Исследования свойств штамповой стали после термической обработки

Классификация инструментальных сталей. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства штамповых сталей. Химический состав стали 4Х5МФ1С. Влияние температуры закалки на структуру и твердость материала. Оценка аустенитного зерна и износостойкости.

Рубрика Производство и технологии
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 19.02.2011
Размер файла 492,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

а) динамических нагрузок, вызывающих дополнительно выкрашивание и скалывание поверхностных слоев;

б) нагрева при резании или деформировании, снижающего твердость и сопротивление пластической деформации и облегчающего диффузию атомов между сталью инструмента, обрабатываемым металлом и сходящей стружкой.

Таким образом, износостойкость очень сложное свойство. Она определяется не только химическим составом, структурой и механическими свойствами, но и свойствами обрабатываемого материала, условиями эксплуатации инструмента, его конструкции и т. д. Последние определяют характер износа: абразивный, адгезионный, эрозионный, диффузионный и др.

В данной работе было проведено исследование износостойкости инструментальной стали 4Х5МФ1С в зависимости от температуры отпуска. Для исследования применялся метод трения «шарика по диску». Количество циклов трения было выбрано равным 40 000. В результате серии экспериментов на образцах были получены следы (канавки) трения, сечение которых измерялось на профилометре (рис. 37). Измерения проводились в пяти разных местах следа. Износ образца в дальнейшем оценивался по вынесенному объему металла. Для подтверждения полученных результатов дополнительно оценивался износ шарика (см. табл. 33).

Также была изучена износостойкость покрытий (нитрид и оксинитрид титана), нанесенных на образцы из стали 4Х5МФ1С методом ионно-плазменной имплантации. Целью проведенного исследования было выяснение перспективности нанесения покрытий для увеличения износостойкости материала. Количество циклов трения составило 5 000 для образцов с номерами 91 и 30, 10 000 - для образца 89 (см. табл. 34).

Сравнительная износостойкость образцов, отпущенных с разных температур (температура закалки 1 070оС)

Номер образца

91

30

89

69

Температура отпуска, оС

550

570

600

650

Количество циклов трения

40 000

40 000

40 000

40 000

Сечение профиля износа S, мкм2

1

1 844,3

1 027,3

522,9

1 196,9

2

973,3

845,3

592,8

1 212

3

974,4

712,9

530,7

743,3

4

578,3

1 822,5

521

1 004

5

1 085,7

1 103,2

548,5

945,6

среднее

1 091,2

1 102,24

543,18

1 020,36

Длина следа L, мкм

1 873

1 956

1 997

2 001

Объем вынесенного материала V, мкм3

2 043 818

2 155 981

1 084 730

2 041 740

Износ шарика, мкм3

4,19

2,42

6,56

3,03

По результатам экспериментов был построен график, характеризующий вынесенный объем материала в зависимости от температуры отпуска (рис. 38). Минимум на приведенной кривой соответствует образцу с максимальной износостойкостью.

Рис. 38. Сравнительная износостойкость образцов из стали 4Х5МФ1С в зависимости от температуры отпуска

Для сопоставления изменения твердости и износостойкости образцов, отпущенных на различные температуры на приборе Роквелла была измерена их твердость (рис. 39).

Рис. 39. Зависимость твердости стали 4Х5МФ1С от температуры отпуска

Максимальное упрочнение в исследуемой стали достигается после отпуска на 570оС. С дальнейшим повышением температуры до 600оС износостойкость возрастает, а твердость уменьшается, что связано с различной природой выделяющихся карбидов. При 500-550оС выделяется промежуточный карбид типа Ме2С; выше 550-600оС - карбиды Ме23С и Ме6С. Отпуск выше 600-625оС усиливает коагуляцию карбидов.

Также построена зависимость износа шарика в ходе эксперимента для каждого образца (рис. 40). Видно, что максимальный износ шарика был получен на образце с максимальной износостойкостью.

Рис. 40. Износ шарика в ходе экспериментов с образцами, отпущенными на разные температуры

Из полученных данных следует, что наибольшей износостойкостью обладает сталь, отпущенная с температуры 600оС. Данное явление связано с тем, что при этой температуре отпуска проходило дисперсионное твердение, приводящее не только к увеличению твердости, но и росту износостойкости.

Таблица 34. Сравнительная износостойкость образцов до и после напыления покрытий

Номер образца

91

30

89

Состояние поверхности

До напыления

Покрытие Ti + N + O (N:O = 3:1)

До напыления

Покрытие Ti + N + O (N:O = 1:1)

До напыления

Покрытие Ti + N

Количество циклов трения

5 000

5 000

5 000

5 000

10 000

10 000

Сечение профиля износа S, мкм2

1

42,7

625,6

32,9

1 342,1

66,5

22,0

2

32,0

701,7

30,3

1 341,0

75

30,8

3

27,8

547,4

31,0

1 154,8

72,3

21,6

4

31,8

602,9

38,6

1 452,3

69,2

20,3

5

28,5

693,5

35,4

1 350,5

71,2

25,7

среднее

32,56

634,22

33,64

1 328,14

70,84

24,08

Длина следа L, мкм

1 991

1 996

1 998

2 002

2 005

1 985

Объем вынесенного материала V, мкм3

64 826

1 265 903

67 212

2 658 936

142 034

47 798

Сравнительная оценка износа исходного металла и металла с покрытием приведена на рис. 41.

Рис. 41. Гистограмма, представляющая сравнительную износостойкость стали с различными покрытиями

Наибольшее сопротивление износу дает покрытие нитридом титана. Износостойкость при этом увеличивается в три раза. Наоборот, износ покрытий из оксинитрида титана идет активнее, чем на исходном образце. Причем износостойкость тем меньше, чем больше процент кислорода, введенный в покрытие. Для образца с маркировочным номером 91 износостойкость после нанесения покрытия уменьшается в 20 раз, а для образца 30 - в 40 раз.

Таким образом, в перспективе возможно увеличение износостойкости материала за счет нанесения покрытий из нитрида титана.

Обсуждение результатов исследования

Известно, что прочность и вязкость снижаются в результате излишне высокого нагрева под закалку. Это ухудшение свойств - следствие роста зерна с повышением температуры, что является следствием стремления системы к уменьшению свободной энергии. При небольшом перегреве присутствующие в стали карбиды препятствуют росту зерна и заметному ухудшению свойств. Однако при высоких температурах закалки карбидная фаза растворяется в аустените, что снимает препятствия для роста зерна. Чувствительность к перегреву выявляется по величине зерна аустенита, получаемого после нагрева до разных температур. [1]

В штамповой стали 4Х5МФ1С величина зерна определяет прежде всего пластические свойства, ухудшение которых недопустимо для инструмента, так как ведет к образованию трещин и разрушению при эксплуатации. Таким образом, определение размера зерна после того или иного режима термообработки является практически важной задачей.

В настоящей работе была изучена зависимость размера аустенитного зерна от температуры нагрева под закалку. Так как с увеличением температуры аустенитное зерно растет (снижается вязкость стали), то согласно ГОСТ 5950-2000 для стали 4Х5МФ1С размер аустенитного зерна не должен превышать 8 балла. Исследования показали, что при температуре закалки 1 100°C обеспечивается достаточно мелкое зерно, соответствующее 8 баллу, что допустимо. Однако более предпочтительной для закалки является температура 1 070оС, так как в этом случае исключается возможность перегрева стали (балл аустенитного зерна 9).

Величина действительного зерна аустенита в конечном итоге определяет дисперсность мартенсита. В данной работе была изучена микроструктура стали после закалки на различные температуры (рис. 12). Выяснено, что штамповая сталь 4Х5МФ1С после закалки имеет структуру, состоящую из мартенсита, аустенита остаточного и карбидов, причем количество карбидной фазы уменьшается с ростом температуры закалки (рис. 15). Форма и размер включений также меняются. Если при закалке на 950оС в структуре наряду с вытянутыми включениями цементитного типа присутствуют карбиды округлой формы (специальные), то при более высоком нагреве цементитный карбид, не обладающий достаточной теплостойкостью, а также мелкие карбиды других типов, полностью растворяются в аустените. В результате этого средний размер включения растет вплоть до 1 070оС, когда начинают растворяться более крупные карбиды. Количество аустенита остаточного в комплекснолегированных сталях после закалки колеблется в пределах 15-30%. Кристаллы мартенсита в исследуемой стали имеют вытянутое (реечное) строение; дисперсность структуры падает при увеличении температуры нагрева под закалку [4].

Твердость является важнейшим свойством инструментальной стали. Инструменты с недостаточной твердостью не могут резать; под действием возникающих напряжений они быстро теряют форму и размеры. С увеличением твердости в большинстве случаев возрастает и износостойкость. [1]

Так как, инструментальная сталь должна обладать высокой прочностью, твердостью, износостойкостью, то в работе была изучена зависимость твердости стали 4Х5МФ1С от температуры закалки. Было выяснено, что при повышении температуры закалки с 950 до 1 100оС объемная доля карбидов уменьшается от 17,3 до 3,3% за счет их растворения в аустените (табл. 13), который насыщается легирующими элементами, что способствует увеличению твердости вплоть до 54 HRC (рис. 13). Однако твердость мартенсита определяет общую твердость стали главным образом в закаленном состоянии. В процессе высокого отпуска происходит распад мартенсита, и твердость стали зависит от выделяющихся карбидов.

В ремонтных цехах и на малых предприятиях чаще всего нагрев под закалку проводится в окислительной среде, поэтому важно знать глубину обезуглероженного слоя, который необходимо удалять. В работе были использованы методы оценки обезуглероживания по изменению твердости и микротвердости в сечении образца. Результаты исследования показали, что глубина обезуглероженного слоя при температуре нагрева под закалку 1 070°C достигает 0,16 мм, а при 1 100°C - 0,18 мм, что гораздо меньше припуска, который дается на производстве на обезуглероженный слой.

В результате термической обработки существенно изменяются свойства стали, особенно механические свойства. Закалка при нагреве на высокие температуры проводится для растворения значительной части карбидов и получения высоколегированного мартенсита, в результате чего обеспечивается высокая твердость. Последующий отпуск на температуры 500-600°C вызывает дополнительное упрочнение. При указанных температурах возрастает диффузионная подвижность карбидообразующих элементов, что приводит к изменению химического состава мартенсита, увеличению содержания карбидов и эффекту упрочнения. Причина вторичного твердения - замена растворяющихся сравнительно грубых частиц цементита значительно более дисперсными выделениями специального карбида (V4С3, Мо2С и др.). В молибденовых сталях в последовательности карбидных превращений Fе3С > Ме2С + Ме23С6 > Ме6С максимум вторичного твердения соответствует стадии выделения дисперсных частиц Ме2С и Ме23С6. В работе было выявлено, что дисперсионное твердение стали 4Х5МФ1С происходит при температурах порядка 530-570оС (рис. 14). Одновременно с увеличением твердости возрастает и износостойкость, достигая максимального значения при отпуске на 600оС (рис. 38). Наряду с отмеченными выше процессами при отпуске происходит распад остаточного аустенита. Он протекает при 480-580оС, как правило, изотермически, заканчивается полностью и не оказывает влияния на работоспособность материала [4]. В результате превращения остаточного аустенита немного повышается твердость, но его влияние незаметно на фоне вторичного твердения.

В настоящей работе также было проведено исследование износостойкости покрытий из нитрида и оксинитрида титана, нанесенных на сталь 4Х5МФ1С. Установлено, что покрытие из нитрида титана подвергается износу почти в три раза меньшему, чем поверхность исходной стали при одинаковых условиях эксперимента. Таким образом, открывается возможность увеличения износостойкости материала за счет нанесения покрытий методом ионно-плазменной имплантации (п. 2.2.6).

1. Исследовано влияние температуры закалки и отпуска на изменение твердости стали 4Х5МФ1С. Показано, что сталь данной марки склонна к вторичному твердению при температурах порядка 550оС.

2. Изучено влияние температуры закалки на глубину обезуглероженного слоя и показано, что с увеличением температуры нагрева увеличивается глубина обезуглероживания до 0,2 мм при 1 100оС.

3. Разработана методика выявления аустенитного зерна и определена его величина в зависимости от температуры закалки.

4. Изучено влияние температуры отпуска на износостойкость данной стали. Выявлена оптимальная температура отпуска, соответствующая максимальной износостойкости. Изучена износостойкость покрытий из нитрида и оксинитрида титана, нанесенных на образцы с помощью ионно-плазменной имплантации.

5. Проведено электронное микроскопическое исследование структуры закаленной стали. Показано, что с увеличением температуры закалки с 950 до 1 100оС объемная доля карбидной фазы в структуре уменьшается за счет ее более полного растворения в аустените.

6. Экономика и организация производства

6.1 Технико-экономическое обоснование темы дипломной работы

При изготовлении инструмента из стали 4Х5МФ1С применяют термическую обработку (улучшение), оптимизация которой позволит сократить производственные затраты. При назначении температур закалки руководствуются данными по размеру аустенитного зерна, получаемой твердости и глубине обезуглероженного слоя. Все эти факторы имеют тенденцию к росту при повышении температуры обработки. При этом уменьшение дисперсности структуры отрицательно сказывается на пластических свойствах стали и приводит к браку. С другой стороны при понижении температуры получают меньшие значения твердости, что проявляется при дальнейшей эксплуатации изделия, т.е. сокращается время его службы. Увеличение глубины обезуглероженного слоя ведет к потерям материала. Также необходимо экспериментально установить температуру отпуска, соответствующую максимуму вторичного твердения и наилучшей износостойкости, позволяющей продлить срок службы инструмента.

Таким образом, является весьма важным определение оптимального режима термообработки данной стали.

6.2 Организация проведения работы (сетевой график)

С целью лучшей организации и контроля над ходом выполнения дипломной работы исследовательского характера в начале дипломирования был составлен и рассчитан сетевой график.

Сетевой график представляет собой графическое изображение взаимосвязи событий и работ, имеющих место при проведении исследования. График устанавливает сроки выполнения каждого этапа работы, входящей в план исследования, и резервы времени, позволяющие маневрировать ресурсами и сроками начала работ. Кроме этого сетевой график позволяет рационально организовать рабочее время исполнителей, порядок выполнения работ и контролировать процесс выполнения исследования в установленные сроки. [16]

6.2.1 Составление перечня работ и построение сетевого графика

Сетевой график включает в себя три комплекса работ:

1) комплекс подготовительных работ: изучение технической литературы по теме, обоснование актуальности темы, разработка мер защиты от потенциальных опасностей и вредностей, заказ и получение материалов и т.д.;

2) комплекс экспериментальных работ: проведение экспериментов, выполнение расчетов, обсуждение результатов и т.д.;

3) комплекс заключительных работ: обобщение полученных результатов, формулировка выводов, написание пояснительной записки, построение необходимых графиков, предварительная защита и т.д.

Общая продолжительность выполнения дипломной работы рассчитывалась с момента окончания преддипломной практики (3 марта 2007 г.) и до 1 июня 2007 г., с учетом 40-часовой рабочей недели и двух выходных. Таким образом, общая продолжительность выполнения работы составила 62 дня (496 часов).

Перечень работ, выполняемых в дипломной работе, представлен в таблице 34. Сетевой график выполнения дипломной работы изображен на рис. 38.

Таблица 35. Перечень работ, выполняемых в дипломной работе

Шифр работ

Наименование работ

Формулировка событий

1-2

Получение задания

Задание получено

2-3

Подготовка литературного обзора

Литературный обзор подготовлен

3-4

Составление технико-экономического обоснования

Технико-экономическое обоснование составлено

4-5

Формулировка цели исследования

Цель исследования сформулирована

5-6

Изучение действующего оборудования

Действующее оборудование изучено

5-7

Изучение безопасных приемов работы

Безопасные приемы работы изучены

6-7

Разработка мер защиты по технике безопасности

Меры защиты по технике безопасности разработаны

7-8

Составление методики экспериментов

Составлена методика экспериментов

8-9

Подготовка образцов

Образцы готовы

9-10

Получение экспериментальных данных

Экспериментальные данные получены

10-11

Оформление раздела по ОБЖ

Раздел по ОБЖ оформлен

11-15

Расчет технико-экономической эффективност

Технико-экономическая эффективность рассчитана

10-12

Проведение расчетов и их обработка

Расчеты проведены и обработаны

12-13

Обобщение результатов экспериментов

Результаты экспериментов обобщены

13-14

Обсуждение полученных данных

Полученные данные обсуждены

14-15

Выводы по работе

Выводы сделаны

15-16

Оформление пояснительной записки

Пояснительная записка оформлена

16-17

Оформление плакатов

Плакаты оформлены

17-18

Подготовка дипломной работы к защите

Дипломная работа к защите подготовлена

18-19

Защита дипломной работы

Дипломная работа защищена

6.2.2 Расчет основных параметров сетевого графика

Основными параметрами сетевого графика являются: ожидаемое время выполнения работ, ранние и поздние сроки начала и окончания работ, резервы работ и др. Так как исследовательская работа не имеет заранее установленных нормативов ее выполнения, время выполнения отдельных работ определяется приближенно с участием руководителя работы и консультантов по различным разделам на основе ряда оценок времени. Минимальное время, требуемое для выполнения работ при самых благоприятных условиях их протекания (оптимистическая оценка); максимальное время, необходимое при самых неблагоприятных условиях (пессимистическое время), и наиболее вероятное время, необходимое для выполнения работы в большинстве случаев (). Ожидаемое время выполнения работы, которое используется при последующих расчетах сетевого графика, определяется по формулам

(14)

(15)

Рассчитанные по данным формулам ожидаемые сроки выполнения работ представлены на рис. 38 и в таблице 35.

Порядок расчета остальных параметров:

1) устанавливается критический путь и его длительность (имеет максимальную продолжительность и определяет общую длительность выполнения всего комплекса работ);

2) определяются ранние сроки начала и окончания работ, начиная с исходного события;

3) определяются поздние сроки начала и окончания работ, начиная с завершающегося события;

4) определяются резервы совершения работ.

Сетевой график выполнения дипломной работы имеет критический путь .

Длительность критического пути составляет 62 дня.

Таблица 36. Параметры сетевого графика в индексах работ

Шифр работ

tmin

tmax

tнв

tож

tрн

tро

tпн

tпо

R

1-2

1

1

1

1

0

1

0

1

0

2-3

3

3

3

3

1

4

1

4

0

3-4

1

1

1

1

4

5

4

5

0

4-5

1

1

1

1

5

6

5

6

0

5-6

1

1

1

1

6

7

6

7

0

5-7

2

2

2

2

6

8

6

8

0

6-7

1

1

1

1

7

8

7

8

0

7-8

4

4

4

4

8

12

8

12

0

8-9

5

5

5

5

12

17

12

17

0

9-10

25

25

25

25

17

42

17

42

0

10-11

2

2

2

2

42

44

42

44

0

11-15

12

12

12

12

44

56

44

56

0

10-12

5

5

5

5

42

47

42

47

0

12-13

2

2

2

2

47

49

47

49

0

13-14

5

5

5

5

49

54

49

54

0

14-15

2

2

2

2

54

56

54

56

0

15-16

1

1

1

1

56

57

56

57

0

16-17

1

1

1

1

57

58

57

58

0

17-18

3

3

3

3

58

61

58

61

0

18-19

1

1

1

1

61

62

61

62

0

6.2.3 Оптимизация сетевого графика

Оптимизация сетевого графики заключается в перераспределении времени с ненапряженных путей на критический путь. Перед оптимизацией определяется оптимальная продолжительность выполнения всего комплекса работ. Для этого складывают продолжительность всех путей графика и полученную сумму делят на количество путей. В результате получается теоретически самый короткий срок выполнения всех работ (). Оптимизируя график, стараются по возможности приблизиться к этой цифре. Для сетевого графика на рис. 1 теоретически самый короткий срок выполнения всех работ будет равен

Tопт = 78/4 ? 35 дней, (16)

где 78 - продолжительность всех путей графика, дни;

4 - количество возможных путей.

Полученное число «35» означает, что, теоретически, если перенести несколько работ с нагруженного критического пути на менее нагруженные, то есть вероятность выполнения дипломной работы не за 62, а за 35 дней. На практике это применить, в данной работе не представляется возможным по некоторым причинам.

1. Все работы, находящиеся на критическом пути, непосредственно зависят друг от друга, т. е. нельзя начать выполнение одной, не завершив другую; также невозможно выполнять несколько работ параллельно друг с другом.

2. Нет возможности сократить некоторые этапы проведения работ. Сроки выполнения некоторых работ установлены документально, т.е. перенести их на более ранний срок не представляется возможным. Другие работы (подготовка образцов к исследованиям, проведение и обработка экспериментов) требуют длительного времени для их выполнения и зависят от многих неконтролируемых факторов.

6.3 Расчет затрат на выполнение исследования

6.3.1 Затраты на заработную плату

Под исполнителями исследования подразумеваются: непосредственный исполнитель - студент, руководитель работы, консультанты и лаборанты, помогающие в работе. Заработная плата студента устанавливается в размере стипендии. Заработная плата руководителя дипломной работы и консультантов определяется исходя из общего количества времени на одну дипломную работу и часовой тарифной ставки. Заработная плата лаборанта рассчитывается аналогично. Отчисления на социальные нужды и дополнительные отчисления составляют 26% и 12% соответственно от общей суммы основной и дополнительной заработной платы. [17]

На исследование затрачено 3 месяца. Заработная плата студента составила

ЗП(ст.) = 916 Ч 3 = 2 748 руб. (17)

Заработная плата научного руководителя дипломной работы, консультантов и лаборанта определяется по формуле

(18)

где F - заработная плата за 1 час, руб.;

t - фактически отработанное время.

Таким образом, заработная плата руководителя дипломной работы равна

ЗП(рук.) = 55 Ч 21 = 1 155 руб.

Заработная плата консультанта по экономике равна

ЗП(к. эк.) = 55 Ч 4 = 220 руб.

Заработная плата консультанта по ОБЖ равна

ЗП(к. ОБЖ) = 55 Ч 3 = 165 руб.

Заработная плата лаборанта равна

ЗП(лаб.) = 12 Ч 10 = 120 руб.

Сводные данные по затратам на заработную плату приведены в таблице 36.

Таблица 37. Сводные данные по заработной плате

п/п

Исполнитель, должность

Время, затраченное на работу, ч.

Часовая тарифная ставка, руб.

Сумма затрат на зарплату, руб.

Дополни-тельная зарплата, руб.

Отчисле-ния на социальные нужды, руб.

1

Студент

3 месяца

-

2 748

-

714,48

2

Научный руководитель

21

55

1 155

138,6

336,3

3

Консультант по экономике

4

55

220

26,4

64,1

4

Консультант по ОБЖ

3

55

165

19,8

48,0

5

Лаборант

10

12

120

14,4

34,9

Итого:

4 408

199,2

1 197,78

Всего:

5 804,98

6.3.2 Затраты на сырье, материалы и реактивы

Затраты на сырьё, материалы и реактивы для исследования определяются по формуле

(19)

где - количество материалов в натуральном выражении;

- цена материала, руб.

Результаты расчёта затрат на сырьё, материалы и реактивы приведены в таблице 37.

Таблица 38. Расчет затрат на сырье, материалы реактивы

п/п

Наименование материальных ресурсов

Цена, руб./ед.

Количество

используемых ресурсов, ед.

Затраты, руб.

1

2

3

4

5

1

Сталь 4Х5МФ1С

65

0,8

52,00

2

Шлифовальная шкурка, пачка

20

1

20,00

3

Фильтровальная бумага, пачка

150

1

150,00

4

Азотная кислота, л

170

0,05

8,50

5

Этиловый спирт, л

35

0, 05

1,75

6

Дистиллированная вода, л

5,2

10

52,00

7

Пикриновая кислота, л

250

0,01

2,50

1

2

3

4

5

8

Алкил-сульфат натрия, кг

20

0,01

0,20

9

Треххлористое железо, л

120

0,01

1,20

10

Лимонная кислота, кг

120

0,005

0,6

Итого:

--

228,75

6.3.3 Затраты на электроэнергию

Затраты на электроэнергию определяются по формуле

, (20)

где, - тариф на 1кВт ч, руб.;

- мощность i-гo вида прибора или оборудования, кВт;

- время использования i-гo вида прибора или оборудования, ч;

- количество оборудования, шт.

Величина средней потребляемой мощности определяется по установленной мощности (по паспорту) и среднему коэффициенту загрузки по мощности по формуле

, (21)

где, - величина средней потребляемой мощности, кВт;

- установленная мощность, кВт;

- средний коэффициент загрузки по мощности.

Цена электроэнергии 1 кВт•ч = 1,36 руб.

Расчёт затрат на электроэнергию приведён в таблице 38.

Таблица 19. Расчет энергетических затрат

№ п/п

Наименование прибора или оборудования

Мощность электроприбора, кВт

Коэффициент использования мощности

Время использования, ч

Количество электроэнергии, кВт•ч

Цена 1кВт•ч, руб.

Сумма затрат на электроэнергию, руб.

1

Полировальный станок

0,27

0,95

25

6,41

1,36

8,72

2

Вытяжной шкаф

0,20

10

1,90

2,58

3

Микротвердомер ПМТ-3

0,02

40

0,76

1,03

4

Микроскоп «EPIQUANT»

0,35

5

1,66

2,26

5

Микроскоп металлографи-ческий МИМ-2

0,35

15

4,99

6,78

6

Электронный микроскоп ЭМ-200

0,48

10

4,56

6,20

Итого:

27,57

6.3.4 Затраты на воду для технических нужд

Расход воды для проведения исследования и технологических целей определён по ходу проведения работы и составил 0,035 м3. Затраты на неё определяются исходя из величины расхода за период исследования и цены за 1 м3 по формуле

, (22)

где - расход воды, м3;

- цена 1 м3 технической воды, руб.

Исследования проводились на территории г. Липецка. Тариф на 1 м3 технической воды - 4,39 руб. Таким образом, затраты на воду составили

руб.

6.3.5 Затраты на амортизацию оборудования

Амортизационные отчисления рассчитываются от стоимости приборов и оборудования. Данные затраты определяются по формуле

(23)

где - балансовая стоимость прибора или оборудования, руб.;

- норма амортизации, %;

- время использования оборудования в период исследования, ч;

- возможное число часов использования оборудования в течении года (при односменном режиме работы 2 100 часов).

Расчёт затрат на амортизационные отчисления приведён в таблице 39.

Таблица 40. Затраты на амортизацию

№ п/п

Наименование прибора или оборудования

Стоимость оборудования, руб.

Время исполь-зования, ч.

Норма аморти-зации, %

Сумма амортиза-ционных отчислений, руб.

1

Полировальный станок

500

25

8

0,5

2

Вытяжной шкаф

32 714

10

8

12,5

3

Микротвердомер ПМТ-3

99 300

40

8

151,3

4

Микроскоп «EPIQUANT»

30 479

5

20

14,5

5

Микроскоп металлографи-ческий МИМ-2

37 115

15

10

26,5

6

Электронный микроскоп ЭМ-200

1 500 000

10

20

1 428,6

Итого:

1 633,9

6.3.6 Прочие расходы

Прочие расходы включают в себя затраты на содержание администраций, зданий, охрану труда, технику безопасности, содержание библиотеки, общежития, освещение и т. д.

Величина прочих расходов вычисляется в процентах от затрат на заработную плату. Для ЛГТУ процент прочих затрат составляет 30%.

Таким образом, величина прочих расходов равна

5 804,93 Ч 0,3 = 1 741,48 руб.

Таблица 41. Сводная смета затрат

п/п

Наименование затрат

Сумма, руб.

Процент к итогу

1

Зарплата с отчислениями во внебюджетные фонды

5 804,98

61,52

2

Затраты на сырьё и материалы

228,75

2,42

3

Затраты на электроэнергию

27,57

0,29

4

Затраты на воду

0,15

0,002

5

Амортизационные отчисления

1 633,90

17,30

6

Прочие расходы

1 741,48

18,46

Итого:

9 436,83

100,00

6.4 Оценка экономической эффективности результатов исследования

Сталь 4Х5МФ1С используется для изготовления ножей для агрегатов резки на ОАО «НЛМК». Проведенные исследования показали возможность экономии материала, идущего на изготовление инструмента, за счет уменьшения припуска на обезуглероживание.

При производстве одной единицы продукции дается припуск на обезуглероженный слой 0,7 мм. В данной работе было показано, что обезуглероживание при температурах закалки до 1 100оС не превышает 0,18 мм, т.е. объемную долю снимаемого материала можно уменьшить.

Ножи имеют следующие размеры:

Ш наружный диаметр D = 0,305 м;

Ш внутренний диаметр d = 0,165 м;

Ш толщина h = 0,016 м.

Вес снимаемого при шлифовке материала

Н = р Ч с Ч к Ч (D2-d2)/2, (24)

где с - плотность стали, кг/м3;

к - толщина снятого слоя, м.

Н1 = 3,14 Ч 7800 Ч 0,0007 Ч (0,3052-0,1652)/2 = 0,564 кг;

Н2 = 3,14 Ч 7800 Ч 0,00018 Ч (0,3052-0,1652)/2 = 0,145 кг

Эффект, полученный за счет экономного использования материальных ресурсов рассчитывается по формуле

Эм = (Н12) Ч Цм, (25)

где Н12 - нормы расхода материальных ресурсов по старой и новой технологии на единицу выпускаемой продукции;

Цм - цена ресурса, руб./ед.

Эм = (0,564-0,145) Ч 65 = 27,24 руб/ед.

Таким образом, при производстве каждой единицы продукции затраты сократятся на 27,24 руб.

7. Безопасность проведения экспериментальных исследований

7.1 Общие мероприятия по безопасности жизнедеятельности

Все исследовательские работы, представленные в данном дипломе, проводились в металлографических лабораториях. В связи с этим необходимо предусмотреть создание благоприятных условий для проведения экспериментов на рабочем месте.

Создание комфортных метеоусловий. Микроклимат на рабочем месте в помещении лаборатории нормируется с учетом температуры воздуха, его относительной влажности и скорости движения. Основным показателем является температура; влажность и вентиляция - сопутствующие показатели усиливающие ее действие. Рекомендуется периодически корректировать параметры системы отопления с учетом времени года. Регулирование воздушной среды осуществляется с помощью вентиляции. Для уменьшения подвижности воздуха устраняются возможные причины возникновения сквозняков (открытые форточки, зазоры между рамами и др.).

Условия освещения. Для создания благоприятных условий труда важное значение имеет рациональное освещение. Неудовлетворительное освещение затрудняет проведение работ, ведет к снижению производительности труда и работоспособности глаз. Для создания естественной освещенности в здании используют световые проемы в стенах (окна). Электрическое освещение необходимо для проведения работ в темное время суток или в местах без достаточного естественного освещения. В качестве искусственных источников света рекомендуется использовать лампы накаливания и люминесцентные лампы. Принимаем освещение двух видов: рабочее (для проведения работ в обычных условиях) и аварийное (для временного продолжения работ или эвакуации работающих при внезапном отключении рабочего освещения). Аварийное освещение предусматривается с независимым источником питания или автоматическом переключении на него при аварии.

Защита от шума. При проведении металлографических исследований используется различное оборудование (шлифовальные и полировальные станки, электронный микроскоп), эксплуатация которого сопровождается шумом. Шум вызывает изменения в нервной системе, оказывает влияние на психику человека, сердечно-сосудистую систему, ухудшает сон. Работа в условиях постоянного шума может вызвать головную боль, головокружение, ослабление внимания. Шум является причиной быстрого развития утомления и снижения работоспособности. Установленный в лаборатории уровень звукового давления при частоте 1 000 Гц составляет 60 дБ - при шуме, возникающем внутри помещения, и 45 дБ - при шуме, проникающем извне. Для защиты от шумовых воздействий применяют звукоизолирующие ограждения установок, которые отражают большую часть, падающей на них световой энергии. Например, станки располагаются в местах, отгороженных глухими перегородками от остальной части лаборатории. Также для снижения шума агрегатов используют звукоизолирующие кожухи, в которые заключают их шумящие узлы. Люди, непосредственно работающие у станков, должны использовать специальные вкладыши, типа беруши.

Защита от вредных веществ и пыли. При проведении исследовательских работ возникает потенциальная опасность нежелательного действия на организм применяющихся в работе веществ. Все загрязняющие воздух вещества оказывают вредное действие, если они попадают в организм в количествах, превышающих некоторую пороговую величину; но даже и в меньших количествах они вредны, если находятся в организме в необычных концентрациях или состояниях. Также при работе может возникнуть и непосредственный контакт с вредными веществами. При шлифовании и полировке образцов воздух загрязняется металлической пылью. В связи с многокомпонентным составом исследуемой стали загрязнение воздуха может вызвать различные реакции. Ряд металлов (хром в данной стали) может привести к аллергическим заболеваниям - бронхиальная астма, поражения кожи, глаз, носа и др. Многие металлы, в том числе, железо, ванадий, молибден, кремний, марганец, а также фосфор являются биологическими микроэлементами, находящимися в крови, печени, мышцах в очень небольших количествах (10-3-10-2%). Недостаток или избыток микроэлементов по сравнению с нормальным содержанием приводит к нарушениям тех или иных функций организма. Для предотвращения распространения пыли исследовательская лаборатория располагается в отдельном помещении, изолированном дверью от соседних рабочих мест. Также предусмотрена регулярная влажная уборка для удаления осевших пылевых частиц. При проведении работ возникает необходимость в применении химических соединений различной опасности, в частности для травления образцов (треххлористое железо, пикриновая кислота). Для защиты от вредных испарений предусмотрена местная вытяжная вентиляция, предназначенная для удаления загрязненного воздуха непосредственно от источника образования выделений. Данный вид вентиляции представлен в лабораториях в виде укрытий и вытяжных шкафов. Для очистки воздуха от вредных выделений и продуктов дыхания людей предусмотрена общеобменная приточно-вытяжная вентиляция, воздух для которой забирается из чистой зоны. Дополнительно используются средства индивидуальной защиты. Для защиты рук при работе с травителями применяют кислотоупорные перчатки, которые должны тесно прилегать к коже.

Защита от электрического тока. Причинами поражения электрическим током являются соприкосновение с открытыми токоведущими частями и проводами; прикосновение к токоведущим частям, изоляция которых повреждена; касание токоведущих частей через предметы с низким сопротивлением изоляции; прикосновение к металлическим частям оборудования, случайно оказавшимся под напряжением. Опасность электрических поражений создает работающее от сети оборудование, осветительные приборы и электрическая проводка. Воздействие электрического тока на организм может вызвать различные электрические травмы (электрический ожог, металлизацию кожи, электрический знак и др.), поэтому предусматривают меры защиты от поражения электрическим током. Для сети общего освещения допускается напряжение не выше 220 В. Для защиты от прикосновения осуществляют недоступное расположение токоведущих частей (на высоте, под полом или скрыто в стенах). Незащищенные токоведущие части, к которым возможно прикосновение людей надежно ограждают. Применяемые провода и кабели должны соответствовать условиям эксплуатации оборудования. Для выключения сети при коротком замыкании используют быстродействующие релейную защиту и выключатели, установочные автоматы и плавкие предохранители. Для защиты работающего в случае прикосновения к металлическим частям электрической установки, случайно оказавшимся под напряжением, применяют защитное заземление.

Защита от электромагнитных излучений. Возникающие при использовании токов высокой частоты электромагнитные поля различных частотных диапазонов представляют определенную профессиональную вредность, поэтому необходимо применять меры защиты от их воздействия на организм. Надежным методом защиты является экранирование. Металлические части установок и систем водоохлаждения заземляют, чтобы не допустить поражения током. Провода, кабели и другие токоведущие части ограждают. Должна быть исключена возможность их нагрева. Предусматривают устройства (рубильники, выключатели), обеспечивающие отключение от сети. Обязательна общая вентиляция помещений (с вытяжкой из верхней зоны помещения в рабочую зону). Помещения высокочастотных установок запрещается загромождать металлическими предметами. Должны быть соблюдены требования электробезопасности.

Защита от пожара. Пожары представляют значительную опасность, так как причиняют большие повреждения и материальный ущерб, поэтому предотвращение пожаров является важной задачей. Для уменьшения опасности возникновения и распространения пожаров большое значение имеет рациональное устройство и расположение лабораторий и выходов из них. Обязательно наличие вентиляции, так как ее отсутствие может явиться причиной задымления помещений и затрудняет борьбу с пожаром. В вентиляционных устройствах не должны накапливаться пыли; скорость движения воздуха должна быть такой, чтобы взвешенные в воздухе частицы не оседали. Обязательно наличие оповещающей пожарной сигнализации в здании. Каждая лаборатория должна быть оснащена огнетушителем для устранения начинающегося пожара. В здании обеспечивают возможность быстрой безопасной эвакуации людей в случае возникновения возгорания. Из коридора рекомендуется проектировать, как правило, не менее двух эвакуационных выходов. Пожарную опасность могут представлять электрические устройства в случае перегрузки или короткого замыкания. Для предотвращения этого необходимы: правильный монтаж и эксплуатация сетей и агрегатов, соблюдение правил их эксплуатации. [18]

7.2 Оценка естественной вентиляции лаборатории

Принцип действия общеобменной вентиляции заключается в том, что с помощью вентиляционного воздуха выделяющиеся в помещение вредности удаляются наружу. В соответствии с этим принципом количество подаваемого в помещения воздуха (расчетный воздухообмен) должно обеспечивать разбавление выделяющихся вредностей до допустимых концентраций, а также поддержание допустимых метеорологических параметров воздушной среды на рабочих местах. Если характер и количество вредностей не поддаются учету, то вентиляционный воздухообмен определяют по кратности воздухообмена, представляющей собой отношение объема вентиляционного воздуха к внутреннему объему помещения. [19]

L = V Ч Kр, (26)

где L - необходимый воздухообмен, м3/ч;

V - объем помещения, V = 76,8 м3;

Кр - кратность воздухообмена, Кр = 3,5 ч-1. [20]

L = 76,8 Ч 3,5 = 268,8 м3/ч.

7.3 Оценка искусственного освещения в лаборатории

Искусственное освещение предусматривается в помещениях, в которых недостаточно естественного света. В исследовательской лаборатории искусственное освещение осуществляется с помощью лампы накаливания общего назначения с нормальной световой отдачей (по ГОСТ 2239-60) типа НБ 220-75 мощностью 75 кВТ.

Для оценки искусственного освещения при известном типе, расположении и мощности светильника определим освещенность точек горизонтальной рабочей поверхности Е.

(27)

где Iб - сила света, кд;

б - угол падения света, т.е. угол между лучом и нормалью к освещаемой поверхности б = 23о;

h - абсолютная величина нормали, т.е. расстояние от источника света до уровня расположения поверхности, h = 2,4 м.

Для ламп накаливания

(28)

где F - световой поток, F = 840 лм;

щ - телесный угол, в котором распределено излучение, щ = 4р.

Фактическая величина освещенности равна 9,1 лк, что меньше нормируемой (200 лк [1]), т.е. качество освещения данным источником света не удовлетворяет требуемым условиям. Чтобы нормализовать освещенность необходима установка дополнительных источников света.

Количество ламп накаливания, необходимое для создания освещенности 200 лк определим по формуле

(29)

где Е - минимальная освещенность, Е = 200 лк;

S - площадь помещения, S = 24 м2;

к - коэффициент запаса, к = 1,3;

F- световой поток от одной лампы, F = 840 лм;

з - коэффициент использования светового потока, з = 58%.

Принимаем количество ламп накаливания для создания требуемой освещенности - 13 единиц.

Библиографический список

1. Геллер, Ю.А. Инструментальные стали / Ю.А. Геллер. - М.: Металлургия, 1968. - 568 с.

2. Геллер, Ю.А., Рахштадт, А.Г. Материаловедение / Ю.А. Геллер, А.Г. Рахштадт. - М.: Металлургия, 1975. - 448 с.

3. Гуляев, А.П. Металловедение: учебник для вузов / А.П. Гуляев. - М.: Металлургия, 1986. - 542 с.

4. Позняк, Л.А., Скрынченко, С.И. Штамповые стали / Л.А. Позняк, С. И. Скрынченко. - М.: Металлургия, 1980. - 244 с.

5. Артингер, И. Инструментальные стали и их термическая обработка / И. Артингер. - М.: Металлургия, 1982. - 312 с.

6. Металловедение и термическая обработка стали: справочник. Т. 1. Методы испытаний и исследования / под ред. М.Л. Бернштейна, А.Г. Рахштадта. - М.: Металлургия, 1983. - 367 с.

7. Торопцева, Е.Л. Методические указания по курсу «Теория термической обработки металлов» / Е.Л.Торопцева, В.И. Захаренкова. - Липецк: ЛГТУ, 2003. - 32 с.

8. Гвоздев, А.Г. Лабораторный практикум по материаловедению: учеб. пособие / А.Г. Гвоздев. - Липецк: ЛГТУ, 2002. - 82 с.

9. ГОСТ 5950-2000. Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной стали.

10. Шиммель, Г. Методика электронной микроскопии / Г. Шиммель. - М.: Металлургия, 1991. - 295 с.

11. Лившиц, Б.Г. Металлография: учеб. пособие для вузов / Б.Г. Лившиц. - М.: Металлургия, 1990. - 236 с.

12. ГОСТ 9013-59. Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу.

13. ГОСТ 1763-68. Сталь. Методы определения глубины обезуглероженного слоя.

14. ГОСТ 5639-82. Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна.

15. Brenscheidt, F. The influence of ion energy on the wear behaviour of titanium-implanted silicon nitride ceramics / F. Brenscheidt, W. Fischer, W. Matz, E. Wieser // Surface and coatings technology. - 1996. - №83. - с. 317 - 321.

16. Манюгин, А.П. Методические указания к выполнению экономической и организационной части дипломной работы исследовательского характера / А.П. Манюгин, О.В.Лосева. - Липецк: ЛГТУ, 2002. - 33 с.

17. Богомолова Е.В. Методические указания к выполнению экономической и организационной части дипломной работы исследовательского характера / Е.В. Богомолова, Л.К. Михайловская. - Липецк: ЛГТУ, 2000. - 12 с.

18. Злобинский, Б.М. Охрана труда в металлургии / Б.М. Злобинский. - М.: Металлургия, 1975. - 536 с.

19. Гусев, В.М. Теплотехника, отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха: учебник для вузов / В.М. Гусев, Н.И. Ковалев, В.П. Попов, В.А. Порошков. - Л.: Стройиздат, 1981. - 343 с.

20. Ананьев, В.А. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика / Ананьев В.А., Балуева Л.Н. - Евроклимат, 2003. - 416 с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.