автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Разработка и внедрение формовочных и стержневых ресурсосберегающих смесей пониженной токсичности на основе алюмохромфосфатного связующего

НЮТОРОДЖЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХШЧЕСШ УНИВЕРСИТЕТ

РГ8 ОД

На правах рукописи

ЕВДАМШЕВ Анатолий Александрович

УДК 621. 743 ■

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ФОРМОВОЧНЫХ И СТЕРЖНЕВЫХ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ СМЕСЕЙ ПОНИЖЕННОЙ ТОКСИЧНОСТИ НА ОСНОВЕ АЛЮМОХРОМФОСФАТНОГО СВЯЗУЮЩЕГО

Специальность 05.16.04 - "Литейное производство"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нияний Новгород - 1994

Работа выполнена на кафедре технологии металлов и литейного производства Чувашского государственного университета им. V.. Н. Ульянова.

Научный руководитель: академик Международной и

Российской инженерных Академий, Академии технологических наук Российской Федерации, доктор технических наук, профессор И. Е. Илларионов

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор И. В. Матвеенко,

кандидат технических наук Ю. А. Зиновьев

Ведущее предприятие - Производственное объединение "Чебоксарский завод промышленных тракторов".

Защита состоится ¿¿¿о//<Л- 1994 г. в часов на

заседании Специализированного Совета К 063.fcb.0b. при Нижегородском ордена Трудового Красного Знамени государственном техническом университете по адресу: 603600, г. Нижний Новгород, ул. аднмна, ¿4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета.

Автореферат разослан "¿¿О" 1994 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета кандидат технических наук, доцен

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРГОТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Литейное производство является основной заготовительной базой машиностроения v одной из самых материало-емких отраслей народного хозяйства. Состояние литейного производства в стране указывает на необходимость коренного улучшения использования всех материальных ресурсов, внедрения технологических процессов, обеспечивающих улучшение качества выпускаемой продукции, охрану труда и окружающей среды.

Опыт изготовления отливок в нашей стране и за рубежом показывает, что одним из основных путей решения проблемы повышения качества отливок, снижения себестоимости при выполнении требований экологии, является разработка новых и совершенствование существующих технологических процессов изготовления литья с применением самотвердеющих смесей, процессов получения стержней непосредственно в холодной и нагреваемой оснастках. Широкое внедрение холоднотвердеющих смесей на органической основе с использование« в качестве связующих различных смол сдерживается из-за высокой токсичности связующих, сложности улавливания продуктов полимеризации и разложения. В условиях каждого конкретного производства стоит проблема разработки оптимальных составов стержневых ft формовочных смесей, обеспечивающих высокую термостойкость, прочность в отверж-денном состоянии, достаточную податливость и удовлетворительную выбиваемость. Наддкое стекло находит широкое применение как связующий материал при изготовлении, стержней и форм. Преимущества жидкого стекла по сравнению с другими связующими материалами очевидны, но при этом основной проблемой является затрудненная выбиваемость кидкостекольных смесей. Из известных типов стержневых смелей в наибольшей степени удовлетворяют указанным требованиям фосфатные смеси. Трудами отечественных ученых Ю.Ф. Боровского, П.А. Ворсука, И.В. Валисовского, Ю.П. Васина, Е.С, Гамова, Б,Б. Гуляева, С.П. .Дорошенко, С.С. Жуковского, И.Е. Илларионова, И.В. Матве-енко, Ю.П. Лоручикова и многих других внесен существенный вклад в теорию и практику формообразования и получения высококачественных отливок современного литейного производства с применением фосфатных связующих материалов.

Применение органических материалов резко ухудшает санитарно -гигиенические условия труда. В связи с этим разработка и внедрение высокоэффективных, малоотходны): и безотходных технологий с применением фосфатных V других неорганических материалов имеют важное

социально-экономическое и народнохозяйственное значение .

Цель работы - разработка и внедрение формовочных и стержневых ресурсосберегающих смесей пониженной токсичности на основе алшохромфосфатного связующего и технологии получения стершей и форм, обеспечивающих получение отливок высокого качества.

Практическая значимость этой работы заключается в том, что разработка и применение экологически безопасных технологически: процессов на металлофосфатных связующих материалах с использов! нлем неорганических добавок, обладающих комплексом требуемых л: тейных свойств, позволит повысить уровень и качество литья, ст зить себестоимость и улучшить санитарно-гигиенические условия труда на производственных участках литейных цехов. Особое внимание уделено изучению поведения стержней при заливке металлом с помощью дилатометрирования образцов смесей при высокой темпе] туре и под нагрузкой, соответствующей давлению жидкого расплав; Сопоставление полученных данных по термостойкости связующего и деформации стержневых смесей под нагрузкой с качеством производимых отливок позволило сделать реальные выводы по эффективное^ разработанных технологий и процессов, показать технологические свойства фосфатных смесей в сравнении с жидкостекольными и орп ческими смесями на синтетических смолах.

Исходя из вышеизложенного в работе поставлены следующие основные задачи:

- разработка новых литейных смесей пониженной токсичности

с применением алшохромфосфатного связующего, обеспечивающих пс лучение средних и крупных отливок высокого качества из стали и чугуна;

- исследование процессов отверждения, формирования структурь и свойств фосфатных смесей с применением неорганических и органических добавок, отходов металлургического, химического и других производств;

- разработка и внедрение в промышленность технологических процессов изготовления стержней и форм с применением алюмохром-

фосФагного связующего и эффективных добавок для достижения высоких технологических свойств;

~ санитарно-гигиеническая оценка разработанных технологических процессов получения отливок с применением смесей на основе алшохромфосфатного связующего.

Научная новизна работы. Разработаны новые и уточнены имеющиеся представления о структуре и свойствах фосфатных формовочных и стержневых смесей. Разработаны методы и приборы для комплексной оценки процессов отверждения холоднотвердеющих смесей, проверки активнзсти порошкообразных отвердителей и способы управления скоростью набора прочности в зависимости от количества и состава добавок.

Установлена зависимость физико-механических свойств фосфатных смесей от содержания связующего, температуры отверждения и. скорости отверждения холоднотвердеющих смесей. Увеличение АХФС в смеси с одновременным увеличением отвердителя ведет к увеличению прочности в первые полчаса отверждения, а затем идет снижение прочности. Завышенное содержание отвердителя приводит к повышенной скорости отверждения связующего и в итоге - к низкой живучести смеси, повышенной осыпаемости и снижению прочности.

Исследована зависимость вероятности возникновения дефектов в интервале высоких температур в процессе заливки форм металлом от деформационных характеристик смесей при тепловой обработке и приложенной нагрузки. Исследования проводились на высокотемпературном дилатометре фирмы "Н.ТНе{ег{ " и специально разработанной установке с устройством наложения нагрузки и измерения температуры. Смеси при прогреве до высоких температур как правило снижают свою прочность с одновременным расширением, что приводит к противодействию усадке затвердевающей отливки.

Комплексные физико-химические исследования позволили разработать смеси с оптимальными технологическими характеристиками и физико-механическими свойствами для стального и чугунного литья.

Научная новизна и оригинальность разработок подтверждены шестью авторскими свидетельствами и пятью положительными решениями, полученными на заявки на выдачу патентов Российской Федерации.

Практическая значимость и внедрение в промышленность. Установленные закономерности позволили уточнить механизм Формирования структуры и свойств фосфатных смесей для стального и чугунного литья и на его основе создать технологии по получению отливок высокого качества. Разработанные методы экспрессного анализа определения активности порошкообразных отвердителей позволили регулировать скорость отверждения фосфатных смесей и корректировать содержание их в составе смеси. Разработанные технологические добавки для улучшения пластических свойств, повышения подат-

ливости и снижения осыпаемости позволяют улучшить качество смесе поверхность отливок, снизить брак литья по горячим трещинам м га зовым раковинам, расширить область применения новых прогрессивных методов изготовления форм и стержней с применением разделительных и противопригарных покрытий.

Основные разработки внедрены на Чебоксарском ПО "ЧЗПТ", Чебоксарском и Псковском машиностроительных заводах, Ульяновском литейном заводе "Дентролит" и других предприятиях, что позволило уменьшить массу и брак отливок, сократить или полностью исключит применение высокотоксичных, дорогостоящих, дефицитных связующих, снизить расход топлива и электроэнергии в 2-3 раза, уменьшить трудоемкость, повысить производительность труда, улучшить качест во отливок и санитарно-гигиенические условия труда. Экономически эффект от внедрения разработок составил свыше 500 тыс. рублей (е ценах 1990 г.).

На защиту выносятся следующие положения:

- механизм формирования свойств смесей с применением метал-лофосфатных связующих материалов, неорганических и органических добавок;

- новые составы разработанных стержневых и формовочных смесей пониженной токсичности с применением неорганических связующих материалов, обеспечивающие получение отливок из стали и чугуна без пригара, горячих трещин, газовых раковин и других дефектов

в тракторостроении и других отраслях промышленности при высокомеханизированном производстве литья;

- результаты исследований прочности, термостойкости, деформации стержневых смесей в зависимости от состава, температуры и нагрузки;

- результаты опытно-промышленных испытаний и внедрений разработанных технологических процессов получения стержней и. форм;

- результаты исследований влияния фосфатных смесей на основе алюмохромфосфатноГо связующего на состав воздушной среды в литер ных цехах и разработки практических рекомендаций по охране труд£

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на: научно-технических совещаниях литейщиков "Цробле мы литейной оснастки и качества отливок"(Москва, 1961),"Пути рационального использования и экономии металла в литейном произво; стве"(Москва, 1981),"Перспективы развития литейного производств« и совершенствование технологических процессов литейного произ-

водства"(Ташкент, 1961), научно-практической конференции по проблемам совершенствования подготовки инженерных кадров и научно-технического сотрудничества вузов и предприятий Чувашской ССР(Че-боксары, 1961), научно-техническом совещании литейщиков "Состояние и перспективы получения отливок на основе ресурсосберегающих формовочных смесей"(Москва, 1963), "Прогрессивные технологические процессы и охрана труда в литейно-металлургическом производстве" (Н.Новгород, 1991),"Рациональное использование материальных ресурсов в литейном производстве'ЧЧелябинск, 1991), научно-практической конференции "Современные технологические процессы и оборудование в машиностроении"(Чебоксары, 1992), а также региональных, областных, институтских совещаниях, конференциях и семинарах.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 20 статей, получены 6 авторских свидетельств СССР и получены 5 положительных решений по заявкам на выдачу патентов Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Изложена на 129 страницах машинописного текста, включает 14 таблиц, содержит 37 рисунков и список литературы из 99 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Теоретические основы разработки Формовочных и стержневых смесей с улучшенными санитарно-гигиеническими свойствами, в настоящее время в литейном производстве применяется множество различных составов стержневых и формовочных смесей, где в качестве связующих используются жидкое стекло и органические связующие. Сложилась прочная тенденция применения и развития холоднотвердеющих смесей, что позволяет решить проблему точности отливок за счет реализации процесса отверждения стержней и <!юрм непосредственно в оснастке. В качестве связующих композиций применяют в основном органические смолы с кислотными катализаторами и неорганические смеси на жидком стекле с катализаторами отверждения э<$н-рами или порошкообразными кальций содержащими силикатами. За рубежом принято новое направление продувки стержней в оснастке газообразный катализатором с применением смесей на Фенолоизоционат-ной, ^урановой основе. Развитие данной технологи" увеличт-ло конкурентную способность органических смесей в обшем объеме связующих. В отечественном производстве процессы с коротким циклом отверждения

ие нашли широкого применения из-за экологической опасности при применении токсичных газообразных катализаторов и отсутствия специальных связующих и оборудования. Основное направление развития жидкоетекольных смесей пошло по пути повышения связующей способности жидкого стекла, совершенствования составов с целью улучшения выбиваемостн и подбора отвердителей. Достигнуть результатов в этих направлениях на широкой номенклатуре отливок не удалось из-за дифицитности органических отвердителей и малой эффективности добавок для улучшения выбиваемости.

Неорганические смеси со связующими кислотно-основного типа представляют наибольший интерес. Преимуществом этих смесей являет ся отсутствие запаха, хорошая выбиваемость, достаточная прочность и высокая термостойкость. В работе предпринята попытка систематизировать имеющиеся сведения и на базе экспериментальных данных разработать металлофосфатные смеси пониженной токсичности на неорганических связующих материалах.

Дяя решения этой задачи проведен- комплекс исследований по формированию свойств металлофосфатных смесей по изучению термостс кости и. деформации образцов при высоких температурах. Согласно современным представлениям в основе проявления вяжущих свойств фосфорнокислых соединений является их склонность к полимеризации и поликонденсации, а также образования устойчивых водородных связей. Схематически сложные физико-химические процессы, протекающие при отверждении смеси, содержащей металлофосфатные связующие и оксиды металлов, можно представить следующим образом: образование новых фосфатов; постепенное удаление химически связанной воды и переход одно- и двухзамешенных фосфатов в трехзамещенные; медленное разложение металлофосфатного связующего с возгонкой фосфорного ангидрида; постепенный переход фосфатных образований при определенных условиях в керамическую Форму.

Росту прочностных свойств способствует идентичность основных структурных элементов силикатов и фосфатов (у силикатов тетраэдр $¿0^" , у фосфатов тетраэдр Р0^~ ); близость размеров тетраэдров <1 аналогичный характер связей Р - 0 - Р и 0 - $1 , определяющийся близостью электронных конфигураций атомов фосфора и кремни и близостью размеров ионных радиусов этих элементов. Условия отверждения Фосфатных связующих композиций зависят от работы выход электрона в оксуде и значения его ионного потенциала. Но этим величинам оксида объединяются в три группы: - медленно реагирующее, с работой выхода электрона свыше 4,5 эа. 'Л, А? -¿О^

их отверждение происходит в результате нагрева; - реагирующие в обычных условиях с образованием вяжущих свойств, имеющих работу выхода электрона от 3,0 до 4,5 эв. (РеО, МдО, Си.0 ) • - бурно реагирующие оксиды с работой выхода электрона до 2-х эв. (ВаО, СаО, л/азО ), их отверждение сопровождается сильным разогревом и образованием саморассыпающихся систем. Работа выхода электрона в оксиде в сочетании с Фосфатным раствором является величиной, характеризующей способность металлофосфатной связующей композиции самопроизвольно отвергаться.

Явление прочности в связующей композиции и смесях определяется "аутогезией", включающей все виды и Формы связи между соприкасающимися частицами, независимо от числа и их свойств, природы сил, причин возникновения и условий, при которых оно имеет место. Ауто-гезии близки такие явления, как адгезия и когезия. В смесях ауго-гезионное взаимодействие реализуется между множеством частиц в зонах контакта и число контактов влияет на прочность. Причинами аутогезии являются молекулярные, электрические, когезионные и механические силы сцепления. Установлено, что стабильно прочные металлофосфатные системы образуют оксиды железа: магнетит РезО^ и маггемит У- Ре^Од. Нестабильны системы на вьюстите РеО, который легко окисляется, что приводит к росту микронапряжений и потере прочности смеси. Практически не обеспечивает твердение гематит Л - Ре^Од, имеющий низкую реакционную способность. Характер взаимодействия оксидов с фосфатами зависит от формы валентности, от концентрации и состава фосфатных водных растворов. Снижение концентрации растворов изменяет соотношение Р^Ь : Рв20з, а следовательно снижаются прочностные характеристики связующей композиции. В зависимости от количества примесей и способа производства маггемит при. нагреве частично переходит в гематит, а частично в стабильные ферриты. Температурная область стабильности У- Ре ¿¡Од не установлена, а переход в </. - Ре20з считается необратимым. Ьтот переход з^висит^от состава оксида железа. Причем примесные ионы А? , Мд^, Мп*4" стабилизируют кристаллическую решетку, сохраняя структуру шпинели подобно магнетиту. Переход / —*- оС затрудняется. Характерной особенностью магнетита и маггемита является их намагниченность, которая связана с распределением ионов металла внутри решетки. Ьто свойство позволяет приблизительно определять активность порошков. При тепловой обработке форм и стержней повышение температуры приводит к образованию новых соединений и дальнейшему упрочнению за счет поликонденсации фосфатного

связующего. При температуре 573К в смеси образуются новые химические соединения, удаляется химически связанная вода из фосфатных соединений, далее при температуре до 1073К идет образование гЬосфатов различной степени замещения, полимеризация цементирующей массы и адгезионное склеивание огнеупорных частиц смеси, что препятствует разупрочнению смеси. В процессе отверждения фосфатной смеси между песчинками наполнителя возникают кристаллы новообразований у. происходит их рост. Непременным условием достижени* высоких прочностных свойств фосфатных смесей является плотная структура, которая обеспечивается их уплотнением под воздействие! внешних сил или собственной массы. При этом связующее вызывает увеличение площади контактов между минеральными составляющими и одновременно обеспечивает течение и уплотнение частиц смеси, а в конечном итоге способствует формированию плотной, прочной структуры. Эффективность и скорость отверждения зависят от величины удельной поверхности и количества оксидов железа, магния и кальция в смеси.

Проведены сравнительные исследования прочностных свойств фосфатных смесей с жидкостекольными и смоляными смесями. Установленс что прочность фосфатных смесей не уступает этим смесям и находится на уровне 2-3 ¡«¡Па, сопоставимом с прочностью жидкостекольньс смесей, но после тепловой обработки остаточная прочность составляет до 1,2 Ша, что обуславливает хорошую выбиваемость. 'Жидко-стекольная смесь в условиях прогрева имеет остаточную прочность 4-6 Ша.

Высокотемпературные исследования Фосфатных формовочных и стержневых смесей показали, что обеспечение высокого качества отливок связано в первую очередь с термостойкостью и поверхностной прочностью смесей. Чувствительность формовочных и стержневых смесей к воздействию высоких температур и способность выдерживат: термические напряжения характеризуют их термостойкость. Неорганические смеси на фосфатном связующем и на жидком стекле имеют высокую термостойкость и, в основном, не разрушаются полностью.при нагреве. В связи с этим наряду с термостойкостью смеси важно зна1 высокотемпературные деформации стержней и термические напряжения в поверхностном слое. Связывая эти характеристики со временем об' разования корочки металла, её механическими свойствами и усадкой сплава после заливки в Форму, можно оценивать вероятность появления поверхностных дефектов и горячих трещин в отливках. Высоко температурные испытания смесей проводили на дилатометре, на

образцах диаметром 28,6 мм и высотой 50,6 мм, уплотняли смесь с помошью копра трёхкратным ударом груза массой 3,17 кг, падающего с высоты 65 мм. Составы смесей на различных связующих подбирали с таким расчетом, чтобы технологические свойства смесей (живучесть, скорость отверждения, конечная прочность) отвечали конкретным условиям производства.

Изменение прочностных характеристик смесей в зависимости от температуры нагрева показало, что в области средних температур фосфатная смесь имеет невысокую прочность, а при дальнейшем нагреве прочность равномерно падает. Мидкостекольная смесь при нагреве до 800 - 1073 К имеет пик прочности, что определяет её затрудненную выбиваемость. Песчано-смоляная смесь при нагреве теряет прочность, а разрушение носит хрупкий характер.

Деформация смесей в зависимости от приложенных нагрузок и температуры прогрева показывают, что жидкосгекольные смеси, отверж-даемые продувкой углекислым газом при нагрузке 350 МПа в течение одной минуты практически не деформируются, а отверждаемые ферро-хромовым шлаком, отличаются большей чувствительностью к величине прилагаемой нагрузки. Высушенные образцы на жидкостекольном связующем оказались более податливыми. Смеем на алюмохромфосфатном связующем непосредственно после отверждения при высокой температуре наиболее пластичны, а длительная выдержка образцов на воздухе перед испытаниями приводит к значительному росту сопротивления деформированию. Введение в состав смеси на АХФС молотой глины резко снижает пластичность образцов и податливость смеси. Дрбавка полиглицерина способствует увеличению сопротивления нагрузке при высоких температурах. Холоднотвердеющая фосфатная смесь с пылевидными отходами электросталеплавильного производства в качестве отвердителя имеет достаточную термостойкость и низкую деформацию. Разрушение смесей на органических смолах наступает через Ь0 - 100 с, а наиболее термостойкими являются смеси с фурановыми смолами и фосфорной кислотой в качестве отвердителя. Фосфатные смеси обладают высокой термостойкостью и низкой остаточной прочностью, а значит хорошей выбиваемостью по сравнению с жидкостекольными смесями.

Исследование и разработка стержневых смесей на основе Арс<вор-нокислых соединений. Для приготовления фосфатных смесей нашли применение лгелезоФосфатные и магнийфосфатные композиции. В работе рассмотрены в основном смеси на алюмохромФосФатном связующем, как наиболее доступном и безопасном материале. Ранее исследовались и

внедрены железофосфатные смеси на ортофосйорной кислоте с железной окалиной, железорудным концентратом, щхжусом или трифолином но недостатком их является хрупкость в отвержденном состоянии, разупрочнение в процессе хранения и необходимость применения бол того количества кислоты в составах. В разработанных составах сме сей АХ2С содержится в пределах 3,5 - 4,0 % для достижения необхо димых технологических характеристик. В качестве отвердителя используется пыль электросталеплавильного производства, активность которой зависит от размеров составляющих частиц, соотношения маг нитных фаз, влажности и от содержания и состава оксидов. Использование отходов плавильного производства позволит найти применение пылевидному отходу, который образуется в больших количествах и составляет Ь - 6 % от массы расходуемой шихты. Применение мето дики оперативного определения активности порошкообразных отверди телей по приросту температуры контрольной композиции связующего и отвердителя до и. после отверждения смеси позволило управлять процессом приготовления холоднотвердеющей смеси путем корректировки содержания пыли в составе. Исследованы добавки отсева коксовой мелочи и спели ваграночного производства чугуна для улучшения объёмных показателей отверждения смесей. Получены положительные результаты также при применении« пылевидных отходов керамзитового производства, золы-уноса ТЭЦ, работающих на мазуте и крахмалила экструзионного. Применение данных добавок в литейном производстве позволило улучшить свойства Фосфатных смесей, санитарно-гигиеническую обстановку в цехах, а также использовать отходы, образующиеся в литейном и других производствах.

Опытно-промышленные испытания и внедрение фосфатных литейных смесей. Опытно-промышленные испытания и внедрение оптимальных составов фо'рмовочных и стержневых смесей, методов контроля вы-биваемости, активности порошкообразных отвердителей, прилипае-мости смесей проводили при изготовлении стальных и чугунных отливок на Чебоксарском Л0 "ЧЗГ1Т", Чебоксарском и Псковском машино строительных заводах, Ульяновском литейном заводе "Центролит" и других предприятиях страны.

Внедрение результатов разработок позволило обеспечить: снижение массы отливок, брака по пригару, горячим трещинам, газовым раковинам; сокращение расхода топлива и электроэнергии в 2 - 3 раза; улучшение санитарно-гигиенических условий труда на производственных участках литейных цехов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

I. Определены условия и механизм формирования свойств смесей с металлофосфатнши связующими, которые базируются на взаимодействии водных растворов и оксидов, содержащихся в железосодержащих материалах. Скорость отверждения и другие физико-механические параметры форм и стержней зависят от структуры и дисперсности порошкообразного отвердителя и наличия в них двухвалентных оксидов и маггемитовой Фазы (X - ^е^З а активность водного раствора - от содержания фосфорного ангидрида и его концентрации.

'¿. Изучены процессы поликонденсации алшохромфосфат-ного связующего при тепловой обработке. ¡экспериментально подтверждено, что процесс отверждения фосфатных смесей с применением порошкообразных отвердителей протекает в три

периода. Первый период ( инкубационный ) характеризуется : растворением и образованием металлофосфатов, что сопровождается повышением температуры, высокой пластичностью и живучестью смеси. Второй период характерен снижением пластичности, живучести и началом отверждения смеси. Третий период завершает процесс отверждения холоднотвердеющих смесей. Чем выше удельная поверхность порошкообразного отвердителя, тем интенсивнее протекает процесс отверждения и меньше живучесть при неизмпнном химическом составе компонентов смеси.

3. Высокотемпературные исследования смеси до 1473К позволили -сопоставить фосфатные смеси со смоляными и жид-костекольными смесями по прочности, термостойкости и остаточной прочности ( выбиваемости ) после прогрева их до заданной температуры в зависимости от состава смесей, температуры и нагрузки. Установлено, что фосфатные смеси при 14УЗК расширяются на величину 1,2 - %, Наиболее подвержены расширению смеси на АХ$С и смолах. Скорость

прогрева образцов смесей при температуре 1ИУЗК практически одинакова у всех данных смесей и составляет 0,91 К/с. Наибольшее значение скорости прогрева соответствует ХТС на

АХФС. Термостойкость металлофосфатных смесей превышает в 2-3 раза термостойкость жидкостекольных смесей и ХТС на смолах. Разрушение смесей на АХ$С протекает, плавно, без скачков.

4. В области средних температур ( 873 - 1073К ) при прогреве стержней из смесей на АХФС во время заливки металлом характерна низкая прочность на сжатие в пределах 1,2 МПа, что способствует хорошей выбиваемости и податливости их по сравнению с жидкостекольными смесями.

На основе результатов определения усилий, развиваемых поверхностным слоем образца смеси при расширении (температура 1273К ), можно оценить вероятность образования горячих трещин в отливках. Добавка огнеупорной глины в смесь на АХ$С резко снижает пластичность и податливость, поэтому при Формировании отливки создаются условия для зат -рудненной усадки. В этом случае после заливки металла (через 2-3 мин) при росте толщины образующейся корочки металла, усилия, создаваемые расширяющимся слоем смеси, могут быть выше допустимых усилий и это приведет к образованию горячих трещин. Для повышения податливости таких смесей необходимо применять демпфирующие добавки: древесные опилки, древесную муку и другие выгорающие материалы.

5. Активность порошкообразных отвердителей зависит от их дисперсности. Разработана экспресс-методика определения активности порошкообразных отвердителей по изменению температуры смеси связующего с отвердителем во время реакции их взаимодействия. При этом протекает слабая экзотермическая реакция, а количество выделившейся теплоты прямо зависит от соотношения компонентов и гранулометрического состава порошков. Прирост температуры композиции является величиной, характеризующей их активность, т.е. косвенно отражает химический состав,' соотношение магнитных Фаз, дисперсность и влажность. Это позволяет оперативно управлять свойствами формовочных и стержневых смесей на основе алюмохром-ФосФатного связующего с применением пылевидных отходов электросталеплавильного производства в качестве отвердителя.

Ь. Выполненные исследования процес Формирования свойсте металлофосфатных смесей и анализ поведения образцов смесей при высокотемпературных испытаниях до 1473К позволили разработать

две группы фосфатных смесей: отверждаемые тепловой сушкой при нагреве до 493К и холоднотвердеющие смеси с порошкообразными отвердителями. Первая группа включает в себя фосфатные смеси для стержней и форм, обладающие высокой термостойкостью, прочностью и податливостью при содержании АХЗС 3,5 %, Прочность на растяжение в высушенном состоянии достигает 3,0 МПа. Вторая группа включает в себя холоднотвердеющие смеси с применением порошкообразных отвердителей и алюмохромфосфагного связующего. Отвердителями являются пылевидные отходы элекгросталеплавильного производства, трифолин (отходы анилинового производства), крокус и др. Данные смеси содержат специальные добавки для улучшения технологических свойств смесей. Для этих целей используются дешевые и доступные материалы: пылевидные отходы производства керамзита, спель ваграночного производства чугуна, зола - унос ТЭЦ и др. Разработанные смеси по своим параметрам, экологичное?" и технико-экономическим показателям превосходят отечественные аналоги.

V. Для устранения пршшпаемости фосфатных смесей к деревянной и металлической оснасткам, повышения их стойкости при эксплуатации и устранения дефектов стержней разработаны оптимальные составы разделительных покрытий на основе эпоксидной смолы и химически стойкого лака с добавлением наполнителей. Внедрение разделительного по1фытия позволило увеличить прочность и срок службы оснастки в 2 - 3 раза, избежать брак стержней по поверхностным дефектам и улучшить качество отливок.

8. Санитарно-гигиеническая оценка воздушной среды в литейных цехах проводилась путем контрольного определения содержания фосфорного ангидрида, фосфористого водорода, шестивалентного хрома в воздушной среде рабочей зоны стержневого отделения, заливочного и выбивного участков литейных цехов совместно с ВНШЮТ г. Свердловск. Установлено, что применение смесей на основе АХ5С не способствует повышению загазованности окружающей среды.

9. Внедрение результатов выполненных исследований осуществлено на Чебоксарском ПО "ЧЗПТ", Чебоксарском и Псковском машиностроительных заводах, Ульяновском литейном заводе "Центро-лиг" и других предприятиях. Ведется работа по внедрению разработанных техпроцессов на Канашском вагоноремонтном заводе, Рязанском заводе "Центролит"и других предприятиях. Реальный экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы

за счет сокращения брака, увеличения выпуска и уменьшения массы отливок, снижения расхода топлива, материалов и электроэнергии, трудоемкости изготовления стержней и форм, а также улучшения санитарно-гигиенических условий труда составляет свыше 500 тыс. руб. (в ценах 1990 г.). Научная новизна разработок подтвер дена полученными авторскими свидетельствами. №№ 954137, 980919, 1072329, II597I6, 929301, I08666I и положительными решениями на выдачу патентов Российской Федерации №№ 5065821, 5065985, 50659 5065984, bOüöOIb.

Основные научные и практические результаты, включенные в диссертацию, изложены в следующих публикациях:

1. Высокотемпературные деформации и напряжения в стержневых смесях/ Илларионов И.Е., Евлампиев A.A., Смоляков А.Г.//Литейн. пр-во .-1981 .-Ш.-С. 14-16.

2. Разделительное покрытие при изготовлении стержней из гСС /Илларионов И.Е., Евлампиев A.A., Полозков А.Д.//Литейн. пр-во. -1978.-Ш.-С.41.

3. Исследование и разработка стержневых смесей на основе фосфорнокислых соединений /Илларионов И.Е., Евлампиев А.А.//-М, 1960.-С.38.-Деп. в Г0СИНТИ 29.0&.80.-М09.-80.

4. Исследование и разработка разделительных покрытий для жидкоподвижных самотвердеющих смесей /Илларионов И.Е., Евлампиев А.А.//-М,1982,-С.72.-Деп. в Г0СИНТИ №292.-81.

5. Влияние структурных свойств и состава смеси на качество отливок/ Илларионов И.Е,, Евлампиев A.A., Смоляков А.Г'.// Пути рационального использования и экономии металла в литейном произ водстве. Часть 2.-М.1981.-С. 196-197.

6. Исследование и разработка смесей и оснастки с применение неорганических материалов/ Илларионов И.Е., Багрова Н.В., Евлам пнев A.A.// Проблемы литейной оснастки и качество отливок.-й. I98I.-I.-C.I7-18.

7. Исследование и разработка стержневых смесей с применение фосфатных связующих и влияние их на долговечность оснастки/ Илл рионов И.Е., Евлампиев A.A., Смоляков А.Г. и др.// Проблемы литейной оснастки и качество отливок.-м.I98I.-4.2.-С.122-124.

8. Исследование зависимости активности отвердителей песчане фосфатных холоднотвердеющих смесей от дисперсности/ Илларионов И.Е., Евлампиев A.A., Антонов Е.В., Медведев Л.И., Стрельников И.А.// Современные технологические процессы и оборудование в

машиностроении. Чебоксары. 1992,-0.65-66,

9. Определение активности отвердителей в песчанофосфатных холоднотвердеющих смесях// Современные технологические процессы и оборудование в машиностроении. Чебоксары. 1992 ,-0.92-96.

10. Фосфатные смеси и их применение/ Илларионов И.Е., Евлам-пиев A.A.// Прогрессивные технологии изготовления Форм и стержней для производства отливок. Челябинск.1990.-С.77-60.

11. Экологически чистые технологические процессы получения отливки с применением неорганических связующих материалов/ Илларионов И.Е., Евлампиев A.A. и др.// Рациональное использование материальных ресурсов в литейном производстве. Челябинск.1991.-С.bb.

12. Усовершенствование составов цементоорганических смесей для получения отливок/ Илларионов И.Е., Евлампиев A.A. и др.// Рациональное использование материальных ресурсов в литейном производстве. Челябинск. 1991. -С.51-52.

13. АлюмохромфосФаткые смеси стального и чугунного литья/ Илларионов И.Е., Евлампиев A.A. и др.// Состояние и перспективы получения отливок на основе ресурсосберегающих формовочных смесей. ЦПОНИИТМШ.-Ы. 1963,-С.66-68.

14. Влияние магнитоактивации связующего и отвердителя на свойства ХТ'С с применением алюмохромфосфатного связующего/ Илларионов И.Е., Евлампиев A.A. и др.// Современные технологические процессы и оборудование в машиностроении. Чебоксары.1992.-С. 62-

15. Совершенствование составов и интенсификация процессов отверждения наливных формовочных цементоорганических смесей/ Илларионов И.Е., Евлампиев A.A. и др.// Прогрессивные технологические процессы и охрана труда в литейнометаллургическом производстве. Н.Новгород. 199I.-C.5b-bö.

По теме диссертации получены следующие авторские свидетельства СССР: № 954137, 960919, 1072329, 1156605, 929301, 1066661 и положительные решения на выдачу патентов Российской Федерации №№ 5065621, 5065963, 5065964, 5065965, 5066015.

65