Кафедра ливарного виробництва чорних та кольорових металів

Національний технічний університет України "КПІ ім. Ігоря Сікорського"

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

84. Плох тот руководитель, который начинает с поиска „объективных” причин.


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

Кеуш Дар’я Вікторівна Стрижневі суміші з неорганічними зв’язувальними компонентами і комбінованим наповнювачем для виготовлення виливків із залізовуглецевих сплавів

Робота виконана на кафедрі ливарного виробництва чорних і кольорових металів Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Лютий Ростислав Володимирович, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», доцент кафедри ливарного виробництва чорних і кольорових металів

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, профессор Пономаренко Ольга Іванівна, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», професор кафедри ливарного виробництва

кандидат технічних наук, доцент Федоров Микола Миколайович, Донбаська державна машинобудівна академія, доцент кафедри технології і обладнання ливарного виробництва

Актуальність теми. Підвищення вимог до якості машинобудівної продукції, в тому числі литих заготовок, зумовлює розроблення нових і удосконалення існуючих технологій виготовлення виливків. Деталі із залізовуглецевих сплавів отримують у разових піщаних формах, під час використання яких проблеми якості поверхонь і точності розмірів є найактуальнішими. Питання якості форми (стрижня) та виливка необхідно вирішувати комплексно.

Більшість ливарних стрижнів виготовляють із холоднотвердних сумішей (ХТС). У гарячому оснащенні виготовляють не більше 5% усіх стрижнів. Сьогодні в ливарних цехах є велика кількість устатковання, призначеного для роботи з гарячим оснащенням, яке не використовується повною мірою. При цьому кількість розроблених сумішей, враховуючи економічні та екологічні аспекти, для реалізації даної технології обмежена.

У сучасних стрижневих сумішах використовують великий спектр зв’язувальних компонентів (ЗК), які відрізняються за хімічною номенклатурою та за способами зміцнення. Особливе місце серед них займають фосфати. Завдяки ряду цінних властивостей вони знайшли використання як термостійкі та корозійностійкі покриття, клеї, електроізоляційні та жаростійкі матеріали.

На даний час накопичений великий обсяг інформації щодо фізичних, хімічних, теплофізичних та інших властивостей сполук фосфору, створено численні матеріали на базі ортофосфорної кислоти, алюмофосфатного та алюмохромфосфатного ЗК.
Порошкова складова цих композицій представлена чистими оксидами або складними оксидними сполуками, які є дефіцитною та високовартісною сировиною.

У ливарному виробництві можливості цих матеріалів майже не використовують, тому що високоміцних фосфатних зв’язувальних компонентів на основі доступної та недорогої сировини практично не розроблено.

Важливою перевагою ортофосфорної кислоти є здатність утворювати вогнетривкі сполуки з багатьма класами наповнювачів: оксидами, силікатами, алюмосилікатами. Отже, актуальною задачею є розроблення нових зв’язувальних компонентів для стрижневих сумішей на базі ортофосфорної кислоти і недефіцитних неорганічнихматеріалів з високим рівнем фізико-механічних властивостей, які забезпечують виготовлення якісних виливків із залізовуглецевих сплавів.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну роботу виконано на кафедрі ливарного виробництва чорних і кольорових металів НТУУ «КПІ» у рамках таких науково-дослідних робіт: № 2632п «Розроблення методології прогнозування структури і властивостей металу у виливках із сплавів на основі заліза з високим вмістом хрому» (номер держреєстрації 0113U000649); №2851п «Технологічні особливості прогнозування властивостей розплавів і структури металу виливків для роботи в екстремальних умовах» (номер держреєстрації 0115U000406).


Мета та задачі дослідження. Метою роботи є розроблення стрижневих сумішей шляхом встановлення загальних закономірностей утворення зв'язувальних компонентів під час взаємодії ортофосфорної кислоти із комбінованими наповнювачами для підвищення якості поверхонь і точності розмірів виливків із залізовуглецевих сплавів.

Для досягнення поставленої мети в роботі сформульовані наступні задачі:
1. Виконати аналіз і дати оцінку сучасним зв’язувальним компонентам у ливарному виробництві, в тому числі тим, які використовують для виготовлення стрижнів у гарячому оснащенні.
2. Установити закономірності взаємодії вогнетривких наповнювачів та алюмовмісних сполук різних класів із ортофосфорною кислотою для створення нових зв’язувальних компонентів.
3. Дослідити структуру, фазовий склад та провести термічний аналіз новоутворених зв’язувальних компонентів.
4. Визначити оптимальні способи введення компонентів у стрижневі суміші залежно від типу та властивостей алюмовмісних сполук.
5. Дослідити вплив складу та співвідношення компонентів на фізико-механічні властивості стрижневих сумішей з різними комбінаціями вогнетривких наповнювачів.
6. Розробити оптимальні рецептури стрижневих сумішей, технології виготовлення стрижнів та дати рекомендації щодо їх застосування.

Об’єкт дослідження: процес розроблення, приготування та використання стрижневих сумішей, які зміцнюються в гарячому оснащенні під час взаємодії ортофосфорної кислоти з вогнетривким наповнювачем або іншими компонентами.

Предмет дослідження: фазовий склад і термічні перетворення зв’язувальних компонентів; рецептури, технології приготування, закономірності формування властивостей стрижневих сумішей; виливки.

Методи дослідження: рентгенофазовий та диференційний термічний аналізи, термодинамічні розрахунки, математичне планування експериментів, визначення фізико-механічних властивостей зразків з використанням сучасних лабораторних приладів для випробування сумішей.

Наукова новизна одержаних результатів:
1. Вперше встановлено, що зв’язувальний компонент у стрижневій суміші утворюється при безпосередній хімічній взаємодії вогнетривкого наповнювача (зокрема кварцового піску) із ортофосфорною кислотою. Указана взаємодія відбувається при нагріванні до 250…350 оС і призводить до зміцнення суміші.
2. Вперше в технології виготовлення ливарних стрижнів виявлений новий клас зв’язувальних компонентів – пірофосфати металів, на відміну від раніше відомих ортофосфатів, що мають місце в холоднотвердних сумішах. Досліджено умови отримання та основні властивості пірофосфатів кремнію SiР2O7 та цирконію ZrР2O7, які виявлені рентгенофазовим аналізом як продукти взаємодії в системах H3PO4 – SiO2 та H3PO4 – ZrSiO4. Вони надають сумішам високий рівень міцності при стисканні (більше 2,0МПа) й за даними диференційного термічного аналізу є стабільними до 1000 оС.
3. Установлений вплив типу хімічного зв’язку алюмінію в різних неорганічних матеріалах на умови взаємодії цих сполук з ортофосфорною кислотою та утворення в результаті зв’язувальних компонентів. Показано, що алюмосилікати, в яких алюміній розташований у глиноземистих шарах кристалічної ґратки, при 250…300 оС утворюють зв’язувальні компоненти в аморфній формі. За наявності частинок металевого алюмінію (залежно від їх загальної кількості та розмірів),  які містяться в багатоцільових продуктах, матеріали здатні утворювати зв’язувальні компоненти з ортофосфорною кислотою навіть при нормальних умовах.
4. Вперше для утворення зв’язувальних компонентів у стрижневій суміші при нагріванні до 200…250 оС застосовані поєднання неорганічних солей (нітрату або сульфату) алюмінію з ортофосфорною кислотою. Можливість здійснення взаємодії між цими сполуками теоретично підтверджено термодинамічними розрахунками і експериментально – даними рентгенофазового аналізу, що в результаті забезпечує високий рівень фізико-механічних властивостей стрижневої суміші.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено ряд стрижневих сумішей з новими неорганічними ЗК, які мають міцність при стисканні не менше 2,0 МПа, обсипаємість не більше 0,5%, термічну стійкість до 1000 оС і стабільність в умовах всебічного нагрівання стрижня, мінімальну фізико-хімічну активність до залізовуглецевих розплавів. Суміші зміцнюються під час нагрівання внаслідок хімічної взаємодії їх компонентів, придатні для виготовлення дрібних стрижнів і оболонкових форм за гарячим оснащенням. Викладено практичні рекомендації щодо вибору вогнетривких наповнювачів за їх мінералогічними та гранулометричними характеристиками, а також компонентів, які утворюють зв’язувальну систему (ортофосфорна кислота з пилоподібним кварцом, цирконом, алюмовмісними сполуками). Установлені аналітичні залежності, які пов’язують властивості сумішей у зміцненому стані із їх складом. Розроблені суміші забезпечують виготовлення якісних виливків із чавуну, вуглецевих і легованих сталей без пригару та поверхневих дефектів, із шорсткістю поверхонь 12,5…50 мкм.

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи опубліковано в 37 наукових працях, в тому числі 13 статей у фахових виданнях, з них 4 статті у виданнях, які включені до міжнародних наукометричних баз, 23 тезах доповідей на наукових конференціях та 1 патенті України на корисну модель.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, загальних висновків, переліку використаних літературних джерел (110 найменувань) і 4 додатків. Робота викладена на 177 сторінках, містить
82 рисунки, 18 таблиць. Основна частина дисертації складає 150 сторінок.

Автореферат дисертації

 

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