автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Процессы объемнозамкнутого формообразования на основе стабилизированного кремнезема

2 ОД

/ !!о;1

■ЖАЩШ НАУК ЖРАИШ ¿ПЮ^ГГУТ ПР0ЕЛЕ.1 ЛИТЬЯ

На правах руиогжсн УД£ 621.74«, 045

Кандидат технических иг»утг СЕЖВАНОВ ЮРИЙ АШСАЭДРОВИЧ

.ПРОЦЕССЫ ОБШШЗ/ШНУТОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ НА ОСНОВЕ СТАШИЗИРОВАННОГО КРЕШЕЗЕМЛ

Специальность 05.16.04 -ЛитеПноо производство

Двторефорат диссертации Ш соискание ученой степени

доктора технических наук

Киев - 1993

Диссертация на правах рукописи

Работа выполнена в Одесском политехническом университете

Официальные оппоненты:

.доктор технических наук, профессор СЕМИК Аркадий Павлович доктор технических наук, профессор ЖУКОВСКИЙ Сергей Семенович доктор технических наук, профессор КОЛОТИЛО Даниил Макарович

Ведущее предприятие - НПО"НИИСЛ военно-промышленного комплекса конверсии Украины, г. Одесса,

Защита состоится "26й 1993 г. на

васедашш специализированного ученого совета Д 016.20.01 в Институте проблем литья АН Украины по адресу: г. Киев, проспект Веригдского, 34/1

С диссертацией vozjio ознакомиться в библиотеке Института проблей литья АН Укракш.

Автореферат разослан ю Ч

Ученый секретарь специализированного совет

Г.Лфгандилянц

СВцАЯ ХАА\КГЁРЙСША

Актуальность проблемы. Дальнейшее развитие литейного производства - основной заготовительной базы современного машиностроения связано с совершенствованием процессов формообразования. Эти процессы предопределяют не только уровень механизации и автоматизации производства, но и оказывают непосредственное влияние на условия труда в литейных цехах, на качество, точность и служебные свойства отливок.

й настоящее время в заготовительном производстве Украины преобладают традиционные методы формообразования и только порядка 17 - 19 % от обаего выпуска отливок получают специальными методами литья. Поэтому разработка новых методов формообразования, позволяющих максимально приблизить литые заготовки по геометрической точности к готовым деталям и улучшить их эксплуатационные характеристики, является актуальной проблемой для литейного производства.

Необходимость сохранения экологического баланса процессов формообразования литых деталей с окружающей средой и обеспечения их конкурентноспособности в условиях рыночной экономики придают научным исследованиям принципиально новую направленность.

Среди разнообразных методов формообразования способы литья а силикатные формы с различными органическими связующими наиболее рациональны, однако не отвечают многим требованиям по охране окружающей среды и качеству отливок.

ь этой связи решение проблемы получения отливок с минимальными припусками на обработку и высокими физико-механическими характеристиками литого металла на базе развития обьемно-замкнутого формообразования отвечает целям настоящей работы по коренному улучшению качества выпускаемой продукции и экологии производства, при одновременном энерго- и ресурсосбережении.

Целью диссертации является создание экологически чистых процессов обьемно-замкнутого формообразования на основе стабилизированного диоксида кремния, направленных на снижение энергетических и материальных затрат и получение высококачественных отливок, преимущественно тонкостенных, из черных сплавов.

Основные задачи для решения поставленной цели: I. Изучение кинетики полиморфных превращений диоксида кремния и установление его оптимальных модификаций, улучшающих качество процессов обьемно-замкнутого формообразования.

1

2. Разработка метода стабилизации модификационных превращений 5102 с помощью минерализаторов, формирующих у стабилизированного диоксида кремния связующие свойства.

3. Установление составов и условий получения шликерных композиций на основе стабилизированного диоксида кремния, обеспечивающих оболочковым формам химическую одноосновность и высокие физИко-механические характеристики.

4. Разработка метода керамизации песчаных форм тонкими /2-3 мм/ облицовками, улучшающих качество поверхности и размерную точность отливок.

б. Разработка гидротермального метода получения керамических тонкостенных стержней на бессвязующей основе.

6. Разработка метода обьемной высокоинтенсивной сушки оболочковых форм электрическими полями СВЧ.

7. Разработка технологии получения пенокерамическж фильтров для очистки высокотемпературных расплавов от неметаллических включений.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Процесс тридимитизации кварца с помощью минерализаторов -оксидов селочных металлов, снижающих температуру и время перехода кварца в тридиыит соответственно с 1470 °С до 1300 °С и с

8 час до 40 мин.

2. Механизм формирования связующих свойств стабилизированного кремнезема протонированием его поверхности, последующей конденсацией силанолышх групп и образованием силоксановых связей "бС-О-З;«.

3. Принципы объемно-замкнутого формообразования керамических оболочек на основе тридимитовых суспензий тиксотрсмного разжижения при ограничении жидкой составляющей до уровня 16-22 %, с использованием гидротермального отверждения и объемного упрочнения электрическими полями СВЧ.

4. Технологические основы керамизации песчаных фэрм тонкими облицовками на основе водных суспензий стабилизированного кремнезема.

Научная новизна. Раскрыта кинетякп полиморфных превращений диоксида кремния в присутствии минерализаторов : оксидов щелочных и щелочноземельных металлов. Установлено, что в отличие от классической диаграммы Феннера в равновесных условиях кварц превращается в тридимит через промежуточную фазу метакристобалита.

г

лтионы К+ и /Л?* облегчаат зе перестройку э реяетку тридимита в большей степени,чем катионы Му

Экспериментально доказано, что связующие свойства высокодисперсного стабилизированного кремнезема /СК/ создаются модифицированием, протонированием и последующей полимеризацией его поверх-' ности.

Предложены новые методы обьемно-зачкнутого формообразования. Уточнен механизм образования прочностных контактов при формировании керамической оболочки. Показано, что значения термодинамической, термостатической и остаточной прочности можно регулировать: а/ содержанием оксиди натрия в СК; б/ методом сухого или мокрого помола СК и его дисперсностью; в/ природой к количеством содержания ПАВ в суспензии; г/ объемной сушкой оболочковых форм; д/ тик-сотропным разжижением смеси при формировании монослойных оболочек.

Впервые рассмотрен механизм удаления влаги в формовочных материалах, находящихся в электрическом поле СВ4, разработаны режимы обьемной сушки оболочковых форм. На основе аналитического расчета получены параметры процесса тепломассопереноса с импульсным внутренним источником тепла при наличии внешнего теплоотвода, приведена кинетика процесса формирования и развития внутренних напряжений в оболочковой форме при дискретном и непрерывном воздействии СВ4 энергии.

Разработан новый гидротермальны? метод получения тонкостенных стержней из тонкоизмельченного стабилизированного кремнезема. Рассмотрен процесс перехода дисперсной системы под воздействием перегретого пара из коагуляциоиного в конденсационное состояние.

Разработан новый метод керамизации песчаных форд тонкими облицовками /¿-3 мм/, выполненными из шликера на основе стабилизированного кремнезема. Решены задачи теплопроводности для системы отливка-облицовка-песчаная основа с использованием ЭШ, построены номограммы для управления тепловым режимом керамизированных форм.

Обоснованы теоретические положения и проведена практическая реализация двух принципов получения пенокерамических фильтров для высокотемпературных сплавов: осаждение паровой фазы кремния на высокопористый углерод и центробежная пропитка высокопористого углерода огнеупорньм шликером с последуюпей термообработкой.

Практическая значимость и реализация результатов работы

На основании проведенных исследований процессов обьеыно-замкнутого форызобразования разработаны:

- экологически чистые формовочные материалы, обладающие одновременно свойствами огнеупорного наполнителя и связующего. Прочность оболочковых форм, изготовленных из этих материалов, составляет 8-12 Ulla, газопроницаемость 40-60 ед, коэффициент термического расширения равен /0,Ь f Z,áh I0-t> I/°C;

- методы получения мокослойных оболочковых 4<зрм и стержней, г.оа вол нота а в 2-3 раза увеличить производительность труда и уменьшить время тепловой обработки с 22-24 часов до 12-18 минут;

- метод керамизации песчаных фора, поавояяоиий получать тон- . костенние отливки с высокой размерной точностью и шероховатостей поверхности равной =.15-30 мкы;- технология изготовления пе-нокерамичесяих фильтров для ЛЩ и метод очистки расплавов от неметаллических включений.

Разработанные новые технологические процессы, внедрены для получения отливок ответственного назначения на следующих предприятиях: южно-турбинном заводе "Заря", НПО "Сириус" /г.Николаев/, Мелитопольском заводе "Автоцветлит", Киевском заводе художественного стекла при получении точнолитых прессфори и Одесском заводе "Центролит". Экономический эффект от внедрения этих разработок на 1993 год составил 80 млн. карбованцев в год. Разработанный технологический процесс обьемно-замкнутого формообразования на Республиканском конкурсе /г.Киев/ ресурсосберегаюаих и экологически чистых технологий в 1989 г. отмечен дипломом и вхлвчен в перечень основных разработок Инженерной академии Украины.

Апробация работы. Основные материалы диссертации доложены на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы технологичности конструкций и изделий в машиностроении" /Брянск, 1974/, Всесоюзной н.-т. конференции "Повшение точности отливок и эксплуатационной надежности лигых деталей" /Москва, 1975/, Респуб.н.-т.конф. "Неметаллические включения и газы в литейки* сплавах" /Запорожье, 1976/, Республ. н.-т. сеы. "Прогрессивные технологические процессе производства отливок" /Саратов, 1977/, Международгоы н. -т. сем. "ib вые направления & получении висококаяественных отливок специальными способами литья* /Одесса, 1982/, н.-т. конф. "Прогрессивные технологические сроцесси яэтейшго производстве." /Омск, 1986/, н.-*,коиф. "Цуга сбереюягая ресурсов" /Одесса., 1986/, Республ. н. -т. «ш. "ПрохресскБгвга формовочные кзавал я технологические процесса" /Ушек, 1987/, и.-*. к®нф."Сэвершеистао8аиие технологических процессов яри производства отяиск" /Омск, 1987/, н. -т. конф, "йнтеясификадйя ^хналвгггсэсйкк ngo^&ctsje в жатеГааа производстве"

/Барнаул, 1938/, Республ. н.-т. кокф. "Пути повит,ения качества и экономичности литейных процессов" /Одесса, 1988/, н.-т. сем, "Перспективы применения регенерации песков при малоотходной технологии получения отливок" /Челябинск, 1988/, н.-т. конф. "Современные направления повышения качества литых заготовок" /?ос-тов-на-Дону, 1989/, н.-т. сем. "Повышение качества и эффективности литья по выплавляемым моделям" /Москва, 1989/, н.-т. сем. "Повышение эффективности литейного производства" /Омск, 1989/, н.-т. сем. "Повышение эффективности литейного производства" /Ленинград, 1990/, Всесоюзн. симпозиум "Научно-методические основы биосферосовместимых технологий" /Одесса, 1990/, н.-т. сем. "Современные направления повышения качества литых заготовок при литье в песчаные формы" /Москва, 1990/, Республ, н.-т.конф."Пути повышения качества и экономичности литейных процессов" /Одесса, 1990/, Всесоюзная н.-т. конф. "Прогрессивные методы повышения качества отливок" /Минск, 1991/, н.-т» семинар "Теория и практика литья по газифицируемым моделям" /Киев, 1991/, н.-т. семинар "Методы контроля н исследований в производстве отливок по выплавляемым моделям" /Москва, 1992/, Республ. н.-т. конф, "Литейное производство и окружающая среда" /¡¿инск, 1992/, Республ. н.-т. конф. "Пути повышения качества и экономичности литейных процессов" /Одесса, 1993/ и др. Ряд технологических разработок экспонировался на Всесоюзных и республиканских выставках, отмечены медалями ВДНХ и дипломами.

Публикации: По тема диссертации опубликовано 40 печатных работ, получено 17 авторских свидетельств на изобретения.

Обьем работы: Диссертация изложена на <¡85 страницах машинописного текста, состоит из иести глав, обоих выводов, со дернит 78 рисунков, 18 таблиц и список литературы из «¿12 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. Модификационные превращения диоксида кремния и метод его стабилизации. Полиморфизм БкОц, объясняется особенностями кристаллического строения различных ¡лодификаций и сопровоздается изменениями их плотности и обьема. Практический интерес для процессов объемно-замкнутого формообразования представляет тридимит /стабилизированный кремнезем/, характеризующийся термостойкостью до 1650 °С и коэффициентом термического расширения, равным /¿,1+2,3/ х 10~® 1/°С. Процессы превращения чистого кварца в тридимит протекают крайне медленно /В час/, вплоть до 1470 °С. Лнтенсифициро-

а

т

вать процесс перехода кварца в стабилизированный кремнезем и придать ему связующие свойства предложено введением минерализаторов на основе оксидов щелочных металлов.

Методами рентгенографии и ДТА установлено, что модификацион-ный переход БйО^ реализуется через аморфную фазу, изменение количества которой характеризуется кривой нормального распределения. Этот механизм соответствует реакции растворения-отложения: из эвтектического состояния системы 5».0а- выделяется при температуре 8701-1050 кристаллическая фаза, для которой выявлена изотропность, не соответствующая тетрагональной симметрии кристоОалита. Поэтому образующаяся фаза - метакристобалит. При дальнейшем нагревании /ЮЬ01-1300 °С/ превращение метастабильного кристобалита в Тридимит происходит перекристаллизацией через расплав. Минерализатор при нагревании образует равновесный распл&е, в котором растворяется метакристобалит как неравновесная в данных условиях кристаллическая фаза, пересыпая расплав кремнеземом» Благодаря этому в расплаве возникают центры кристаллизации стабильной модификации - -тридимита. Высокое содержание кремнезема в расплаве» образуемого введением катионов К*", Ый обуславливает весьма интенсивную его тридимитизацию. Экспериментально доказано, что специфическое действие щелочных катионов /К+, А/а V определяется их внедрением в пустоты решетки диоксида кремния, вследствие чего решетка деформируется и энергия активации превращения сминается,Деформирующее действие катионов минерализующих добавок на решетку диоксида кремния тем больше, чем больше размеры имеет внедряющийся катион. Внедрение в его кристаллическую решетку больших катионов К*, А/а облегчает ее перестройку в значительно большей степени, чем внедрение малых катионов Со, , I Мд Моднфикацион-ные превращения кварца в тридимит под влиянием щелочноземельных окислов СаО г Мс^и протекают при:более высоких температурах /1380-1420 °С/ и аа более длительное время /3-4/ часа, чем под влиянием щелочных окислов \Кг0 , Маг0 соответственно при 1280-1320 °С и за I час. В строении кварца и тридимита наблюдается большое схо» детво, заключающееся в одинаковом расположении атомов в плоскостях /1011/ и /0001/ соответствующих структур. Однако, изучение проекций структур на эти плоскости показывает значительное различие в сочленениях их тетраэдров. Сходство структур этих модификаций способствует непрерывному переходу кварца в тридимит, в то время как обратный переход затруднен. Применение рентгено- и термографических методов исследования позволило раскрэть механизм изменения

фазового состава исследуемых материалов в зависимости от условий их обжига и количества минерализаторов в обжигаемой шихте, состоящей из кварцевого песка /ГОСТ ¿138-74/ и технической соды /ГОСТ 5100-73/. Шихта обжигалась при температура структурного превращения кварца з тридимит /1300 °С/, Дифрактограммы исследуемых образцов при содержании ¿,0 мае., % характеризуются набором рефлексов, которым соответствуют меяплоскостные расстояния ^/п * 4.34« 4.30; 3,83; ¿,97 к /рис.1,в/. Отражение слабой интенсивности = 3,34 и ¿,38 А/ показывают на небольшое содер-яанме /следы/ кварца.

В случае уменьшения количества оксида натрия /до 0,5 мае., % Ыак0/ полного преобразования кварца в тридимит не происходит, при этом с= 4,24; 3,36 к /рис. 1,а/. При увеличении доли минерализатора /с ¿,0 мае., % до 6,0 мае., %/ в продукте обжига наблюдается рост количества образовавшегося тридимита с 55-65 % до 85-90 %.

Полученные результаты на рентгенограммах подтверждаются дополнительно снятыми термограммами исследуемого СК /рис. '¿/. При содеряонии 0,5 мае. ,56 М)л0 в продукте обжига обнаружено до 8 % остаточного кварца, что подтверждается дополнительно экзотермическим эффектом при температуре 573 °С.

Полученный материал обладает кремнеземистым модулем 16...50, плотностью ¿,¿-¿,3 г/см3, во до роднил показателем рН = 10,2... 11,6 температурой замерзания +1 °С, термостойкостью 1600-1650 °С. При дисперсности 3,5 тыс. см^/г стабилизированный кремнезем применяют для приготовления водной суспензии одновременно в качестве связующего и наполнителя; при дисперсности СК 4 1,0 тыс. см^/г -в качестве обсыпочного материала.

На основе проведенных исследований стабилизированных форм диоксида кремния, установлено, что аморфный в виде природ-

ного высокопористого диатомита является, также как и тридимит, перспективным формовочным материалом для процессов обьемно-замк-нутого формообразования, обладает низким ИГР /0,4 х 1/°С/ и теплопроводностью / ^-0,113 вт/м.К/, высокой термостойкостью /1600 °С/.

2. Принципы создания процессов обьемно-замкнутого формообразования на основе стабилизированного кремнезема. В процессе гид-роксилирования, при взаимодействии воды с частицами стабилизированного кремнезема, его поверхность покрывается ОН-группами, образуя гидратный слой. Соли нремниевых кислот, кроме силикатов калия и натрия, не растсоряптся в воде. Растзорегао С.Ч" в водо рея-

1

■»'м м **'м*о ' у ' у ■ ¿2 ' ^ ' № щ ~ & я «

Рис. I. •Дифрактаррвыш обоженного кремнеземистого материала с содержанием ".¡¡»с, % ;

а - 0,5; б - 1,0} з-;2л0

Рис. 2, Термсграмш продуктов обжига содоквар-лдевой дихта с различных еодержанеим минерализатора

о то -яп' <ЖО , «МО <03

.«дуется з присутствии катализатора - гидроксид - конзв, которые

хешэсорбирувтси на позеру.::асти СК, повызая его координЕцнонноэ

число. Такая поззрхкастг.» несет ионный заряд, пэстэггнно обмениваясь

кремнеземом с растеором, происходит адсорбция ионов ОН", а затем

атом крекк;:я с поверхности переходит в раствор в виде силикат-иона.

Представлена физико-химическая модель изменения поверхности диоксида кремния в процессе формообразования /рис.3/. При прокаливании содокварцевой пихты происходит модифицирование поверхности кремнезема натрием за счет разрыва при температуре 1300 °С поверхностных кислородных мостиков " 5.л- 0-5(1 при этом удаляется СОо к на поверхности кремнезема образуются силикаты Л/аг 0, и дисиликаты /Ус?2 натрия.

При взаи-модействии стабилизированного кремнезема с водой происходит разрыв ионных связей - О-^а и образование более прочных ковалентных связей - 0-И « Процесс сопровондается возникновением в дисперсной среде свободных ионов гидроксида ОН" и натрия, о чем свидетельствует увеличение водородного показатели рН с 9,2 до 12,3 и образование силанодьных групп.

Протокированнам таким образом поверхность кремнезема при нагревании /сушке/ приводит к конденсации силанольных групп и образованию на смаяных поверхностях радикалов типа и ^$¡-0 , которые замыкается друг на друга, образуя силоксановую связь £г-0-?|. Связывание в ь: со к о ди сп ер с н их частиц в разветвленные цепочки, а затем, в сетки, распространяется на весь обьем материала, превращая его в высокопрочную термостойкую оболочку.

Получение стабилизированных суспензий достигается двумя способами: коллоидно-химическим и механически!.!. К первому способу относится введение экспериментально подобранных ионногенных ПАВ. Анио-ноактисние Г1Аг) /сульфанол, метаупон, диталан/ рассматриваются как технологически приемлемые для обеспечения смачиваемости водными, суспензиями моделей, повынения их агрегатизной устойчивости и снижения содержания дисперсионной среды в суспензии.

Второй способ характеризуется совместным действием на суспензию длительного механического перемешивания и вибрации.

Мокрый помол СК, так же как первый и второй метод получения стабилизированных суспензий, способствует повьшению степени расты-рения Э< 0а в системе /' 35-40 %/ и позволяет использовать триди-ыит с минимальным /1,5-2,5 %/ содержанием Ыог0 .

Установлено, что в процессе изготовления керамических оболочек и покрытий суспензия из стабилизированного кремнезема проходит че-

1гидр0ксилир0ши0£ (исходной состояние поьерлности 5!02

"Ъ

а

-0-5П Н

о' о;

о->Г.н к)-^

лг

2. Модификация ЯОЗ£?ХЙ0СТИ 5;02

6 ПРОЦЕССЕ ПРОКШВШЯ МДО-КВАРЦЕВОЙ ШИХТЫ ПРИ Т = Ш)0£

♦№С0?

О \

о \

о * —О—О

>_5

о. з» -0-53x0-;%

О I

Ш2С05+2Щ ¿На^Оз+СОг (N50-2510,)

3. Актимция модифицированной пойерхности и ее тттрош^е.

V*

О л ¡-О-^О-Ма . Ч 2 »-О-^Ю-На О I

I---7

а<

Г" 1 I

о I

¡-О-МО" !-о-у.}о-н о I

о * *№<#. 0 £ ^он)

-0-5^0- г0-5^с-н (Ш20-НгС)

Я 1Л1

нй^лщо-гз^+гшн ¿ио1*нго-н2в12о£ 4.Полимеризация лротонированлой поверхности при тшоадй

ОБРАБОТКЕ и ОБРАЗОВАНИЕ ИЕХПОВтнОСТНЫХ силокшовыл ШЗШ I---"4 I---7-А К--I-------~

г о | | о | | р ] ■ "

-0-)-|!0- -0-^0- -51-0*1 ^О-й-Ю

1 о ¡^ ( I р \ -о-Ъо-1 -51-0-

О" 1 <| 0 | 1—», I____л а_____2 ;__

Й5С. 3

О о -0->0-5.-0-

-0-^-0-51-0

а "о -о-^-о^о о V

и

рез пять агрегглчик состояний: жидкое, вязкое, вязкопластичное, упруго -пластично е, упруго о.

Прсведснниэ исследования реологических свойств каждого из пяти состояний расхрываат не только механизм процессов структурооб-разования при химическом или тепловом отверждении суспензии, но и позволяют управлять этим процессом в желаемом направлении.

Полученные характеристики реологических свойств исследуемой суспензии в процессе ее структурирования в виде пластической прочности / Рт /, модуля Юнга /Е/, модуля сдвига / б /» коэффициента Пуассона /у / показывают, что этот процесс может быть разделен на два периода: формирование и упрочнение структуры.

Период формирования характеризуется коагуляционной, а затем коагуляционно-кристаллизационной структурой, что сопровождается повыпением пластической прочности суспензии до 0,5-0,6 МПа.

Периоду упрочнения соответствует большая скорость наростания прочности затвердевавшей суспензии и переход ее из вязко-пластичного в упруго-пластичное состояние. Этот период характеризуется кристаллизационно-коагуляционной структурой и ему соответствует изменение модуля Юнга /Е/ с 1,6-1,7 МПа .до ¿,6-2,7 МПа, модуля сдвига / & / с 0,7-0,8 МПа до 1,1-1,2 Ш1а и коэффициента Пуассона с 0,06 до 0,18. Соотношение прочности кристаллизационной и коагуляционной структур непрерывно увеличивается-и керамика переходит в упругое состояние. . -1л »

При химическом отверждении суспензии рост кристаллов обуславливает с одной стороны - упрочнение этой структуры, а с другой -является причиной появления внутренних напряжений, вызывающих частичные разрушения структуры и снижение ее прочности. Двойственный характер этого процесса приводит к появлению второго перегиба на

3 -образной кривой наростания прочности.* Так, вслед за резким увеличением упругих характеристик наблюдается их спад и происходит он ?ем интенсивнее, чем больше / ^ в %/ содержания в системе от-зердителя / Б£ /. Это объясняется релаксацией напряжений по наиболее слабым участкам в структуре керамики, приводящей к ее разрушению. ' Исследования" напряженно-деформационного состояния оболочковых форм показал^,что устранение трешнообразования керамики зозыодно эа счет 16-18 % доб&вки природного пористого диатомита, выполняюпего рольдемпфераггасителя напряжений.

В случае малого количества отвердитвля возникновение каркаса кристаллизационной структуры происходит более длительное время, а возникаюЕ}1е напряжения практически но влияют на снижение качества

и прочности керамики. Такой же характер структуирования наблюдается и при тепловом отверждении суспензии. Влияние рН-среды на стабилизацию СК-суспензии определялось методом электроосмоса. Установлено, что с повьшением содержали я О от I до 5 % /по массе СК/ растет заряд твердь« частиц от 23 мВ до 81 мВ, последнее и является показателем стабилизации дисперсных систем. СК-суспензия смачивает гидрофобную модель, не вступая с ней в химическое взаимодействие, обладает высокой седиментационной устойчивостью и текучестью, обеспечивая получение равномерного слоя покрытия. Прочность оболочковых форм, изготовляемых из СК, зависит от трех основных факторов: содержания в нем оксида натрия, от степени дисперсности СК и длительности его взаимодействия с водой. Их газопроницаемость изменяется с ¡¿0-30 ед. /для тридимита/ до 60-80 ед. /для диатомита/. Тепло аккумулирующее свойство, керамической оболочки, характеризующее коэффициентом аккумуляции теплоты , составляет для диатомита 320-360 Вт/с*/2«м'\0С и, соответственно, тридимита -790-810 йг/с1/2-м^'°С.

Разработано три варианта получения ыонослойной оболочки по удаляемым моделям.

Вариант I. Блок выплавляемых моделей устанавливается в разъем ный манжет. Образовавшийся зазор между блоком и манжетом заполняется формовочной смесью вязкостью 12-14 с. по ВЗ-Ю. В момент заполнения включается вибратор* После снятия вибрации смесь под действием отвердителя затвердевает. Применение диатомита усиливает тиксотроп-но-структурирупиие связи и оказывает на смесь армирующее воздействие, увеличивая прочность формы. Волокнистые частицы диатомита устраняют зарождение и развитие трещин, носящее прогрессирующий лавинообразный характер з обычной кварцевой оболочке. Выплавление моделей осуществляется в среде сухого перегретого пара, где прогрев и расплавление модельного состава происходит в зазоре между оболочкой и моделью, образованным при сушке оболочки энергией СВЧ. При этом снижается силовое взаимодействие оболочки с моделью. Возврат модельного состава составляет 85-90 %. Температура прокалки оболочек снижается на 150-200 °С, т.е. до 750-800 °С.

Вариант П. Елок выплавляемых моделей погружают в тискгтропцую суспензию на 5-7 с и извлекают из ванны. Тиксотропная суспензия, удаляясь из воны вибрации, переходит в стуктурированное состояние, что исключает стекание суспензии с поверхности блока. В результате фиксируется утолщенный слой /2*4 мм/ огнеупорного покрытия. После сушки оболочки энергией СВЧ операции вытопки модельного состава,

прокалки и заливки таккэ из, как и при варианте I.

Вариант Ш. Основан на усовершенствовании РоПепсА? ~ процесса, т.е. получении отливок в оболочковых формах, пенополистироло-вые модели из которых перед заливкой формы металлом полностью удал газ? с я. Метод используется при изготовлении тонкостенных отливок из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, где необходима полная нейтрализация продуктов деструкции пенополистерола при их контакте с жидким металлом.

Согласно этому методу пенополистероловая модель устанавливается в виброконтейнер, который заполняется смесью на основе стабилизированного кремнезема и воды. 3 момент заполнения на смесь воздействуют вибрацией. При этом смесь разжкяавтся, превращаясь в высококенценгрируомую суспензию, качественно воспроизводит тои-корелъефныэ поверхности модели. При иззлечении модели из тиксо-тропкой суспензии, на ней фиксируется утолщенный слой огнеупорной обмазки.

Удаление пенополистироловых моделей проводится при температура 950-1.050 °С. Для увеличения скорости испарения материала модели и уменьшения сажезыделения предусматривается введение а материал модели нитроклетчатки, сгоравшей быстрее основного материала и увеличивающей его скорость удаления.

Другой метод заключается в введении в материал модели добавок, разрушающих структуру полимерной цепи пенопласта, т.е. ускорявши деполимеризацию. Поскольку процесс испарения полимеров при температуре деструкции лимитируется скоростью распада полимерной цепи и обьемэ материала, то последний путь более технологичен.

Полученные таким образом оболочковые формы заливаатся металлом з засыпке кварцевым песком.

Гидротермальный метод изготовления тонкостенных стержней заключается в заполнении рабочей полости стержневого ящика сухим тонкоизмельченкым СК.

Олесь подвергается вибрации при частоте колебаний 50 Гц /3150 колебаний в минуту/. Рабочая амплитуда для качественного воспроизведения тонкоральефных поверхностей и уплотнения тридимито еой или диатомитовой смеси составляет 0,3...0,4 мм.

Гидротермальную обработку дисперсионной системы перегретым паром при температуре 130-140 °С можно трактовать как нуклеофиль-ную коррозии т.е. про тонирование поверхности Н+ с образованием коваленткой связи 0-Н за короткий период времени мин/. Пос-

ледующую поликонденсацио в общем вида можно представить как обье-

динение П полимерных молекул в одну со средней степенью полимеризации следующим обиазом:

л $¿{0//)? —*•(£¿Яг)„ +2Яили

-¿с -ОИ + ОН-5£--- - ¿с -О-¿1-1- О

I I II*

Структурообразование такой системы при ее гидротермальной обработке проходит через три основных стадии структурного состояния.

На первой стадии после обработки тонкоизмельченного тридими-та насыщенным паром, он по своим свойствам аналогичен квазигеял. Дальнейшая обработка коагуляционной структуры перегретым паром приводит к ее прогреву^- 80 °С, удалению из системы влаги, уменьшению толщины сольватных прослоек между зернами и образованию первичной структуры.

Вторая стадия характеризуется переходом системы из коагуляци-онного состояния к конденсационному /переходная структура/, где происходит интенсивное формирование капиллярной пористости, обусловленное контактным взаимодействием частиц и дегидратацией материала.

На третьей стадии процесса, сушке стержней при 180-220 °С, наблюдаетоя лишь количественные изменения в их структуре, т.е. ее упрочнение за счет увеличения межзернового числа контактов. Прочность стержней при этом возрастает на 15-18 % и составляет 61«= 14-16 МПа,

3. Разработка .основных принципов применения СВЧ-энергии в процессах обьемноаамкнутого формообразования. Впервые в отечественной практике лилейного производства рассмотрен механизм объемной сушки влажных '* .: 'оболочковыхфоргд' ~ в электрическом поле СВЧ и возможность создалия внутри таких материалов условий, способствующих ее интенсификации. Проникновение СВЧ-поля по всецу сечению формы позволяет генерировать одновременно теплоту во всем объеме материала.

Создана единая классификация применения СВЧ-энергии в процессах формообразования, состоящая из трех подклассификаций: I/ способ связи генератора с обрабатываемым изделием; 2/ выполняемый процесс; 3/ результирующий эффект.

Мощность, передаваемая единица обьема материала, рассчитывается по формуле: = ^

где £ - напряжение электрического переменного поля в данном веществе; Г- частота волны; £ - диэлектрическая постоянная; -

угол диэлектрических потерь.

Из (I) видно, что выгоднее работать на возможно более высоких частотах, но с ростом частоты глубина проникновения $ волны в обрабатываемую среду уменьшается по закону:

^ 1ЩГ- • 00

Установлена рабочая частота СВЧ-установок для сушки оболочковых форм - 2450 МГц.

Выбор оптимального режима сушки оболочковых форм энергией СВЧ проводились с помощью аналитического расчета и эксперпменталь-них исследований. В известной системе дифференциальных уравнений, предложенной А.В.Лыковым, сделано дополнение в виде функции/^ , характеризующей внутренний источник тепла при наложении электрических СВЧ-полей. В безразмерном виде система уравнений запишется следующим образом:

Потенциал вычисляется по формуле:

Значение Т являлось результатом решения трех задач:

- решение задачи конвектиЕшго нагрева влажных форм, полученное Ю. А. Михайловым: 2 г~

I . (3)

- решение непрерывного СЗЧ-нагрева влажного материала, полученное Г, А.Максимовым: ___

3.% д = £> £ ^сое А .(у- Г°) ¿4)

- решение задачи тепломассопереноса с дискретным внутренним источником тепла, впервые предлагаемое в процессах формообразова-

Сравнение потонциалов переноса о дискретном /импульсном/ и непрерывном режимах СВЧ-нагрэва осущесгглплось при условии равенства в каждом цикле средних значения внутренних источников тепла. Используя значения чисел Остроградского 0$ 3 реаении задачи с непрерывным нагретом 1 (Х( Га) (*} и вычитал о го из решения зада-

чк с дискретный нагревсм (5) , находи« прирасзнне потенциалов теп-ломассопереноса при дискретном нагреве по сравнению с непрерывным:

л г0) = а.г S DJri -FJ •cos(X +

^огл-ёы^л^)3). (6)

Анализ формулы (б) показывает, что при дискретном нагреве, когда Iпринимает значения в интервале 0< значения й 2 (х Fc)>0' а в случае ?r - I /режим непрерывного нагрева/ Azl(X,Fa) ~ <Г-Р;! дискретном нагреве температура и давление манше, а потенциал массопереноса больше, чем при непрерывном.

Интенсивность внутреннего источника тепла в значительной степени определяется электрофизическими характеристиками $ и t^p , которые!, в свою очередь, зависит от влагосодержания материала, непрерывно изменяющегося в.процессе сушки. Исходя из этого, функция Pi представлена в виде /7(- = Qs- g'PJ-Fo f(f0)> где критерий Предводителева Pd учитывает количество импульсов внутреннего источника тепла во времени, Б тех случаях, когда влажные материалы* формы т выдерживают воздействия высокой температуры из-за низкой сырой прочности, целесообразно применение дискретного метода тепловой обработки; возникающие при этом градиенты температуры способствуют интенсификации переноса влаги из внутренних слоев к поверхности.

С увеличением числа Qs в материале возникают градиенты потенциала массопереноса. Б результате происходит превшение скорости переноса влаги к поверхности материала над скоростью ее удаления с поверхности. Этот недостаток устраняется обдувом поверхности оболочковых форм воздухом. Уменьшение механических напряжений, возникаюсих за счет больших градиентов влагосодержания внутри материала, достигается интенсификацией теплообмена на поверхности, т.е. увеличением Si • Когда скорость парообразования становится равной скорости массоперенрса, рост давления в оболочке прекращается. Относительное время включения поля СБЧ характеризует продолжительность нагрева материала в течение периода дискретной функции. При этом значения . и Qs могут изменяться, но коли-

чество погдазщемой^латериалом энергии СБЧ за цикл остается неизменным: Ч<[Const. '

Процессы с малым <2.г рекомендуются, для сушки термочувствительных форм, какой является оболочка^ пребывание форы при высокотемпературной обработке во избежание брака должно быть кратковремен-

ным. Наибольшее искажение качественного характера изменения потенциала переноса имеет место при пренебрежении числами /V в процессах с большим исходным влaro содержанием материала формы.

Расчетные данные сопоставлены с результатами экспериментальных исследований по выбору оптимального режима сушки оболочковых форм в дискретном и непрерывном электрических полях СВЧ.

Установлено, что дискретный режим сушки формы, при испольэо- ■ вании обдува воздухом ее поверхности, отличается от непрерывного /жесткого/ умеренным давлением и температурой, обеспечивающим сохранение модели и макроструктуры оболочки до появления необходимой прочности. Представлены режимы такой сушки, где плотность СВЧ-знергии составляет 7100-7200 Вт на I м3, частота 2450 МГц, цикл микроволнового нагрева 10-12 с, последующий обдув оболочки воздухом 0,8-1,0 мин. Общая продолжительность сушки одного слоя 3-4 мин., форды - 12-18 мин. Распределение температуры по сечению образца в начале процесса характеризовалось параболическими кривыми /рис. 4/. К концу сушки разность температур середины и поверхности становилась минимальной. '

Рис.4. Режимы дискретной сушки оболочковых фор« электрическим полем СБЧ. Распределение температуры по сечению формы: I - центре;

2-2 мм от центра;

3-4 мм от центра;

4-6 мм, 6-8 мм; 6-10 мм.

4. Условия формирования отливок поведенного качества

Определяющим фактором процесса формирования литой поверхности в системе керамическая форма - расплав являются значения поверхностного натяжения (J' и краевого угла смачивания О". Объективная оценка величин 6Г и в" в широком диапазоне температур для расплавов, реализуемый для~ЛЙМ« достигается методом "лежалей" капли, который обеспечивает полное устранение окислительной атмосферы з рабочем пространства измерений.

Иетод основан на опредеяегоп* фзрмы распяавлсикоЯ капли, лежа-прЯ на керамической подложке из стабилизированного кремнезема.

циркона и элегарокерукда. Давление в каауюй точке жидкости по мера роста температуры изгоняется с высотой калд'и; то же самое происходит с основными радиусами кривой в какдой точке ее поверхности. Профиль капли фотографируется, первые пробы /клише/ берутся с момента плавления. В течение каждого испытания проводится от 10 до 14 измерений и Q" с постоянной фиксацией температуры.

Параметры, выбранные для интерпретации экспериментальных профилей, представлявт собой отношение и h/j).

Существует однозначная зависимость между каждой парой этих отношений и формой капли, следовательно, углом Q° и полученным коэффициентом формы 1/ :- „. ______

'//- g . u~sW. ' ■

На основе экспериментальных значений d , /? и В вначения 0 и V /следовательно, и (э / получали на ЭШ, при помощи расчетной программы.

Определены G> и д° для наиболее распространенных в машиностроении марок чугунов и сталей. Углы смачивания такими расплавами исследуемых керамических образцов составляют Q = 128-136 Полученные отливки имели гладкую поверхность без пригара, /?г = I5f30 мкм.

Дальнейшее повыпение качества тонкостенных отливок, возможно за счет дополнительной рафинирующей обработки жидкого металла путем разливки его через пенокерамический фильтр, изготовленный из карбида кремния или электрокорунда. Основой дчя изготовления таких фильтров является высокопористый углеродный материал с формой будущего изделия. Методика его получения заключается в пропитке эластичных полиуретановых поропластов органическими лаками и последующей их карбонизацией в инертной или восстановительной атмосфере по схеме: I/ удаление легколетучих органических составляющих в процессе сушки до температуры 220-250 °С; 2/ высокотемпературный обжиг до температуры II00-I200 °С. При этом карбонизированный полиуретан изменяет обьемный вес от 0,07 до 0,2 г/см3.

Процесс гетероаопикпипаксации выражается, уюавнешши: .

где X и^ - функциональные группы исходного ващяства; 2 - группа, связывающая остатки реагирующих молекул; а - молекула, выделявшегося простейшего вещества; Я - радикал.

В результате получается пористый углеродный материал с содержанием

углерода 97-99 % и про":-;остью 4-5 МПа.

Получение фильтров из карбида кремния заключается в осаждении кремния из паровой фазы на углеродную пористую подложку. При нагреве кремний легко приникает з поры подложки» где протекают процесса адсорбции, конденсации и диффузии с образованием химического соединения с алмазноподобкой реиеткой.

Совместно с исследованиями макро- и микроструктур, химического и рентгеноструктурного анализов установлены температурные режимы карбонизации. Наиболее прочные покрытия (§7«. = 12-14 МПа

+ S:г+ ст $.;С

получаются при температуре 2000-2200 °С. С повышением температуры 2300 °С происходит уменьшение толаины карбидного слоя, связанное с частичной диссоциацией на кремний и углерод.

Метод получения фильтров из электрокорунда заключается в заполнении углеродистого материала суспензией на основе Д^О, с после-дуюией сушкой при температуре 220-250 °С и термообработкой при 1600-1650 °С.

5. Кераиизация песчаных форм тонкими облицовками. Возможность получать тонкостенные отливки в песчаных формах без засоров, газо-^ зой шероховатости и с повышенной чистотой поверхности ^z- 15-30 мкц обеспечивается их керамизацией тонкими облицовками, 8 •= 2-3 нм, выполненными из шликера на основе стабилизированного кремнезема.

Установлено, что при течении шликера в зазоре между песчаной формой и моделью изменение текучести происходит под действием двух факторов: капиллярного впитывания дисперсной среды и процесса структурирования. Величина капиллярного впитывания у форм, изготовленных из песка фракции 0,1*0,25 мм больше, чем иэгото&тзлных из песка более крупной фракции - 0,315:-0,63 мм. Повышение текучести суспензии при ее движении по узким каналам песчаной формы осуществляется за счет: покрытия песчаной осноеы гидрофобным;! пленками из кремнийорганических жидкостей /КМФ-29, МФ-50, КЭН-100/, характеризующихся наилучшим сочетанием гидрофобизируюших свойств, термостойкостью и газопроницаемостью; давления, прикладываемо^ к суспензии в начальный момент ее течения.

Время формирования структуры и период ее упрочнения зависит от концентрации отвердителя и регулируется в широком диапазоне.

Сушка кервмизиро ванных форм проводится при температуре 200220 °С.

Результаты рентгено структурно го анализа пгсчшюй подлошш с .нанэсзккой на нээ яолзгдерггай пяенкоа гзгсааалк, что сущность гидро-

фобизирующего зфЛзкта кремний-органических прослоек заключается d возникновении химических связей мекду полимерным слоем и гидрофиль- ' ной поверхностью. При это:,! образуется невидимый полимерный слей толщиной /4,5-5,0/ Iü~üc;.:.

Крекнийорганические покрытия практически ике:зт ту же гидрофоб-кость, что и парафиновые углеводорода, краевые углы смачивания кк водой равны соответственно 110° и 105°, Водоотталкивающие пленки проницаемы для газов и воздуха, благодаря чему газопроницаемость кераг.шзированкой формы понижается всего на 5-6 %. Крамнийорганкчес-кие покрытий устойчивы к действию повшеньых температур ^ 500 °С.

Установлено, что достаточным условиег.1 получения тонкостенных отливок без газовых пороков в корамизированной песчаной форме является по следующая /после сушки/ тепловая обработка ее поверхностного слоя до 700 °С. Теплофизическио расчеты по определению такого прогрева керамической облицовки перегревом металла до начала 'затвердевания и подогревом формы, позволили построить номограммы управления тепловым режимом кераыизированной формы для различных толщин

¡¿-10 ш/ и обеспечить их получение без газовых раковин и с гладкими поверхностями. Для отношений равным 5 и 7 температуру дегазации облицовки /700 °С/ получали при перегреве чугуна на 150-¿00 °С /рис. 5,а, липли 3 и 4/. Для ГД - 3 /линия 2/ дегазация облицовки достигалась высоким перегревом металла: // <= 0,23-0,25. Для '/f - I кривая I перегрев металла не решая поставленной задачи. Это решение заключалось в совместном нагреве металла и подогреве формы /рис,5,6, линия I/. Для соотношений yj¡ - 3,5 и 7 показано /линия 2,3,4/, что с повьюением толщины отливки, температура подо-

бие. Подогрев керамической облшрвкк до 700 °С за счет: а/ перегрева металла; б/ совместного влияния перегрева металла и подогрева формы для отношений: »; г-Ор «3; -5•-'>'; 4- 7

6. Технологические процессы получения отливок повышенного

качества

й повшевии качества отливок практически равную долю вносят как свойства сплава, так и свойства литейной формы, В вопросе формирования геометрической точности лтдивки значение литейной формы преобладавшее. На основании проведенных исследований разработаны технологические процессы, направленные на повшение геометрической точности отливок преимущественно тонкостенных, и на улучшение качества, применяемых сплавов. К таким методам относится усовершенствованный метод литья по удаляемым моделям и метод получения отливок в керамизированных формах. Разработанные двухкомпонентные формовочные смеси на основе стабилизированного кремнезема обладают одновременно свойствами огнеупорного наполнителя, а при взаимодействии с водой - связующими свойствами. Предложенные автором методы объемной сушки с использованием энергии СьЧ, гидротермальный метод формообразования, метод тиксотропного разжижения формовочных масс обеспечили получение монослойной оболочки с необходимдаи технологическими свойствами.

Улучшение качества сплавов» применяемых при .литье по удаляемым моделям, достигается их фильтрацией через пенокерамическио фильтры. Разработаны методы получения таких фильтров на основе карбида кремния или электрокорунда.

Внедрение разработанных технологий ¡позволило в 2-2,5 раза .снизить себестоимость тонкостенного литья, получить высокие эксплуатационные характеристики отливок и улучшить санитгцадо-гириеническив условия формовочных участков.

Облив В Ы ,В Р д ,ы

выполнен комплекс исследований ¡экологически чистых процессов обьвмно-замкнутого формообразования ,дая получения тонкостенных стальных и чугунных отливок, ;к качеству которых предъявляются повышенные требования.

Впервые раскрыт механизм .стабилизации распространенного формовочного материала диоксида кремния и определены условия, исключающие эффект .полиморфизма кварцесодержащих.литейных оболочек.

Предлоаоны .принципиально новые технологические решения интенсификация процесса стабилизации диоксида кремния и создания на .его основе аффективного хвяэужзего,. ^Разработаны .методы литья з оболочко-вко могаслойныэ форуы .при хникзкии окергрресурсдаго баланса расплав-отливка и сохранении экологического рагагявесатт -с окрзгнавадй средой.

1. Эхспзримзгггалькэ разработан и теоретически обоснован метод стабилизации диоксида кремнипт путем интенсивного перевода его в тридимит с помощью минерализаторов:

- показано, что катионы минерализаторов оказывают деформирующее воздействие на кристаллическую решетку кварца, величина которого пропорциональна соотношению размеров внедряющихся катионов;

- установлено, что катионы в елочных металлов в наибольшей степени способствуют созданию равновесных условий для интенсификации процесса тридимитизации;

- подтверждена гипотеза Айлера, что в равновесных условиях преврааения кварца в тридимит осуществляется через промежуточную фазу метакристоболита.

2. Впервые предложены однокомпонентные формовочные системы типа наполнитель-связующий материал на основе стабилизированного кремнезема с содержанием оксида натрия 2-6 мае. %, что позволяет:

- обеспечить химическую однородность формовочных материалов и улучшение качественных характеристик оболочковых форм;

- создать методы формирования однослойных оболочек с использованием эффекта тик со тройного разжижения.

3. Представлена физико-химическая модель изменения поверхности диоксида кремния в процессе формообразования, включающая модифицирование и активацию поверхности ионами натрия; протонированиэ поверхности стабилизированного кремнезема и образование вместо ионных связей -О-Ыл более прочных ковалентных - 0-Н; конденсацию сила-нольных групп при температуре сушки с возникновением на смежных поверхностях радикалов типа ~ ¿-С и ^$£-0 ; полимеризацию 5/пОгч

с образованием силоксановой связи Б- 0- 2¿^связи&ающей высокодисперсные частицы в прочную термостойкую оболочку.

4. -Исследованы и рекомендованы для процессов о б ьемно -з амкцуто -го формообразования на основе стабилизированного кремнезема ионоген-кие поверхностно-активные вещества /диталан, сульфанол, метаупон/

в количестве 0,05-0,2 % от массы суспензии. Применение таких ПАВ обеспечивает смачиваемость водной суспензией гидрофобных моделей, высокий эффект разжижения стабилизированных суспензий, позволяющий на 16-20 % повысить содержание в суспензии диспергированной фазы, а при концентрациях 0,15-0,2 % ПАВ структурировать суспензию для получения плотного, прочного, не сползавшего с блока моделей слоя покрытия.

5. Установлено, что одной иа стабилизированных форм диоксида кремния является высокопористый аморфный кремнезэм-диатоиит. Приме-аенле диатомита в процессах объемно-замкнутого формообразования как

наполнителя, связуяпего и обсыпочного материала обеспечивает стабильность параметров оболочковой формы при высоких температурах и повышает геометрическую точность отливок.

6. Анализом напряженно-деформационного состояния оболочковых форм установлен, что использование 18-22 % Енсокопористого диатомита приводит к релаксации температурных напряжений, повышению трешиностойкости, термостойкости, податливости, газопроницаемости и теплоизолирующих свойств оболочек, позволяет проводить их заливку без опорного наполнителя.

7. Предложен гидротермальный метод получения тонкостенных стержне!» на основе стабилизированного кремнезема, заключающийся в обработке диспергированных систем перегретым паром и их упрочнении до уровня <31я£= 12-14 Ша, что позволяет исключить высокотемпературное спекание стержней.

8. Разработан технологический процесс и организован промышленный выпусг стабилизированного кремнезема, Себестоимость производства СК намного ниже себестоимости жидкого стекла: з 15-25 раз мень-аз расходуется дефицитной кальцинированной соды, з 4-5 раз сокращается расход условного топлива без учета дополнительных затрат на рясгяореняэ силикат-глыбы, э 3-4 раза уменьшаются трудозатраты.

9. Разработан метод объемной сушки оболочковых форм электрическим полем сверх высокой частоты, позволяющий обеспечить максимально возможен интенсивность и высокое качество процесса. Установлено, что необходимым условием сохранения целостности керамической оболочки является дискретный режим СЗЧ-сушки, сочетающий нагрев форчм с последуюоим ее обдувом воздухом. Рабочая частота электрического поля составляет 2450 МГц, плотность энергии 7100-7300 вт

на I ы3 объема сушильной кам.еры.

10. Радикальным средством улучшения качества поверхности отливок является керамизация песчаных форм тонкими /2-3 ш/ облицовками, получение которых зависит от текучести суспензии и процесса ее взаимодействия с формой.

Предложенная гидрофэбизация песчаных форм кремнийорганическнии термостойкими пленками устраняет капиллярное впитывание дисперсионной среды суспензии, повышает еа текучесть, обеспечивает качественное форг.дарованио облицовки и является барьером для проникновения влаги из песчаной основы формы в облицэвку»

11. Теплофизическими расчетами установлена и экспериментально подтверждена возможность дегазации керамической облицовки пес-чашх форм при получении чугунных отливок за счет:

- перегрева металла не более чем на 200-250 °С длч отливок с толщиной стенки 6*10 ььз;

- перегрева металла на 250 °С и подогрева формы на 400 °С для отливок с толщиной стенки 3-6 ш.

12. На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований разработала технология получения пенокерамических фильтров на основа карбида кремния и электрокорунда для высокотемпературных сплавов:

- представлен метод получения высокопористого углеродного материала, заключающийся в пропитке полиуретановых поропластов органическими лаками с последующей их карбонизацией в инертной атмосфере;

- установлено, что наиболее эффективным методом получения термостойких высокопрочных фильтров из карбида кремния является осаждение кремния из паровой фазы на пористую углеродную подложку при температуре 2000-2200 °С;

- показано, что изготовление пенокерамических злектрокорундо-вых фильтров заключается, во внедрении электрокорундового шликера центробежным методом в углеродистую подложку и последующ^ высокотемпературном обжиге;

- определено, что применение разработанных фильтров позволяет на 60-'70 % снизить брак отливок по неметаллическим включениям и на 18-20 % повысить ударную вязкость литых деталей.

13. Разработанный комплекс технологических процессов, позволяющий принципиально усовершенствовать специальные способы литья, включает:

- промышленное изготовление стабилизированного кремнезема с заданными свойствами;

- получение оболочковых форм без органических связующих;

- керамизацию песчаных форм тонкими облицовками;

- гидротермальный метод получения тонкостенных стержней;

- изготовление термостойких пенокерамических фильтров для очистки расплавов.

Внедрение разработанных технологий решает проблему улучшения качества отливок, экологии, оиерго- и ресурсосбережения их производства.

ОСНОВНОЕ ÜJÄEFKMME ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО ,

в одвдщих публикациях

1. Оболенцев Ф.Д., Иване&а Л. А., Селиванов Ю. А. Отливка тонкостенных чугунных деталей s керамические формы // Точность обработки металлов в машиностроении. .- Кишинев. - 1972. - С. 21-22.

2. Оболенцев Ф.Д., Иванова Л.А., Селиванов ¡O.A. Способ изготовления точнолитой оснастки // Точность обработки металлов в машиностроении. - Кишинев. - 1972. - С. 23-24.

3. Оболенцев Ф.Д., Иванова Л.А., Селиванов Ю.А. Пути повышения качества литых поверхностей тонкостенных отливок // Проблемы технологичности конструкций изделий в машиностроении. - Брянск. -

1974. - С. 42-44.

4. Оболенцев й.Д., Иванова Л.А,, Селиванов Ю.А. Исследование процессов влагопереноса в песчано-керамических формах диска триера // Совершенствование технологии литейного производства и повышение качества литых деталей. - Орел. - 1974. С. 27-29.

5. Оболенцев Ф.Д., Квамва Л.А., Селиванов Ю.А. Совершенствование технологического процесса отливки дисков триеров // Совершенствование технологии литейного производства а повшение качества литых деталей. - Орел. - IS74. - С. 30-32.

6. Оболенцев Ф.Д., Селиванов S.A. Применение лесчако-кераки-ческих форм // Технология а организация производила $ б. - Киев.

1975. - С.18-20.

7. Иванова Л. А., С ел и вакс ö i). А. Керамизация песчаных форм -метод по вылети качества стлавок П Повыпенио точности отливов и эксплуатационной надежности литых деталей. - Одесса, 1975. -

С. 106-107.

8« Оболенцев Ф.Д., Селиванов ¡O.A., Юрченко Ю.В. Оптимизация нерамизировакных песчаных форм /1 Повшение точности отяявок и эксплуатационной надежности литых деталей. - Одесса, 1975. -С. I05-IQS.

9. Селиванов Ю.А., Чмых И.Д. Особенности изготовления песча-нэ-кэрамгаесяях фора // Сб.трудов ин-та Гпдреиш, Кишинев, 1976. -С. 31-32.

10. С-баг^пц»® Ф.Д,, Cissrrsrse S.A. Осебснисст:' тталоссй обработки пусчаю-ц^рцвачегкдс $»ра дяя тякгттлг, тонкоететшлс отливок

// Прогрессивные технологические процессы производства отливок из различных сги;авов. - Саратов. - 1976. - С.57-58.

11. Оболенцев Ф.Д., Селиванов Ю.А. Условия получения отливок без засоров и газовых пороков // Неметаллические в ¡сличения и газы в литейных сплавах. - Запорожье. - 1976. - С. 51-52.

12. Оболенцев Ф.Д., Селиванов Ю.А. Получение отливок в песча-но-керамических формах // Литейное производство. - 1977. - М 6. -С. 21-23.

13. Оболенцев Ф.Д., Иванова Л.А., Селиванов Ю.А. Развитие методов керамиэации литейных форм // Развитие методов и процессов образования литейных фор*:. - Москва, 1977. - С. 139-144.

14. Оболенцев Ф.Д., Иванова Л.А. , Селиванов Ю.А. Получение • высококачественных отливок сложной конфигурации // Повьшение качества, продукции литейного производства. - Киев: ИПЛ АН УССР, 1978. - С. 70-71.

15. Оболенцев Ф.Д., Становский А.Л., Селиванов Ю.А. Неразруша-ющий контроль плотности оболочковых форм // Известия высших учебных заведений 'Черная металлургия", Москва. - 1978. - № 6. - С. 124-127.

16. Оболенцев Ф.Д., Селиванов Ю.А. Особенности тепловой обработки песчано-керьмических форм при получении тонкостенных отливок // Прогрессивные технологические процессы производства отливок. -Саратов, 1978. - С.56-57.

17. Селиванов Ю.А., Иванова Л.А., Кучмий Н.И. Совершенствование изготовления оболочковых форм // Повышение качества отливки и эффективности производства. - Уфа. - 1986. - С. 26-^7.

18. Селиванов Ю.А., Кучмий Н.И. Разработка малоотходной технологии получения оболочкоЕих форм П Пути сбережения ресурсов, -Одесса, 1986. - С. 17-19.

19. Селиванов Ю.А., Новиков а.Ч. Моделирование теплофизичес-ких и термоулругих свойств керамических форм // Пути сбережения ресурсов. - Одесса, 1986. - 12.

'¿о. Селиванов Ю.А. Совершенствование технологии литья по выплавляемым моделям // Прогрессивные формовочные смеси и технологические процессы. - Минск, 1987. - С. 39-41.

21. Селиваноь Ю.А., Иванова Л.А., Особенности получения оболочковых форм на основе водного шликера // Совершенство вини е тех-и логических гглцесеов при производства отливок. - Омск. - 1937.-

г *

С. 12-14.

22. Селиванов D. А. Совершенствование технологии изготовления тонкостенных отливок // Фосфатные ХТС и технология получения на их основе высококачественных отливок. - Липецк, 1987. -

23. Селиванов D.A. Ресурсосберегающая и экологически чистая технология получения литейных форм и стержней // Интенсификация технологических процессов в литейном производстве. - Барнаул. -1989. - С.39-40.

24. Селиванов Ю.А., Иванова Л. А. Процессы формообразования на основе стабилизированного кремнезема // Перспективы применения регенерации песков при малоотходной технологии получения отливок.

- Челябинск, 1986. - С.22-^3.

25. Селиванов ¡O.A. Одно компонентная система "наполнитель-связуюоее" для изготовления оболочковых форм // Пути повьшения качества и экономичности литейных процессов. - Одесса, 1988. -С. 15-16.

26. Селиванов Ю.А. Экологические проблемы литейного производства и пути их решения // Пути повшения качества и экономичности литейных процессов. - Одесса, 1988. -ь С. 12-13.

27. ЧерниенгоВ. В., Селиванов С. А. Многосекторная литейная форма // Технология и оргаяизация производства № 2. - Киев, 1988.

- С. 77-78.

28. Селиванов Ю.А., Иванова Л.А. Особенности изготовления оболочковых форм на основе водного шликера // Литейное производство. - 1389. - » 9. - С. ¿1-23.

29. Селиванов ¡O.A. СБЧ-эйергия в процессах формообразования ЛШ И Повьгаениэ качества и эффективности литья по выплавляемым моделям. - Москва, МДНТЛ, 1969. - С.91-Э7.

30. Селиванов Ю.А., Иванова Л. А. Исследование гетерогенных систем на оскоро стабилизированного кремнезема // Известия рузов "Черная мот галургия". - Москва, 1Э89. - № 6.. - С. II6-I29.

jI. Селиванов Ю.А. Исследование гидротермальных процессов изготовления тонкостенных стержней // Современные направления попечения 'качества лить>х заготовок

Селиванов ß.A. Оптимизация и этология // Повыяение эффективности лстойното производства. - Ленинград. 1990. -C.d'^i?.

33. Селиванов Ю.А. Экологические требования к литейному производству и пути их решения // Научно-методологические основы био-сфвросовместимых технологий. - Одзсса, 1990. - С. 62-63.

34. Селиванов Ю.А. Изготовление двухслойных оболочковых форм // Литейное производство. - 1990. - № 7. - С.23-24.

35. Селиванов Ю.А., Иванова Л.А. Изготовление тонкостенных стержней из стабилизированного кремнезема // Литейное производство. - 1990. - » 8. - С. 14-15.

36. Решение по заявке № 4849906/02 на вьщачу авторского свидетельства "Протвопригарное покрытие для газифицируемых моделей" / О.И.Шинский, Н.Г. Черненко, Л.И.Ьалигура, А.Ю.Сичугов, Т.З.Трояновская, Е.Ф.Князев, Ю.А.Селиванов //Москва, 1990.

37. Селиванов Ю.А. Экологические проблемы процессоз формообразования // Литейное производство. - 1990. - № 8. - С. 28-29.

38. Селиванов Ю.А. Получение тонкостенных отливок по газифицируемым моделям // Литейное производство. - 1991. - № 6. -

С. 21-22.

39. Селиванов Ю. А., Азаров Э. В. Пенокерамические фильтры для высокотемпературных расплавов // Литейное производство. - 1991. -» 12. - С Л1-12.

40. Селиванов Ю.А,, Иванова Л.А. Процессы формообразования на основе стабилизированного кремнезема. - Киев! Лыбидь, 1991. -22? с.

41. Селиванов Ю.А. Биосферосовместимые технологии обьемно-замкнутого формообразования // Литейное производство и окружающая среда. - Минск, - 1992.

42. Селиванов Ю.а., Огородников Г.Д., Дымов В. Ф. Радение экологических проблем в ЛШ // Пути повыпения качества и экономичности литейных процессов, -г Одесса. - 1990. - С, 57-58,

43. Селиванов Ю.А., Таленкевич В.Ш., Усенко й.П. Методы устранения недостатков процесса ЛШ // Пути повыаения качества и экономичности литейных процессов. - Одесса. - 1990. - С. 76-76.

44. Селиванов Ю.А. Пенокерамические фильтры для рафинирования жидкого металла // Литейное производство и окружающая среда. -Минск. - 1992. - С.63-64.

45. Селиванов Ю.А. Метод получения тонкостенных отливок по-

«

вшенного качества Л Пути повшения качества и экономичности литейных процессов. - Одесса. - 1992. - С. ¿56-39.

46. Селиванов Ü.A,, Музыченко f.Л., Замятин Н.И. Процзссы обьемнозамкнутого форыообразозыип на боссвпзушей основа // Пути поведения качества и экономичности литейных процессов. - Одесса. -1993, - С. 26.

47. Селиванов Ю.А,, Лях 0. Б. <1изико-хтдичаская модель состояния поверхности стабилизированного кра/.незема // Пути павьвдения качества и экономичности литейных процессов.' - Одесса, - 1993. -С. ¿7.

48. Селиванов Ю.А., Васильев Р.Б. Пенокерамические фильтры для ЛШ // Пути поьылешп качества и экономичности литейных процессов. - Одесса. - 1993. - С. 68.

49. Иванова JI.А,, Селиванов Ю.А. Биссферасосместимыз технологии для литейного производства // Пути поведения качества и экономичности литейных процессор. - Одесса. - 1993. - С.93.

50. А.с.26378.3 СССР. Шихта для плавки / П.И.Четвериков Ю.А. Селиванов, А.Егоров // Открытия. Изобретения. - 1970. - i? 8,- -С.25. '

51. А.с.350616 СССР. Флюс для плавки / И.В.Липтуга, Н.А.Кри-

аих, Ю.А.Селиванов // Открытия, Изобротеннп. - 1972. - '? 23. - С.об,

52. А.с.392051 СССР. Керамическая смесь / И.Б.Липтуга, K.Ü. Гончвр, Ю.А.Селиванов // Открытия. Изобретения. - 1973. - j2. -С. 27.

53. А.с.399301 Литейная фзриа / И.й.Липтуга, В.Н.Клюенко, K.M. Гончар, Ю.А.Селиванов и В.А.Бахчееан // Открытия. Изобретения. -

1973. "-?? 39. - С. 29.

54. A.c.414040 СССР. Способ изготовления литейной формы / И.В.Липтуга, K.M.Гончар, Ю.А.Селиванов // Открытия. Изобретения. -

1974. - № 5. -

55. А.с.515568 СССР, Литейная двухслойная форма / Ю.А.Селиванов, Э.Б.Азаров // Открытия. Изобретения. - 1976. - )? 20, - С.¿5.

56. A.c. 524598 СССР. Литейная форма / Ф.Д. Обо ленце в, Ю.А. Селиванов // Открытия. Изобретения. - 1976. - JJ 30.

57. А. с. 604ft*' ""СР. Способ получения отливок пористых литей ных формах / • «нов, Ф.Д.Оболенцев // Открытия. Изобретения. - 1978. -

58. А.с.674828 СССР, Способ получения отливок / Ю.А.Селиванов, Ф. Д. Обо ленце и // Открытия. Изобретения. - 1979. - К 27. -С. 41.

59. A.c. 899614 СССР. Керамическая смесь / Ю.А.Селиванов, В.П. Кириллами // Открытия. Изобретения. - 1982. - В 3. - С. 41.

CD. A.c. 954138 СССР. Сыесь теплового отверждения для изготовления литейных форм и стериней / Ю.А.Селиванов, В.П.Кирилишин // Открытия. Изобретения. - 1982. - J? 32. - С. 44.

61. A.c. 1063535 СССР. Литейная форма / А.С.Жилко, К.Li.Гончар, И.Э.Д-зуринский, Ю.А. Селиванов, А.И.Алексоенко, Н.В.Федин // Открытия. Изобретения. - 1983. - К? 43. - С. 47.

62. А. с. 1227325 СССР. Форма для получения отливок типа тчл враазния / В.В.Черниснко, А.К.Ыааков, Ю.А.Ссливанов // Открытия. Изобретения. - 1986. - 16. - С. 27.

63. A.c. 1353565 СССР. Способ изготовления керамических оболочек / Ю.А.Селиванов, В.11.Кирилишн, С.А.Василенко, Н.И. // Открытия. Изобретения. - 1987» - № 43. - С.50.

64. A.c. I404I57 СССР. Способ получения сторкнаК и форм / Ю.А.Селиванов, Ь.П.Кириллами // Открытия. Изобретете. - 1988. -» 23. - С. 64.

65. A.c. 1632720 СССР. Способ изготовления керамических форм / Ю.А.Селиваноа, Л. А. Иванова // Открытия. Изобретения. - 1991. -

» 43. - С. 35.

cnd. на к 267- f/£ 93