К.т.н.Исмаилов Н.Ш., М.М.Абдуллаев
Азербайджанский Технический
Университет
Получение
машиностроительных отливок в формах из местных материалов
Анализированы особенности образования характерных
дефектов и разрушения форм, а
также меры по их предотвращению при
серийном производстве отливок. Разработаны научно-обоснованные рекомендации
для получения чугунных и стальных отливок мелкого и среднего развеса без
пригара и просечек в формах с частичным
использованием местных кварцевых песков и бентонитов.
Рассмотрено
термомеханическое взаимодействие отливки и формы, и уточнен механизм
образования пригара на поверхности машиностроительных отливок. Подтверждено,
что причиной поверхностных дефектов отливок являются глубокие физико-химические
превращения смесей, их наполнителей и связующих при различных условиях
прогрева формы.
Выявлены особенности разрушения песчано-глинистых смесей
различного состава. Установлено, что несмотря на определенную разницу в
характере разрушения формовочные смеси сходны с хрупкими материалами и
сопротивляются сжатию значительно лучше, чем растяжению. Определено, что ФС
разрушаются преимущественно как хрупкие тела, у которых относительная деформация
не превышает и чувствительны к
местным напряжениям. Рекомендовано использовать обобщенный критерий для количественной
оценки хрупкости формовочных смесей.
Для значительного повышения термостойкости смесей
предложены добавки: до 0,003…0,1% РБЕ, до 1,0% ЛСТ, железной руды (2…3%) и графита (0,2…0,5%). Для
полного и достоверного прогнозирования образования поверхностных дефектов по
вине литейных форм обоснована необходимость совместного изучения прочностных и деформационных
свойств смесей .
Промышленными испытаниями
установлено, что местные кварцевые пески и бентонитовые глины при определенных
условиях могут быть применены в качестве формовочных материалов в литейном
производстве. Промышленные испытания проведены в условиях ОАО
«Электроцентролит» при серийном производстве чугунных отливок, Бакинского
сталелитейного завода, СПО «Каспморсудоремонт» и на некоторых других машиностроительных
заводах.
Разработана технология получения чугунных и стальных
отливок мелкого и среднего развесов в формах из единых и облицовочных ПБС с противопригарными
добавками с удовлетворительной чистотой поверхности. Песчано-бентонитовые смеси
рекомендованы для внедрения в производство чугунных отливок машиностроения.
Выдвинуты научные положения и концепции повышения
качества литейных форм из песчано-глинистых смесей (ПГС), заключающиеся в
разработке эффективных методов физико-химического воздействия и поиске
доступных наполнителей и связующих, уменьшении их расхода, использовании
местных природных ресурсов и отходов промышленности; разработке оптимальных составов
и регулировании свойств формовочных смесей и внедрение эффективных технологий
получения машиностроительных отливок.
Установлено, что формирование физико-механических свойств
ПГС происходит с образованием коагуляционных структур за счет капиллярных сил и
адгезии жидкой фазы связующего и зерен наполнителя. Для расчета прочности
коагуляционных контактов предложена формула определения
стягивающей силы при наличии капиллярно-стыковой влаги. Определено, что
адгезия между связующим и наполнителем формируется только в некоторых активных
центрах поверхности зерен при наличии смачивания за счет дисперсионного или
химического взаимодействия. Выявлена определяющая роль структурных факторов
при формировании физико-механических свойств ПГС.
Установлено, что ПГС относятся к материалам с практически
линейными диаграммами деформирования, и поэтому при малых толщинах облицовочного
слоя ( мм) вероятно
хрупкое разрушение, а при мм предпочтительны двухслойные формы. Исходя из этого положения
определена взаимосвязь конструкционной прочности и точности литейной формы с
помощью модели упруговязкой среды при переходных режимах деформирования. В
условиях непрерывного нагрева до 1773 , при постоянных температуре (1273 ) и нагрузке ( H/м2) экспериментально определена
кинетика изменения прочности и деформационной способности ПГС. Предложена двухмерная
реологическая модель, учитывающая перемещение смеси и позволяющая расчет
параметров процесса уплотнения форм.
Исследованы основные физико-химические, минералогические
и технологические свойства кварцевых песков Азербайджана. На основе полученных
результатов перспективными признаны пески Адживелинского, Сулутепинского,
Гекмалинского и Зейндского месторождений. Причиной пониженной прочности и
малой огнеупорности местных песков признана недостаточно ровная и чистая
поверхность, содержащая галлуазит и тонкие аморфные пленки, препятствующие
образованию прочных связей.
Предложена
методика обработки песков фтористым аммонием () в комплексе с соляной кислотой (), повышающая эффективность взаимодействия пленочными
образованиями. Установлено, что после очистки песков, содержание в них
глинистых составляющих снижаются с 11,8 до 2,8, органических веществ с – 1,33
до 0,7, карбонатов с 5,3 до 0,5, а оксидов железа – с 3,5 до 0,8%. Для экономии
кварцевых песков разработана технология применения пористых огнеупоров (зольный
гравий с размерами зерен 0,5…2 мм и керамзита 0,5…2,5 мм) для изготовления
оболочковых форм и ленточных стержней.
Изучены физико-химические,
минералогические и технологические свойства перспективных месторождений
бентонитов Азербайджана. Достигнуто улучшение технологических свойств местных
бентонитов за счет механохимической и термической обработки непосредственно в
процессе измельчения. Вводимые добавки не превышают 1%, а время обработки – 2…3
мин, при этом обеспечивается качество
порошков, соответствующее маркам и .
Установлена взаимосвязь термостойкости и расхода бентонита в смесях,
связанная с температурой потери
гидроксильной воды, обусловленной термической устойчивостью. Для повышения
термостойкости разработана методика фиксирования бентонитов с мелкодисперсными
частицами диоксида титана. С применением дефлокулянтов фосфата и силиката
натрия ( и ) получены жидкоподвижные бентонитовые суспензии, позволяющие
снизить расход порошков и запыленность цеха.
На основе местных бентонитов с
добавлением 0,5 % поливинильного
бутирала синтезирован стабилизатор спиртовых противопригарных
красок. Способом ионного обмена
получены – бентониты,
обуславливающие высокую набухаемость и седиментационную устойчивость противопригарной
краски для разовых и металлических форм. Разработаны типовые составы
формовочных смесей различного функционального назначения с применением местных
кварцевых песков и бентонитов. Методом
планирования экспериментов определены оптимальные физико-механические и
технологические свойства ПБС, обеспечивающие получение качественных литейных
форм в серийном производстве.
Уточнены
механизмы образования и разработаны обоснованные рекомендации по
предотвращению поверхностных дефектов на отливках мелкого и среднего развеса.
Установлено, что местные кварцевые пески и бентониты при определенных условиях
могут быть применены для изготовления литейных форм.