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.