Кафедра ливарного виробництва чорних та кольорових металів

Національний технічний університет України "КПІ ім. Ігоря Сікорського"

Українська (UA)Русский (RU)English (UK)Deutsch (DE)
FacebookTwitterGoogle+

Сначала думать, потом говорить.


Знайшли помилку в тексті? Виділіть текст, натисніть Shift+Enter і відправте нам повідомлення.

Набока Вікторія Олександрівна

Стрижневі суміші які зміцнюються при взаємодії ортофосфорної кислоти з компонентами наповнювача

Об’єкт дослідження– нові неорганічні зв’язувальні компоненти для стрижневих сумішей, які зміцнюються під час нагрівання.

Мета роботи – встановлення параметрів теплової взаємодії виливків із стрижнями на основі кварцового і цирконового наповнювачів, та дослідження нових неорганічних зв’язувальних компонентів, які утворюються при взаємодії цих наповнювачів з ортофосфорною кислотою.

Методика дослідження – теплові розрахунки процесів контактної взаємодії ливарних стрижнів із сталевими виливками різних розмірів; сучасні методи рентгеноструктурного та термогравіметричного аналізу, растрової електронної мікроскопії; планування експериментів та оптимізація складу сумішей за номограмами; стандартні методи визначення технологічних та робочих властивостей сумішей.

Результати та їх новизна – отримано нові дані щодо розподілу температур у стрижнях із різними вогнетривкими наповнювачами під час твердіння сталевих виливків, на основі яких сформульовані вимоги до стрижневих сумішей; розроблені суміші із заданими властивостями.

Основні показники – досліджені суміші мають у своєму складі нові неорганічні зв’язувальні компоненти – пірофосфати кремнію та цирконію, зміцнюються в оснащенні при 300…350 оС, характеризуються міцністю при стисканні не менше 2,5 МПа і обсипаємістю не більше 0,6 %.

Ступінь впровадження – лабораторні випробування при виготовленні стрижнів у гарячому оснащенні для виливків із залізовуглецевих сплавів.

Область застосування – альтернатива стрижневим сумішам з органічними зв’язувальними компонентами при отриманні широкої номенклатури виливків із залізовуглецевих сплавів.

Прогнозні припущення щодо розвитку об’єкта дослідження – прискорення процесів зміцнення сумішей, розроблення технологічних інструкцій на виготовлення стрижнів, промислове впровадження.

Актуальність теми. Основними завданнями ливарного виробництва є забезпечення високої розмірної точності та якості поверхні литих деталей. При використанні лиття у піщані форми розплав контактує із формувальним матеріалом, що значною мірою впливає на формування поверхні виливка. Важливим фактором є температура взаємодії виливка з формою а також розподіл температур у стрижні. Це впливає на зміну його технологічних та робочих властивостей ( податливість, газотвірність, вибиваємість, тощо).

На сьогодні немає чітких даних щодо температур, які досягаються у ливарних стрижнях з різними наповнювачами під час контакту із виливками різних масових груп. Виходячи з цього, відсутні теоретичні передумови для вірного вибору складу стрижневої суміші для отримання конкретної номенклатури виливків.
Холоднотвердні суміші із смоляними зв’язувальними компонентами, які переважно використовуються для отримання стрижнів, здатні забезпечити належну якість литва лише за певних умов. Для складних тонкостінних виливків або крупних виливків із залізовуглецевих сплавів технологічно доцільно застосовувати неорганічні зв’язувальні компоненти, кількість яких обмежена. Тому актуальним є розроблення нових неорганічних зв’язувальних компонентів, а також рекомендації щодо області їх застосування залежно від точно визначених параметрів теплової взаємодії ливарних стрижнів із виливками.

Мета роботи і задачі дослідження. Метою роботи є є встановлення параметрів теплової взаємодії виливків із стрижнями на основі кварцового і цирконового наповнювачів, та дослідження нових неорганічних зв’язувальних компонентів, які утворюються при взаємодії цих наповнювачів з ортофосфорною кислотою.
Мета досягається через вирішення ряду задач:
1. Провести аналіз методів розрахунку контактного теплообміну між виливками і стрижнями та встановити числові характеристики зміни температурних полів у стрижнях із кварцовим і цирконовим наповнювачами в процесі твердіння і охолодження виливків.
2. Спрогнозувати можливості використання стрижневих сумішей із різними зв’язувальними компонентами для виготовлення виливків із залізовуглецевих сплавів.
3. Дослідити процеси утворення фосфатних зв’язувальних компонентів при взаємодії ортофосфорної кислоти з вогнетривкими наповнювачами кварцового і цирконового класу.
4. Визначити фазовий, мінералогічний склад і термічну стабільність отриманих зв’язувальних компонентів.
5. Встановити оптимальний склад і режим зміцнення стрижневої суміші, в якій реалізована взаємодія ортофосфорної кислоти з цирконовим наповнювачем.
6. Провести лабораторні випробування та дати рекомендації щодо застосування розробленої стрижневої суміші.

Об’єкт дослідження. Нові неорганічні зв’язувальні компоненти для стрижневих сумішей, які зміцнюються під час нагрівання.

Предмет дослідження. Розподіл температур у ливарних стрижнях із кварцовим і цирконовим наповнювачами під час твердіння сталевих виливків; будова і властивості нових фосфатних зв’язувальних компонентів, властивості стрижневих сумішей на їх основі.

Методи дослідження. Використано комбінований метод розрахунку зміни температур у різних зонах ливарних стрижнів ( на основі формул Баландіна та Стефана-Шварца). Для дослідження процесів утворення і властивостей нових зв’язувальних компонентів використано рентгенофазовий, диференційний термогравіметричний аналізи та растрову електронну мікроскопію. Визначення властивостей стрижневих сумішей здійснено при використанні композиційних планів експерименту, а оптимізація складу що номограмами. Лабораторні випробування сумішей включають заливання чавуном, вуглецевою та легованою сталлю.

Наукова новизна отримання результатів:
1. Отримано нові дані про теплову взаємодію сталевих виливків із ливарними стрижнями на основі кварцового і цирконового наповнювачів і показано переваги неорганічних зв’язувальних компонентів при отриманні виливків із мінімальними (4 мм) і максимальними (100 мм) товщина ми стінок.
2. Встановлено взаємозв’язок між робочими властивостями сумішей з пірофосфатами кремнію та цирконію ( газотвірність, залишкова міцність, вибиваємість) та будовою і термічною стійкістю вказаних зв’язувальних компонентів.

Практичне значення отриманих результатів. Результати теплових розрахунків можуть розглядатися як теоретична основа для вибору зв’язувального компонента стрижневої суміші, в залежності від очікуваного розподілу температур по перерізу стрижня. Розроблені нові зв’язувальні компоненти (пірофосфат кремнію та цирконію) призначені для отримання стрижнів у гарячому оснащенні і можуть успішно замінити смоляні зв’язувальні компоненти. Запропоновані в роботі суміші можна рекомендувати для отримання стрижнів при виробництві виливків із залізовуглецевих сплавів.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 7 друкованих праць: одна стаття у фаховому виданні, та 6 тез конференцій. Матеріали роботи доповідалися на конференціях: «Нові матеріали і технології в машинобудуванні» (м. Київ, 2013, 2014, 2015, 2016 рр.), «Литьё-2015» (м. Запоріжжя, 2015 р.) та «Перспективные технологии, материалы и оборудование в литейном производстве» (м. Краматорськ, 2015 р.).

 

03056, м. Київ - 56, вул. Політехнічна 35, корпус 9, поверх 4. Тел.: +38(044)204-82-16. Кафедра ЛВЧКМ КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2010-2017©

Розробка: shevchuk.ua