Дипломы-2 / ВЗД-172 / Документы / Производство / ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Таким образом, анализ двух вариантов технологии получения пеностекла показал высокую технологичность и безопасность производства пеностеклокристаллического материала. Данная технология может быть рекомендована как безопасная для широкомасштабного копирования и внедрения в промышленность. Наличие научных разработок по данной технологии обеспечивает как безопасность производства, так и высокое качество продукции.

Список литературы

1.Методические рекомендации по выявлению наноматериалов, представляющих потенциальную опасность для здоровья человека / Разработаны Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека. – МР 1.2.2522-09 ; введ. с 02.06.2009.

2.Безопасность пеностеклокристаллического строительного материала с наносоставляющими / О.В. Казьмина, Б.С. Семухин, Л.М. Алтарева [и др.] // Вестник ТГАСУ. – № 4. – С. 152–160.

3.Пат. 2326841. Российская Федерация. Способ получения гранулята для производства пеностекла и пеностеклокристаллических материалов /Абияка, А.Н., Верещагин В.И., Казьмина О.В. // Заявлено 20.03.06 ; опубл. 20.06.08.

4.Пат. 2415817. Российская Федерация. Шихта для изготовления стеклогранулята для пеностеклокристаллических материалов / Казьмина О.В., Абияка А.Н., Верещагин В.И., Соколова С.Н. // Заявлено 22.07.09 ; опубл. 10.04.118.

169

Секция 5. Проблемы надежности машиностроения и машиностроительные технологии.

5.Пат. 2294902. Способ получения гранулированного пеностекла / Бурый А.А., Калейчик С.П, Нагибин Г.Е., Колосова М.М. // Опубл. 10.03.2007.

6.Пат. 2278846. Российская Федерация. Способ получения пористого наполнителя – калиброванного микрогранулированного пеностекла / Леонидов В.З., Дудко М.П.,

Зиновьев А.А. // Опубл. 27.06.2006.

7.Пат. 2109700. Российская Федерация. Сырьевая смесь для изготовления гранулированного пеностекла и способ его изготовления / Яворский А.К., Куншина О.С., Кравец А.И. // Опубл. 27.04.1998.

8.Пат. 2272005. Российская Федерация. Способ получения гранулированного пеностекла / Леонидов В.З., Дудко М.П., Зиновьев А.А. // Опубл. 20.03.2006.

9.Пат. 2162825. Российская Федерация. Способ изготовления гранулированного пеностекла из стеклобоя / Искоренко Г.И., Канев В.П., Погребинский Г.М // Опубл. 10.02.2001.

ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕНЗИНОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Г.Ю. Баимова, магистрант гр. МТП 21-12-01 Уфимский государственный нефтяной технический университет

450062, Россия, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов 1

Телефон: (347) – 2420370

Е-mail: Gulnaz-1991@mail.ru

Основными видами моторных топлив в настоящее время являются автомобильные бензины и дизельные топлива, производство которых в мире составляет более 1.7 млрд.т. в год и на их выработку расходуется до 70% добываемой нефти.

Автомобильные бензины в России в основном вырабатываются по ГОСТ Р 51105-97 и делятся на классы (таблица 1) [1].

170

Во всем мире Законы о Защите окружающей среды требуют производства экологически чистых автотранспортных средств, для эксплуатации которых необходимы соответствующие топлива. Применение бензинов с улучшенными экологическими показателями на автомобилях, не отвечающих требованиям норм на выбросы с отработавшими газами, не решает экологических проблем транспорта.

Однако повышение качества автобензинов способствует снижению вредных выбросов с отработавшими газами автомобилей и защите окружающей среды.

В связи с тем, что происходит интенсивный рост автомобильного парка страны, основная доля вредных выбросов в окружающую среду, особенно в крупных городах приходится на автотранспорт [2].

Загрязнения окружающей среды относится к глобальным проблемам, поэтому на основные направления, сроки, последовательность введения новых требований к показателям качества топлив существенное влияние оказывают международные документы , соглашения, директивы.

Требования к качеству автобензинов в странах ЕЭС поддерживают согласно стандартам ЕВРО (таблица 2)

Жесткие требования стандартов ЕВРО на автомобильные бензины ограничивают содержание прежде всего : серы и углеводородов.

Снижение содержания серы в топливе напрямую влияет на снижение выбросов оксидов серы и косвенно на снижение оксидов азота, монооксида углерода и несгоревших углеводородов. В целом оно обеспечивает сокращение выбросов загрязняющих веществ для всех автомобилей, оснащенных нейтрализаторами и вызывает раздражения и заболевания органов дыхания у многих людей. При наличии серы в бензине могут неправильно срабатывать системы бортовой диагностики , давая ложные показатели о функционировании каталитических нейтрализаторов. Так же присутствие в отработанных газах SO приводит к возникновению «кислотных дождей».

171

Секция 5. Проблемы надежности машиностроения и машиностроительные технологии.

Для нормального функционирования современных каталитических систем, позволяющих обеспечить стандарты ЕВРО-5 по выбросам оксида азота, требуется бензин с предельным содержанием серы 10 ppm.

Бензин с содержанием серы не более 10 ppm необходим для получения максимальной топливной экономичности двигателей с обедненным впрыском, оборудованных адсорбирующими каталитическими нейтрализаторами [3].

Одним из путей снижения токсичных выбросов автотранспорта является введение моющих присадок в автобензины. Путем поддержания в чистоте топливной системы моющие присадки способствуют снижению содержания оксидов серы и несгоревших углеводородов в отработавших газах.

Расширить ресурсы бензинов можно используя спиртобензиновые смеси. Наиболее дешевыми и доступными оксигенатами являются метанол и этанол.

Многолетний опыт эксплуатации автомобильных двигателей, использующих этанолсодержащие бензины, позволил существенно оздоровить экологическую обстановку во многих странах [4].

Обеспечение качественных автомобильных бензинов соответствующих экологическим требованиям можно достичь путем глубокой гидроочистки.

Список литературы

1.Ахметов А.Ф. Производство топлив с улучшенными экологическими свойствами / А.Ф. Ахметов , Ю. В. Красильникова, Ганцев// Башкирский химический журнал. - 2009. - №2 .- С. 160-164.

2.Емельянов В.Е. Повышение качества автобензинов как способ снижения вредных выбросов автотранспорта/ В.Е. Емельянов, С.А. Сурин// Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. -2004. - №12. -С. 32-34.

3.Бакалейник А.М. Экологический фактор в обеспечении соответствия качества бензинов требованиям автомобильного парка/ А.М. Бакалейник// Мир нефтепродуктов. -2003. - №2. -С. 47-49.

4.Карпов С.А. Качество автомобильных бензинов в свете современных эксплуатационных требований/ С.А. Карпов// Нефтепереработка и нефтехимия.- 2007. -№8. -С. 16-19.

ВЛИЯНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ НА УСТАЛОСТНЫЕ СВОЙСТВА СТАЛИ 30ХГСН2А

Богданов.О.А, Власов. И.В.

Научный руководитель: Панин.С.В., д.т.н., профессор Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 634050,

Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30

E-mail: magfer@mail.com

1. Введение

Многие ответственные детали машин и элементы конструкции работают в условиях повторных (знакопеременных или знакопостоянных) нагрузок и их ресурс во многом определяется циклической прочностью материалов, из которых они изготовлены [1]. В качестве материала исследований была выбрана сталь 30ХГСН2А, поскольку она используется для изготовления ответственных тяжело

172

ВТСНТ – 2013

нагруженных деталей авиационной техники [2]. В работе была поставлена задача определить влияние наноструктурирования поверхностного пучком ионов Zr на прочностные и усталостные свойства стали 30ХГСН2А.

2.1. Материал исследования

Плоские образцы были вырезаны методом электроискровой резки. Размеры образцов составляли 65×8×1 мм. В качестве концентратора напряжения в образцах изготавливали отверстие диаметром 2 мм на расстоянии 45 мм от одного из краев. Образцы подвергли закалке и последующей нормализации [2].

а б Рис 1. Фотографии структуры поверхностного слоя стали 30ХГСН2А сделанные с помощью РЭМ: а) в

состоянии поставки; б) после обработки

Ионное наноструктурирование поверхностного слоя образцов проводили с помощью сильноточного вакуумно-дугового источника металлических ионов на установке УВН-0,2 «Квант».

2.2. Методика исследования

Образцы испытывали в режиме многоцикловой усталости (максимальная нагрузка 270 МПа, минимальная нагрузка 27 МПа). Испытания проводились на сервогидравлической испытательной машине Biss UTM 150. В процессе усталостных испытаний проводили фотосъемку поверхности с помощью фотоаппарата Canon D550 для анализа развития трещины в образцах без обработки и после наноструктурирования ионами Zr+. Растровую электронную микроскопию проводили на установках JSM-7500FA и Quanta 200 3D. Для оптической микроскопии использовали микроскоп CarlZeissAxiovert 25.

3. Исследование модифицированной поверхности

3.1. Растровая электронная микроскопия

До обработки структура стали 30ХГСН2А представляет собой мартенсит α- Fe. Состав стали после наноструктурирования потоком ионов Zr+ представлен фазами Fe2Zr, Fe3Zr и зернами феррита. Толщина сформированного наноструктурированного поверхностного слоя составляет 2 мкм. В результате обработки на поверхности модифицированных образцов возникают наноразмерные частицы (Рис 1,б).

3.2. Просвечивающая электронная микроскопия

На рис 2. представлена структура образца по поперечному сечению. В результате обработки поверхность образца нагревалась ориентировочно до температуры 700ºС, что соизмеримо с температурой высокого отпуска стали

173

Секция 5. Проблемы надежности машиностроения и машиностроительные технологии.

30ХГСН2А. Так как в процессе обработки образец вращается в установке, что обусловливает кратковременное влиянию ионного пучка на внутренние слои образца, которые не нагревались до температуры 700ºС и сохранили свою первоначальную структуру (мартенсита). В поверхностных слоях в результате нагрева наиболее вероятно сформировалась феррито-цементитная структура, характерная для сорбита. При этом на глубине порядка 2 мкм образовались интерметалидные соединения системы Fr-Zr.

Рис 2. Структура поперечного сечения модифицированного образца (сверхуизображения находиться поверхность образца)

4.Результаты исследований

4.1. Статическое растяжение

Проведенные испытания на статическое растяжение образцов с концентратором напряжений показали (Рис 3), что наноструктурирование снижает предел прочности, и практически в той же степени увеличивает значение относительного удлинения. Полученные экспериментальные данные полностью соответствуют табличным значениям.

Рис 3. а) Диаграмма растяжения стали 30ХГСН2А: 1) исходный образец, σв=1625 МПа; 2) наноструктурированный образец, σв=1176 Мпа.; б) Графики зависимости длины трещины от количества

циклов: 1) исходный образец; 2) наноструктурирования поверхности;

174

ВТСНТ – 2013

4.2.Испытание на циклическое растяжение

В ходе испытаний было определены средние величины количества циклов до разрушения исходных и наноструктурированных образцов. Для исходных образцов среднее значение составляет ~108 тыс. циклов, для наноструктурированных 332 тыс. . Обнаружено, что наноструктирование поверхностного слоя образцов стали 30ХГСН2А пучком ионов циркония приводит к повышению усталостных свойств почти в 3 раза (Рис 4).

Скорость роста трещин исходного и наноструктурированного образцов, составляет L= 0.159 и L= 0.170 мкм/цикл для исходного; L= 0.047 и L=0.051 мкм/цикл для нанострутурированного образца. Таким образом, наноструктурированный поверхностный слой способствует замедлению процесса усталостного разрушения почти в 3 раза.

На рис. 4 представленные РЭМ фотографии разрушенных образцов в области зарождения усталостной трещины. У образца без обработки деформационный рельеф вокруг трещины практически не наблюдается. У образца после обработки напротив, вокруг магистральной трещины сформировался выраженный деформационный рельеф.

Рис 4. РЭМ фотографии поверхности разрушенных образцов возле концентратора напряжений: а) исходный; б) наноструктурированный образец.

Заключение

Ионное наноструктурирования поверхностного слоя стали 30ХГСН2А при испытании на статическое растяжение привело к снижению предела прочности на 449 МПа (27%) и увеличению относительного удлинению на 2,15% (25%).

По итогам проведённых усталостных испытаний образцы после наноструктурирования поверхностного слоя выстояли в 3 раза большее количество циклов до разрушения, чем образцы без обработки.

Причина повышения усталостной прочности модифицированных образцов заключается в разупрочнении поверхностного слоя, а так же создания в нём интерметалидных и карбидных соединений. Разупрочнение поверхностного слоя стали 30ХГСН2А не приводит к значительным потерям механических свойств. Более пластичный поверхностный слой во время циклического нагружения эффективно поглощает выходящие на поверхность дефекты и перераспределяет нагрузку, в месте концентратора напряжений, по поверхности образца. Наличие наноразмерных частиц, на поверхности, в области концентратора напряжений сдерживает развитие микротрещин приводя к множественному растрескиванию,

175

Секция 5. Проблемы надежности машиностроения и машиностроительные технологии.

перераспределению нагрузки. Наноструктурирование поверхности позволяет сдерживать зарождение и частично развитие усталостной трещины, что подтверждают графики роста магистральной трещины и результаты эксперимента.

Список литературы

1.Иванова В.С, Терентьев В.Ф, Природа усталости металлов. М., “Металлургия”, 1975. 456с.

2.Зубченко А.С., Марочник сталей и сплавов. 2-е издание доп. и испр. М.: Машиностроение 2003г. 784 стр. с илл.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ ПОРОШКА СВМПЭ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРИ МАЛЫХ ДОЗАХ ОБЛУЧЕНИЯ

Бондаренко Я.А.

Научный руководитель: Панин С.В., д.т.н., доцент 1Томский политехнический университет, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30

2Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, 634021, Россия, г.Томск, пр.Академический, 2/4

E-mail: bondarenkoyana@yandex.ru

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) – это разновидность полиэтилена, в котором длина молекулярной цепи (-C2H2-) превышает один миллион углеродных единиц. Благодаря его уникальным свойствам – высокому сопротивлению изнашиванию и высокой ударной вязкости, СВМПЭ все чаще используется в промышленности в узлах трения деталей машин и механизмов, а также медицине. Изделия из СВМПЭ, помимо низкого коэффициента трения, химической стойкости и сохранении свойств при низких температурах должны обладать и высокой износостойкостью, что может быть достигнуто за счет его наполнения либо поверхностной модификации. Таким образом, поиск дальнейших путей повышения износостойкости СВМПЭ и композитов на его основе является актуальной научно-технической проблемой.

Распространенным способом повышения механических и триботехнических свойств полимеров является их облучение пучками заряженных частиц. Так при обработке полиэтилена электронным лучом возникает разрыв цепочки полимера, что может приводить к поперечной сшивке, и, как следствие, заметному увеличению его износостойкости.

Таким образом, актуальной проблемой научных исследований является поиск путей создания композиционных материалов на основе СВМПЭ с повышенными триботехническими характеристиками, путем облучения порошка СВМПЭ импульсным электронным пучком.

Целью настоящей работы является исследование влияния импульсного электронно-лучевого облучения исходного порошка СВМПЭ, на изменение структуры, механических и триботехнических свойств композиционных материалов на основе СВМПЭ и определение рациональной дозы облучения, обеспечивающих максимальное повышение износостойкости, при сохранении высоких механических характеристик.

176

ВТСНТ – 2013

В работе для получения объемных материалов на основе СВМПЭ был использован метод спекания под давлением (компрессионное спекание).

Метод компрессионного спекания получил наибольшее распространение для переработки СВМПЭ и является одним из основных. спекание порошкового полимера производится при температуре 200°С, давление прессования – 10 МПа. Длительность процесса зависит от массы изделия и его формы. Получаемые полуфабрикаты в виде листов, пластин, блоков, цилиндров могут далее подвергаться механической обработке в изделия практически любых форм и видов для самых различных областей применения. За счет использования частиц определенного размера и контроля условий спекания можно задавать определенную пористость для различных областей применения материала: от различного рода фильтров до демпфирующих изделий.

Метод спекания под давлением обеспечивает более высокие плотность и механические свойства спрессованного материала.

Электронное облучение порошка производилось на импульсном электронно-лучевом стерилизаторе для термолобильных порошковых и сыпучих материалов (Институт сильноточной электроники).

Далее представлены экспериментальные результаты исследований износостойкости, механических свойств и структуры СВМПЭ, подвергнутого облучению электронным пучком.

Образцы СВМПЭ были подвергнуты облучению импульсным электронным пучком с энергией до 2.2 Мегаэлектровольт (МэВ), с частотой импульсов 50 Гц. Поглощенная доза излучения варьировалась от 17до 50 импульсов электронного облучения.

Рис.1 Интенсивность изнашивания СВМПЭ, облученного электронным пучком

177

Секция 5. Проблемы надежности машиностроения и машиностроительные технологии.

При исследовании поверхностей трения образцов СВМПЭ без и после облучения электронным пучком. Видно, что из продуктов износа формируется пленка, расположенная на краю дорожки трения, там, где контртело выходит из контакта с образцом. Следует заметить, что пленка износа появилась в процессе испытания и ее формирование связано с деформационным механизмом изнашивания [2].

На рис. 2,3 приведены изображения поверхностей и края отрыва образцов, после испытаний на растяжение, как видно на поверхности полимера в исходном состоянии образуется микрорельеф из складок, расположенных перпендикулярно оси растяжения, а сам край отрыва – ровный. У образцов после облучения так же наблюдается формирование складчатого рельефа, но гораздо более крупного, а край отрыва при это выглядит совершенно иначе, он рваный и видно множество торчащих нитей полимера.

Рис.2 Изображения поверхности и края обрыва образца из исходного СВМПЭ после испытания на растяжение

г д е Рис. 3 Изображения поверхности и края обрыва образцов после испытания на растяжение;

поглощенная доза: (a,б) 17, (в,г) 25, (д,е) 50 имп.

Как видно из графиков, при малых дозах облучения у образцов увеличивается относительное удлинение при разрыве, при сохранении предела прочности на уровне исходного СВМПЭ.

178