WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

высокой хладостойкостью, прочностью, ударной вязкостью и повышенной свариваемостью. С другой стороны, известно, что увеличение объемной доли углерода приводит к увеличению содержания перлита и упрочнения. Далее, увеличение объемной доли перлита в стали сопровождается уменьшением отношения т/в, происходит более быстрый рост временного сопротивления по сравнению с пределом текучести. Такого рода влияние на упрочнение целесообразно для конструкционных сталей, используемых при N циклов Количество циклов изготовлении несварных конструкций. Известно, что после температурного воздействия сталь обычно приобретает структуру зернистого перлита (рис.4).

Контрольный образец (Ст.3), не подвергавшийся термическому воздействию Образец без огнезащиты после термического воздействия при Т=700 0С, = 120 мин Образец с огнезащитой после термического воздействия при Т=700 0С, = 120 мин Рис.4. Внутренняя микроструктура образцов и гистограммы распределений размеров перлитной фазы Зерна карбидов или цементита могут различаться по размерам: от дисперсных (точечных) до относительно крупных (4-5 мкм). Иногда в зернистой структуре перлита встречаются участки пластинчатого перлита или отдельные пластинки. Возникновение пластинчатого перлита связано с отклонениями от оптимального режима высокотемпературного воздействия. Для некоторых сталей (например, углеродистой эвтектоидной) однородная структура зернистого перлита (без пластинок) образуется только при определенных режимах высокотемпературного воздействия. Тонкие, плотно прилегающие друг к другу пластинки перлита и мелкие карбиды свидетельствуют о режиме недогрева стали при высокотемпературном воздействии, более грубые разобщенные пластинки – о режиме перегрева.

Наблюдается матричная структура, образованная зернами матрицы и частицами структурных составляющих (избыточный цементит и перлит), находящийся в виде полного разобщения отдельных случайных включений. С точки зрения способа размещения элементов структуры в пространстве, она ближе к изотропной. Реальная структура – полидисперсная немономорфная, т.е. состоит из частиц разного размера и различной формы.

По аналогии с аустенитом, влияние величины зерна на свойства стали заключается в том, что чем мельче зерно, тем выше прочность, пластичность и вязкость, ниже порог хладноломкости. Например, уменьшение размера зерна может компенсировать отрицательное влияние других механизмов на порог хладноломкости. Чем мельче зерно, тем выше предел выносливости. Поэтому все воздействия, вызывающие измельчение зерна, повышают конструктивную прочность стали. При укрупнении зерна до 10-15 мкм трещиностойкость уменьшается, а при дальнейшем росте зерна – возрастает. Это может быть связано с очищением границ зерна от вредных примесей благодаря большему их растворению в объеме зерна при высокотемпературном нагреве. После высокотемпературного воздействия получаем: мелкое зерно, частично или полностью устраненные строчечность, видманштеттову структуру и другие неблагоприятные структуры. Сталь получается с низкой прочностью и твердостью при достаточном уровне пластичности. Твердость будет снижаться из-за развития сфероидизации. С одной стороны, измельчение зерна является наиболее благоприятным моментом повышения прочности стали, т.к. при этом одновременно повышается вязкость и понижается склонность к хрупкому разрушению. Прочностные характеристики могут резко возрастать даже при незначительном уменьшении размеров зерен перлита. Это напрямую следует из уравнения Холла-Петча, которое связывает предел текучести с величиной зерна в следующем виде:

т=0Ку/d2, где 0 - сопротивление движению дислокаций со стороны кристаллической решетки; Ку – коэффициент, d – диаметр зерна.

Кроме того, это обусловлено большим вкладом деформационного упрочнения в общую прочность металла. С другой стороны, еще одним важным моментом микроструктуры является разнозернистость, что, в свою очередь, довольно часто плохо сказывается на многих свойствах материала.

В нашем случае, степень разнозернистости перлита в образцах (3-5 штук) разного типа хорошо видна на рис. 5,6,7.

Закономерности совместного действия сразу нескольких механизмов, приводящих к упрочнению или наоборот к разупрочнению, в настоящее время в теории и на практике изучены еще недостаточно глубоко. Чаще наблюдается проявление неблагоприятного влияния повышения количества перлита и усиление степени влияния перлита с уменьшением зерна стали.

В настоящей работе при анализе влияния высокотемпературного воздействия на свойства стали необходимо также учитывать, что воздействие температуры 2500 С соответствует процессу искусственного старения, температуры от 250 до 5000 С приводит по сути к низкотемпературному отпуску, т.е. уменьшает внутренние напряжения.

Воздействие температуры в диапазоне 250 - 5000 С плюс пластическая деформация в виде циклики соответствует термомеханической обработке (своего рода стабилизации), что может привести к повышению условного предела прочности и текучести, а) б) % % 30 20 10 0 123 Тип 123 Тип Рис. 5. Статистика содержания объемной доли перлитной фазы в образцах разного типа (- исходные, 2 - без защиты и 3 - с защитой): а) до циклики, б) после циклики d(max), d (max), а) б) мкм мкм 123 Тип 123 Тип Рис. 6. Статистика максимальной величины зерна перлитной фазы в образцах разного типа (1 - исходные, 2 - без защиты и 3 - с защитой): а) до циклики, б) после циклики а) б) HV HV 200 Тип Тип Рис. 7. Статистика величины микротвердости (HV) в образцах разного типа (1 - исходные, 2 - без защиты и 3 - с защитой): а) до циклики, б) после циклики повышению релаксационной стойкости стали. Кроме того, термоупрочненная сталь Ст.3 в условиях воздействия температуры в диапазоне 200 - 5000 С обладает большой несущей способностью и более надежна в условиях дальнейшей работы при повышенной температуре, что связано с развитием процессов дисперсионного твердения. Температура на поверхности стали с огнезащитным покрытием при температурном воздействии 7000С и выдержке 2 часа не превышала 350-3800С. В этом диапазоне времени прочностные характеристики снижаются незначительно.

Однако для диапазона температур воздействия свыше 5000С процессы разупрочнения идут достаточно быстро.

Четвертая глава посвящена разработке огнезащитного состава для древесины и материалов на его основе и изучению его свойств.

Подбор состава проводился по известной схеме «вяжущее» + «вспучивающаяся добавка» + «специальный наполнитель» (табл. 1).

Таблица Уровень варьирования параметров подбора оптимального состава ОЗС Содержание Уровень варьирования компонентов, % масс.

Графит 5, 7.5, 10, 12.5, 15, 17.5, Кремнефтористый натрий 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.Оксид алюминия 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.В качестве вяжущего выбран силикат натрия. Силикат натрия применяется при изготовлении кислотоупорных и жаростойких бетонов, силикатных красок. Известное свойство силиката натрия отдавать воду при действии повышенных температур дало основание для использования его и как компонента, обеспечивающего вспучивание.

Для изучения влияния плотности силиката натрия на огнезащитную эффективность были проведены испытания образцов толщиной покрытия около 0,3-0,4 мм с плотностью силиката натрия от 1,3 до 1,5 г/см3 шагом 0,05 г/см3.

Результаты при температуре защищаемой поверхности 4000С приведены в табл.2.

Таблица Влияние плотности силиката натрия на огнезащитную эффективность Плотность натриевого Потеря массы Максимальная жидкого стекла, г/см3 образцов, % температура, 0С 1,30 12,7 1,35 8,4 1,40 8,1 1,45 7,8 1,50 6,9 Как видно из табл. 2, для обеспечения требуемых значений огнезащитной эффективности необходимо использование силиката натрия плотностью не ниже 1,35 г/см3.

В качестве вспучивающейся добавки в составе огнезащитного покрытия введен графит, который при действии высоких температур вспучивается в размере от 8 до 240 раз и при взаимодействии с силикатом натрия набухает.

При оптимизации компонентного состава предполагаемого покрытия было рассмотрено относительное содержания графита к жидкому стеклу от до 20% масс. Содержание графита более 15% не целесообразно по экономическим и технологическим соображениям. Увеличение количества графита в общей массе приводит к резкому загустеванию и повышению себестоимости огнезащитного покрытия.

Исследованы и приведены результаты по изучению влияния отвердителя на прочностные свойства огнезащитного покрытия.

Наиболее известным отвердителем для силиката натрия является кремнефтористый натрий.

Для исследования были приготовлены образцы огнезащитного покрытия с содержанием кремнефтористого натрия 5, 15 и 20 % масс.

(табл.3).

Таблица Потеря массы образца в зависимости от содержания кремнефтористого натрия в огнезащитном составе Номер Содержание кремнефтористого натрия, Потеря массы, образца % от массы силиката натрия % масс.

1 0 8,2 5 8,3 15 10,4 20 12,Было сделано предложение о целесообразности использования кремнефтористого натрия до 3 % масс. только в тех случаях, когда технология производства работ по нанесению огнезащиты требует быстрого набора механической прочности покрытием при многослойном нанесении или последующей отделке покрытия (побелке и т. п.).

Наличие в огнезащитном составе кремнефтористого натрия в количестве до 3 % незначительно влияет на качественные показатели при высыхании покрытия и соответственно не сокращает сроки набора прочности, кроме того кремнефтористый натрий является антисептиком для древесины.

Образцы, содержащие кремнефтористый натрий и оксид алюминия от 15 до 20 % масс., в ходе испытания проявляли тенденцию к растрескиванию с потерей сплошности. Для такого типа разрушения характерно быстрое дальнейшее прогревание образцов свыше 300°С, т.е. после периода интенсивной дегидратации, когда значительное количество тепла затрачивается на испарение свободной воды и дегидратации гидросиликатов и добавок.

На основании результатов исследования был предложен новый состав огнезащитной краски (табл. 4). На предложенный огнезащитный состав ОЗК-Д-получен патент Российской Федерации (патент РФ № 2125075), проведен комплекс исследований по изучению огнезащитных свойств.

Таблица Состав огнезащитной краски ОЗК-Д-Компонент покрытия % масс.

Графит марки ГЛ-1 Кремнефтористый натрий Оксид алюминия Натриевое жидкое стекло (ГОСТ 13078-81) Результаты комплексного термического анализа (дериватографии) разработанной огнезащитной краски представлены на рис.8. Общие потери массы при динамическом нагреве со скоростью 5°С/мин составляют 7,6 %. В качестве компонентов, подвергающихся дегидратации (теряющих воду при нагревании) в составе покрытия явились жидкое стекло и графит. Нагревание графита сопровождается потерей низкотемпературной воды в интервале температур от 100 до 400°С с двумя или тремя эндотермическими эффектами на кривой ДТА (см. рис.8).

В исследуемой пробе на дегидратацию графита наложилось обезвоживание силиката натрия, происходящее в несколько этапов: удаление абсорбированной воды, связанной гелем кремнекислоты и дегидратация гидросиликатов натрия.

Вероятно, эффект на приводимой дериватограмме (кривая ДТА) относится к дегидратации силиката натрия и графита.

Рис 8. Кривые термического анализа образца огнезащитного покрытия по дереву ОЗK-D-1:

1 - ТГ-кривая (потеря массы);

2 - ДТГ-кривая (скорость потери массы);

3 - ДТА-кривая (теплота реакции).

атмосфера воздушная стационарная, скорость нагрева – 20 оC Для определения сохранения огнезащитной эффективности огнезащитного покрытия в процессе эксплуатации применили ускоренный метод старения, согласно НПБ 251-98. Испытания проводили на 6 образцах.

Из них произвольным образом отобрали три основных образца, оставшиеся три образца приняли контрольными.

На трех контрольных образцах определяли огнезащитные свойства.

Три основных образца последовательно выдерживали 8 ч в сушильном шкафу при температуре 60 ± 5°С, 16 ч в эксикаторе с относительной влажностью воздуха 100 % при нормальной температуре, 8 ч в сушильном шкафу при температуре 60 ± 5 °С, 16 ч в нормальных условиях. Эти операции составляют один цикл (48 ч). Испытания включали семь циклов по указанной схеме. Во время испытания велось наблюдение за состоянием покрытия. По истечении указанного срока образцы выдержали в нормальных условиях не менее 48 ч.

Определили огнезащитные свойства по формуле (m1 - m2 ) P =, mгде m1 - масса образца до испытания, г;

m2 - масса образца после испытания, г.

Покрытие считается выдержавшим испытание на устойчивость к старению, если сохраняется его целостность (отсутствуют трещины, разрушения, отслаивания и т. д.) и огнезащитные свойства при этом снижаются не более чем на 20 % от значений, определенных для контрольных образцов. Результаты испытаний показаны в табл. Таблица Результаты испытаний на устойчивость к старению краски ОЗК-Д-Номер Потеря массы Средняя потеря Масса, г образца образца массы образцов для испытадо перед после г % г % ний обработки испытанием испытания Основные (состаренные) образцы 1 121,3 136,4 123,3 13,1 9,13,1 9,2 124,1 139,5 126,5 13,0 9,3 123,7 138,3 125,1 13,2 9,Контрольные образцы 4 122,5 137,2 126,2 11,0 8,11,4 8,5 123,4 138,9 127,3 11,6 8,11,6 126,1 141,8 130,2 8,Как видно из табл. 5, огнезащитные свойства снизились на 16 %, это указывает на то, что предложенная краска гарантирует срок эксплуатации не менее 5 лет (ТУ 5717-001-226265-10-99).

Параметры воспламеняемости материала определены по ГОСТ 30402-96.

Чтобы определить параметры воспламеняемости материала при заданных стандартом уровнях, воздействовали на поверхность образца лучистым тепловым потоком от 10 до 50 кВт/м и пламенем от источника зажигания.

Испытания проводили на 15 образцах, имеющих форму квадрата со сторонами 165 мм. Перед испытанием образцы кондиционировались до достижения постоянной массы при температуре 23 ± 2o С и относительной влажности 50 ± 5%.

Усредненные результаты экспериментов по определению групп воспламеняемости образцов древесины приведены в табл. 6.

Таблица Результаты испытаний на определение группы воспламеняемости Номер Темпе- Плотность Время Результаты образца ратура, теплового испытания испытания о С потока, кВт/м1 501 20 15 мин. Вспучивание, пламенного горения не возникает 2 576 30 203 с Вспучивание, растрескивание, пламенное горение 3 610 35 185 с Вспучивание, растрескивание, пламенное горение Древесина, покрытая огнезащитной краской ОЗК-Д-1, относится к группе В2 согласно ГОСТ 30402-96 и по классификации СНиП 21-01-97*-к умеренновоспламеняемой.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»