автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Исследование структуры и свойств оболочковых форм по выплавляемым моделям при их прокаливании, заливке расплавом и кристаллизации отливок

На правах рукописи

АЛАСКАРОВ Нофал Иса огш

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ ПО ВДШАВЛЯЕНШ ЫОДЕЛШ ПРИ ИХ ПРОКАЛИВШИ, ЗАЛИВКЕ РАСПЛАВОМ И КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ОТЛИВОК

05.16.04 - Литейное производство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

# с* ^

Комсомола ск- на- Амуре - 1997

Работа выполнена в Комсомольском-на-Амуре государственном техническом университете (г. Комсомольск-на-Амуре).

доктор технических наук, профессор Евстигнеев А.И.

кандидат химических наук, доцент Петров В.В.

кандидат технических наук, доцент Соболев Б.М.

доктор технических наук, профессор Леушш И. О. (г. Нижний Новгород). кандидат технических наук, Салченко И.Г. (ИММ ДВО РАН г.Комсомольск- на-Амуре)

АО "Амурский судостроительный завод" (г. Комсомольск-на-Амуре)

Защита состоится "26" декабря 1997 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета К 064.70.02 Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета по адресу:

681013, г. Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27, КнАГТУ. '

Ваш отзыв в 2-х экземплярах, заверенный печатью организации, просим выслать по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КнАГТУ.

Автореферат разослан "26" ноября 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Научные руководители:

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

Ведушдя организация:

- 3 -

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

.ттуалышпть ра&оти. Анализ тенденций рааьития_ .технологи----------

•щекик.процессов-формообразования"оболочек показывает, что точ-юсть л чистота поверхности фасонных отливок является одними на главных критериев уровня развития науки и технологии литейного ароиаводства. Рысокие показатели по этим признакам обеспечивают лераагемные ьыооксогнеупорные кегазотворкые литейные оболочковые «йоомы СОФ) по выплавляемым моделям /.ЕМ). м&теркаш которых -не йзаимодепстЕТ'ют е заливаемыми сплавами.

Однако, итливки, получаемые в такие формы, имеют повышенный брак, связанный с ннзксп деформационной устппшЕостыс и трещи-¡ю:. топкость« СФ на различных технологических этапах формообразования и получения отливок.

Одним на ноеых направлений повышения качества, технологических и эксплуатационных свойств СФ по ЕМ является 'структурно-деформационный подход к управлению морфологическим строением и свойствами С® на основе их иерархии структур как отдельных элементов, отдельного слоя или группы слоев, а также оболочки в целом.

Тг-вцюоетойкоеть СФ по ЕМ гзвиеит, главам* обрши:, от их напряженно-деформированного состояния ¡.НДС:) на различны;: этапах форме.образования, снижение ВДС значительно погашает их третинос-топкоеть и сокращает брак отливок по васорам и поверхностным дефектам, Кроме того, известные методы снижения ВДС 03 остаются малоизученными. т.к. нет четких сведений о параметрах различных структур 05 и эффективности их влияния на изменение свойств последних.

Таким образом, актуальным направлением исследования является, определение напряженно-деформированного состояния на каждом атапе форгасбразования 05 и разработка путей его снижения. Наименее изученными в этом плане являются технологические операции прокаливания СФ, заливки их расплавом и кристаллизации отливок, что и послужило основанием для выполнения данной диссертационной работы.

Актуальность работы, которая выполнялась в рамках целевой программы НИР "Дальний Восток России" (.1953 - 1966 :т, п.2.61, является ванной народно-хозяйственной задачей по повышению качества получаемых СФ и отливок-.

Мель и задачи работы. Целью настоящей работы является повышение качества и снижение брака оболочек по трещинам на основе обобщения и развития представлений о механизмах разрушения ОФ на технологических операциях их прокаливания, заливки расплавом и кристаллизации отливок. Для достижения поставленной цели в д".с-сертацнонной работе решались следующие задачи:

- анализ известных методов повышения физико-механических, технологических к эксплуатационных свойств ОФ, и на их основе обоснование выбора направления исследований;

- разработка системно-иерархического подхода к анализу структуры, свойств а качеств составляющих оболочку элементов и 01 в целом;

- управление свойствами и расчет НДС многослойных С*1 при высокотемпературных воздействиях, а именно при их прокаливании, заливке расплавом я кристаллизации отливок численным бескоооди-натным методом;

- экспериментальная проверка теоретических положений;

- развитие представлений о механизмах разрушения ОФ при высокотемпературных воздействиях.

Научная новизна. Предложен системно-иерархический подход к. исследованию структур как отдельных элементов, слоя или группы слоев, а также оболочки в целом в целях управления морфологическим строением и свойствами ОФ.

Выявлены особенности НДС 01 при высокотемпературных воздействиях на основе моделирования процессов заливки расплавом и кристаллизации отливок численным бескоординатным методом.

Установлен механизм влияния температурного перепада между слоями ОФ на трещиностойкость оболочек и его критическая величина, при достижении которой происходит разрушение формы.'

Установлена связь между структурно-морфологическим строением ОФ их качеством и свойствами.

Практическая значимость работы. Разработаны рекомендации по управления термовременными параметрами процессов прокаливания, заливки расплавом и кристаллизации отливок. способствующие уменьшению трещинообраэования в ОФ.

Ра4#аботано программное обеспечение расчета НДС 01 при высокотемпературных воздействиях на основе численного бескоординатного метода.

Разработанные рекомендации по управлению температурными па-

раметрами заливки форм расплавом и кристаллизации отливок прошли опытно-промышленные испытания на Комссмольском-на-Амуре авиаци-онно-производственном объединении им. Ю.А. Гагарина.

Результаты работы внедрены _ в - .учебный—процесс н; кафедре

--------"Машины )Гтехнология литейного производства" Комсомольского-на

-Амуре государственного технического университета по курсу "Специальные виды литья", используется при выполнении научно-исследовательской работе студентами и аспирантами.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты работы обсуждались на международном симпозиуме (P.R.CHIHA, 1993 г,,, 26-й и 27-й научно-технических конференциях студентов и аспирантов КнАГТУ (1996, 1997 гг.).

Автор считает приятней обязанностью особо поблагодарить д.т.н., профессора Одинакова В.И. за оказанное внимание при выполнении данной работы, а также к.т.н., доцента Черномас В.В., преподавателей и сотрудников кафедры МиТЛП КнАГТУ за содействие в выполнении и представлении данной работы.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы из 125 наименований и 2 приложении. Содержит 172 листа машинописного текста, 12 таблиц и 89 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНКЕ РАБОТЫ

Во иведешт обоснована актуальность темы, сформулирована научная новизна, основные положения, выносимые на защиту и практическая значимость работы.

В первой главе рассматривается современное состояние вопроса исследования процессов литье по выплавляемым моделям (ЛЕМ), анализ которого позволил выявить ряд проблем, связанных с низким качеством .025 и получаемых отливок. Приведен анализ тенденции развития патентных исследований по ЛВМ, а также установлены Рта-пы основных приоритетных направлений изобретательской деятельности по данному направленш.

Кроме того, анализ литературных и патентных данных свидетельствует о следующем: '

- основными видами брака отливок являются поверхностные де-

фекты, связанные с ниакими показателями ОФ по прочности, термостойкости, тр-щиностойкости,' газопроницаемости и др. Они связаны с повышенной деформацией, растрескиванием и даже полным разрушением форм иэ кристаллического кварца на основных технологических этапах формообразования л применения оболочек;

- одним из основных направлений повышение качества, технологических и эксплуатационных свойств ОФ по ВМ является структурно-деформационный подход к управлению морфологическим строением 01 на основе иерархии структур как отдельных элементов, отдельного слоя или группы слоев, а также оболочки в целом;

- недостаточно глубоко и всесторонне изучено влияние известных технологических процессов формообразования оболочек на качество и свойства получаемых ОФ, отливок и их НДС;

- существующие методики определения и прогнозирования НДС ОТ достаточно трудоемкие и не всегда охватывает весь спектр возможных температурных воздействий при технологических операциях прокаливания, заливки ОФ расплавом и кристаллизации отливок.

Проведенный анализ показал, что поиск и выбор путей повышения трешрностонкости ОФ ва счет снижение НДС возможен на базе комплексного изучения закономерностей формирования структуры и свойств оболочек в процессе прокаливания, заливки расплавом и кристаллизации отливок. Исходя из этого была поставлена цель и определены задачи исследований.

Во второй главе приведены краткие описания объектов исследований и методик проведения экспериментов. Исследования проводились на экспериментальной базе в лабораториях КнАГТУ (г.Номсо-мольск-на-Амуре), НПО ГИС* (г. Москва). При этом были исследованы:

- физико-химические, физико-механические и технологические свойства суспензии и ОФ (рентгенофазовый анализ, коэффициент линейно-термического расширения,прочность при статическом изгибе, на разрыв, трещиностойкость, пористость);

- трещиностойкость СФ и их НДС при,высокотемпературных воздействиях (операции прокаливания, заливки расплавом и кристаллизация отливок); '

"Научно-производственняе объединение "Государственный институт стекла".

- НДС 05 при их изготовлении и эксплуатации;

- микро- и макроструктуры СФ.

Третья глава посвящена теоретическому исследованию НДС СФ при езливке_их - расплавом и - кристаллизации отливок.

На основе уравнений механики сплошных сред построена математическая модель процесса гатвердеЕания металла после его заливки в многослойную оболочковую форму, слои которой имеют различные физико-механические свойства. Реализация предложенной системы уравн»яий осуществляется численным методом, разработанным профессором Одиноковым В, И. Суть метода состоит в решении дифференциальных уравнений в конечно-разностном виде в среднем по элементу.

Расчетная схеме представлена на рис Л, а фраг»,. нт разбивки 01 и отливки на отдельные элементы на рис. 2.

При разработке математической модели процессов ззли'вки расплава и кристаллизации отливки ставились следующие условия.. Имеем трехкоыпонентяую систему: деформируемая среда (жидкий металл - область 1) - затвердевающая корочка металла (область 2) и ОФ (область 3) - изотропные материалы. Процесс нестационарны:"!. НДС рассматривается кзк плоское деформированное.

На основе теории малых упругопластнческих деформаций я эйлеровой системы.координат составлены систему сравнений для каждой из трех областей. Толщина затвердевшего слоя отливки рассчитывается но уравнения Стефака-Больцмзна, при этом врекя криетал -лпзации г разСиваетея на малые лаги Дтп> На каждом временном ша-

п

г с- Дх!Л вычисляется толшина гатвердевшей корочки: Дп (Д - £ДП).

1

Для решение полученной системы уравнений использовался численный бескоордийатнкй метод., разработанным профессором одшоковым Б.И.

С учетом начальных и граничных условий задачи разработан алгоритм решения задачи. Расчеты выполнены для четырех технологических вариантов заливки и затвердевания алюминиевых и стальных стливгк:

1. - 20 °С, Им» ~ 550 °С;

2. С* - 280 °С, Ьца - £50 °С;

3. ^ - 600 °С, и,* - 350

4. tФ - £0 °С, 1мв - 1550 °С.

С учетом начальных и граничных условий для каждого техноло-

- а

Рис. 1. Расчетная схема процесса заливки и кристаллизации отливки: а -сечение отливки и ОФ в горизонтальной плоскости; б -схема моделирования областей системы; Ж.!, ТМ -жидкий и твердый металл; СЙ -опорный наполнитель.

Ж.

54 » ез | чг | и { во [ вв т т~

53 дг 71 ! 80 . 89 I 98 107 116 « I I 70 79 I 88 : | 97 106 115

во \ % | %! ™! ИI

96

«о . >. , йа \ 95 т

58 I 61 | 76 1 85 | 94 103

105

57

1б

за 47 { $6 85 | 74 { 83 ¡92 { 01

75 I 84 93 I Ш ' I 92 '

37 I 46 I 55 | 64 | 73 I 82 I 91 \ 100 \~l09 1'

114

113

т

Ш.

110

3

Рис. 2. Фрагмент разбивки ОФ и отливки на элементы.

гичеЬкого варианта просчитаны температурные поля з ОФ и затвердевающей отливки, напряжения (бц, 622» бзз), деформации (Е) в них, перемещения слоев (V1, 7$) и гидростатическое давление (Б)

металла на ОФ. _______________________________

Результаты расчетов распределения температур (рис. 3) по слоям 01 показывают, что интервал времени на характер распределение температур влияния не оказывает. В первом слое ОФ при заливке сталью, наблюдается рост температуры в течение первых десяти секунд, во втором слое - сорока секунд, в третьем слое -пятидесяти секунд, с момента заполнение 05 расплавом, после которого температура равномерно уменьшается. На четвертом и пятом слоях увеличение температуры наблюдается до окончания расчетов.

Результаты расчетов напряжений (бц) показали, кто напряжения во всех слоях ОФ отрицательные, причем в порядке уменьшения абсолютных значений они распределяются по слоям оболочки следующим образом: второй, третий, первый, четвертый и пятый слои соответственно. В первом слое наблюдается увеличение напряжений до десятой секунды, после чего, происходит резкое уменьшение до тридцатой секунды. Во втором, третьем и четвертом слоях напряжение увеличивается в течение первых сорока секунд после заливки расплавом. В дальнейшем происходит равномерное, плавное стремление напряжений к нулю. А в пятом слое напряжения минимальны -2х10~3 Ша на протяжении всего процесса.

При расчете напряжений (622) (рис. 4)' й'начальный момент времени в первом и втором слоях ОФ возникают отрицательные напряжения, которые уменьшаются до десятой и тридцатой секунды после заливки соответственно. В первом слое происходит резкое увеличение напряжений до тридцатой секунды. В третьем, четвертом и пятом слоях возникают положительные напряжения, которые увеличиваются в течении десяти, двадцати и тридцати секунд соответственно. В третьем и четвертом слоях наблюдаются резкий скачок напряжений в сторону уменьшения. После тридцатой секунды напряжения во всех слоях ОФ стремятся к нулю.

В результате расчетов напряжений (633) с первого по четвертый слоях в 02 возникают отрицательные напряжения, а в пятом слое - положительные напряжения. После резкого изменение напряжений - до тридцатой секунды с момента заливки О® расплавом, все виды напряжений стремятся к нулю. '

В результате расчетов распределения деформаций (Е) (рис. 5)

Время, сек

Pue.S. Рьсг.редглениз температуры по слоям ОО при заливкг сттыл mpsn Cr.25: 1- в металле; 2- а мроом слог; 3- во втором слог; Í- в третьем спос; 5- в четвертом ское; в- в петом cr.cc

Ёрсыв, сак

Гкс. С Раекредшзкке излреш'лй по слоям О© при галкахе сталью мг^ш i в пгрзем слое; 2- во втором слое; 3- з третьем спос; 4в чя№&;яом слое: 5- в шпом слое

-lino слоям ОФ, показано, что наибольшие деформации возникают в

первом, пятом, втором, четвертом и третьем слоях соответственно. В течении первых тридцати секунд происходит резкое увеличение деформаций, после чего наблюдается уменьшение их значений. Причем. в первом и в пятом слоях скорость падения деформаций несколько увеличивается.

Расчеты перемещений слоев ОФ относительно друг друга (\'i и 7о) показывает, что происходят незначительные сдвиги слоев в течение перрых сорока секунд после заливки 05 расплавсм.

В результате расчетов гидростатического давления металла (G) на, ОФ видно, что резкие изменения давления з слоях Форш возникают в течении тридцати секунд с момента начало' заливки. , В дальнейшем происходит уменьшение давлении во всех слоях 02 до окончания расчетов.

Результаты расчетов показывают, что наибольшие- перепады температур, распределения напряжений, деформаций, перемещений и гидростатического давления возникают между пвргым и вторым слоями ОФ.

Четвертая глава посвящена исследованию трещшостойкости СФ при прокаливании, заливки расплавом и кристаллизации отливок.

Трещиностойкость СФ и качество отливок при ЛЕМ зависят, главным образом, от НДС ОI на раз-гЗтчных этапах формообразования и технологии их применения. Нзиболее опасными технологически)«! операциями с точки зрения трещжообразования, являются процессы прокаливания и заливки С® металлом, что связано с их высокими температурными режимами. В этой связи, особую значимость приобретают исследования температурных реж.„у!оз 'ОФ на этих операциях, поскольку величина и распределение температур существенно влияет на НДС ОФ. Общепринято, что решающее влияние на уровень НДС ОФ сказывает перепад температур (ДТ) по толщине оболочки от её облицовочного слоя до наружного.

Исследования проводили на трех типах этилсшшкатных цилиндрических образцов с 3, 6 и 10 слоями покрытия. Задача исследования - в определении величин и характера послойного распределения температур по сечению ОФ и их влияния на образование трещин.

Режимы прокаливания форм и их температура перед заливкой, варианты 1/2/3/4; начальная температура, °С - печи: 20/1000/1000/1000; формы: 20/20/20/20; конечная температура печи: 50/310/310/310; . продолжительность прокаливания, мин,

500/230/230/230; температура форм перед заливкой, °С, 20/280/600/20; запиваемый сплав - варианты 1/2/3 - АК7Ц9, вариант 4 - Ст. 2БЛ.

Для первого варианта при прокаливании трехслойных образцов характерно последовательное увеличение температур от наружных слоев к внутренним слоям). Термические напряжения незначительны по всей структуре ОФ, т.к. разница температур между слоями составляет 2 - 3 °С.

Шестислойные образцы по характеру распределения температур существенно отличаются от трехслойных. Промежуточные слои ОФ имеют меньшую температуру, чем наружные и внутренние, при этом разница температур между слоями ОФ достигает 30-35 °С.

Для десятислойных образцов температура по слоям ОФ (от наружных к внутренним) распределяется последовательно. Разница температур между слоями 01 составляет порядка 135 °С. '

Для второго варианта прокаливания, когда холодные ОФ помещается в нагретую до 1000 °С печь, характер распределения температур в их структуре идентичен для всех типов образцов, т.е. происходит увеличение температур по всей толщине ОФ (от наружного к внутреннему). Разница температур между слоями составляет 80 °С.

. При прокаливании. ОФ максимальный перепад температур между слоями составил 135 °С, при атом трещин в структуре оболочек не обнаружено.

При заливке ОФ (рис. 6) характер распределения температур по слоям ОФ остается неизменным, а различаются лишь температуры, разница которых между 1-ми и 3-ми слоями макс шаль на и составляет 90 - 530 °С, соответственно. Экспериментально установлен вид и расположения образующихся трещин в структуре образцов ОФ, которые образуются между первым и третьим слоями ОФ, при этом происходит расслоение оболочек. Для чистоэтилсиликатных кварцевых ОФ, областью образования -трещин является граница раздела второго и третьего слоев ОФ, поскольку первый и второй слои образуют монолитную структуру, что й совпадает с теоретическими расчетами. При заливке ОФ по третьему варианту форма существенных термических напряжений не испытывает, т.к. разница температур между слоями не превышает 90 °С. А при заливке ОФ по четвертому варианту, имеет место полное разрушение формы, т.к. перепад температур между слоями составляет порядка 530 °С.

О 100 200 300 400

Время, см

Рис. 5. Распределение деформаций по слоям ОФ при млмме сталью марки Ст.25:1- в первом слое; 2- во втором слое; 3- а третьем ело?; 4-о четвертом слое; 5- в пятом слое

«ы

900 600 700 еда

К 5аа

3

8" 400

Д зоо ню 100 о

(V1

А 1

10 20 30 40 £0 во 70

Время, миа

Рис. 8. Распределение температур ло слоям игесткслойны* ОФ по 2-му вгрпжту:'!- □ металле; I- в персом слое; 3- в третьем слог; 4- а шестом с/юг; 5- в ОН

В результате проведенных исследований можно сделать вывод, что для каждой рецептуры суспензии, вида наполнителя суспензии и обсыпочного материала существует критический температурный перепад между слоями, при достижении которого происходит разрушение Форш. Процесс прокаливании образцов ОФ существенно не влияет на образование трещчн, поскольку перепад температур между слоями не достигает критического. Максимальный температурный перепад между слоями ОФ достигается только на операции заливки форм расплавом.

В пятой главе приведен анализ строения ОФ и влияние различных факторов на дефекты СФ.

Согласно современным представлениям о механизме разрушения композиционных и керамических материалов, . можно утверждать, что качества и свойства ОФ определяются, главным образом, их структурой и связями на границе раздела фаз, составляющих многокомпо- ' нентную систему "связующее-пылевидный напслнитель-обсыпочный материал". Установление ввыиюсеязи между последними компонентами позволит выяснить причины, объяснить природу и механизм образования различных дефектов, а также наметить основные пути и способы их устранения.

Системно-иерархический подход к рассмотрению строения и свойств ОФ ЛВМ покавывет возможнпти и пути целенаправленного изменения структур и физико-механических характеристик каждого структурного уровня и всей ОФ в целом, влияя тем самым на ее качество. Для получения максимального уровня физико-механических свойств ОФ в целом необходимо одновременно воздействовать на все ее структурные уровни.

В работе исследовались структуры и свойства ОФ, изготовленных на основе' наиболее распространенных составов огнеупорных суспензий и технологий их приготовления, применяемых на предприятиях Дальнего Востока.

В качестве объектов исследований взяты ОФ. изготовленные на основе кварцевого песка, этилсшшкатных суспензий на основе ЭТС-40. В качестве растворителя приняты зфиральдегидная фракция С'ЭАФ - серия А) и ацетон (серия В). Суспензии приготовлены как "ыехакйческим, барботажным так и комбинированным способами.

Испытание образцов на изгиб серии "А" представлены в таблице 1. Пористость образцов (К) условно оценивали отношением прочности на изгиб (биаг) после выплавление модели в расплав© * модельного состава (FMC) к прочности на ивгиб сухоуо образца.

Таблица l

Результаты испытании на биаг образцов серии "А"

1,00

1,20

1.1

1 - барботалнгя технология:

2 - механическое перемешивание;

3 - образцы дополнительно пропитывали отходами гальванического

производства.

N ¡Стадии технологического п/п! процесса 1 Оодер-е' МС,масс.?» (пороаок) Содер-9 кварца, % «наг, Ша

после сушки пл £.45

t после ьыплавкн в РМС 23 49 3,93

B> после ПРОКОЛКИ о2 1,55

a) после сушки 38 3,5с

g 6) после выплавки в РМС 16 50 4,61

1 та > 1 ППРЯЙ ?.14

a после сушки 39 4, U'i

Ot 6 после выплавки в РМС Г1 < 30 4,44

в) после прокалки 35 S, 62

и ;<";

Видно, что значение коэффициента К коррелируем с содержавч-

•=•)«• модемного состава (МО) в образце, причем, чем выв? содержа- -икэ МО, котормй заполняет поры образца при выплавлении ''С, тем »иг.» л ;:озффиц>гент К. Уменьшение пористости образна приводи" к увеличении и абсолютных значений биаг на всех стадиях технологического процесса. Введение дополнительной пропитки С© смегл.-о отходов гальванического производства с ортофосфорной кислотой, приводит к сшиеяия пористости образца, что отражается резким снимением в кем количества МО и увеличением значении 6«ег-

В табл. й приведены свойства С®, изготовленных с применением в качестве растворителя ацетона. Несмотря на практически одинаковую пористость образцов 1 и 2 и соответственно равное содержание МС после выплавление в РМС значение оНЭг этих образцов отличаются.

Очевидна, что это различие связано с содержанием кварца в ) этих образцах, причем, чем выше содержание кварца (что в свою/ очерс-дь, связано с вязкостью суспензии), тем выше значения прочности таких образцов. Образец 3, полученный с применением барб/ тарной технологии резко выделяется от предыдущих по всем св параметрам. При наличии высокой пористости и соответственно сокого содержания МС, этот образец по значением 6цЭг не ус;

предыдущим. Это кажущееся противоречие объясняется тем, что при насыщении этилеиликатной суспензии кислородом происходит образование связки иной химической природы.

Таблица 2

Результаты испытаний на бИаг образцов серии "Б"

N п/п Стадии технологического процесса Содер-е МС,масс.% (порошок) Содер-е кварца, % биаг» МПа я РМС К-------- бизг

а) после сушки 94 5,98

1 б) после выплавки в РМС 11 84 8,88 1,48

в) после прокалки 96 2,39

а) после сушки 82 4,43

2 С) после выплавки в РМС 9 74 6,38 1,44

в) после прокалки 80, 1,87

а) после сушки 94 4,22

3 б) после выплавки в РМС 43 51 7,85 1,86

в) после прокалки 90 2,53

Образцы 1 и 2 - механическое перемешивание; 3-е применением барботажной технологии.

Результаты петрографических исследований образцов ОФ серии А, изготовленных с применением механического способа перемешивания суспензии показывают, что образцы обладают четко выраженной слоистой структурой. Причем, количество связок суспензии''между % зернами песка и их адгезионная способность минимальны и низки, что и объясняет их более низкую прочность.

Для 0®, сформированных с применением барботажной технологии, характерна монолитная пористая структура. Количество связок и их адгезионная способность между зернами песка выше чем у слоев, полученных на основе механического перемешивания.

Для образцов, изготовленных комбинированным методом (1-3 .слои барботажным перемешиванием, 4 и 5 слои механическое перемешивание), в изломе также видна слоистость в той части образца, которая сформирована с применением механического перемешивания (прослойка плотная). Для части образца, изготовленной с применением барботажной технологии приготовления суспензии характерна пористая структура (прослойка пористая).

- 17 -ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основе обширного анализа патентно-литературной проработки обоснован выбор направления теоретико-экспериментальных исследований НДС ОФ по ВМ и образования в них трещин.

£. Предложен системно-иерархический подход к анализу структурно-морфологического строения ОФ, который показывает возможности управления физико-механическими характеристиками каждого структурного уровня и всей оболочки в целом, определяя тем самым её качество.

3. Показала возможность и выявлены особенности применения численного бескоординатного метода расчета НДС ОФ на операциях заливки расплавом и кристаллизации отливок, для реализации которого разработано программное обеспечение, внедренное в учебный процесс по курсу"Специальные виды литья",используется при выполнении научно-исследовательской работе студентами и аспирантами.

4. Установлен механизм влияния температурного перепада между слоями ОФ на трещиностойкость оболочек и его критическая величина, при достижении которой происходит разрушение формы. Показано, что для чистоэтилсиликатннх кварцевых ОФ при заливке в них расплавов критическим является температурный перепад в 300 °С и выше. Процесс прокаливания ОФ существенно не влияет на образование трещин, поскольку перепад температур между слоями не достигает критического.

5. Установлена связь между структурно-морфологическим строением ОФ, их качеством и свойствами, т.е. чем выше содержание кварца в ОФ, тем выше прочность ОФ. Введение дополнительной пропитки металлофосфатной связкой приводит к увеличению прочности ОФ. Для ОФ, изготовленных с применением механического перемешивания суспензии характерна четко выраженная слоистость структуры, а для барботажной технологии - мелкопористая монолитная структура. Причем, количество связок между зернами песка и их адгезионная способность в этом случае существенно больше, чем при механическом перемешивании.

6. Разработанные рекомендации по управлению температурными параметрами прокаливания, заливки форм расплавом и кристаллизации отливок прошли опытно-промышленные испытания н-. Комсомольском-на-Амуре авиационно-производственном объединении им. Ю.А. Гагарина и показали свою работоспособность.

- IB -

Основное содержание диссертации изложено в следующих печатных работах:

1.' Yevstigneyev A.I., Petrov V.V., Alaskarov N.I. Struktural and Deformation Approach to Properties Control of investment Shell Molds // Proceeding of the Internutional Symposium on Coul Technology: Тезисы докл. - P.R.China. - 1993. - S. 426-42?.

2. Евстигнеев А.И., Петров В.В., Тышкевич В.H., Аласкаров H.H. Управление структурой и свойствами оболочковых форм по выплавляемым моделям // Совершенствование процессов формообразования в литейном производстве: Комсомольск-на-Амуре: Комсомоль-ский-на-Амуре полит, ик-т, 1994. с.107-110.

3. Евстигнеев А.И., Черномас В.В.. Аласкаров Н.И. Напряженно-деформированное состояние керамических о6олочкоеых форм и ~у-ществующне методы его снижения // Новые литейно-металлургическпе процессы и сплавы: Комсомольск-на-Амуре: Комсомольский-на-Амуре гос. техн. ун-т, 1955. с.30-104.

4. Евстигнеев A.M., Чижиумов С.Д., Аласкаров Н.И., Черномас В.В. Расчет напряженно-деформированного состояние литейных форм при термической нагрузке //Проблемы надежности и обработки, создания новых материалов и технологий для предприятий Дальнего Востока:. Комсомольск-на-Амуре:. Комсомольский-на-Амуре гос. техн. ун-т, 1996. с,121-131.

Б. Евстигнеев А.И,, Аласкаров Н.И. Влияние температурного режима прокаливания и заливки оболочковых форм металлом на их трещиностоикость //Научно-техническое творчество аспирантов v студентов.: Тезисы докл. 27-й научн.-техи, конф.:. Комсомола ск-на-Амуре:Коме омольс кий-на-Амуре гос. техн. ун - т, 1997. с. 17.

6. Евстигнеев А.И., Петров В.Б., Аласкаров Н.Й., Черномас В.Е. Температурные особенности оболочковых форм но выплавляемым моделям при их прокаливании и заливке металлом // Прикладные ва-дачи механики деформируемого твердого тела: Владивосток: ИМиМ ДВО РАН, 1997. с.159-162.

7. Евстигнеев А.И., Петров В.В., Аласкаров Н.И., Черномас В.В., Одинокое В.И. Трещиностоикость оболочковых форм //Литейное производство, 1997. N7. с.27-28.