Литейное производство. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Вакуумно-ультразвуковая обработка самотвердеющих суспензий в художественном литье
Статья научная
В настоящее время для изготовления художественных отливок из цветных сплавов перспективным является литье по выплавляемым моделям в монолитные гипсовые формы. Наибольшее распространение получил Capaco-process, заключающийся в проведении высокотемпературной прокалки форм для удаления модельного состава и увеличения прочности за счёт частичного спекания формовочной массы. Однако остаётся высокой вероятность появления поверхностных дефектов на отливках в виде наростов и наплывов из-за высокой адсорбции пузырьков воздуха на поверхности выплавляемых моделей. Для предотвращения этого применяют дегазацию смеси путём вибровакуумирования, которое проводят в два этапа: после затворения и перемешивания формовочной массы в промежуточной ёмкости и после заливки смеси в опоку с моделью. Вибровакуумирование позволяет в достаточной степени дегазировать невысокие формы для мелких, простых моделей и является малоэффективным при изготовлении сложнопрофильных тонкорельефных художественных отливок. В статье представлен способ изготовления форм из самотвердеющих смесей для литья по выплавляемым моделям. Он основан на использовании вакуумно-ультразвуковой обработки суспензий. Вакуумно-ультразвуковая обработка обеспечивает наибольший эффект дегазации для любых размеров форм. Кроме того, имеющие место акустические течения обеспечивают вывод пузырьков из поднутрений и «карманов» сложнопрофильных, тонкорельефных моделей, что позволяет проводить указанную технологическую операцию в один этап после заливки суспензии в опоку. Для эффективной дегазации самотвердеющей суспензии разработана методика расчета параметров вакуумно-ультразвуковой обработки. В результате появляется возможность управлять процессом их дегазации, что обеспечивает качественное формообразование для производства художественных изделий.
Бесплатно
Взаимодействие химически активных расплавов с материалами керамических форм в вакууме
Статья научная
Для получения точных отливок из химически активных расплавов традиционно используют специальный способ точного литья по удаляемым моделям, состоящий в изготовлении керамических форм на этилсиликатном связующем и дальнейшей заливке расплавом в вакууме. Вместе с тем при формировании отливок ответственного назначения заливкой титановых и жаропрочных никелевых сплавов в вакууме действующая технология вызывает высокий брак из-за выявления различных поверхностных дефектов литья, которые недопустимы при работе деталей в условиях действия многократно повторяющихся перепадов температур и знакопеременных механических нагрузок. Анализ показал, что основной причиной указанной дефектности является отсутствие термохимической устойчивости керамических корундовых форм на этилсиликатном связующем к взаимодействию с заливаемыми титановыми и жаропрочными никелевыми сплавами в вакууме. Возможность получения качественных отливок из химически активных сплавов сводится к использованию в качестве связующего керамических форм материалов, обладающих устойчивостью к термической диссоциации в вакууме при температурах нагрева 1913-1973 К. Для этого предложено использовать бескремнеземное связующее - водный раствор алюмоборфосфатного концентрата. Состав формы, изготовленной по предлагаемой технологии, в которой отсутствует кремнезем, исключил вредное влияние процессов окисления в вакууме на качество отливок из химически активных сплавов. Керамические электрокорундовые формы на алюмоборфосфатном концентрате обладают устойчивостью к термической диссоциации и взаимодействию с заливаемыми в вакууме химически активными металлами. Это позволит снизить дефектность по неметаллическим включениям и повысить качество точных отливок из титановых и жаропрочных никелевых сплавов.
Бесплатно
Влияние ультразвуковой обработки на вязкость водно-глинистых суспензий для песчано-глинистых смесей
Статья научная
Статья посвящена исследованию влияния частоты и времени ультразвуковой обработки на вязкость бентонитовых водно-глинистых суспензий. Объектом исследования являлась бентонитовая глина Зыряновского месторождения Курганской области, на основе которой готовились водно-глинистые суспензии. Полученные суспензии исследовали на условную вязкость, для определения которой использовался вискозиметр ВЗ-2, и динамическую вязкость, которую определяли при помощи ротационного вискозиметра Brookfield Rheo V 2.8. При ультразвуковой обработке дисперсная система условно делится на четыре зоны: зону активного диспергирования твердой фазы, переходную зону, зону волновой и гидродинамической коагуляции и зону устойчивого структурно-реологического равновесия состояния твердой фазы раствора. Показано, что обработка глинистых суспензий ультразвуком вызывает в зависимости от продолжительности и мощности обработки как диспергирующее, так и агрегатирующее действие. Ультразвуковая обработка в течение 15 мин приводит к снижению условной вязкости водно-глинистых суспензий из-за образования периодических коллоидных структур, после чего начинается процесс автокаогуляции. В результате ультразвукового воздействия полем 20 кГц на водно-глинистые суспензии зыряновского бентонита в течение 1, 5 мин происходит уменьшение динамической вязкости вследствие диспергации частиц, а в результате ультразвукового воздействия полем 50, 60 кГц на водно-глинистые суспензии зыряновского бентонита в течение 1, 5 мин происходит увеличение динамической вязкости, что связано с коагуляцией частиц. Установлено, что устойчивость активированных коагуляционных систем к механическим нагрузкам значительно меньше, чем у исходных бентонитовых глин, что позволяет осуществить более равномерное распределение глинистых минералов по поверхности кварцевого песка и обеспечить увеличение количества когезионно-адгезионных контактов и повышение физико-механических свойств смесей при формообразовании.
Бесплатно
Влияние ультразвуковой обработки на вязкость водно-глинистых суспензий для песчано-глинистых смесей
Статья научная
Статья посвящена исследованию влияния частоты и времени ультразвуковой обработки на вязкость бентонитовых водно-глинистых суспензий. Объектом исследования являлась бентонитовая глина Зыряновского месторождения Курганской области, на основе которой готовились водно-глинистые суспензии. Полученные суспензии исследовали на условную вязкость, для определения которой использовался вискозиметр ВЗ-2, и динамическую вязкость, которую определяли при помощи ротационного вискозиметра Brookfield Rheo V 2.8. При ультразвуковой обработке дисперсная система условно делится на четыре зоны: зону активного диспергирования твердой фазы, переходную зону, зону волновой и гидродинамической коагуляции и зону устойчивого структурно-реологического равновесия состояния твердой фазы раствора. Показано, что обработка глинистых суспензий ультразвуком вызывает в зависимости от продолжительности и мощности обработки как диспергирующее, так и агрегатирующее действие. Ультразвуковая обработка в течение 15 мин приводит к снижению условной вязкости водно-глинистых суспензий из-за образования периодических коллоидных структур, после чего начинается процесс автокаогуляции. В результате ультразвукового воздействия полем 20 кГц на водно-глинистые суспензии зыряновского бентонита в течение 1, 5 мин происходит уменьшение динамической вязкости вследствие диспергации частиц, а в результате ультразвукового воздействия полем 50 и 60 кГц на водно-глинистые суспензии зыряновского бентонита в течение 1, 5 мин происходит увеличение динамической вязкости, что связано с коагуляцией частиц. Установлено, что устойчивость активированных коагуляционных систем к механическим нагрузкам значительно меньше, чем у исходных бентонитовых глин, что позволяет осуществить более равномерное распределение глинистых минералов по поверхности кварцевого песка и обеспечить увеличение количества когезионно-адгезионных контактов и повышение физико-механических свойств смесей при формообразовании.
Бесплатно
Возникновение "передува" на жидкостекольных смесях при отверждении углекислым газом
Статья научная
К одним из первых упоминаний о применении жидкого стекла в литейном производстве относятся работы А.И. Жилина, И.Н. Завьялова середины 30-х гг. XX в. В это время отверждение жидкого стекла осуществлялось сушкой, с целью ускорения процесса затвердевания. Внедрение жидкого стекла, отверждаемого химическим путем, в литейном производстве для приготовления форм и стержней в СССР было начато в 1948-1949 гг., что позволило сократить технологический процесс, повысить производительность производства, снизить трудоемкость и значительно уменьшить брак отливок. Но с перечисленными выше положительными чертами при продувке формы углекислым газом литейщики столкнулись с трудностями при применении СО2-процесса. Такими трудностями оказались наличие пригара и затруднительная выбивка стержней, что препятствует активному внедрению процесса химического твердения. Основной причиной недостатков при химическом отверждении оказался передув химического реагента, то есть углекислого газа. Оптимальным и научно доказанным временем отверждения жидкого стекла является стехиометрическое отношение коэффициентов в определенном уравнении реакции. Чрезмерное время продувки жидкостекольных смесей при отверждении углекислым газом приводит к понижению прочности фасонного изделия. Этот недостаток во многом зависит от значительного накопления в формовочной смеси легкоплавкого гидрокарбоната натрия, приводящего к возникновению термического пригара. Одной из причин возникновению термического пригара является появление гидрокарбоната натрия, имеющего низкую температуру плавления, приводящую к легкоплавким включениям, которые и приводят к появлению пригара. Убрать легкоплавкий гидрокарбонат возможно при добавлении в разделительное покрытие растворимых в воде солей меди.
Бесплатно
Выбор и оптимизация химического и фракционного состава стержней для пустотелых лопаток
Статья научная
Повышение требований к литым охлаждаемым лопаткам ГТД и усложнение их внутренней конструкции обуславливает необходимость изыскания новых составов стержневых масс с более высокой прочностью и стойкостью к термическим ударам, химической инертностью к жаропрочным сплавам, малым коэффициентом термического расширения и высокой точностью геометрических размеров. На основе патентных исследований теоретически обоснован и предложен новый химический состав стержневой смеси. С целью оптимизации фракционного состава стержневой смеси проведен анализ способов упаковки полидисперсных частиц в композитных материалах. Из него следует, что большинство рассмотренных методов имеют теоретическую направленность, а предлагаемые расчетные формулы, которые используются при изготовлении технической керамики, бетонов и асфальтов, не могут быть однозначно использованы при изготовлении стержней, так как они не учитывают отличительные особенности формирования фракционного состава стержней. Особенностью строения стержня является наличие каркасообразующих фракций. Они формируют конструкцию стержня, непосредственно соприкасаясь друг с другом в геометрически правильном порядке. От этих фракций зависит размерная стабильность, склонность к усадке и короблению стержня, максимально возможная объемная доля дисперсной фазы В результате разработанной методики выбрана размерная последовательность фракционного состава порошков и расчетным методом проведена оптимизация химического и фракционного состава стержневой смеси. Исследования физико-механических свойств образцов, изготовленных из новой стержневой смеси, показали, что они имеют более высокие свойства, меньшую склонность к короблению, усадке и низкий коэффициент термического расширения по сравнению с серийным составом. Из опытной стержневой смеси были изготовлены стержни для полых лопаток, которые дали положительные результаты. Брак по короблению, слому стержня снижен более чем в 2 раза. Применение смеси позволяет повысить предел прочности стержней при изгибе σизг = 24…26 МПа. Снизить линейную усадку до 0,1-0,2 % и глубину взаимодействия со сплавом ЖС6У до 0, 04-0,06 мм. Новый стержневой состав с оптимизированным химическим и фракционным составом прошел производственную апробацию и рекомендован в серийное производство.
Бесплатно
Выбор рациональных составов шлакообразующих смесей для слябовых криволинейных МНЛЗ
Статья научная
В настоящее время существует большое разнообразие шлакообразующих смесей, отличающихся по химическому составу и свойствам, от правильной работы которых зависит тепловая работа кристаллизатора и качество стальных непрерывнолитых заготовок. Выбор шлакообразующей смеси с оптимальными свойствами позволяет добиться максимальных результатов по качеству готовой продукции и во многом зависит от правильного подбора химического состава смеси с учетом сортамента, производительности и условий предприятия. В связи с этим актуальна разработка рекомендаций по выбору рациональных составов и характеристик ШОС для слябовых криволинейных МНЛЗ, являющихся наиболее производительными. Для разработки рекомендаций по выбору рациональных составов ШОС был проведен анализ производственных данных применения 22 наиболее часто используемых смесей разных производителей, таких как Stollberg, Intocast и др. На основе этого анализа массив из выбранных смесей был разбит на 12 групп под порядковыми номерами и выработаны рекомендации по применению шлакообразующих смесей рационального состава, которые могут быть использованы для разработки технологических режимов при разливке разных групп сталей на слябовых криволинейных машинах непрерывного литья данного типа. С целью выбора рациональных составов ШОС проанализированы сведения об их использовании на криволинейных слябовых МНЛЗ в ПАО «НЛМК», ПАО «Северсталь», ПАО «ММК», АО «Уральская Сталь». На основе изучения опыта работы этих предприятий и литературных данных разработаны рекомендации по выбору рациональных составов ШОС на слябовых криволинейных МНЛЗ, которые могут быть использованы при разработке технологических режимов разливки стали.
Бесплатно
Статья научная
Проведены исследования влияния различных связующих на водной основе: EHT Binder (США), Remаsol (Великобритания), Армосил разных модификаций (Россия, г. Казань) на физико-механические свойства оболочковых форм и глубину альфированного слоя. Определены наиболее перспективные связующие для литья титановых сплавов. Получены данные о взаимодействии порошка АСД-4 с водными связующими и даны рекомендации его процентного соотношения для получения оптимальных свойств. Все керамические суспензии готовились по единой технологии. В смеситель вводили связующее и наполнитель, перемешивали до получения гомогенной массы, доводя до нужной вязкости, и затем на модельном блоке формировали покрытие методом послойного нанесения. Обсыпку блоков осуществляли по существующей в серийном производстве технологии. С целью повышения прочностных характеристик оболочковых форм в суспензию был введен мелкодисперсный порошок алюминия АСД-4 в количестве 5 и 7,5 % от массы наполнителя. Для определения альфированного слоя был использован микроструктурный анализ. Для определения толщины альфированного слоя были изготовлены микрошлифы из образцов с выходом на исследуемые поверхности. Вырезка заготовок для макро- и микрошлифов производилась с помощью абразивных кругов с охлаждающей средой. На основании проведенных исследований разработана технологическая инструкция по изготовлению оболочковых форм на основе связующих Remаsol, Remаsol с добакой 5 % АСД-4, Армосил АМ и Армосил АМ с добавкой 5 % АСД-4.
Бесплатно
Статья научная
Основным материалом для изготовления моделей при литье по газифицируемым моделям (ЛГМ) в настоящее время является литейный полистирол мелких фракций порядка 0,4-0,7 мм. Недостатком этого материала является его достаточно высокая стоимость, что определяет и последующую относительно высокую стоимость отливки, полученной методом ЛГМ. Целью данного исследования являлось изучение возможности замены вторичного полистирола в составе материала для производства моделей при ЛГМ. Суть исследования заключалась в следующем: вторичный полистирол фракции 0,3-0,5 мм смешивается с литейным полистиролом марки T180F в соотношениях от 10 до 50 % по массе шихты. После перемешивания смесь подвспенивается паром и просушивается в течение 15 мин при температуре 30 °С. Затем вспененный полистирол вдувается в пресс-формы, после чего заполненные пресс-формы помещаются в автоклав и выдерживаются до полного спекания гранул полистирола. Готовые модели охлаждаются до комнатной температуры. Затем осуществляется окраска блоков моделей, которая производится в один слой специальным противопригарным покрытием путем окунания в ванну. Сушка окрашенных модельных блоков производится в сушильной камере при температуре 45-65 °С в течение 2,5-3,5 ч. Определено, что при увеличении доли вторичного полистирола до 50 % шероховатость поверхности модели резко возрастает (на 45 % по сравнению с эталоном), что исключает возможность его использования сверх указанного количества. Также были проведены исследования микроструктуры и распределение полей напряженности в отливках, полученных указанным способом. Проведенные анализы показали отсутствие явных внутренних дефектов, таких как пористости, раковины, зоны сегрегации неметаллических включений и дендритного строения. Таким образом, проведенные исследования показали возможность использования вторичного строительного полистирола в составе материала для моделей при ЛГМ. Оптимальным является количество порядка 40, что обеспечивает высокое качество отливки.
Бесплатно
Исследование влияния способа литья на коррозионную стойкость сплава АК12
Статья научная
Работа посвящена изучению кинетики и механизма силумина АК12, полученного литьем в песчаные формы, в кокиль и под давлением, в кислых и щелочных растворах. Исследования проводились методами гравиметрии, титриметрии, фотометрии и микроструктурного анализа. Обнаружено, что образцы, полученные литьем в песчаные формы, имеют крупнозернистую неоднородную структуру с игольчатыми выделениями кремния, а сплав, отлитый под давлением, - мелкозернистую и более однородную. Проанализированы кинетические зависимости коррозионного процесса обсуждаемого сплава, установлен механизм коррозии сплава АК12 в растворах с разным значением рН. Доказано влияние способа литья силумина на его коррозионную стойкость в различных средах: сплав АК12, полученный литьем в песчаные формы, вследствие большей структурной неоднородности подвержен большему коррозионному разрушению по сравнению со сплавом, полученным литьем под давлением. Полученные данные подтверждены результатами фотометрического и титриметрического анализа продуктов коррозии силумина АК12. Отмечено, что коррозия силумина в растворах электролитов протекает по электрохимическому механизму; функцию катодных участков при этом выполняют выделения в структуре зерна кремния, оксида кремния и примеси. Большое внимание уделено влиянию состава коррозионной среды на коррозионное поведение силумина. Установлено, что ванадаты выполняют функцию активаторов коррозионного процесса в кислой среде за счет их высокой окислительной активности, что способствует усилению процесса деполяризации катодных участков и, следовательно, увеличению скорости коррозии. Обнаружено, что сплав АК12, независимо от способа получения, крайне неустойчив в щелочных средах за счет амфотерных свойств алюминия. Приведены результаты исследования коррозионной стойкости сплава в присутствии ингибирующих добавок. Показано, что фосфаты характеризуются высоким защитным действием по отношению к силумину АК12 в кислых средах и не проявляют ингибирующих свойств в щелочных растворах.
Бесплатно
Исследование перспективных составов для отливки медных анодов
Статья научная
Розлив меди в аноды является завершающей стадией огневого рафинирования меди. В настоящее время на медном заводе ПАО «ГМК «Норильский Никель» для предохранения изложниц от быстрого изнашивания и предотвращения приваривания к ней анодов при розливе изложницы поливают раствором термостойкой обмазки на основе диоксида кремния. Слой обмазки, оставшийся на аноде, приводит к увеличению выхода шлама на стадии электролиза, а также к усложнению дальнейшего процесса переработки шлама. В связи с этим целью данной работы являлся подбор обмазки, предотвращающей возможность заражения анодов диоксидом кремния. Таким образом, в работе в качестве огнеупорного наполнителя обмазки использовался материал, не содержащий в своем составе шлакообразующих компонентов, - графит. Поскольку графит плохо смачивается водой, возникает проблема создания суспензии с равномерно распределенным по всему объему графитом. В качестве связующего в данной работе использовались водные растворы поливинилового спирта, лигносульфоната, а также мездрового клея. По результатам исследований отмечается образование газовой пористости и неровностей получаемых анодов при использовании в роли связующего водного раствора лигносульфоната и мездрового клея. Кроме того, по результатам исследований отмечается накопление минеральной составляющей в составе огнеупорного наполнителя при использовании водного раствора лигносульфоната. При использовании в качестве связующего мездрового клея отмечается наличие зловонного запаха, а также повышенный расход данного типа связующего. Таким образом, установлено, что оптимальными свойствами для использования в качестве огнеупорной краски обладает комбинация «поливиниловый спирт - графит». В целях оптимизации технологических параметров использования связующего и огнеупорного наполнителя проведены исследования седиментационной устойчивости, а также кроющей способности рекомендуемой антипригарной краски.
Бесплатно
Статья научная
Современные тенденции развития машиностроения подразумевают использование редких и дорогостоящих материалов во многих его отраслях. Постепенное истощение природных запасов, вызванное масштабным технологическим прорывом в ХХ веке, требует рационального использования оставшихся ресурсов и применения ресурсосберегающих технологий. Изготовление изделия полностью из дорогостоящего или нетехнологичного материала является нецелесообразным ввиду того, что площадь рабочей поверхности относительно площади всей детали зачастую не превышает 20-30 %. Соответственно, объем материала, выполняющего функцию носителя рабочей поверхности, рациональнее всего изготавливать из более дешевых и технологичных конструкционных материалов, отвечающих предъявленным требованиям по выдержке прилагаемой нагрузки. Решение данной проблемы заключается в необходимости создания деталей машин, представляющих собой по своей молекулярной структуре единую систему с отсутствием каких-либо четких границ раздела фаз и градиентным равномерным распределением укрепляющих частиц в теле металла. Математическое моделирование технологических процессов во всех отраслях промышленности необходимо для повышения эффективности производства с точки зрения снижения издержек на устранение результатов неудачных экспериментов, аварийных ситуаций и оптимизации технологических процессов. Вводимая мелкодисперсная керамика в виде карбидов титана, вольфрама, кремния и прочих элементов, придающих рабочим поверхностям стальной отливки уникальные характеристики в части сопротивления термическим и физическим нагрузкам, повышает тем самым их твердость, износостойкость и сопротивляемость повышенным температурам при эксплуатации, в то время как более вязкая и упругая железная сердцевина отливки при наличии в ней градиента упрочняющих частиц обеспечивает стойкость отливки к ударным и знакопеременным нагрузкам. Выполнен обзор существующих математических моделей процесса движения твердых дисперсных частиц в потоке жидкости. Рассмотрены системы, выступающие в качестве аналогов системы взаимодействия «сталь - карбид вольфрама - карбид титана».
Бесплатно
Отечественные краски для литья по газифицируемым моделям
Статья научная
В литье по газифицируемым моделям (ЛГМ) актуальной технологической задачей является предотвращение образования пригара на стальных и чугунных отливках. В результате исследований разработаны соответствующие составы противопригарных модельных красок с использованием рециклинга и наноструктурированных материалов. В их состав помимо «традиционных» добавок (крахмал (загуститель), бентонит (стабилизатор), лигносульфонат технический (связующее и поверхностно-активное вещество), смачиватель ОП-7) входят следующие прогрессивные материалы. Для стального ЛГМ: водный раствор алюмоборфосфатного концентрата, периклаз порошкообразный, наноструктурированный алмазный порошок, электрокорунд белый. Для чугунного ЛГМ: указанные выше материалы, но вместо дорогостоящего электрокорунда - возвратная шихта электродного производства. Основные технологические характеристики разработанных составов противопригарных модельных красок: условная вязкость по ВЗ-6: 18…25 с; остаточная влажность 1…1,5 %, газопроницаемость 40…50 ед. Для особо ответственных отливок предполагается задействовать барботажно-ультразвуковую обработку суспензии покрытия. Воздействие ультразвукового поля в процессе подготовки состава покрытия активирует алюмоборфосфатное связующее, повышает его адгезию к гладким поверхностям сложнопрофильных полистирольных моделей. Применение барботажа одновременно с ультразвуковой обработкой состава покрытия обеспечивает существенное повышение газопроницаемости противопригарного покрытия. Эффективность противопригарных красок определяется снижением брака отливок по газовым раковинам, неточности геометрии, пригару, а также использованием в их составе доступных и экологически безопасных формовочных материалов, что обеспечивает высокую конкурентоспособность продукции. Учитывая повышенные технологические свойства, краски рекомендуются к применению на отечественных и зарубежных предприятиях литья по газифицируемым моделям.
Бесплатно
Статья научная
При изучении поведения хрупких тел, какими являются стержни и формы из синтетических формовочных смесей, при изменении их линейных и/или объемных размеров важная роль принадлежит двум характеристикам материалов - коэффициенту Пуассона и параметру Грюнайзена Gr. Первый из них () характеризует стремление материала сохранять в процессе упругой деформации свой первоначальный объем. Второй - параметр Gr является мерой ангармоничности сил, действующих между атомами (молекулами) твердого тела. На практике используется акустический параметр Grак и термодинамический Grт. Для синтетических смесей важную роль играет Grт, когда в форму заливается жидкий металл и возникает большой градиент температур на границе металл - форма (стержень), усадочные процессы, изменение линейных размеров. В работе предложены оценочно-аналитические выражения для оценки и расчета коэффициента надежности Nd литейных форм и стержней из синтетических смесей с учетом ангармонизма и использования параметра Грюнайзена GrL. Полученные зависимости позволяют прогнозировать возможность получения качественных отливок на стадии расчетов и разработки технологического процесса их изготовления.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается вопрос прочности литейных форм и стержней, в качестве характеристики которой предложено использовать показатель работоспособности. Получены выражения для определения показателя работоспособности Rb литейных форм и стержней из синтетических песчаных смесей с учетом фрактальной размерности наполнителя смесей Fr, коэффициента неоднородности прочностных свойств смесей m в различных участках формы (стержня) и параметра Грюнайзена GrL. Установлено, что показатель работоспособности должен быть в пределах Rb 1,5-3,0 в зависимости от конструкции формы и стержня, что обеспечит изготовление форм и стержней и предотвратит их разрушение в процессе транспортировки и будет гарантировать получение качественных отливок. Разработанная методика оценки служебных свойств форм (стержней) с учетом фрактальной размерности, ангармонизма и неоднородности прочностных характеристик смесей, позволяет на стадии инженерных расчетов, разработки технологического процесса формообразования и заливки установить показатель работоспособности формы как конструкции.
Бесплатно
Процессы образования и предотвращения пригара на стальных отливках
Статья научная
Пригар на стальных отливках, получаемых в неметаллических формах, до сих пор остается актуаль-ной проблемой в литейном производстве. Его удаление связано не только с большими затратами, но и с заметным ухудшением экологии производства. Однако в последние тридцать лет он оказался забытым несмотря на то, что в процессах пригарообразования еще осталось много невыясненного, особенно это относится к роли пригарной жидкости как «носителя» пригарных веществ. Этот вопрос изучен в лабораторных и промышленных условиях, уделено внимание возникновению и развитию пригарной жидкости, ее способности к смачиванию различных формовочных материалов, влиянию кислородного потенциала газовой атмосферы формы на отделение пригара от поверхности отливки. Термометрией форм из разных смесей показан механизм благоприятного влияния таких материалов, как хромит и ему подобных, в состав которых входят тугоплавкие оксиды и кислород в виде оксидов железа. Их влияние не только в том, что повышается скорость охлаждения отливки, скорее, в том, что снижается максимальный прогрев формы, и поэтому затвердевает пригарная жидкость и прекращается продвижение пригара в глубину формы. На основе проведенных исследований и с учетом промышленного опыта представлена концепция образования и предотвращения пригара на стальных отливках за счет повышения температуры плавления пригарной жидкости и снижения температуры максимального прогрева формы. Благоприятное влияние этих параметров на чистоту поверхности проявляется даже за счет введения в смесь легкоплавких компонентов в сочетании с тугоплавкими оксидами.
Бесплатно
Разработка ресурсосберегающей технологии получения крупногабаритных отливок из титановых сплавов
Статья научная
Целью работы является разработка ресурсосберегающей технологии получения крупногабаритных отливок из титановых сплавов деталей авиационного назначения центробежной заливкой в оболочковые формы с использованием связующих на водной основе. В работе приведена технология получения оболочковых форм на основе водного связующего Remasol с добавлением в огнеупорную суспензию 5 % АСД-4 для центробежного литья титановых сплавов. Проведены исследования по определению величины альфированного слоя на реальных отливках. Показана возможность использования оболочковых форм на основе водного связующего Remasol и комбинированных оболочковых форм для литья титановых сплавов. По результатам механических испытаний и исследований альфированного слоя разработана технология изготовления оболочковых форм для литья крупногабаритных отливок. Предложено использовать в качестве связующего для изготовления оболочковых форм связующее Remasol с добавлением в суспензию АСД-4 в количестве 5 %. Для проверки рекомендованных связующих материалов в реальных условиях по разработанной технологии были изготовлены керамические оболочковые формы отливок деталей и залиты совместно с формами, изготовленными по серийной технологии. Заливка блоков производилась в вакуумной электродуговой плавильно-заливочной установке 833Д сплавом ВТ20Л. Для того чтобы все блоки находились в одинаковых условиях, они были помещены в один контейнер. Заливка собранного контейнера проходила без отклонений от серийной технологии. Формы, изготовленные по разработанным технологиям, залились без разрушения. Визуально отливки, залитые в экспериментальные оболочковые формы после отделения керамики, не имели отличий от отливок, залитых в оболочковые формы, изготовленные по серийной технологии.
Бесплатно
Расчет трещиноустойчивости стали 20ХЛ
Статья научная
Трещиноустойчивость стали характеризует запас технологической прочности при охлаждении отливки как превышение напряжениями временного сопротивления разрыву вследствие усадки при различных скоростях охлаждения. Испытания проводили на комплексе физического моделирования термомеханических процессов Gleeble System 3800 при температурах от 1300 до 20 °С, причем образец сначала нагревали до 1300 °С, а затем охлаждали до заданных температур с разными скоростями, после чего проводили испытания на растяжение. Исследования выполнены для стали 20ХЛ при различных скоростях охлаждения. Проведены дилатометрические исследования и найдены критические точки структурных превращений при охлаждении стали 20ХЛ. Выполнены высокотемпературные испытания на установке Gleeble System 3800 на растяжение и определены предел прочности, модуль упругости при температурах до 1300 °С. Проведены испытания на релаксацию и представлены результаты роста напряжений вследствие усадки при различных скоростях охлаждения для защемленного образца, который моделирует условие полного торможения усадки. При изменении размеров кристаллической решетки в переходной зоне при распаде аустенита происходит снижение напряжений. Таким образом, опасными температурами для образования трещин являются температуры начала усадки, начало феррито-перлитного превращения и комнатная температура. Соответственно, запас технологической прочности, то есть трещиноустойчивость стали, возрастает в переходной зоне, а затем снижается в феррито-перлитной зоне. Наивысшие значения напряжений возникают в образцах из двухфазной стали 20ХЛ при двух температурах: температуре начала фазового превращения (tн(γ→α)) и комнатной температуре (20 °С). Однако их уровень не превышает временное сопротивление разрыву σв (t).
Бесплатно
Расчет физико-химического взаимодействия титановых сплавов с материалами литейной формы
Статья научная
Термохимическая инертность форм - одно из основных условий получения качественных отливок из титановых сплавов. Применяемые в литейном производстве огнеупорные формовочные и связующие материалы активно взаимодействуют с титаном. Поэтому термохимическая стойкость форм может быть повышена выбором наиболее инертных по отношению к титану исходных формовочных и связующих материалов и разработкой оптимального технологического процесса. Для оценки возможности взаимодействия титана при заливке в формы с формовочными материалами Al2O3, ZrO2, Y2O3 и связующими на основе SiO2 рассмотрены основные вероятные реакции и рассчитаны изменения изобарно-изотермического потенциала (энергия Гиббса). Рассматривалось протекание реакций при температуре 1700 °С (температура плавления 1668 °С), при условии, что титан находится в жидком состоянии. Исходя из расчетных значений ΔZ (ΔG) рассмотренных реакций показано, что реакция восстановления титаном оксида иттрия, циркония и алюминия термодинамически невозможна. В условиях России экономически неоправданно использование в качестве формовочных материалов окислов иттрия и циркония для получения оболочковых форм при литье титановых сплавов. Появление же альфированного слоя на отливках титановых сплавов при использовании связующего на основе SiO2 вызвано, как показали термодинамические расчеты, протеканием реакций с образованием алюмосиликатов, ухудшающих химическую стойкость формы и ее огнеупорность. Для получения качественных отливок из титановых сплавов экономически целесообразно использование оболочковых форм на основе электрокорунда с обязательной заменой связующих на основе SiO2 на алюмозоли.
Бесплатно
Рафинирование и модифицирование сплавов рециклинговыми наноструктурированными материалами
Статья научная
Современный этап развития металлургии связан с созданием эффективных материало- и энергосберегающих технологий, обеспечивающих комплексное использование сырья. В этом отношении представляется перспективным использование в процессах подготовки литейных сплавов рециклинговых наноструктурированных материалов, таких как высокодисперсный алмазный порошок, являющийся сопутствующим продуктом при получении искусственных алмазов, и мелкофракционные отходы производства электродов. В результате исследований разработаны способы рафинирования и модифицирования чугуна и алюминиевых сплавов указанными материалами. Разработанный способ рафинирования и модифицирования чугуна позволяет устранить пироэффект и повысить физико-механические свойства отливок за счет измельчения зерна и уменьшения склонности к отбелу при кристаллизации расплава. Модифицирование алюминиевых сплавов тугоплавкими частицами наноструктурированного алмазного порошка приводит к измельчению структурных составляющих, в том числе создаются условия для диспергирования упрочняющих интерметаллидов при последующей термообработке таких отливок. В результате существенно улучшаются литейные свойства сплава и физико-механические характеристики отливок. Разработанные способы рафинирования и модифицирования сплавов могут быть использованы в отечественных и зарубежных литейных цехах при изготовлении продукции для нужд машиностроения, металлургии, авиации и других областей промышленности.
Бесплатно
