автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Разработка ресурсосберегающей технологии получения литья по выплавляемым моделям на основе металлофосфатных связующих

- ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Лысиков Дмитрий Константинович 0 ^

РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТЬЯ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛОФОСФАТНЫХ СВЯЗУЮЩИХ

Специальность 05.16.04 - литейное производство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Липецк - 2000

Работа выполнена в Чувашском государственном педагогическом ' университете им. И.Я. Яковлева

Научный руководитель:

заслуженный деятель науки и техники РФ и ЧР, президент НАНИ ЧР, д. т. н., профессор Илларионов И.Е.

Официальные оппоненты:

д. т. н., проф. Гамов Е. С., к. т. н. Третьяков В. Ф.

Ведущая организация:

АО «Текстильмаш», г. Чебоксары

Защита состоится 26 декабря 2000 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д.064.22.01 при Липецком государственном техническом университете по адресу: 398055, г. Липецк, ул. Московская, д. 30, ауд. 601.

Автореферат разослан 25 ноября 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного • - совета, к. т. н., доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Особенностью состояния современного литейного производства является снижение производства литья, получаемого по выплавляемым моделям (ЛВМ). Статистика свидетельствует, что на долю данного способа приходится менее 0,13% от общего числа произведенных в России отливок.

Более широкое распространение ЛВМ в машиностроении сдерживается высокой стоимостью исходных формовочных материалов. Так керамическая форма на этилсиликатном связующем (ЭСС) с цирконовым огнеупорным наполнителем почти в 40 раз дороже сырой песчано - глинистой формы.

Изыскание технологии, позволяющей снизить себестоимость керамических форм по выплавляемым моделям, будет способствовать дальнейшему развитию ЛВМ и увеличению доли отливок, полученных этим способом.

Целью работы является разработка технологического процесса с применением металлофосфатных связующих (МФС), позволяющего уменьшить себестоимость литья по выплавляемым моделям.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие основные задачи:

- разработка методов определения физико - механических характеристик керамических суспензий и оболочек;

- разработка составов керамических суспензий для ЛВМ на основе фосфатных связующих и отвердителей - железосодержащих отходов металлургических производств;

- разработка методов повышения трещиностойкости оболочковых форм;

- разработка методов и лабораторного оборудования для физико - механической активации материалов и суспензий в ЛВМ и экспериментальное выявление возможности улучшения физико - механических свойств суспензий и керамических форм;

- опытно - промышленное опробование разработанной технологии.

Основные научные результаты:

• разработаны методики определения кроющей способности суспензий и трещиноустойчивости оболочек;

• установлен механизм взаимодействия фосфатных растворов с отверди-телями и выявлена зависимость прочности оболочек от типа фосфатного раствора и количества отвердителя; выявлены причины, приводящие к снижению активности прокаленного отвердителя;

• установлен механизм растрескивания оболочек и выявлены мероприятия, снижающие растрескивание - увеличение скорости выплавления моделей, применение упрочняющей добавки и обсыпочных материалов органической и неорганической природы;

• аналитически установлена зависимость прочности оболочек от размер и формы гранул, применяемых в качестве обсыпки;

• выявлен механизм воздействия интенсивного механического переме шивания, предварительного подогрева, магнитной и ультразвуковой о£ работки на свойства суспензий и оболочек;

• разработана математическая модель, позволяющая прогнозироват | свойства суспензий и форм в зависимости от количества ингредиенто | или параметров активации.

I Практические результаты:

! • спроектированы и изготовлены лабораторные установки для определи

ния кроющей способности суспензий и предела прочности на изгиб обе почек;

• разработаны составы керамических суспензий на алюмохромофосфат ном связующем, отвердителях - отходе дробеметной очистки, непрокг ленном и прокаленном отходе обнаждачивания отливок, пыли сталепла вильного производства и активирующей добавке - ортофосфорной w слоте; разработана технология их применения;

• разработана методика и изготовлено лабораторное оборудование дд физико - механической активации суспензий;

• проведено промышленное опробование разработанной технологии н АО «ЧАЗ».

Апробация работы. Основные положения диссертации пред . ставлены и обсуждены на научно - технических конференциях аспиран

тов, преподавателей ЧГПУ г. Чебоксары в 1998, 1999,2000 г. г., на науч но - практической конференции литейщиков в НГТУ г. Н. Новгород ; 1999 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано Ш ра бот, получено 1 положительное решение по заяви №99126582/03(027930) от 15.12.1999 на выдачу патента РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из вве дения, пяти глав, основных выводов, библиографии и приложений. Со держание работы изложено на //¿'страницах. Работа содер жт2С таблиц, 5"Зрисун-ков, библиографический список вкшоча ет Н9 наименований. Общий объем диссертации Ш страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ВВЕДЕНИЕ

Во введении обоснована актуальность работы, показаны ее на учная и практическая значимость. Сформулирована цель исследования.

Глава 1. Современное состояние литья по выплавляемым моделям

Рассмотрено современное состояние J1BM с целью выявление существующих технологий и материалов для получения точного литья.

Широко применяемому в настоящее время ЭСС свойственна высокая стоимость, нестабильность свойств, зависящих от параметров процесса гидролиза, сложна технология его приготовления, прочностных показателей оболочек не всегда хватает для компенсации термических деформаций огнеупорного наполнителя. Жидкостекольное связующее и кремнезоль в качестве полной замены ЭСС выступать не могут, возможно их применение только как компонентов комбинированных либо связующих, либо форм.

Широкого распространения МФС в ЛВМ не получили, что связано с их твердением при нагревании, а также вспучиванием и размягчением затвердевшей оболочки при температурах выплавления моделей. Однако МФС отличаются от ЭСС меньшей стоимостью и экологической безопасностью, кроме того, позволяют повысить прочность и термостойкость оболочек.

Холодное твердение МФС достигается применением железосодержащих отвердителей - отходов производств, основными компонентами которых являются гематит а - Ре^Оз, не вызывающий твердения МФС, и высокореакционные вюстит - РеО и маггемит у - Рс/К количеством которых определяется активность отвсрдшеля.

Установлено, что активность прохождения реакции в связующей композиции непосредственно влияет на прочность затвердевших форм. При бурной реакции, когда скорость реакции не соответствует скорости структурообразования, продукты твердения отличаются невысокой прочностью, либо не образуются вовсе.

Кроме того, при высокой скорости реакции (при применении связующих с высокой концентрацией Р205 и активных отвердителей) образуется кристаллическая структура (кристаллогидраты двух- и трех-замещенных фосфатов), которая вследствие наличия дефектов и микротрещин с большой концентрацией напряжений характеризуется невысокой прочностью. Нолее высокая прочность характерна однозамещенпым фосфатам с аморфной и аморфно - кристаллической структурой, однако такой структуре свойственно вспучивание и размягчение при нагреве.

Глава 2. Методика исследования

При проведении экспериментов для изготовления оболочек применялись: фосфатные растворы - ортофосфорная кислота (ОФК) и апюмохромфосфатное связующее (АХФС); отвердители - отход дробе-метной очистки литья (ОДО), обнаждачивания отливок (ООО) и пыль сталеплавильного производства (ПСП); технологические и упрочняющие добавки - лигносульфонат технический (ЛСТ), борная кислота (БК); огнеупорный наполнитель - маршаллит; ПАВ - «Прогресс»; материалы для обсыпки - кварцевый песок, пенополистирол, древесная пульпа и опилки, волокнистый асбест и пластины кузнечной окалины.

Кроющая способность суспензий оценивалась величиной краевого угла смачивания, определяемого по диаметру основания капли и площади сегмента, образуемого ею.

Прочность керамических оболочек определялась на лабораторной установке, отличающаяся от аналогов тем, что в качестве задатчика силы использована потенциальная энергия воды, а в качестве преобразующего механизма - двухступенчатый зубчатый редуктор, обеспечивающий передаточное отношение 25. Разработана компьютерная программа, облегчающая многократно повторяющиеся расчеты прочности керамических образцов.

Оптимизация составов и свойств керамических суспензий и оболочек проводилась методом ортогональных композиционных планов, для реализации которого разработана компьютерная программа.

Глава 3. Разработка составов керамических суспензий на основе фосфатных связующих для литья по выплавляемым моделям

Разработка составов керамических суспензий включает в себя выбор типа фосфатного раствора, экспериментальное определение оптимальных соотношений «связующая композиция - отвердитель», выбор рода и количества технологических или упрочняющих добавок, определение необходимого количества воды и ПАВ с точки зрения оптимального соотношения кроющей способности, живучести суспензий и прно-сти оболочек.

Максимальной концентрацией фосфат -ионов отличается ОФК, поэтому при использовании ее в качестве фосфатного раствора для достижения максимальной прочности оболочек активность реакции снижена уменьшением количества отвер-днтеля (рис. 1). Это приводит к образованию аморфной структуры затвердевшей оболочки, ппроскопичной и размягчаемой на воздухе. Увеличению количества отвердителя при сохранении невысокой скорости химической реакции, а значит получению аморфно - кристаллической структуры, не размягчаемой на воздухе, способствует добавление в суспензию ЛСТ (рис. 2). Положительное влияние

(О - 6

0.5

\ 3

V

\3 -----

Л.Х

г

V

0

Ч 3 в /6 ШОУ.

Рис. 1. Зависимость времени твердения (1) и живучести суспензии (2), прочности (3) и пористости (4) форм на ОФК от количества ОДО

а

добавки основано на пластифицирующем действии активных -ОН-, и БО^ групп, входящих в состав ЛСТ.

Использование в качестве фосфатного раствора АХФС предпочтительнее, что связано с меньшей концентрацией фосфат -ионов и его экологической безопасностью.

В качестве от-вердителей АХФС использовались, отходы -ОДО, ООО и ПСП. Анализ свойств суспензий и форм (рис. 3), показывает, что максимальной активностью отличается ООО, что объясняется бурной его реакцией с АХФС, получением кристаллической структуры, отличающейся невысокой прочностью. Активность отвердителя снижается при его прокалке при 1073 К в течение 4 ч., что приводит к потере ферромагнитных свойств маггемнта и образованию слабореакционного гематита, что приводит к резкому повышению прочности оболочек.

С целью увеличения прочности форм на применяемых отвердителях применен метод активации химической реакции в связующей композиции вводом ОФК (рис. 4), которая повышает реакционную способность АХФС, снижает его вязкость и водородный показатель.

Рис. 2. Зависимость прочности (1 - 4) и живучести (5 - 8) суспензий на ОФК и О ДО от количества ЛСТ: I и 8 -0%; 2 и 7 - 2%; 3 и 6 - 4%: 4 и 5 - 6%

I

/ 1 V \\

1

/

5 апШфА/тем, ■

Рис. 3. Зависимость прочности керамических образцов на АХФС от вида отвердителя: I -ОДО; 2 - ООО; 3 - ОООпро>; 4 - ПСП

Соотношение «связующая композиция - наполнитель» в суспензии зависит от прочности оболочек и стоимости системы. При увеличении количества связующего увеличивается вязкость суспензии и ее стоимость хотя прочность оболочек нарастает незначительно. Установлено оптимальное соотношение, которое для всех составов принято 20: 80. Суспензии на разработанных составах практически не смачивают поверхность модели, поэтому для полного смачивания в суспензии на различных отвердителях вводится не менее 1% ПАВ.

Ингредиенты и свойства разработанных составов приведены в таблице I.

Таблица I

Составы и свойства суспензий и оболочек при использовании в качестве

Н3РО,У.

Рис. 4. Зависимость прочности керамических образцов на АХФС от вида отвердителя и количества ОФК: 1 -ОДО; 2 - ООО; 3 - ОООпро„; 4 - ПСП

Компоненты II сноПстна номер состава

1 1 2 | 3 | 4

Ингредиенты, масс, дол. %

ЛХФС 11,0 16,0 11,0 15.0

ОФК 4,0 3,0 3,0 1,0

ПСП 3,0 - -

ОДО - 1,0 - -

ООО - - 1,0 -

ОООпро* - - - 1,0

Маршаллнт 81,0 79,0 84.0 72,0

ПАВ 1,0 1,0 1.0 1.0

Вола (сверх 100%) 20,0 20 20 20

1 2 3 4

Физико-мсханпчсскис свойства

Вязкость, с 60 60 60 60

Живучесть, ч 7.9 6,0 6.5 7.0

Время твердения, мин 32 25 15 14

Прочность, МПа 9,5 6,9 8,9 11.0

Пористость. % 3.5 7.0 7.9 8.0

К

Р. кг/см

□ a) ■ б)

Технология применения суспензий данных составов предусматривает их выдержку после приготовления в течение не менее 1,5 - 2,0 ч. Максимальную прочность такие суспензии обеспечивают еще в течение 3,0 - 3,5 ч., что необходимо учитывать при проектировании технологии применения суспензий.

Сравнением значений разрушающей нагрузки установлено, что при применении оболочек на АХФС число их слоев может быть сокращено до трех по сравнению с технологией применения четырехсложной оболочки на ЭСС (рис. 5).

Высокопрочная структура оболочек из суспензий разработанных составов подвержена сильному растрескиванию, происходящему в основном при выплавлении моделей. В ЛВМ тре-щиноустойчивость повышается как за счет оптимизации технологических параметров процесса изготовления оболочек (в частности выплавления моделей), так п воздействием на структуру оболочек. Повышение скорости выплавления моделей, а также введение » суспензии упрочняющей добавки - борной кпелогы трещинообразование снизило, однако не устранило полностью.

Наилучшие результаты получены при применении материалов органического и неорганического происхождения, наносимых в качестве обсыпки на иезатвердевший промежуточный слой суспензии.

Эффект применения органической обсыпки заключается в том, что при ее выгорании при выплавлении моделей и прокаливании резко увеличивается порно ость форм. В образующихся порах гасятся концентрации напряжений, вызванные термической деформаций форм.

Размер и форма пор существенно влияют на прочность оболочек. Зависимость прочности форм от их пористости выражается формулой:

<У„ (7(1-11).

еле О - прочность оболочки 6cj пор. СТ„ - прочность оболочки пористостью 11.

Рис. 5. Влияние числа слоев на разрушающую нагружу образцов, изготовленных по технологии АО «ЧЛ'З» (I) и с применением разработанных составов (2)

Расчеты показали, что при применении в качестве обсыпочных материалов гранул пенополистирола и древесной пульпы при пористости 48 и 31% потеря прочности по сравнению с оболочкой, обсыпанной кварцевым песком, составляет 10%. При применении в качестве обсыпки древесных опилок при пористости 36% потеря прочности составляет около 25%, что связано с угловатой формой пор, получаемых при выгорании опилок. В таких порах концентрация напряжений больше, чем в порах округлой формы, полученных при выгорании пенополистирола и древесной пульпы.

Применение неорганических материалов основано на их демпфирующем (волокнистый асбест) и армирующем (кузнечная окалина) действии.

Все рассмотренные материалы полностью предотвращают тре-щинообразование, причем минимальное снижение прочности обеспечивает обсыпка пластинами кузнечной окалины, что связано с минимальной пористостью образцов при применении данного вида обсыпки.

При прокаливании оболочек из суспензий разработанных составов, изготовленных с применением обсыпочных материалов, прочность снижается в течение первого часа процесса, что связано с выгоранием остатков молельного состава, а также процессом дегидратации АХФС, сопровождающимся незначительным разупрочнением оболочки. Причем, с увеличением скорости нагревания для прокаливания разупрочнение несколько возрастает, хотя трещины не образуются, что предопределяет возможность заливки оболочек без опорного наполнителя.

Глава 4. Исследование методов физико - механического воздействия на керамические суспензии

Применение физико - механического воздействия на керамические суспензии позволяет резко повысить их технологические свойства и свойства получаемых оболочек.

Проведены исследования в направлении интенсификации механического перемешивания суспензий, в области магнитной обработки воды и суспензий, предварительного подогрева суспензий и их ультразвуковой обработки. По каждому из методов изготовлено соответствующее лабораторное оборудование и выявлены оптимальные параметры процессов активации.

Интенсификация процесса перемешивания суспензий приводит к увеличению числа соударений между реагирующими компонентами суспензий, к ослаблению или полному разрушения связей между их молекулами, что способствует увеличению эффективности реакции в суспензии. Кроме того, интенсивное перемешивание суспензий на АХФС, являющемся неорганическим полимером, приводит к более эффективному за-

н

/о

мешенмю атомов водорода связующею ма атомы железа отвердителя, которые являются «мостиками» при сшивании молекул полимера.

Установлено, что минимальную вязкость суспензиям и максимальную прочность оболочкам обеспечивает применение дискового перемешивающего устройства с частотой его вращения 1250 об/мин и временем проведения процесса 25 мин. Важен также и порядок ввода компонентов: сначала в течение 5 мин перемешиваются АХФС, ОФК и от-вердитель, затем добавляются вода, маршаллит и перемешиваются в течение 23 мин; в последнюю очередь вводится ПАВ, и время совместного перемешивания компонентов доводится до 25 мин (рис. 6).

Такой порядок ввода компонентов связан с тем, что активное совместное перемешивание приводит к образованию силикофосфатов, а это в свою очередь способствует повышению газовыделения и повышенной пористости оболочек. Поэтому максимально увеличено время совместного перемешивания связующей композиции и наполнителя. Время перемешивания готовом суспензии с ПАВ снижено до минимума

из - за обильного ценообразования.

При соблюдении всех указанных параметров прочное п. оболочек возрастает с 6,9 МПа до 11,5 МПа. Кроме того, при выдержке суспензии в атмосфере цеха в течение I ч. прочность повышайся до И МПа.

Экспериментально выявлена возможность повышения прочности оболочек с 6,9 до 11,0 МПа проведением подогрева керамических суспензий перед использованием до ЗООК, что связано с тепловой интенсификацией химической реакции в связующей композиции и увеличении эффективности использования вводимого количества связующего.

Механизм магнитной активации основан на усилении связей между отдельными дисперсными частицами суспензий за счет ориента-ционного действия магни I ши о ноля на дисперсионную среду.

Ю

г.м

Рис. 6. Зависимость прочности (I) и иориоо-сти (2) керамических образцов от времени раздельного (совместного) перемешивания связующей композиции и огнеупорного наполнителя

н

го

Установлено, что применение омагничи-вания воды и компонентов суспензии малоэффективно потому, что при последующем перемешивании ориентирующее действие практически полностью снимается. Более эффективно обрабатывать готовые суспензии V (рис. 7), причем ис-

11.с. 7. Прочность керамических обрашов. юго- пользовать которые топленных на омагничеиной переменным (2) и постоям- .

ниш (I) магнитным полем воде и омагничешюй перс- желательно В течении I менным (4) и постоянным (3) полем суспеюни часа после активации -

что является временем «магнитной памяти», по истечении которого максимальная прочность после активации 16,9 МПа начинает спадать и приближается к значениям прочности, получаемым при механическом перемешивании. Причем максимальные механические свойства оболочек достигаются поперечным омапшчиванием при питании катушки омаг-ничивающей установки постоянным током силой 6А.

Изготовлена лабораторная установка и разработана методика ультразвуковой обработки керамических суспензий. Установлено, что при обработке керамических суспензий ультразвуковыми колебаниями частотой 20,5 КГц, интенсивностью - 0,3 Вт/см2 в течение 10 мин достигается их минимальная вязкость и максимальная прочность оболочек.

Механизм ультразвуковой активации основан на кавитационных явлениях - образовании паровоздушных пузырьков в зоне распространения ультразвука, что способствует диспергированию и эмульгированию компонентов суспензий, а значит более эффективному их перемешиванию и использованию. Наличие кавитации при работе разработанной установки выявлено воздействием ультразвука на термообработанную жидкостекольную пленку, нанесенную на кварцевое стекло. Обнаружено ее разрушение при размещении стекла на расстоянии 0,5 мм от торца магнитострикционного излучателя, что свидетельствует о наличии кавитации даже при незначительной интенсивности ультразвуковой волны 0,5 Вт/смг, обеспечиваемой генератором.

Глава 5. Опытно - промышленные испытания и расчет экономической эффективности керамических суспензий для ЛВМ на основе металлофосфатных связующих

С целью промышленного опробования разработанной технологии в условиях АО «ЧАЗ» изготовлена партия трехслойных оболочек с

обсыпкой второго слоя пластинами кузнечной окалины. Компоненты суспензии состава 2 (таблица I) перемешивались по экспериментально определенным параметрам. Выплавление, прокалка и. заливка оболочек проводилась по заводской технологии. Результаты испытаний показали применимость данной технологии в ЛВМ, что подтверждено соответствующими актами. Ожидаемый экономический эффект от применения разработанной технологии в производстве только за счет снижения стоимости основных материалов составляет 950 руб/т. Кроме того, данная технология позволяет сократить трудоемкость изготовления оболочек и повысить экологическую безопасность в цехах точного литья.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Теоретически выявлена возможность снижения себестоимости литья по выплавляемым моделям при применении фосфатных связующих и кристаллического кварца, применяемого в качестве наполнителя суспензий и обсыпочного материала.

2. Разработана компьютерная программа, позволяющая оптимизировать проведение расчетов по определению предела прочности образцов на изгиб. Спроектирована и изготовлена лабораторная установка для испытания керамических оболочек на изгиб. Выявлены основные размеры образцов для определения прочности, изготовлены формы для их получения.

3. Разработана методика и изготовлена лабораторная установка для определения кроющей способности суспензий по площади сегмента и диаметру растекшейся капли.

4. Экспериментально выявлена зависимость прочности оболочек от концентрации фосфат - ионов в связующих, активности отвердителя и скорости твердения.

5. Разработан состав керамической суспензии для ЛВМ на ортофосфор-ной кислоте и отходе дробеметной очистки с применением пластифицирующей добавки - лигносульфоната технического.

6. Установлено, что невысокая температура при образовании отхода об-наждачивания отливок способствует сохранению на поверхности его частиц высокореакционного маггемита, что определяет высокую активность отхода при использовании в качестве отвердителя АХФС. Экспериментально выявлено, что прокаливание отвердителя в течение 4 ч. при температуре 1073 К приводит к снижению активности отвердителя за счет образования на его поверхности неактивного гематита. При этом снижается скорость твердения суспензий и резко повышается прочность оболочек.

7. Установлено, что активация химической реакции в связующей композиции на АХФС ортофосфорной кислотой приводит к повышению прочности оболочек за счет увеличения концентрации фосфат - ионов.

8. Установлено влияние соотношения связующей композиции и огнеупорного наполнителя в суспензии на прочность оболочек, а также влияние количества вводимой в суспензию воды на условную вязкость суспензий и прочность керамических форм. Выявлено необходимое количество поверхностно - активного вещества «Прогресс» в суспензии с целью обеспечения оптимального соотношения кроющей способности суспензии (0 = 20°) и прочности керамических образцов.

9. Разработано 4 состава керамических суспензий для ЛВМ:

1) ДХФС - 14,4%; ОФК - 2,8%; ПСП - 2,8%; ПАВ - 1%; маршал-лит - 79%; вода сверх 100% до получения вязкости 40 - 60 с;

2) АХФС - 15,8%; ОФК - 3,1%; ОДО - 1,1%; ПАВ - 1%; маршал-лит - 79%; вода сверх 100% до получения вязкости 40 - 60 с;

3) АХФС - 16,7%; ОФК - 2,2%; ООО - 1,1%; ПАВ - 1%; маршал-лит - 79%; вода сверх 100% до получения вязкости 40 - 60 с;

4) АХФС - 15,8%; ОФК - 3,1%; ОООпр011 - 1,1%; ПАВ - 1%; мар-шаллит - 79%; вода сверх 100% до получения вязкости 40 - 60 с.

Определены технологические аспекты использования разработанных составов - время выдержи перед началом использования - 1,5 - 2 ч., время, в течение которого необходимо использовать суспензию - 3 - 3,5 ч.

10. Сравнительным анализом разрушающих нагрузок доказано, что в отльчие от четырехслойных этилсиликатно - жидкостекольных оболочек, изготавливаемых на АО «Чебоксарский агрегатный завод», число слоев оболочек на суспензиях разработанных составов может быть сокращено до трех.

11. Разработаны мероприятия по уменьшению растрескивания оболочковых форм, изготовленных из суспензий разработанных составов. Установлено, что увеличение скорости повышения температуры выплавления моделей из оболочек на кристаллическом пылевидном кварце не приводит к полному устранению их растрескивания.

12. Исследована возможность применения упрочняющей добавки - борной кислоты. При этом за счет образования стойких борофосфат - ионов прочность оболочек повышена, однако их растрескивание полностью не устранено.

13. Исследовано применение различных обсыпочных материалов - пено-полистирола, древесной пульпы, опилок, окалины кузнечной, асбеста волокнистого. Установлено, что максимальные механические свойства оболочкам при отсутствии их растрескивания обеспечивает обсыпка пластинами окалины кузнечной длиной не более 5 мм.

14. Установлено, что интенсификация механического перемешивания приводит к более полному замещению атомов водорода в АХФС на атомы железа отвердителя, что приводит к более эффективному использованию веодимого количества связующего и резкому повышению прочности оболочек. Установлен оптимальный порядок ввода компонентов

суспензии и время их совместного перемешивания. Спроектирована и изготовлена лабораторная установка - бак - мешалка, обеспечивающая получение оптимальных свойств суспензий и оболочек.

15. Выявлена возможность повышения прочности оболочек за счет увеличения энергии активации химической реакции в суспензии при применении их предварительного подогрева до 303 К.

16. Разработана лабораторная установка для магнитной активации жидких сред. Установлено, что омагничивание воды и компонентов суспензий применять нецелесообразно, т. к. при последующем перемешивании с остальными компонентами суспензии влияние активации практически полностью снимается дезориентирующим действием перемешивания. Экспериментально установлено, что оптимальным вариантом омагничи-вания является активация готовой суспензии постоянным магнитным полем. Для получения максимальной прочности оболочек необходимо, чтобы обработанные магнитным полем керамические суспензии были использованы не более чем за 0,5 ч., т. к. при большей выдержке влияние магнитной обработки резко снижается.

17. Исследованы методы и разработано оборудование для ультразвуковой обработки керамических суспензий. Разработана методика определения интенсивности ультразвука. Установлен механизм кавитационного воздействия ультразвука на керамические суспензии путем воздействия колебаний на термообработанную жидкостекольную пленку. Выявлены оптимальные параметры активации - интенсивность ультразвука 0,5 Вт/см2, время обработки - 10 мин для получения минимальной вязкости суспензии и максимальной прочности выплавленных оболочек.

18. Опытно - промышленное испытание технологии, включающей применение керамических суспензий разработанных составов, приготовленных с применением интенсивного механического перемешивания по экспериментально определенным параметрам, обсыпанных пластинами кузнечной окалины, проведенные на АО «Чебоксарский агрегатный завод», показали применимость разработанной технологии в промышленности. Экономический эффект от применения суспензий разработанных составов составляет 950 руб/т.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Илларионов И.Е., Лысиков Д.К., Денисов М.И. Методика и установка для определения краевого угла смачивания / Известия ИТА ЧР,№3 (12),4 (13), 1998 г., 5 (14), 6(15), 1999 -С. 174-178.

2. Илларионов И.Е., Денисов М.И., Лысиков Д.К. Установка для испытания керамических образцов на прочность / Известия ИТА ЧР, № 3 (12), 4 (13), 1998 г., 5 (14), 6 (15). 1999 -С. 180-184.

J. Илларионов И.E., Лысикou Д.К., Денисов М.И. Лабораторный смеситель для приготовления керамических суспензий / Известия ИТА 4P, № 3 (12), 4 (13), 1998 г., 5 (14), 6(15), 1999 -С. 185-188.

4 . Илларионов И.Е., Денисов М.И., Лысиков Д.К. Применение желсзофосфатных связующих композиций для литья по выплавляемым моделям / Известия ИТА 4P, № 3 (12), 4 (13), 1998 г., 5 (14), 6 (15), 1999 -С. 188-191.

5 . Илларионов И.Е., Денисов М.И., Лысиков Д.К. Исследование влияния электролизной воды на свойства глинистых суспензий I Известия ИТА 4P, №3 (12), 4 (13), 1998 г., 5 (14), 6 (15), 1999-С. 191-195.

6. Денисов М.И., Лысиков Д.К., Илларионов И.Е., Турчинович Р.В. Влияние армирующих добавок на свойства керамических суспензий с применением алюмохромфосфатного связующего / Сборник научных трудов докторантов, научных сотрудников и аспирантов ЧГПУ, вып. 6, Чебоксары. - 1999 - С. 112-116.

7 . Илларионов И.Е., Лысиков Д.К., Денисов М.И. Ультразвуковая обработка керамических суспензий / Сборник научных трудов докторантов, научных сотрудников и аспирантов ЧГПУ, вып. 6, Чебоксары. -1999-С. 46-51

8. Илларионов И.Е., Денисов М.И., Лысиков Д.К. Технология получения керамических суспензий с применением алюмохромжелезо-фосфатного связующего и исследование их свойств / Формирование системы технологического образования детей и молодежи. - Межвузовск. сб. научн. трудов, Чебоксары. - 1999 - С. 128-132.

9. Лысиков Д.К., Денисов М.И., Илларионов И.Е. Технология ультразвуковой обработки керамических суспензий и ее влияние на свойства оболочек при литье по выплавляемым моделям / Формирование системы технологического образования детей и молодежи. - Межвузовск. сб. научн. трудов, Чебоксары. - 1999 - С. 138-145.

10. Лысиков Д. К., Илларионов И.Е. Разработка составов керамических суспензий для литья по выплавляемым моделям и способ физико - механического воздействия на них / Сборник научных трудов докторантов, научных сотрудников и аспирантов ЧГПУ, вып. 7, Чебоксары. -2000-С. 15-19.

11. Илларионов И.Е., Денисов М.И., Лысиков Д.К. и др. Суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям / Заявка на патент РФ №1765/2420 от 3.12.1999 99126582/20(027930)

12. Илларионов И.Е., Денисов М.И., Лысиков Д.К. и др. Суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям /положительное решение по заявке на патент РФ № 1765/2420 от 3.12.1999 99126582/20 (027930)