було вивчення будови зламу. Злам даної деталі представлений на рисунку 4.3.
Рисунок 4.3 - Злам колінчатого вала, що відпрацював половину планового ресурсу
Із цього рисунку видно, що зародження руйнування має багатоджерельний характер. Одна із втомних тріщин, імовірно, зародилася в зоні переходу від щоки до шийки колінчатого вала (позиція 1 на рис. 4.3). Друге місце зародження втомного руйнування (позиція 2 того ж рисунка) розташоване на поверхні шийки вала. Таке багатоджерельне зародження втомного руйнування, як правило, вказує на існування декількох причин, що викликали руйнування деталі. Зародження втомної тріщини в зоні переходу від щоки до шийки, ймовірно, обумовлено концентрацією напружень, що звичайно виникає в подібних місцях. Концентрація напружень у таких зонах може значно підвищуватись при наявності рисок і металургійних дефектів. Друге місце зародження втомного руйнування може бути обумовлено здатністю тріщин у ряді випадків зароджуватися безпосередньо по границях зерен і двійників, а також субзерен. Джерелом зародження тріщини може стати і міжфазна поверхня неметалеве включення – матриця [3]. Причому якщо згідно [2] тріщини зароджуються по границях таких мікроскопічних дефектів, як блоки і субзерна, то ймовірно можна припустити, що мінімальний розмір неметалічних включень, при їх формі, що сприяє зародженню втомних тріщин може бути таких же невеликих розмірів, як і зазначені структурні елементи. Тому допускати наявність неметалічних включень довжиною до 4 мм., як зазначено у вимогах креслення, нам здається некоректним. У зв'язку з вище викладеним наступним етапом даної роботи було дослідження мікроструктури матеріалу вала, що безпосередньо примикає до місця руйнування. Поверхня нетравленого шліфа представлена на рисунку 4.4. Як видно (рис. 4.4) у зразку металу присутні неметалічні включення, на наш погляд, здатні сприяти виникненню втомних тріщин (наприклад при їхньому розташуванні в області галтелі). Причому якщо біля окремих включень зароджуються тріщини, які поширюються порівняно повільно, то у випадку скупчення неметалічних включень, показаному на рисунку 4.4, можливий більш швидкий розвиток магістральної тріщини, обумовлений об'єднанням тріщин, що утворюються біля кожного окремого включення. Таким чином, наявність скупчень неметалічних включень, що виявлені в матеріалі, також могли бути однією із причин, які знизили ресурс роботи колінчатого вала.
Рисунок 4.4 – Скупчення неметалічних включень
На підвищення втомної міцності позитивно впливає наявність напружень стиснення у поверхневому шарі матеріалу. На поверхні досліджуваного колінчатого валу такого роду напруження повинні були б бути викликані азотуванням. При відносно невисоких температурах порядку 550 °С вдається одержати дрібні нітриди і концентрацію азоту достатню для істотного збільшення параметра кристалічної ґратки a-фази. У результаті цього підвищується твердість і об’єм поверхневого шару. Збільшення об’єму тільки тонкого поверхневого шару викликає в ньому появу напружень стиснення. В даному випадку (рис. 4.5) у поверхневому шарі деталі спостерігаються відносно крупні нітриди. Крім того безпосередньо під азотованим шаром знаходиться зона із структурою, схожою на структуру серцевини деталі. На наш погляд доречно припустити, що така структура могла утворитися при нагріванні поверхневого шару деталі до більше високої температури ніж 550 °С. Для підтвердження цієї гіпотези вивчили зміну мікротвердості по перетину шатунної шийки колінчатого вала в напрямку від поверхні до її центра. Як видно з таблиці 4.1 мікротвердість азотованого шару значно нижче звичайно одержуваних значень і приблизно така ж, як мікротвердість серцевини шийки, а підповерхневий шар (від 0.85 до 5 мм.) має мікротвердість ще нижче.
а б в а - поверхневий шар глибиною до 0.5 мм б - підповерхневий шар глибиною від 0.5 мм. до 5 мм в - серцевина глибиною більше 15мм Відстань від зламу до зразка-шліфа близько 10 мм Рисунок 4.5 – Зміна мікроструктури по перетину шийки вала Таблиця 4.1 – Зміна мікротвердості по перетину шийки від поверхні в глибину деталі.
Примітка. Довірчий інтервал у визначенні мікротвердості при a=0.05 становить Н – ±30
Зниження мікротвердості поверхневого і підповерхневого шарів підтверджує гіпотезу про те, що дана деталь піддавалася поверхневому перегріванню, тому що при нагріванні азотованого шару до температур, що значно перевищують температури азотування, (орієнтовно вище 700 °С), звичайно відбувається укрупнення нітридів і як результат – зниження мікротвердості. Якщо вважати наведені міркування справедливими, то ще одну причину зниження втомної міцності колінчатого вала можна уявити у такий спосіб: при нагріванні поверхні шийок верхній шар металу розширюється і оскільки серцевина деталі холодна відбувається пластична деформація поверхневих ділянок матеріалу. При охолодженні металу поверхневого шару він зменшується в об’ємі і в результаті між ним і серцевиною шийки виникають внутрішні напруження першого роду. Причому на поверхні виникають розтягувальні напруження. Вони також можуть бути додатково збільшені внаслідок виділення із кристалічної ґратки металу поверхневого шару атомів азоту. Виникнення розтягувальних напружень, внаслідок нагрівання поверхні шийок, могло бути ще однією причиною зниження терміну служби колінчатого вала.
Висновки: Руйнування валу ініціювали наступні причини:... 1.... 2.... 3....
4.2. Завдання на підготовку до лабораторної роботи Для виконання лабораторної роботи та пояснення результатів експериментів необхідно пропрацювати такі питання: 1. Руйнування матеріалів. 2. Структура та механічні властивості об’ємно-загартованих сталей. 3. Механічні властивості при змінних (циклічних) навантаженнях. 4. Перетворення мартенситу і залишкового аустеніту при нагріві (відпуск сталі). 5. Азотування сталі. 6. Конструкційні (машинобудівні) поліпшуванні леговані сталі. 7. Основи раціонального вибору сталей для деталей машин. 8. Контроль якості азотованого шару.
4.3 Контрольні питання Обґрунтувати актуальність (необхідність) проведення даної роботи. 1. Дослідження умов експлуатації валу (характер навантаження, вплив середовища, оцінка можливості перенавантаження). 2. Охарактеризувати результати вивчення технічної документації на дану деталь. 3. Встановити правильність вибору марки сталі та термічної обробки. 4. Обґрунтувати обмеження щодо наявності дефектів (флокенів, неметалевих включень, шорсткості поверхні). 5. Вказати мету візуального огляду деталі. 6. Обґрунтувати корисність дослідження зламу, та сформулювати гіпотезу щодо причин руйнування за їх результатами. 7. Вказати можливі чинники, що сприяють зародженню тріщин на поверхні шийок, в місці переходу від щоки до шийки та в тілі шийки. 8. Вибрати методики досліджень (визначення хімічного складу, дослідження нетравлених та травлених шліфів, стану поверхні, вимірювання твердості щодо підтвердження висунотої гіпотези або її удосконалення. 9. Сформулювати висновки за отриманими результатами та рекомендації щодо зниження абу усунення впливу негативних факторів.
4.4. Матеріали й устаткування Фотографії зламів валу тепловоза, зразки для мікроструктурних досліджень, прилад ПМТ-3, мікроскоп.
4.5. Вказівки з техніки безпеки Роботу виконують з дозволу викладача у відповідності з інструкціями із ТБ (додаток А).
4.6. Порядок виконання лабораторної роботи Виконати роботу у відповідності з даним прикладом.
4.7. Порядок оформлення звіту Оформити звіт у відповідності з даним прикладом. Сформулювати висновки та рекомендації щодо усунення виявлених причин руйнування дослідженої деталі (зміна вимог на кресленні, заміна матеріалу та термообробки, застосування інших методів контролю якості матеріалу і ін.).
4.8. Використана література (посилання) 1. Wadsworth N. I., Dislocations and Mechanical Properties of Crystals, Wiley, New York, 1957. p. 479. 2. Иванова B.C., Шанявский А.А., Количественная фрактография, Челябинск: Металлургия, 1988г. 397с. 3. Гольдштейн М.И., Литвинов B.C., Горонфин Б.М., Металлофизика высокопрочных сплавов, Москва: Металлургия, 1986г. 311с. 4.9. Література для підготовки до виконання роботи 1. Лахтин Ю.М., Материаловедение [Текст]: Учебник для высших технических учебных заведений / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990. – С 77...80, 101...104, 183...189, 239...244, 275... 281, 313...326, 2. Контроль качества термической обработки стальных полуфабрикатов и деталей [Текст]: Справочник под ред. В.Д. Кальнера. М.: Машиностроение, 1984. – С. 166...179, 248...261.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5
Мета роботи: встановити причини зниженої стійкості мульд для розливу феросплавів.
5.1. Приклад оформлення роботи
Вступ В теперішній час із встановленням ринкових відносин споживач має можливість використовувати мульди різних підприємств, у тому числі підприємств, що внаслідок різних причин перейшли на випуск нової для них продукції та пристосували своє устаткування для виробництва різних виробів. Це може приводити до того, що чавун у виливках різних підприємств буде відрізнятися структурою, яка багато в чому визначає його властивості, а відповідно і ресурс роботи виробів [1]. Так згідно даним зазначеної роботи термічна стійкість сірого чавуну (стійкість проти утворення термічних тріщин) багато в чому визначається формою та розмірами графітових включень. У свою чергу зазначені параметри графіту залежать не тільки від хімічного складу чавуну, а і від технологічних факторів (температури перегріву та часу витримки розплаву в рідкому стані), які в свою чергу, залежать від умов кожного конкретного підприємства. На підприємстві з литва кольорових металів було налагоджено виробництво мульд для охолодження феросплавів у виді чушок на ЗФЗ. Проте ресурс роботи таких виробів був значно нижчий ніж таких же виробів, що постачаються з Алчевського підприємства. Тому за ініціативи ЗФЗ з метою виявлення причин низької стійкості мульд, що постачаються у відповідності з ТУ 14-12-327-85 Запорізьким підприємством була проведена дана робота.
5.1.1 Матеріал і методика Згідно ТУ 14 - 12 - 327 - 85 чавун мульд повинен мати: границю міцності >2350 МПА, твердість 140... 220 НВ, хімічний склад який наведено у таблиці 5.1. Креслення мульди наведено на рисунку 5.1, а розміри та масу в таблиці 5.2. Таблиця 5.1 - Хімічний склад чавунів мульд
Для проведення досліджень зразки вирізалися із двох ділянок мульд (вушка і ребра), що не контактували із заливаємим феросплавом і, ймовірно, зберегли структуру, що утворилася при виготовленні даних мульд. Вивчення мікроструктури проводили на нетравлених і травлених (в розчині азотної кислоти) шліфах. Хімічний склад та твердість зразків визначали користуючись стандартними методиками. Мікротвердість структурних складових визначали за допомогою приладу ПМТ-3 при навантаженні 50 г. Оскільки в металознавстві одне з базових положень має вид – хімічний склад - структура – властивості, то в першу чергу проаналізували можливий вплив хімічного складу чавуну мульд Запорізького заводу і Алчевского підприємства на його структуру. Для порівняння також аналізували хімічний склад зразків, вирізаних з мульд, що відпрацювали достатній (на думку фахівців ЗФЗ) ресурс, надалі називаємих рядовими.
Рисунок 5.1 – Креслення мульди
Таблиця 5.2 – Основні розміри та маса мульд
5.1.2 Обговорення результатів Як видно з наведеної таблиці вимогам до хімічного складу, вказаним у технічних умовах (ТУ 14-12-327-85), не відповідає жоден із представлених чавунів. Так у чавуні Алчевського підприємства концентрація вуглецю (3,82 % мас.), виявилась вище за верхню границю вказану в ТУ (3,5 %). Навіть якщо це зроблено для поліпшення технологічних ливарних властивостей, а саме наближення складу до евтектичного, навряд чи можна вважати це рішення раціональним. Оскільки підвищення вмісту вуглецю в чавуні сприяє зниженню дисперсності перлітної основи та збільшенню як розміру, так і кількості графітних включень, що відповідно до результатів роботи [2] негативно впливає на механічні властивості. Тим не менш слід зазначити, що для однозначного висновку щодо якості мульд цих даних недостатньо. Так відомо, що зі структурних складових чавуну (феррита, перліту, цементиту і графіту) саме графіт має найвищу теплопровідність, зокрема у напрямку, перпендикулярному базисним кристалографічним площинам, його теплопровідність приблизно в 4.8 разів вище теплопровідності ферита. Отже, збільшення кількості графіту в структурі чавуну може сприяти підвищенню його теплопровідності, що може приводити до пришвидшення вирівнювання температури по перерізу мульди при заповненні її феросплавом та при охолодженні її у воді, що в свою чергу повинно позитивно впливати на стійкість мульд. У зв'язку із цим, очевидно, має сенс оцінити вплив підвищення теплопровідності чавуну на якість мульд. Наступна невідповідність щодо хімічного складу – у чавуні мульд Запорізького заводу концентрація сірки досягає 0,32 % мас., що вище верхньої границі, зазначеної в ТУ (0,12 % мас.). Як відомо [3] сірка сприяє збільшенню зв'язаного вуглецю тобто виділенню цементиту замість бажаного в даному випадку графіту, оскільки включення цементиту тверді і приводять до значно вищої концентрації напружень, ніж графітові включення. Крім того сірка знижує рідинно-плинність, сприяє утворенню газових пухирів, збільшує усадку і схильність до утворення тріщин Чавун мульди "рядової" не відповідає вимогам ТУ за вмістом кремнію (2,42 % мас. при встановленому верхньому значенні в ТУ - 2,2 % мас.). Підвищений вміст кремнію (2,42 % мас. замість 2,2 % мас.) сприяє виділенню вуглецю у формі графіту і запобігає утворенню цементиту, що в даному випадку може бути позитивом щодо якості мульд. Проте сприяння кремнію утворенню графіту може приводити до укрупнення складових перлітної основи та збільшенню, як розміру, так і кількості графітних включень, і як наслідок, негативно впливати на механічні властивості чавуну [2]. Слід також зазначити досить низький вміст міді (нижче норми встановленої в ТУ) у всіх досліджених чавунах. Згідно з результатами роботи [1] мідь є графітизатором при кристалізації і стабілізує перлітний цементит при евтектоїдному перетворенні, що досить вигідно при необхідності одержати чавун з перлітною структурою і без відбілу (тобто частинок цементиту, що не входять до складу перліту). Крім того, з одного боку мідь, що виділяється на міжфазних границях, може підвищувати теплопровідність чавуну, що в свою чергу може сприяти зменшенню температурного інтервалу, а відповідно і значень температурних напружень, які виникають під час заливання в мульду феросплаву і охолоджені її у воді. З іншого боку підвищення концентрації міді в чавуні збільшує його температурний коефіцієнт розширення, що навпаки може приводити до підвищення температурних напружень при експлуатації мульд. Для однозначного рішення цього питання доцільно провести теоретичну оцінку та експериментальну перевірку висунутих гіпотез. З метою підтвердження або спростування описаних гіпотез перш за все було проведене дослідження мікроструктури зразків чавуну, вирізаних з досліджуємих мульд. Результати дослідження нетравлених шліфів представлені на рисунках 5.2 і 5.3.
Рисунок 5.2. – Нетравлений шліф чавуну мульди Запорізького заводу
Із рисунка 5.2 видно, що графіт у чавуні мульди Запорізького заводу представлений дрібними включеннями, а в чавуні мульди Алчевского підприємства спостерігаються крупніші включення графіту (рис.5.3).
Рисунок 5.3. – Нетравлений шліф чавуну мульди Алчевського підприємства
Дані результати підтверджують гіпотези, висунуті при аналізі хімічного складу чавунів щодо описаного впливу сірки та підвищеного вмісту вуглецю. Дійсно в чавуні мульди Запорізького заводу підвищений вміст сірки і відповідно дрібніші порівняно з чавуном мульд Алчевського підприємства включення графіту. Аналіз травленого шліфа чавуну мульди рядової показав, що його структура складається з перліту і невеликих ділянок ферита часто розташованих навколо включень графіту (рис. 5.4).
Рисунок 5.4 – Травлений шліф (мікроструктура) чавуну мульди рядової
Згідно даним роботи [1] ділянки м'якого фериту, які часто оточують включення графіту, знижують концентрацію напружень, що викликані пластинками графіту, які за формою схожі на тріщини. Це підвищує опір чавуну поширенню тріщин. Таким чином можна стверджувати, що найвища стійкість мульд називаних рядовими (із розглядаємих мульд), обумовлена їх сприятливою структурою. В чавуні мульди Алчевского підприємства присутня значно більша частка феритної складової рис.5.5.
Рисунок 5.5 – Травлений шліф (мікроструктура) чавуну мульди Алчевського підприємства Мікроструктура зразків чавуну, вирізаних з ребра мульди Запорізького заводу (крім графіту), складається з перліту і має у своєму складі ще і світлі включення, які можуть бути як феритом, так і цементитом (рис. 5.6).
Рисунок 5.6 – Травлений шліф (мікроструктура) чавуну мульди Запорізького заводу
Оскільки розрізнити ферит і цементит у мікростуктурі досить складно було проведене визначення мікротвердості цих фаз, а також твердості розглядаємих зразків. Результати вказаних досліджень наведено в таблиці 5.3.
Таблиця 5.3 – Твердість і мікротвердість досліджених зразків чавуну
Присутність у структурі чавуну мульди Запорізького заводу саме цементиту підтверджує висока мікротвердість (1529) світлих ділянок у її структурі, які, ймовірно, і приводить до підвищення концентрації напружень і як результат – зниженню опору поширенню тріщин чавуну цих мульд. Цей факт є підтвердженням висунутої гіпотези щодо впливу сірки, яка сприяє виділенню вуглецю у виді цементиту та відсутності міді у хімічному складі даного чавуну, що теж обумовлює виділення вуглецю у виді цементиту. Крім того як видно з наведеної таблиці 3, найбільш високу твердість має чавун мульди Запорізького заводу, трохи нижчу – чавун мульди з назвою "рядова" і найнижча твердість (нижче необхідної за ТУ) у чавуна мульди Алчевского підприємства. Зниження твердості чавуну мульди Алчевского підприємства обумовлено підвищенням вмісту в його структурі фериту (рис. 4). Велика кількість феритної складової у чавуні мульд Алчевского підприємства, зокрема може бути обумовлена повільним охолодженням виливків при прийнятій на даному підприємстві технології. На рисунку 5.7 представлена мікроструктура в районі поширення тріщини по структурним складовим чавуну Алчевського підприємства.
Рисунок 5.7 – Поширення термічної тріщини по структурним складовим чавуну Алчевського підприємства
Як видно з даного рисунка, тріщина поширюється з поверхні вглиб дна по найбільш великим включеннях графіту та фериту. Даний експериментальний факт ще раз підтверджує відоме положення про те, що наявність фериту в сірому чавуні не сприяє підвищенню опору поширенню тріщин незважаючи на те, що він найбільш пластичний із структурних складових. Відповідно до наведених результатів структура чавуну мульд Запорізького заводу не є оптимальною, оскільки містить включення цементиту, які, імовірно, утворюються внаслідок занадто швидкого охолодження виливків, присутності підвищеного вмісту сірки та відсутності міді. Оскільки швидкість охолодження виливків змінити технологічно складно, можна спробувати усунути цементитні включення в чавуні мульди Запорізького заводу або зменшити кількість феритної складової у структурі чавуну мульд Алчевського підприємства підбором певного співвідношення між феритоутворювальними і перлитоутворювальними легувальними елементами. Конкретні рекомендації для оптимізації виробництва мульд можна сформулювати на підставі систематичних досліджень впливу на структуру чавуна технологічних параметрів і складу шихти в умовах конкретного підприємства. Результати проведених досліджень підтверджують відоме положення про те, що найбільш сприятливою, з погляду одержання високого опору поширення тріщин сірого чавуну є структура, що складається з перліту та включень графіту, оточених невеликою кількістю феритного прошарку. Таким чином, можна вважати встановленим, що структура чавуну для виготовлення мульд повинна складатися з перліту та графіту (по можливості дисперсних) при мінімальній кількості фериту, що оточує графітні включення.
Висновки: 1.... 2.... 3.... Рекомендації: 1.... 2.... 3....
5.2 Завдання на підготовку до лабораторної роботи Для виконання лабораторної роботи та пояснення результатів експериментів необхідно пропрацювати такі питання. 1. Сірий і білий чавуни. 2. Основи раціонального вибору чавуну. 3. Вплив легувальних елементів та домішок на структуру та властивості чавуну. 4. Термічна обробка чавуну.
5.3 Питання до лабораторної роботи Обґрунтувати актуальність (необхідність) проведення даної роботи. Дослідження умов експлуатації мульд (характер навантаження, вплив середовища, температурний режим). Охарактеризувати результати вивчення технічної документації на дану деталь. Встановити правильність вибору матеріалу та термічної обробки. Обґрунтувати обмеження щодо наявності дефектів. Вказати мету візуального огляду деталі. Обґрунтувати необхідність визначення хімічного складу. Описати вплив вмісту вуглецю на технологічні властивості чавуну та ресурс роботи виробів. Охарактеризувати вплив сірки, кремнію та міді на структуру та властивості чавуну. Вказати корисність дослідження не травлених та травлених шліфів, вимірювання твердості для формулювання гіпотези щодо причин руйнування мульд. Вибрати методику досліджень щодо підтвердження висунутої гіпотези або її удосконалення. Сформулювати висновки за отриманими результатами та рекомендації щодо зниження або усунення впливу негативних факторів на стійкість мульд. Запропонувати термічну обробку для виправлення структури чавуну мульд Запорізького підприємства. Описати особливості поширення тріщин по структурним складовим чавуну та сформулювати вимоги до його структури.
5.4. Матеріали й устаткування Зразки для мікроструктурних досліджень, прилад ПМТ-3, мікроскоп, твердомір ТШ-2М.
5.5. Вказівки з техніки безпеки Роботу виконують з дозволу викладача у відповідності з інструкціями із ТБ (додаток А).
5.6. Порядок виконання лабораторної роботи
Виконати роботу у відповідності з даним прикладом.
5.7. Порядок оформлення звіту Оформити звіт у відповідності з даним прикладом. Сформулювати висновки та рекомендації щодо усунення виявлених причин руйнування дослідженої деталі (зміна вимог на кресленні, заміна матеріалу та термообробки, застосування інших методів контролю якості матеріалу і ін.).
5.8 Література 1. Чугун: [Текст]: Справочник /под редакцией А.Д.Шермана. А.А.Жукова/.-М.: Металлургия, 1991.-576 с. 2. Лахтин Ю.М., Материаловедение [Текст]: Учебник для высших технических учебных заведений / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990. – С 144...150. 3. Самохоцкий А.И., Кунявский М.Н. Металловедение [Текст]: А.И. Самохоцкий, М.Н. Кунявский М.: Металлургия, 1967.- 456 с. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №6
6.1 Загальні відомості Газотурбінний двигун ( ГТД) – це двигун, в якому енергія згоряння палива перетворюється або в механічну роботу на валу турбіни або в кінетичну енергію реактивного струменя газів. За призначенням ГТД поділяють на стаціонарні, транспортні, авіаційні, суднові. До складу сучасного ГТД (рис.6.1) входять наступні основні вузли: компресор, камера згоряння, турбіна (по ходу повітря).
1 – компресор; 2 – камера згоряння; 3 - турбіна Рисунок 6.1 – Турбореактивний двигун Пошкодження, що зустрічаються при експлуатації ГТД, можуть бути конструктивного, технологічного та експлуатаційного походження. Конструктивні дефекти виникають із-за невдалого вибору конструкції або матеріалу, а також внаслідок помилок при проектуванні ГТД та його окремих вузлів. Технологічні дефекти виникають при відхиленнях від технології виготовлення та складання вузлів ГТД (це відхилення розмірів, непередбачена заміна матеріалу, порушення режимів термічної обробки, невідповідна якість поверхневої обробки деталей, порушення центрування при складанні і ін.). Експлуатаційні дефекти виникають у випадку експлуатації із перевищенням ресурсу, при перевищенні встановлених робочих параметрів, при недотриманні строків заміни вузлів та деталей, які відпрацювали свій ресурс, використання некондиційного палива та мастила, робота на забрудненому повітрі і ін.
6.1.1. Компресор ГТД В компресорі ГТД(рис.6.2) відбувається стискання повітря перед його надходженням у камеру згорання. Основні елементи компресора: ротор з робочими лопатками і статор – корпус компресора з напрямними лопатками. Найбільша кількість відмов компресора пов’язана з пошкодженням лопаток як робочих, так і напрямних.
1 – диск; 2 – зовнішні кільця; 3 – внутрішнє розпірне кільце; 4 – периферійний болт; 5 – центральний болт Рисунок 6.2 – Дисковий набірний ротор осьового компресора Ротор компресора (робочі лопатки, диски, барабан, вал) – основний робочий елемент компресора. Завдяки обертанню ротора робочі лопатки передають повітрю механічну енергію, внаслідок чого тиск повітря і запас енергії зростають. Робоча лопатка має профільну частину (перо) і замкову частину (хвостовик), (рис.6.3), за допомогою якої закріплюється або на барабані, або на диску. Профільну частину обтікає потік повітря.
Рисунок 6.3 – Робоча лопатка компресора Типові пошкодження лопаток компресора ГТД: забоїни від сторонніх предметів (рис.6.4), що потрапляють в проточну частину, а також корозійні пошкодження, які можуть істотно знижувати віброміцність лопаток.
Рисунок 6.4 – Забоїни на робочих лопатках компресора, які виникли внаслідок потрапляння стороннього предмета в проточну частину
Початок втомного руйнування металу робочої лопатки компресора носить місцевий характер. В зоні підвищених напружень, обумовлених конструктивними, технологічними, структурними або експлуатаційними факторами, може утворитися мікротріщина. При багатократній зміні напружень відбувається руйнування кристалів в зоні тріщини і тріщина проникає вглибину тіла лопатки. Поверхні, які стикаються в зоні тріщини, знаходяться в умовах контактної взаємодії, внаслідок чого стираються та набувають вигляд дрібнозернистої структури. Так утворюється одна із зон майбутнього зламу. В результаті розвитку тріщини переріз лопатки слабшає, а потім відбувається несподіване руйнування матеріалу. Злам має характерну поверхню з неушкодженими кристалами (рис. 6.5, 6.6).
Рисунок 6.5 – Вид втомного зламу робочої лопатки компресора
Рисунок 6.6 – Вид втомного зламу робочої лопатки компресора
Злам від втоми має 3 зони: зона утворення тріщини; зона втомного руйнування – дрібнозерниста структура та темний колір; зона миттєвого руйнування – кристали мають гостру огранку та блискучу поверхню. Розвиток руйнування від втоми починається, як правило з вхідних кромок робочої лопатки, рідше – з вихідних. Іноді зародження тріщини відбувається зі спинки або корита в кореневій частині лопатки. Дуже часто центрами утворення тріщини є ділянки, які пошкоджені корозією. В цих місцях починається руйнування лопатки із-за корозійної втоми (рис.6.7, 6.8, 6.9).
Рисунок 6.7 – Корозійне пошкодження поверхні робочої лопатки компресора
Рисунок 6.8 – Мікрошліф, який ілюструє розвиток корозійного пошкодження поверхні робочої лопатки ко
|
(´200)
´200
´200
х200
х200
х300
х100
