|
Материал
|
Предел
прочности МПа
|
Твердость НВ,
МПа
|
Относительное
удлинение %
|
|
Сталь
|
400-900
|
24-10
|
|
Серый чугун
|
100-400
|
1200-2000
|
1-0,1
|
металл азотирование сталь бензин
Характеристика
линий и точек диаграммы железо-цементит (индекс линий и точек, температура, %
углерода)
Рис. 4
Равновесное состояние железоуглеродистых сплавов в
зависимости от содержания углерода и температуры описывает диаграмма состояния
железо - углерод. На диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов (рис.1) на
оси ординат отложена температура, на оси абсцисс - содержание в сплавах
углерода до 6,67%, то есть до такого количества, при котором образуется
цементит Fе3С. По диаграмме состояния системы железо - углерод судят о
структуре медленно охлажденных сплавов, а также о возможности изменения их
микроструктуры в результате термической обработки, определяющей
эксплуатационные свойства. На диаграмме состояния Fe - Fе3С приняты
международные обозначения. Сплошными линиями показана диаграмма состояния
железо - цементит (метастабильная, так как возможен распад цементита), а
пунктирными - диаграмма состояния железо - графит {стабильная).
Рассматриваемую диаграмму правильнее считать не
железоуглеродистой (Fe - С), а железоцементитной (Fe - Fе3С), так как
свободного углерода в сплавах не содержится. Но так как содержание углерода
пропорционально содержанию цементита, то практически удобнее все изменения
структуры сплавов связывать с различным содержанием углерода.
Компоненты системы железо и углерод - элементы полиморфные.
Основной компонент системы - железо.
Углерод растворим в железе в жидком и твердом состояниях, а
также может образовать химическое соединение - цементит Fе3С или присутствовать
в сплавах в виде графита.
В системе железо-цементит (Fe - Fе3С) имеются следующие фазы:
жидкий раствор. твердые растворы - феррит и аустенит, а также химическое
соединение - цементит.
Феррит может иметь две модификации - высоко - и
низкотемпературную. Высокотемпературная модификация d-Fe и низкотемпературная -
a-Fe представляют собой твердые растворы углерода, соответственно, в d - и a -
железе.
Предельное содержание углерода в a-Fe при 723°С - 0,02%, а
при 20°С - 0,006%. Низкотемпературный феррит a-Fe по свойствам близок к чистому
железу и имеет довольно низкие механические свойства, например, при 0,06% С: s
= 250 МПа; d - 50%; y= 80%; твердость - 80.90 НВ.
Аустенитg-Fe - твердый раствор углерода в g-железе.
Предельная растворимость углерода в g-железе 2,14%. Он устойчив только при
высоких температурах, а с некоторым примесями (Мn, Сг и др.) при обычных (даже
низких) температурах. Аустенит обладает высокой пластичностью, низкими
пределами текучести и прочности. Твердость аустенита 160.200 НВ.
Цементит Fе3С - химическое соединение железа с углеродом,
содержащее 6,67% vглерода. Между атомами железа и углерода в цементите
действуют металлическая и ковалентная связи. Температура плавления ~1250°С.
Цементит является метастабильной фазой; область его гомогенности очень узкая и
на диаграмме состояния он изображается вертикалью. Время его устойчивости
уменьшается с повышением температуры: при низких температурах он существует
бесконечно долго, а при температурах, превышающих 950°С, за несколько часов
распадается на железо и графит. Цементит имеет точку Кюри (210°С) и обладает
сравнительно высокими твердостью (800 НВ и выше) и хрупкостью. Прочность его i
растяжение очень мала (s =40 МПа).
В системе железо - цементит имеются две тонкие механические
смеси фаз - эвтектическая (ледебурит) и эвтектоидная (перлит).
Ледебурит является смесью двух фаз g-Fe + Fе3С, образующихся
при 1130°С в сплавах, содержащих от 2,0 до 6,67%С, и наблюдается визуально как
структурная составляющая железоуглеродистых сплавов, главным образом, чугунов.
Ледебурит обладает достаточно высокими прочностью (НВ>600) и хрупкостью.
Перлит (до 2,0%С) представляет собой смесь a-Fe + Fе3С (в
легированных сталях - карбидов), образующуюся при 723°С и содержании углерода
0,83% в процессе распада аустенита, и наблюдается визуально как структурная
составляющая железоуглеродистых сплавов. Механические свойства перлита зависят
от формы и дисперсности частичек цементита (прочность пластинчатого перлита
несколько выше, чем зернистого): s=800.900 МПа; d< 16%; НВ 180.,220.
Диаграмма состояния Fe - Fе3С (рис.1) является комбинацией
диаграмм простых типов. На ней имеются три горизонтали трехфазных равновесий:
перитектического (1496°С), эвтектического (1147°С) и эвтектоидного (727°С).
Все линии на диаграмме состояния соответствуют критическим
точкам, то есть температурам, при которых происходят фазовые и структурные
превращения в железоуглеродистых сплавах.
Линия ABCD - линия начала кристаллизации сплава (ликвидус),
линия AHJECF - линия конца кристаллизации сплава (солидус).
В области диаграммы HJCE находится смесь двух фаз: жидкого
раствора и аустенита, а в области CFD - жидкого раствора и цементита. В точке С
при содержании 4,3%С и температуре 1130°С происходит одновременная
кристаллизация аустенита и цементита и образуется их тонкая механическая смесь
- ледебурит. Ледебурит присутствует во всех сплавах, содержащих от 2,0 до
6,67%С (чутуны).
Точка Е соответствует предельному насыщению железа углеродом
(2,0%С).
В области диаграммы AGSF находится аустенит. При охлаждении
сплавов аустенит распадается с выделением по линии GS феррита, а по линии SE -
вторичного цементита. Линии GS и PS имеют большое практическое значение для
установления режимов термической обработки сталей. Линию GS называют линией
верхних критических точек, а линию PS - нижних критических точек.
В области диаграммы GSP находится смесь двух фаз - феррита и
распадющегося аустенита, а в области диаграммы SEE' - смесь вторичного
цементита и распадающегося аустенита.
В точке S при содержании 0,8%С и при температуре 723°С весь
аустенит распадается и одновременно кристаллизуется тонкая механическая смесь
феррита и цементита - перлит.
Линия PSK соответствует окончательному распаду аустенита и
образованию перлита. В области ниже линии PSK никаких изменений структуры не
происходит.
Структурные превращения в сплавах, находящихся в твердом
состоянии, вызваны следующими причинами: изменением растворимости углерода в
железе в зависимости от температуры сплава (QP и SE), полиморфизмом железа (PSK)
и влиянием содержания растворенного углерода на температуру полиморфных
превращений (растворение углерода в железе способствует расширению
температурной области существования аустенита и сужению области феррита).
Диаграмма стабильного равновесия Fe - Fе3С, обозначенная на
рис.1 пунктиром, отображает возможность образования высокоуглеродистой фазы -
графита - на всех этапах структурообразования в сплавах с повышенным
содержанием углерода. Диаграмма состояния стабильной системы железо - графит
отличается от метастабильной системы железо-цементит только в той части, где в
фазовых равновесиях участвует высокоуглеродистая фаза (графит или цементит).
На диаграмме состояния различают две области: стали и чугуны.
Условия принятого разграничения - возможность образования ледебурита
(предельная растворимость углерода в аустените):
стали - до 2,14% С, не содержат ледебурита;
чугуны - более 2,14%С, содержат ледебурит.
В зависимости от содержания углерода (%) железоуглеродистые
сплавы получили следующие названия:
менее 0,83 - доэвтектоидные стали;
,83 - эвтектоидные стали;
,83.2 - заэвтектоидные стали;
.4,3 - доэвтектические чугуны;
,3.6,67 - заэвтектические чугуны.
Маркировка по
ГОСТ, характеристика и область применения высокопрочного чугуна. Технология
получения
1. Чугун ВЧ50
ГОСТ 7293-85
1.1
Расшифровка маркировки
Высокопрочный чугун маркируют в соответствии с ГОСТ 7293-85
"Чугун с шаровидным графитом для отливок. Марки". Марку
высокопрочного чугуна обозначают буквами "ВЧ" и двумя цифрами,
которые показывают его минимальное временное сопротивление в кгс/мм2. Например,
маркировка ВЧ 50 означает, что этот чугун является высокопрочным и его =500
Н/мм2 (50 кгс/мм2).
Для высокопрочных чугунов также используется система
маркировки по механическим свойствам. В системе ASTM для таких чугунов
указывают временное сопротивление в ksi - предел текучести в ksi - относительное
удлинение в процентах. Например, ASTM A716 - 60-42-10 означает высокопрочный чугун по
техническим условиям А716 с =60 ksi; =42 ksi; b=10 %.
1.2
Характеристика и технология получения
Высокопрочными называют чугуны с шаровидным графитом, который
образуется в литой структуре в процессе кристаллизации.
Шаровидный графит, имеющий минимальную поверхность при данном
объеме, значительно меньше ослабляет металлическую основу, чем пластинчатый
графит, и не является активным концентратором напряжений.
Для получения шаровидного графита чугун модифицируют чаще
путем обработки жидкого металла магнием (0,03-0,07 %) или введением 8-10 %
магниевых лигатур с никелем или ферросилицием.
Под действием магния графит в процессе кристаллизации
принимает не пластинчатую, а шаровидную форму. Чугуны с шаровидным графитом
имеют более высокие механические свойства, не уступающие свойствам литой
углеродистой стали, сохраняя при этом хорошие литейные свойства и
обрабатываемость резанием, способность гасить вибрации, высокую износостойкость
и т.д.
Чугун ВЧ 50, имеет d=2 % и 180-260 HB. Вязкость разрушения
перлитных чугунов составляет 180-250 Н´мм3/2. Температура
плавления tпл"1200°С,
sТ=35 кгс/мм2,
теплоемкость (при 0°С) 0,129 ккал/кг´град, теплопроводность
(при 20°С) 43 ккал/м´ч´град, плотность 7,4 г/см3, удельное сопротивление 0,5 Ом´мм2/м.
Для повышения механических свойств (пластичности и вязкости)
и снятия внутренних напряжений, отливки ЧШГ подвергают термической обработке
(отжигу, нормализации, закалке и отпуску).
1.3
Применение
Отливки из высокопрочного чугуна широко используют в
различных отраслях народного хозяйства; в автостроении и дизелестроении для
коленчатых валов, крышек цилиндров и других деталей; в тяжелом машиностроении -
для многих деталей прокатных станов; в кузнечно-прессовом оборудовании
(например, для шабот-молотов, траверс прессов, прокатных валков); в химической
и нефтяной промышленности - для корпусов насосов, вентилей и т.д.
Высокопрочные чугуны применяют и для изготовления деталей
станков, кузнечно-прессового оборудования, работающих в подшипниках и других
узлах трения при повышенных и высоких давлениях (до 1200 МПа)
Назначение и
технология выполнения азотирования стали. Примеры деталей машин и механизмов,
подвергающихся азотированию
Азотированием называют процесс диффузионного насыщения
поверхности слоя стали азотом при нагреве ее в аммиаке. Азотирование очень
сильно повышает твердость поверхностного слоя, его износостойкость, предел
выносливости и сопротивление коррозии в таких средах, как атмосфера, вода, пар
и т.д. Твердость азотированного слоя заметно выше, чем цементованной стали, и
сохраняется при нагреве до высоких температур (500 - 600 ˚С); тогда как
твердость цементованного слоя, имеющего мартенситную структуру, сохраняется
только до 200 - 225 ˚С
. Механизм
образования азотированного слоя
В сплавах железа с азотом образуется следующие фазы (рис.5):
твердый раствор азота в α-железе (α-фаза); γ´-фаза - твердый раствор на основе нитрида железа Fe₄N (5,7 - 6,1% N); ε-фаза - твердый раствор
на базе нитрида железа Fe₃N (8 - 11,2% N). В сплавах с 11,35% N при 450 ˚С возможно
образование ξ-фазы Fe₂N.
При температуре выше 591 ˚С существует γ-фаза, представляет собой твердый раствор азота в γ-железе. При 591 ˚С γ-фаза претерпевает
эвтектоидный распад. Азотистый эвтектоид содержит 2,35% N и состоит из α-γ̒-фаз.
Рис.5. Диаграмма состояния Fe - N (а) и изменение
содержания азота (б) и микроструктуры (в х 250) по толщине азотированного слоя,
полученного при 600 ˚С на железе.
Азотирование проводят в атмосфере аммиака, который при нагреве
диссоциирует [4] по уравнению 2NH₃ → 2N + 6H.
Образовавшийся атомарный азот диффундирует в железо. Если
выполнять азотирование при температуре ниже эвтектоидной (591 ˚С), то в
начальный момент насыщения на поверхности стали образуется α-фаза (рис.5, а). По достижении предела насыщения α-фазы начинается образование следующей фазы, стабильной при данной
температуре, а именно γ´-фазы. При дальнейшем насыщении азотом образуется ε-фаза. Следовательно, в результате диффузии в азотированном слое
располагаются в поверхностной зоне наиболее богатая азотом ε-фаза, несколько ниже γ´ - и α-фаза.
С понижением температуры ε - и α-фазы в соответствии с
диаграммой состояния (см. рис.6, в) распадаются, выделяя избыточную γ´-фазу. В связи с этим
после медленного охлаждения фазы в диффузионном слое можно расположить в
следующем порядке от поверхности к сердцевине: ε + γ´II → γ´ → α+ γ´II → α → сердцевина (с исходной структурой).
При выполнении азотирования выше эвтектоидной температуры,
например tд
(рис.6), сначала возникает α-фаза, затем по
достижении ее предела насыщения образуется γ-фаза, после насыщения которой на поверхности появляется γ´-фаза, и, наконец, ε-фаза. Таким образом, при температуре диффузии азотированный слой
состоит из следующих фаз (от поверхности к сердцевине): ε → γ´ → γ´ → α. При медленном
охлаждении ε - и α-фазы распадаются и выделяют избыточную γ´-фазу (Fe₄N), а γ-фаза претерпевает
эвтектоидное превращение, распадаясь на эвтектоидную структуру α + γ´. Тогда при 20 ˚С азотированный слой будет состоять из ε + γ´ → γ´ → α + γ´ (эвтектоид) → α + γ´II → α (см. рис. 6).
Переход от одной фазы к другой сопровождается резким
перепадом концентрации азота, так как двухфазные слои (ε + γ´ или α + γ´) при температуре
насыщения железа азотом существовать не могут (см. рис.5). При насыщении
легированных сталей при температуре диффузии могут образовываться многофазные
слои.
2. Стали для
азотирования
Твердость слоя, получаемого при азотировании железа,
невелика, поэтому азотированию подвергают среднеуглеродистые легированные
стали, которые приобретают особо высокую твердость и износостойкость. При
азотировании легированных сталей образуются нитриды специальных элементов. При
низких температурах азотирования в α - твердом растворе
образуются сегрегации типа зон Гинье - Престона. При высоких температурах
возникают дисперсные нитриды легирующих элементов (Cr₂N, Mo₂N, VN и др.). Зоны Гинье -
Престона и обособленные выделения нитридов препятствуют движению дислокаций и
тем самым повышают твердость азотированного слоя. Наиболее сильно повышают
твердость алюминий, хром, молибден и ванадий. Стали, легированные хромом,
вольфрамом, молибденом, ванадием и не содержащие алюминия, после азотирования
имеют твердость HV 600 - 950. Эти стали часто применяют для азотирования.
Если главным требованиям, предъявляемым к азотированному
слою, является высокие твердость и износостойкость, то применяют сталь 38Х2МЮА,
содержащую 0,35 - 0,42% С; 1,35 - 1,65% Cr; 0,7 - 1,10%Al и 0,15 - 0,25% Мо.
Одновременно присутствие алюминия, хрома и молибдена позволяет повысить
твердость азотированного слоя до HV 1200. Молибден, кроме того, устраняет отпускную
хрупкость, которая может возникнуть при медленном охлаждении от температуры
азотирования. Легирующие элементы, повышая твердость, одновременно уменьшают,
при прочих равных условиях, толщину слоя. Для повышения коррозионной стойкости
можно азотировать и углеродистые стали.
Износостойкость азотированной стали выше, чем цементованной и
закаленной. В азотированном слое возникают остаточные напряжения сжатия,
величина которых на поверхности составляет 60 - 80 кгс/мм². Это повышает предел выносливости и переносит очаг усталостного
разрушения под азотированный слой. Предел выносливости гладких образцов
возрастает на 30 - 40%, а при наличии концентратов напряжений (острых надрезов)
более чем на 100%.
. Технология
процесса азотирования
Технологический процесс предусматривает несколько операций,
приведенных ниже:
. Предварительная термическая обработка заготовки. Эта
операция состоит из закалки и высокого отпуска стали для получения повышенной
прочности и вязкости в сердцевине изделия.
Закалку стали 38Х2МЮА выполняют с нагревом до 930 - 950 ˚С
с охлаждением в воде или масле. Отпуск проводят при высокой температуре 600 -
675 ˚С, превышающей максимальную температуру последующего азотирования и
обеспечивающей получение твердости, при которой сталь можно обрабатывать
резанием. Структура стали после этого отпуска - сорбит.
. Механическая обработка деталей, а также шлифование, которое
придает окончательные размеры детали.
. Защита участков, не подлежащих азотированию, нанесением
тонкого слоя (0,01 - 0,015 мм) олова электролитическим методом или жидкого
стекла. Олово при температуре азотирования расплавляется на поверхности стали в
виде тонкой не проницаемой для азота пленки.
. Азотирование
. Окончательное шлифование или доводка изделия.
Рис.6. Влияние температуры и продолжительности азотирования
на твердость и толщину азотированного слоя: 1 - сталь 38ХМЮА; 2 - легированные
конструкционные стали (40Х, 40ХНМА, 18Х2Н4ВА и др.); 3 - углеродистые стали.
В процессе насыщения азотом изменяются, но очень мало,
размеры изделия в следствие увеличение объема поверхностного слоя. Деформация
возрастает при повышении температуры азотирования и толщины слоя.
Для ускорения процесса азотирования нередко применяют
двухступенчатый процесс: сначала азотирование проводят при 500 - 520 ˚С, а
затем при 540 - 560 ˚С. При двухступенчатом процессе сокращается
продолжительность процесса, при этом сохраняется высокая твердость
азотированного слоя. Охлаждение после азотирования производят вместе с печкой в
потоке аммиака (до 200 ˚С) во избежание окисления поверхности.
Рис 7. Шахтная муфельная печь США-8.12/6. Л1: 1 - Каркас
печи; 2 - вентилятор; 3 - крышка; 4 - муфель; 5 - футеровка; 6 - нагреватели; 7
- крестовина; 8 - направляющий экран.
Азотирование чаще ведут в шахтных печах (рис.7) с
принудительной циркуляцией газа и максимальной рабочей температурой 600 или 700
˚С. Шахтные печи (США) выпускаются с двумя сменными муфелями или с одним
стационарным.
Первый муфель после окончания процесса азотирования
вынимается из печи и охлаждается на воздухе, в печь загружается второй муфель с
деталями. При азотировании крупногабаритных изделий более экономичны печи с
одним муфелем.
Значительное сокращение (в 2 - 3 раза) общего времени
процесса достигается при азотировании в тлеющем разряде (ионное азотирование),
которое проводят в разряженной азотосодержащей атмосфере (NH₃ или N₂) при подключении
обрабатываемых деталей к отрицательному электроду - катоду. Анодом является
контейнер установки. Между катодом (деталью) и анодом возбуждается тлеющий
разряд, и ионы газа, бомбардируя поверхность катода, нагревают ее до
температуры насыщения. Процесс ионного азотирования реализуется в две стадии:
. Очистка поверхности катодным распылением;
. Собственно насыщение.
Катодное распыление проводят в течении 5 - 60 мин при
напряжении 1100 - 1400 В и давлении 0,1 - 0,2 мм рт. ст. В процессе катодного
распыления температура поверхности детали не превышает 250 ˚С. Температура
азотирования 470 - 580 ˚С, давление 1 - 10 мм рт. ст., рабочее напряжение
400 1100 В, продолжительность процесса составляет от 1 до 24ч.
В последние годы получило применение азотирование при 570 ˚С
в течении 1,5 - 3,0 ч в атмосфере, содержащей 50% эндогаза и 50% аммиака или
50% пропана (метана) и 50% аммиака. В результате такой обработки на поверхности
стали образуется тонкий карбонитридный слой Fe₃ (N, C), обладающий меньшей хрупкостью и более высокой износостойкостью,
чем чисто азотистая ε-фаза. Твердость
карбонитридного слоя легированных сталях HV 600 - 1100. Такая
обработка сильно повышает предел выносливости изделий.
4.
Азотирование в жидких средах (тенифер - процесс)
Процесс проводят при 570 ˚С в течении 0,5 - 3,0 ч в
расплавленных цианистых слоях (85% соли, содержащей 40% KCNO и 60% NaCN + 15% Na₂CO₃ или 55% карбамида [ (NH₂) ₂CO] и 45% Na₂CO₃, через которые
пропускают сухой воздух). Соли расплавляются в тигле из титана. В следствие
низкой температуры в сталь диффундирует в основном азот, образующийся при
разложении цианистых солей. В результате обработки на поверхности стали
возникает тонкий (7 - 15 мкм) карбонитридный слой Fe₃ (N, C), обладающий высоким сопротивлением износу и не склонный к
хрупкому разрушению. Ниже карбонитридного слоя располагается слой, состоящий из
твердого раствора азота в α-железе и избыточных
кристаллов γ´-фазы. Общая толщина слоя 0,15 - 0,5 мм. Как и после газового
азотирования, твердость слоя на углеродистых сталях HV 300 - 350, а на
легированных HV 600 - 1100. Жидкое азотирование значительно повышает предел
выносливости сталей. Достоинством процесса является незначительное изменение
размеров и отсутствие коробления деталей, недостатком - токсичность и высокая
стоимость цианистых солей. Этот процесс за рубежом широко применяется для
обработки деталей автомобиля (коленчатых валов, шестерен и т.д.), штампов,
пресс-форм и т.д. Азотированию, как и цементации, подвергают детали, работающие
на износ и воспринимающие знакопеременные нагрузки. Азотированные детали имеют
следующие преимущества: высокую твердость, износостойкость, теплостойкость и
коррозийную стойкость. Так как азотированию подвергают в основном легированные
стали определенных составов и процесс имеет большую продолжительность (30-60
ч.), применение его оказывается экономически целесообразным лишь для обработки
ответственных инструментов и деталей авиамоторов, дизелей, турбин, приборов и
т.п. Азотированию подвергают также детали из высокопрочного магниевого чугуна
(в частности, коленчатые валы тепловоза и детали из специальных чугунов,
легированных алюминием).
Кулачки, эксцентрики и некоторые другие детали должны иметь
после термической обработки минимальную деформацию и высокую износоустойчивость
(твердость поверхности HV 750-1000). Для изготовления выбрана азотируемая
сталь 38ХВФЮА.
Азотирование требуется, как правило, подвижным частям
механизмов, таких, как насосы, цилиндры двигателей, копиры станков, втулки,
шестерни, клапаны двигателей внутреннего сгорания, матрицы и другие элементы и
узлы механизмов и деталей.
Бензины.
Требования к ним. Физико-химические свойства автомобильных бензинов
Отечественные легковые автомобили и автобусы, а также
большинство грузовых автомобилей имеют карбюраторные двигатели. Топливом для
этих двигателей служит автомобильный бензин.
Основные технико-экономические требования к
бензинам сводятся к следующему:
бензин должен обеспечивать безотказную работу автомобильного
двигателя на всех режимах и во всех практически встречающихся условиях
эксплуатации;
двигатель должен развивать предусмотренную для него мощность
при минимальном расходе бензина;
бензин должен обеспечивать минимальные износы двигателя,
трудовые и материальные затраты на ремонт и техническое обслуживание двигателя;
качество бензина не должно ухудшаться при транспортировании,
хранении и использовании;
обращение с бензином не должно вызывать повышенной опасности
для персонала, занимающегося эксплуатацией, техническим обслуживанием и
ремонтом автомобилей.
Исходя из названных выше требований устанавливается
соответствие бензина данным конкретным условиям и возможность его применения.
Физико-химические свойства
Автомобильные бензины в силу своих физико-химических
характеристик должны обладать следующими свойствами:
Однородность смеси;
Плотность топлива - при +20 "С должна составлять 690.750
кг/м;
Небольшую вязкость - с ее увеличением затрудняется протекание
топлива через жиклеры, что ведет к обеднению смеси. Вязкость в значительной
степени зависит от температуры. При изменении температуры от +40 до - 40°С
расход бензина через жиклер меняется на 20.30%;
Испаряемость - способность переходить из жидкого состояния в
газообразное. Автомобильные бензины должны обладать такой испаряемостью, чтобы
обеспечивались легкий пуск двигателя (особенно зимой), его быстрый прогрев,
полное сгорание топлива, а также исключалось образование паровых пробок в
топливной системе;
Давление насыщенных паров - чем выше давление паров при
испарении топлива в замкнутом пространстве, тем интенсивнее процесс их
конденсации. Стандартом ограничивается верхний предел давления паров летом - до
670 ГПа и зимой - от 670 до 930 ГПа. Бензины с более высоким давлением склонны
к образованию паровых пробок, при их использовании снижается наполнение цилиндров
и теряется мощность двигателя, увеличиваются потери от испарения при хранении в
баках автомобилей и на складах;
Низкотемпературные свойства - способность бензина выдерживать
низкие температуры;
Сгорание бензина. Под "сгоранием" применительно к
автомобильным двигателям понимают быструю реакцию взаимодействия углеводородов
топлива с кислородом воздуха с выделением значительного количества тепла.
Температура паров при горении достигает 1500.2400°С.
Физическое свойство бензина
Физическое свойство бензина, зависит от качества исходного
продукта. Так как в основе бензина лежат нефтепродукты, химическое строение
которых на основе фенольного кольца, во многом определяет физические свойства.
Разные сорта бензинов имеют разные показатели: температуру
горения и замерзания, а также плотность. Обычно эти показатели изменяются в
следующих границах: предел кипения 33-205°С, температура замерзания ниже -
60°С, плотность 700-780 кг/м3. Кроме того, важны такие физические свойства
бензина, как температура вспышки (ниже 0°С) и концентрация паров. При
концентрация паров в воздухе 70-120 г/м3 образуются взрывчатые смеси.
Именно физические свойства бензина создают дополнительные
условия для признания автомобиля техническим средством повышенной опасности.
Однако так привычные нам взрывы бензобаков, которые показывают чуть ли не во
всех боевиках, случаются в реальность очень редко. А вот вероятность того, что
бензин загорится, если не будут соблюдаться простейшие правила техники
безопасности вполне реальны.
Еще одно неприятное физическое свойство бензина -
легковоспламеняемость. Но именно благодаря этому свойству мы и можем
использовать бензин в качестве топлива. К слову сказать, такие альтернативные
виды топлива как водород воспламеняются еще легче, чем и создают проблему их массового
использования в автомобилях. Плюс к этому водород еще и легко взрывается. И
если бы мы пользовались машинами с водородными двигателями, то ситуации из
фильмов с повальными взрывами топливных баков перенеслись бы в реальность.
Физическое свойство бензина, может зависеть не только от
химической структуры но определяться еще и наличием примесей, которые переходят
в бензин из нефтепродуктов. При высоком количестве примесей качество бензинов
понижается. Бензин с большим количеством примесей влияет не только на
собственные свойства бензина, но и на работу двигателя автомобиля.
Именно благодаря физическим свойствам бензина, мы можем
использовать его в качестве топлива, однако при нарушении правил изготовления,
распространения или использования и хранения бензина те самые физические
свойства, которые позволяют бензину быть топливом могут оказаться опасными, как
для техники, так и для человека.
1. Марки
пластичных смазок и их применение
Применяемые для смазки автомобилей пластичные смазки по их
основному назначению подразделяют на антифрикционные, защитные и
уплотнительные.
Антифрикционные смазки снижают износ и трение сопряженных
деталей механизмов, ниже приведены применяемые группы антифрикционных смазок.
Антифрикционные смазки общего назначения для обычных
температур (группа С) используют для узлов трения с рабочей температурой до
70°С. К этой группе смазок относят; солидолы, смазки AM (карданные), ЯНЗ-2,
графитную УСсА, ЛИТОЛ-24 и ЦИАТИМ-201.
Солидолы вырабатывают загущением индустриальных масел
кальциевыми мылами Жирных кислот, получаемых на основе натуральных растительных
масел (жировой солидол) или синтетических жирных кислот. Солидолы предназначены
для смазывания грубых и малоответственных поверхностей трения машин и
механизмов, ручного инструмента. Солидолы работоспособны в течение относительно
малого срока времени.
Пресс-солидол С используют главным образом для поверхностей
трения шасси автомобилей, к которым он подается под давлением; солидол С - для
смазывания подшипников качения и скольжения, шаровых, винтовых и цепных
передач, тихоходных шестеренных редукторов и других узлов трения. Жировой
солидол УС, представляющий собой однородную мазь от светло-желтого до
темно-коричневого цвета, выпускают двух марок: УС-1 (пресс-солидол) и УС-2,
работоспособность которых ограничена диапазоном температур от - 50 до +65°С. В
маркировке буквы обозначают: у - универсальная, с - синтетическая, с - сред не
плавкая. Гидратированная кальциевая смазка графитная УСсА применяется для
смазывания рессор автомобилей, открытых зубчатых колес, торсионных подвесок,
резьб домкратов. По внешнему виду - это однородная мазь от темно-коричневого до
черного цвета. Применять солидолы в качестве защитных смазок не рекомендуется,
так как в них содержится до 3 % воды, которая может вызывать коррозию металла
под слоем смазки.
Смазка ЯНЗ-2 - автомобильная тугоплавкая кальциево-натриевая
служит дня смазывания подшипников ступиц колес, червячного вала коробки
передач, генераторов автомобилей и др. По внешнему виду это однородная мазь от
светло-желтого до темно-коричневого цвета. Может заменять солидол.
Смазка ЛИТОЛ-24 - универсальная смазка на литиевых мылах
12-оксистеариновой кислоты предназначена для поверхностей трения, для которых
рекомендуются солидолы и смазка ЯНЗ-2.
До недавнего времени большую часть литиевых смазок готовили
на мылах стеариновой кислоты - ЦИАТИМ-201, которая предназначена для узлов
трения, работающих при относительно низких нагрузках и невысоких температурах.
Смазки для повышенных температур (группа 0) используют для
узлов трения с рабочей температурой до 110°С, К этой группе относятся смазки:
ЦИАТИМ-202, ЛЗ-31, 1-13.
Смазка ЦИАТИМ-202 служит для смазывания подшипников качения,
работающих в интервале температур - 40 - +110°С. Смазка токсична, и при работе
с ней следует применять индивидуальные средства защиты. По внешнему виду это
однородная мягкая мазь от желтого до светло-коричневого цвета.
Смазку ЛЗ-31 применяют для закрытых подшипников качения, не
контактирующих с водой, а также для выжимного подшипника сцепления автомобилей
ЗИЛ и ГАЗ, работающих в интервале температур от - -40 до +20°С. По внешнему
виду это мазь от светло-коричневого до светло-желтого цвета.
Смазка 1-13 на натриевых и натриево-кальциевых мылах
предназначена для смазывания подшипников качения, опор карданного вала,
первичного вала коробки передач, ступиц колес, оси и шарниров педалей
управления. Смазка готовится загущением нефтяных масел натриево-кальциевым
мылом касторового масла. Вариант указанной смазки - смазка 1-ЛЗ, отличающийся
присутствием антиокислителя дифениламина. Смазка по внешнему виду - однородная
мазь от светло-коричневого до коричневого цвета, применяется при температуре от
- -20 до +110°С"
Смазка Консталин (1 и 2) изготавливается на натриевых и
натриево-кальциевых мылах, служит для поверхностей трения, работающих в
условиях отсутствия влаги при температуре от - -20 до +110°С. По внешнему виду
- это однородная мазь от светло-желтого до темно-коричневого цвета.
Редукторные (трансмиссионные) смазки (группа Т) предназначены
для зубчатых и винтовых передач всех видов. К этой группе относится
индустриальная кальциевая смазка ЦИАТИМ-208, Смазку используют для смазывания
тяжелонагруженных шестеренных редукторов, работающих при температуре от--30 до
+100°С. По внешнему виду это однородная вязкая жидкость черного цвета. Смазка
токсична, поэтому при работе с ней следует применять индивидуальные средства
защиты.
Морозостойкие смазки (группа Н) предназначены для
поверхностей трения с рабочей температурой - 40°С и ниже. К этой группе
'относятся смазки ВНИИНП-257, ОКБ--122--7. Смазку ВНИИНП-257 применяют для
смазывания шарикоподшипников и маломощных зубчатых передач. Смазка
морозостойка, это мягкая консистентная мазь черного цвета, температура
применения от - 60 до + 150°С. Смазка ОКБ-122-7 служит для смазывания
шарикоподшипников и других поверхностей трения, работающих в интервале
температур от - 40 до +ЮО°С. По внешнему виду это мазь от светложелтого до
светло-коричневого цвета.
Химически стойкие смазки (группа X) предназначены для узлов
трения, имеющих контакт с агрессивными средами. К этой группе откосятся смазки;
ЦИАТИМ-205, ВНИИНП-279. Смазка ЦИАТИМ-205 предохраняет от спекания неподвижные
резьбовые соединения., работающие при температуре - -60 - +50°С. По внешнему
виду это однородная вазелинообразная мазь от белого до светло-кремового цвета.
К противозадирным и противоизносным смазкам (группа И)
относится смазка ЦИАТИМ-203, которая служит для смазывания высоконагруженных
шестеренных передач, червячных редукторов, опор скольжения и качения при
температуре от - 50 до +90°С. Это однородная мазь темно-коричневого цвета без
комков.
Защитные (консервационные) смазки (группа К) предназначены
для защиты металлических изделий и механизмов от коррозии при хранении,
транспортировании и эксплуатации. Наиболее распространенной защитной
смазкой является технический вазелин (УН). Консерва-циснные
смазки по объему производства занимают второе место после антифрикционных
(около 15 % в общем объеме производства смазок). При правильном нанесении
защитных смазок они препятствуют проникновению к металлической поверхности
коррозионно-агрес-сибых веществ, влаги и кислорода воздуха, тем самым
предотвращают коррозию в течение 10--15 лет. Для улучшения защитных и
противокоррозионных свойств в смазки вводят специальные присадки. Наряду с
пластичными защитными смазками используют жидкие консервационные масла,
пленкообразующие ингибиро-ванные нефтяные составы (ПИНС), мастики и некоторые
другие продукты нефтяного происхождения. Несмотря на широкое распространение
консервационных пластичных смазок, они имеют ряд недостатков. Одним из
серьезных является большая трудность нанесения и удаления их с защищаемых
поверхностей по сравнению с жидкими продуктами. Чтобы нанести или удалить
смазку, зачастую приходится разбирать механизм, что осложняет и удлиняет
консервацию и расконсервацию изделий.
2.
Уплотнительные смазки
Уплотнительные смазки предназначены для герметизации зазоров
и щелей, подвижных и неподвижных узлов трения. Уплотнительной смазкой является
смазка бензиноупорная (БУ). С ее помощью могут быть уплотнены соединения
топливопроводов, топливных насосов, кранов систем питания и смазки. Она
содержит цинковое мыло, касторовое масло и глицерин. Зимой для понижения
вязкости можно добавлять до 25 % спирта.
3.
Определение качества и марки пластичных смазок
Необходимость определения в автохозяйстве марки пластичной
смазки встречается довольно часто, так как номенклатура используемых смазок
велика, а по внешнему виду они мало отличаются. Пользуясь такими признаками,
как цвет, влагостойкость, растворимость в бензине и жировое пятно, можно
установить вид пластичной смазки, а в некоторых случаях ориентировочно и
конкретную ее марку.
Цвет может служить хорошим признаком для графитной смазки,
имеющей темный цвет от темно-коричневого до черного, и до некоторой степени для
технического вазелина, имеющего цвет от светло-коричневого до темно-коричневого
и прозрачного в тонком слое. Остальные же 'Пластичные смазки могут иметь цвет
от светло-желтого до темно-коричневого и различить их по этому признаку нельзя.
Влагостойкость дает возможность отличить солидолы и
технический вазелин от других смазок и, прежде всего, от консталинов. При
растирании пальцами смазки с небольшим количеством воды солидолы и технический
вазелин (влагостойкие смазки (не намыливаются и не смываются).
Растворимость в бензине позволяет различить смазку на
немыльном загустителе (защитные смазки) от смазок на мыльном загустителе
(антифрикционные смазки). Смазка на немыльном загустителе, смешанная с
четырехкратным количеством бензина и подогретая до 60"С, растворяется и
превращается в прозрачный раствор, а смазка на мыльном загустителе не
растворяется. Жировое пятно, образовавшееся на фильтровальной бумаге от
нанесения на нее комочка пластичной смазки, может послужить признаком для определения
ее вида. Фильтровальная бумага с пластичной смазкой подогревается над
каким-либо источником тепла, от чего смазка полностью или частично
расплавляется, образуя масляное пятно. Технический вазелин расплавляется
полностью, оставляя равномерное желтое пятно. Графитная смазка образует темное
пятно с четко видимыми включениями графита. Солидолы оставляют пятно с мягким
остатком в центре обычно того же цвета, что и пятно. Консталины и
кальциево-натриевые смазки образуют пятно меньшего диаметра и остаются частично
на бумаге в нерасплавленном виде и при интенсивном нагреве до обугливания
бумаги.
Поступающие в автохозяйства пластинчатые смазки по
физико-химическим свойствам должны полностью отвечать соответствующим
стандартам или техническим условиям.
По внешнему виду пластичная смазка должна представлять собой
однородную массу без наличия комков, посторонних включений, примесей или
выделившегося масла. Смазка, не отвечающая этим условиям, должна быть
забракована.
Для проверки наличия абразивных примесей комок смазки
растирается между двумя стеклами или же между пальцами. Механические примеси
обнаруживаются также путем расплавления комка смазки на фильтровальной бумаге.
Список
использованной литературы
1.
Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т. Т.1. М.:
Машиностроение, 1982 - 736 с.
.
Ачеркан Н.С. Справочник металлиста: В 3-х т. Т.2. М.: Машиностроение, 1965 -
678 с.
.
Бойкачев М.А. Эксплуатационные материалы. Ч.2: Смазочные материалы и
технические жидкости - 83с
.
Евстратова, И.И. Материаловедение/ И.И. Евстратова и др. - Ростов-на-Дону:
Феникс, 2006. - 268 с.
.
Журавлев В.Н., Николаев О.И. Машиностроительные стали: Справочник, М.:
Машиностроение, 1992 - 480 с.
.
Б.В. Захаров.В.Н. Берсенева "Прогрессивные технологические процессы и
оборудование при термической обработке металлов" М. "Высшая
школа" 1988 г.
.В.М.
Зуев "Термическая обработка металлов" М. Высшая школа 1986 г.
.
Ильина, Л.В. Материалы, применяемые в машиностроении: справочное пособие/ Л.В.
Ильина, Л.Н. Курдюмова. - Орел: ОрелГТУ, 2007.
.
Б.А. Кузьмин "Технология металлов и конструкционные материалы" М.
"Машиностроение" 1981 г.
.
Лахтин, Ю.М. Материаловедение/ Ю.М. Лахтин. - М.: Металлургия, 1993. - 448 с.
.
Манусаджянц О.И., Смаль Ф.В. Автомобильные эксплуатационные материалы: Учебник
для техникумов. - М.: Транспорт, 1989. - 271 с.
.
Маркова, Н.Н. Железоуглеродистые сплавы/ Н.Н. Маркова. - Орел: ОрелГТУ, 2006. -
96 с.
.В.М.
Никифоров "Технология металлов и конструкционные материалы" М.
"Высшая школа" 1968 г.
.
"Общая химия" Ю.А. Ершов.
.
"Репетитор по химии" А.С. Егорова.
.А.И.
Самохоцкий Н.Г. Парфеновская "Технология термической обработки
металлов" М. Машиностроение 1976г
.
Тушинский, Л.И. Методы исследования материалов/ Л.И. Тушинский, А.В. Плохов,
А.О. Токарев, В.Н. Синдеев. - М.: Мир, 2004. - 380 с.
.
Фетисов, Г.П. Материаловедение и технология металлов/ Г.П. Фетисов, М.Г.
Карпман и др. - М.: Высшая школа, 2001. - 622 с.