автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Разработка связующих композиций и оптимизация составов формовочных и стержневых смесей на основе эпоксидных смол

РГ5 ОД 1 2 МАР 1998

На правах рукописи

Шумов Иван Дмитриевич

УДК 621.74.486

РАЗРАБОТКА СВЯЗУЮЩИХ КОМПОЗИЦИЙ И ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВОВ ФОРМОВОЧНЫХ И СТЕРЖНЕЫХ СМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНЫХ

СМОЛ

Специальность 05.16.04.- "Литейное производство"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

ЛИПЕЦК-1997

Работа выполнена в Липецком государственном техническом университете.

Официальные оппоненты:

И доктор технических наук, профессор, академик МиРИА, АТН РФ,

заслуженный деятель науки и техники РФ Илларионов И.Е. Н доктор технических наук, профессор Жуковский С.С. И доктор технических наук, профессор Трухов АЛ.

Ведущее предприятие - НПО ВНЙИлитмаш, г. Москва

Защита состоится ф 1993 г. часов на

заседании диссертационного совета Д 064.22.01 Липецкого государственного технического университета (398055, г. Липецк, ул. Московская, 30, ауд. К-601).

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке. Липецкого государственного технического университета.

Автореферат разослан " 1991 г.

Учёный секретарь диссертационного /у совета г

!В:В. Карих

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Введение рыночных отношений и необходимость интеграции отечественной промышленности в мировую обуславливают переход от экстенсивного к интенсивному методу хозяйствования.

Однако традиционная технология литейного производства требует большие топливно-энергетические затраты и почти удвоенный расход металла, сопровождается очень высокими безвозвратными потерями и отходами, а также существенным загрязнением окружающей среды. Но наиболее уязвимым местом литейного производства является низкое качество продукции - высокий брак тонкостенных отливок, достигающий 10.....20 %, и во многих случаях выпуск морально устаревшей тяжеловесной (в 2,23 раза большей, чем в США) продукции с низкими эксплуатационными характеристиками (бв. ср. = 260 МПа).

Возникла настоятельная необходимость совершенствования существующих и создания новых прогрессивных технологий и организации производства отливок. Одной из ключевых проблем литейного производства является технология литейной формы, что и определяет актуальность диссертационной работы.

Цель и основные задачи. Целью диссертационной работы является улучшение качества отливок и повышение эффективности литейных процессов путем разработки и технологического использования высокопрочных литейных стержней и форм.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие основные задачи:

- обобщение информации и развитие теории формовочных смесей и литейных форм и обоснование возможности использования эпоксидно-диановых смол в качестве литейного связующего;

- исследование кинетики, механизма и условий твердения песчаных смесей с эпоксидными смолами;

- разработка и исследование связующих композиций на основе эпоксидных смол;

- разработка и исследование физико-химических методов повышения удельной прочности песчано-смоляных смесей;

- оптимизация составов и свойств и разработка технологий приготовления высокопрочных стержневых и формовочных смесей на основе эпоксидных смол для условий производства отливок из чугуна, стали и сплавов цветных металлов;

- экспериментальные исследования воздействия формы на литейные процессы и свойства металлов и сплавов в отливках.

Научная новизна выносимых на защиту исследований и разработок Сформулирована концепция оценки качества и разработана научная классификация формовочных и стержневых смесей по величине удельной прочности, устанавливающая общие закономерности изменения свойств и применения формовочных и стержневых смесей, и позволяющая разрабатывать направления совершенствования и прогнозировать принципы создания высококачественных формовочных и стержневых смесей.

Графоаналитическим методом построено поле механических напряжений в литейной форме в процессе заливки расплавом, позволяющее рассчитывать технологически необходимую прочность литейной формы и сформулировать научные основы выбора формовочных смесей.

Предложена методика оценки связующей способности синтетических смол, используемых в качестве литейных связующих, по величине плотности энергии когезии (ПЭК). Показана возможность использования эпоксидно-диановых смол в качестве литейного связующего.

Установлены кинетические закономерности твердения и разработаны аналитические модели формирования технологических и прочностных свойств стержневых и формовочных смесей на основе эпоксидных смол. Разработаны составы связующих композиций на основе эпоксидных смол и предложен новый отвердитель для эпоксидных полимеров на основе металлофосфатного раствора (МФР).

Вскрыты явления влияния малых активированных добавок (Буд. = 180.„520 м2 / кг) и внешнего давления (3...5 МПа) на процесс отверждения смол и упрочнения песчано-смоляных стержневых и формовочных смесей. Получены аналитические зависимости, связывающие влияние значения удельной поверхности и количества добавки на прочностные свойства песчано-смоляных смесей.

Развиты теоретические представления о механизме и получены аналитические модели упрочнения песчано-смоляных смесей за счет активации кварцевых песков раствором ортофосфорной кислоты.

Уточнены закономерности воздействия литейных форм с повышенной тепловой активностью (Ьф = (1... 15) • I О3 Вт • с"2 / (м2 •К) на жидкотекучесть и формозаполняемосгь, кинетику охлаждения и усадки, отбел, литейные напряжения и деформации, структуру и физико-механические свойства металлов и сплавов в отливках. Новизна и приоритет технологических разработок, составляющих основу диссертационной работы, подтверждены 13 авторскими свидетельствами на изобретения.

-5-

Практическая значимость работы. Разработаны высокопрочные стержневые и формовочные смеси на основе эпоксидно-диановых смол, характеризующиеся высокой удельной прочностью ( буД. > 3 МПа /1%), текучестью и пластичностью (Rw S 0,08 »105 Па), газопроницаемостью (К > 300 усл.ед.), минимальным газовыделением ( 7 см3/г»мин), отсутствием осыпаемости (0с=0) и выделений фенола и формальдегида, негигроскопичностью, хорошей выбиваемостью и регенерируемостью (а. с. №1215826 и 1685030). В качестве огнеупорной основы смесей использовались формовочные кварцевые, цирконовые и металлические пески, чугунная и стальная дробь и углеродистые формовочные материалы (Ьф = (1... 15) К)*103 Вт* с"2/(м2 *К).

Определены оптимальные режимы упрочнения стержневых и формовочных смесей на основе эпоксидных смол механической, гидромеханической и химико-термической (а.с. №1352741 ) активацией формовочных песков и отработанных формовочных смесей, введением в смесь твердых мелкодисперсных добавок (а. с. №1178528 и №1317764) и воздействием внешнего давления (3...5 МПа) на процесс отверждения смесей (а.с. №1108653), обеспечивающие сокращение расхода связующего в 1.3...2.2 раза.

Разработан алгоритм оптимизации состава и свойств высокопрочных стержневых и формовочных смесей.

Разработаны простые и более чувствительные приборы измерения адгезионной прочности смоляных литейных связующих и текучести вязкопластичных песчано-смоляных стержневых и формовочных смесей и технологические пробы на жидкотекучесть, отбел, усадку и литейные напряжения металлов и сплавов.

Отработаны промышленные технологии приготовления высокопрочных стержневых и формовочных смесей на основе эпоксидных смол и изготовления литейных стержней и форм с минимальным содержанием связующего (1,3... 1,7%) в условиях единичного, мелкосерийного и массового производства отливок из чугуна, стали и сплавов цветных металлов, обеспечивающих высокую геометрическую точность, качество и эксплуатационную надежность: коэффициент точности по массе составляет 0.8...0.9; размерная точность соответствует 3...8 классам, а шероховатость поверхности -3...9 степеням точности (ГОСТ 26645-85).

Реализация работы. Результаты работы реализованы внедрением песчано-смоляных смесей холодного и горячего отверждения на эпоксидных литейных связующих для изготовления стержней (бР < 3.6 МПа) раструбной части водонапорных центробежно-литых труб диаметром от 100 до500 мм и дайной до 6 м из серого чугуна и ВЧШГ и литейных стержней (бР< 4,2 МПа) чугунных станочных отливок массой до 12 т и апробацией для изготовления фасонного литья из серого чугуна и сплавов цветных металлов, тракторных чугунных и стальных отливок массой 12...200 кг; стальных отливок массой до 16т и массой до 6 т из высоколегированной стали 110Г13Л. Общий экономический эффект от внедрения составил 945.7117 млн. рублей в год (в ценах по состоянию на апрель 1995г.)

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на всесоюзном семинаре "Современные методы изготовления литейных форм и стержней" (Москва, 1982), научно-техническом совещании "Состояние и перспективы получения отливок на основе ресурсосберегающих формовочных смесей ( Липецк, 1983), 11 Всесоюзном научно-техническом съезде литейщиков (Ленинград, 1983), Республиканской научно- технической конференции "Пути интенсификации технического перевооружения литейного производства и задачи повышения качества и снижения металлоемкости" (Ташкент. 1984), Республиканской научно-технической конференции "Совершенствование процессов литья и их интенсификация" (Кишинев, 1984), Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение качества фасонных отливок и экономия металла при их производстве" (Москва, 1984), Межреспубликанской научно-практической конференции "Феррифосфатные ХТС и технология получения на их основе высококачественных отливок" (Липецк, 1987), отраслевом семинаре "Технология и оборудование для получения высококачественных тонкостенных отливок из цветных сплавов для изделий гражданской продукции и товаров народного потребления" (Москва, 1990), семинаре "Современные направления повышения качества литых заготовок при литье в песчаные формы (Москва, 1990), научно-технической конференции "Развитие методов и процессов образования литейных форм и отливок (Комсомольск-на-Амуре, 1991), научно-технической конференции "Оптимизация технологических процессов и управление качеством при производстве фасонных отливок " (Ярославль, ¡993), международной научно-технической конференции "Проблемы автоматизации и технологии в машиностроении" (Рубцовск, 1994),заседаниях кафедр Литейного производства Липецкого государственного технического университета (Липецк, 1988, 1997), Уральского государственного технического университета (Екатеринбург, 1994) и технологии литейных процессов Московского государственного института (технологического университета) стали и сплавов (Москва, 1996), научном семинаре НПО ЦНИИТМАШ (Москва, 1996) и расширенном научном семинаре Липецкого государственного технического университета (Липецк, 1997).

Публикации. Основное содержание работы отражено в 32 статьях и 13 авторских свидетельствах на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, приложений и библиографического списка из 225 наименований, изложена на 322 страницах машинописного текста, содержит 56 рисунков и 58 таблиц.

Основное содержание работы

1. Проблемы технологии литейных форм и поиск путей их решения

Создание научной технологии в литейном производстве принадлежит отечественным ученым и инженерам. Наука успешно отвечала запросам и обеспечивала развитие литейного производства. В технологии литья достигнут значительный прогресс.

Однако возрастающие требования к отливкам побуждают необходимость дальнейшего совершенствования технологии литейного производства на основе новейших достижений науки. На современном этапе основной задачей является перевод литейного производства на интенсивный путь развития и на этой основе ускорение его роста.

Литейная форма и качество отливок Функции литейной формы многообразные и во многом определяющие. Изготовление форм - важнейший передел литейного производства и составляет около 70% суммарной стоимости отливок.

Проведённые исследования показали, что брак по вине литейной формы на тракторных заводах стран СНГ составляет 35.6...71.82 % на чугунном и 48.2. ..71.8 на стальном литье.

Основными видами брака тракторных отливок являются засор, пригар, просечка, нарост, ужимины, прорыв металла, подутость, газовая раковина (ГОСТ 19200-80), обусловленные недостаточной прочностью и повешенной газотворной способностью литейной формы.

Анализ эффективности литейных процессов в 21 литейном цехе г. Липецка показал, что наименее эффективными являются разовые песчано-глинистые формы. Прогресс в области литейного производства, таким образом, возможен в первую очередь с повышением качества литейных форм.

Закономерности и тенденции развития процессов формообразования. На основании системно-структурного анализа установлено три поколения в развитии методов формообразования: механическим уплотнением, химическим отверждением и физическим упрочнением. В обозримом будущем формообразование будет определять второе поколение методов - химическое отверждение.

С развитием методов формообразования и непрерывным ростом требований к отливкам совершенствовались исходные формовочные материалы. Непрерывно и последовательно улучшалось качество огнеупорной основы и связующих материалов.

Вместе с тем проблемь1 связующих материалов в литейном производстве полностью еще не решены. Основными недостатками литейных связующих являются низкая удельная прочность стержневых и формовочных смесей (бР уд < 5 *105 Па /1%), что обуславливает повышенный расход связующего и обильное газовыделение, (до 200 см3 / г*мин), а также низкую поверхностную прочность литейных стержней и форм.

Основное производство отливок в мировой практике базируется на использовании трех видов связующих - глин, синтетических смол и жидкого стекла. В Германии и США соответственно 90 и 62% литейных стержней изготавливаются из песчано-смоляных смесей, в странах СНГ - более 60%.

Совершенствование формовочных смесей происходило в последовательном переходе от песчано-глинистых к песчано-жидкостекольным (1944 г.), а затем и к песчано-смоляным (1960 г.) смесям.

Прогнозируется, что в ближайшей перспективе 80% отливок будет производиться с использованием песчано-смоляных смесей.

Формовочные смеси становятся сложными многокомпонентными системами. Рекомендации по выбору составов и свойств формовочных смесей носят эмпирический характер. Так, например, разброс расчетного количества связующего в рекомендуемых составах формовочных смесей достигает 300%.

Прочность и качество формовочных смесей и литейных форм. Обобщающим показателем качества формовочных смесей может быть удельная прочность (б,,.уд), отнесенная к 1% связующего и определяемая по формуле:

б».уд.=б,100/[Р(100-в)], (1)

где би - предел прочности отвержденной смеси, МПа; Р - количество связующего, введенного в формовочную смесь, % по массе; 9 - содержание в связующем растворителя, % по массе.

Определение величины удельной прочности, как обобщающего показателя качества формовочных смесей, позволило разработать классификацию, оценить основные свойства и область применения формовочных смесей и качество получаемых отливок.

Большинство формовочных смесей относится к низкокачественным и качественным, не отвечающим возрастающим технологическим требованиям к литейным формам. Более высокий уровень качества формовочным смесям обеспечило использование синтетических смол в качестве литейного связующего. Наиболее высококачественными являются графитовые и металлические формовочные материалы. Следовательно, высококачественные формовочные смеси должны иметь дисперсную (песчаную) структуру и высокую удельную прочность, близкую к прочности графитовых и металлических материалов.

- И -

Технологически необходимая прочность литейных форм и стержней может быть определена построением графоаналитическим методом поля напряжений в литейной форме в процессе заливки расплавом, рис. I.

Расчеты для типовых отливок массой 0.5-30 т липецких заводов АО "ЛТЗ", АО " НЛМК" и АО "Центролит" показали, что ме-таллостатическое давление на стенки литейных форм составляет (0.05...0.8 ) МПа и, следовательно, прочность формовочных смесей должна равняться (0.2 ... 2.5) МПа. Фактический уровень прочности литейных стержней в.зависимосимости от условий производства оценивается в пределах (2.0...5.0) МПа.

Теоретические основы создания высокопрочных стержневых и формовочных смесей. Песчано-смоляная смесь представляет собой дисперсную систему, состоящую из множества твердых частиц, окруженных и связанных между собой оболочкой связующего. Прочность смеси, как зерновой структуры, будет определяться размером, формой и характером укладки твердых частиц и, в решающей степени, толщиной пленки и природой связующего и может быть описана следующей моделью:

б = бког (бадг )• Б - бвн , (2;

где б - прочность в зоне единичного контакта смеси; бког - прочность связующего (когезионная); бадг - прочность адгезии связующего к наполнителю; Б - площадь манжеты связующего; бвн - внутренние напряжения.

Величина внутренних напряжений определяется усадкой смоль и шероховатостью зерен наполнителя смеси. Поэтому снижение усадки смолы в процессе твердения и уменьшение шероховатости зерен наполнителя способствуют снижению внутренних напряжений и повышению прочности смеси.

Однако наиболее эффективным и практически реальным путем повышения удельной прочности песчано-смоляной смеси является повышение прочности единичного контакта, обусловленным двумя параллельно протекающими процессами, образованием адгезионной связи на поверхности раздела наполнитель - связующее и когезионным упрочнением самого связующего. Принципиально это может быть достигнуто изменением природы поверхности зерен наполнителя, улучшением структуры смеси, но, главным образом, повышением прочности связующего и воздействием на процесс твердения.

Однако исследование фактической прочности смесей показывает, что значения адгезионной и когезионной прочности не в полной мере коррегирует с удельной прочностью смесей и, следовательно, не могут служить достаточным показателем связующей способности смол.

Принимая, что прочность связующего пропорциональна работе разрушения связей смолы, для-оценки связующей способности смол предлагается использовать плотность энергии когезии (ПЭК), величина которой эквивалентна работе удаления взаимодействующих молекул или атомов на бесконечно большое расстояние друг от друга и рассчитывается исходя из структурной формулы смолы:

п п

ек = К«5:Ео;/(МА*2ЛУ;), (3)

¡=1 ¿=1

где К - коэффициент упаковки молекул; Ео; - молярная потенциальная энергия связей атомов 1 - того вида; - постоянная Авогадро; VI - Вандер- Ваальсов объем i -того атома.

Значение К определяется по формуле:

п

К = Ма«£Д ^/(М/с1), (4)

1=1

где М и с1 - молярная масса и плотность смолы соответственно.

Значения Е0; и А V-, для некоторых атомов и видов связей табулированы и принимаются по таблицам, отсутствующие рассчитывались.

Выполненные расчеты показали, что величина ПЭК эпоксидно-диановых смол, равная 4,18 • 107 Дж/м3, значительно превышает величины ПЭК синтетических смол, используемых в качестве литейных связующих: фенолоформальдегидных (ек = 1,9 • 107 Дж/ м3), фенолоформальдегиднофурановых (е = 2,26 • 107 Дж / м3), мочеви-ноформальдегиднофурановых ( ек = 3,25 • 107 Дж / м3), и, следовательно, эпоксидно-диановые смолы должны обладать наибольшей связующей способностью, что подтверждается экспериментами. Значение ПЭК хорошо коррелирует с удельной прочностью отвер-жденных песчано-смоляных смесей, и, следовательно, может быть использовано для оценки связующей способности синтетических смол, используемых в качестве литейных связующих.

Эпоксидно-диановые смолы, кроме того, обладают минимальной усадкой и перегруппировкой при твердении, без выделения побочных газообразных продуктов и без структурных нарушений прочностного соединения; высокой адгезией и механической прочностью - самой высокой в современной технологии пластиков и полимеров; влагостойкостью; лёгкостью и быстротой отверждения в широком интервале температур (5...200 °С); низкой вязкостью самих смол и их отвердителей.

Уникальное сочетание свойств и обусловило перспективность использования эпоксидно-диановых смол в качестве высокоэффективного литейного связующего.

Повышение удельной прочности песчано-смоляных смесей. Фактическая прочность песчано-смоляных смесей значительно ниже теоретического запаса прочности синтетических смол, что связано с несовершенством подготовки исходных материалов и структурного строения смесей.

Недостатками карьерных кварцевых формовочных песков являются повышенные содержания глинистой составляющей и примесей, наличие инородной адсорбционной оболочки (пленки) на поверхности зерен, полидисперсность структуры. Некачественные формовочные пески вызывают повышенный расход связующих. Направлениями поиска и решения проблемы являются, во-первых, совершенствование технологии подготовки формовочных песков и, во-вторых, разработка технологии получения и использования монодисперсных естественных и искусственных формовочных материалов, в том числе графитовых и металлических.

Снижение прочности песчано-смоляных смесей возможно из-за недостаточной глубины протекания реакции полимеризации смол, а также из-за образования и развития дефектов в связующей оболочке, вызываемых процессами усадки и развитием внутренних напряжений при твердении смол. Известны способы снижения усадки и упрочнения полимеров модифицированием мелкодисперсными твердыми добавками. Повышению адгезионной прочности связующего способствуют уменьшение расстояния между поверхностью зерен наполнителя и смолы и создание на поверхности зерен активных адсорбционных пленок плакированием песка солями кислот.

В свете вышеизложенного представляется целесообразным продолжение исследований по повышению удельной прочности песчано-смоляных смесей.

Изложенное позволило сформулировать цель и задачи диссертационной работы.

2. Объекты, исходные материалы и методы исследований

Основными объектами исследований являлись литейные связующие композиции на основе эпоксидно-диановых смол, стержневые и формовочные смеси на эпоксидных связующих, литейные процессы и качество отливок.

Формовочные пески, отобранные от одной партии поставки, просушивались до постоянной влажности (не более 0,2%), охлаждались до температуры 20...25 °С и для стабилизации состава классифицировались по фракциям просеиванием на стандартном наборе сит с последующим отбором для проведения экспериментов песка с трех смежных сит, на которых располагалась основная часть песка, или с каждого сита отдельно. В качестве огнеупорной основы смесей использовались также цирконовые и металлические пески, чугунная и стальная дробь и углеродистые формовочные материалы (ЬФ = (1... 15> 103 Вт • с1« /( м2 / К).

По совокупности прочностных, реологических и стоимостных показателей для разработки связующих композиций была принята эпоксидно-диановая смола марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84) с молекулярной массой 390...430. В качестве катализаторов отверждения смолы использовались полиэтиленполиамин (ТУ 6-02-594-85), растворы ортофосфорной кислоты (ГОСТ 10678-76) и металлофосфат-ный раствор, являющийся отходом прокатного производства при травлении стального листа (ТУ14-06-30-81).

В качестве технологических добавок использовались ферро-хромовый шлак (МРТУ 14-11-64), крокус - отработанный катализатор химической промышленности (ТУ 6-14-483-76), пылевидный кварц (ГОСТ 9077-82) и графит черный литейный (ГОСТ 5420-74)

в виде порошков, характеризующихся большой удельной поверхностью ( Sy;!. = 180... 520 м2 / кг).

При решении задач широко использовались аналитические и статистические методы исследований с использованием ЭВМ; стандартные и отраслевые методы исследований, принятые в литейном производстве и материаловедении полимеров; а также новейшие физические и физико-химические методы приборных исследований, такие как

комплексная термогравиметрия, хромотографический анализ, электронная микроскопия, ИК - спектроскопия.

В ходе работы разработаны простые и более чувствительные приборы для измерения адгезионной прочности смоляных литейных связующих и текучести стержневых и формовочных вязкопла-стичных песчано-смоляных смесей и технологические пробы на жидкотекучесть, отбел, усадку и литейные напряжения для исследования литейных процессов и свойств металлов и сплавов в отливках , рис.2.

3. Песчано-смоляные смеси на основе эпоксидных связующих

Эпоксидно-диановые смолы, обладая высокой реакционной способностью, легко отверждаются до термореактивного состояния по схеме nA -> (А) п с образованием полимера пространственного строения (сшитые полимеры).

В результате исследования для разработки литейных связующих композиций на основе эпоксидно-диановых смол были выбраны три отвердителя с различной химической природой, обеспечивающих наилучшее сочетание технологических свойств и характеризующихся наибольшей доступностью, дешевизной и наименьшей токсичностью: полиэтиленполиамин ( ПЭПА) как отвердитель щелочного типа; техническая ортофосфорная кислота (НзРО-t) как отвердитель кислотного типа и металлофосфатный раствор (МФР), содержащий оксиды Р, Al, Mg, В и других элементов.

Эпоксидно-диановая смола, отвержденная ПЭПА, имеет высокую нагревостойкость и живучесть - полное время отверждения составляет 24 ч при 200 °С, что технологически приемлемо для стержневых и формовочных смесей.

Активно отверждать эпоксидно-диановые смолы при комнатной и повышенных температурах в широком временном диапазоне живучести композиции способны и неорганические кислоты и, в частности, широко используемая в литейном производстве орто-фосфорная кислота (НзРСЦ). В качестве отвердителей эпоксидно-диановых смол используются соли многовалентных металлов и, в частности, предложенный в работе металлофосфатный раствор (МФР).

Полному завершению процесса отверждения эпоксидно-диановых смол способствуют температура и продолжительность отверждения.

Исследование кинетики упрочнения песчано-смоляной смеси эпоксидными связующими позволило установить, что упрочнение смеси начинается спустя некоторое время с момента ввода отверди-теля и подчиняется законам формальной кинетики реакций 1-го порядка и может быть описана следующей моделью:

бт =бо{(1-ехр[-К(т - То)]}, (5)

где бо - максимально-возможная прочность смеси после отверждения (за бо принята прочность смеси после выдержки образцов в течение 72 ч); К - коэффициент скорости отверждения; т - длительность отверждения смеси с момента введения в смесь отвердителя; То - длительность инкубационного периода.

Интенсивность упрочнения песчано-смоляной смеси на эпоксидном связующем зависит от вида и количества отвердителя в смоле и описывается моделью:

К= ао+^С +а2С, (6)

где С - отношение массы отвердителя к массе смолы; ао, а] и а^ -эмпирические коэффициенты, рассчитываемые по экспериментальным данным.

Влияние количества отвердителя ПЭПА на интенсивность упрочнения песчано-смоляной смеси на эпоксидных связующих носит экстремальный характер и рациональное изменение концентрации ПЭПА в смоле составляет 5...20 %.

Использование в качестве отвердителя Н3 РО4 резко (практически в 2 раза) повышает скорость отверждения смеси, что способствует снижению времени набора манипуляторной прочности стержней и форм. Однако увеличение количества Н3 РО.4 более 25% приводит к снижению скорости упрочнения смеси. Существенное влияние на интенсивность отверждения смеси оказывает плотность Н3РО4. Однако повышение концентрации Н3РО4 сопровождается резким снижением живучести песчано-смоляной смеси на основе эпоксидных смол. •

Использование в качестве отвердителя МФР дает возможность плавно регулировать скорость отверждения смеси за счет изменения количества МФР в смоле от 10 до 50 %. При этом изменение содержания МФР в смоле в таких широких пределах практически не влияет на живучесть смеси.

Существенное влияние на интенсивность отверждения песчано-смоляных смесей оказывает температура:

- при отверждении ПЭПА

К1= (0.091 - 0.919»С + 1.271» х) ехр (-300 / Т), (7)

- при отверждении НзРОц

К4= (0.279 + 0.221-С - 0.027» С) ехр (-40 / Т), (8)

- при отверждении МФР

К, = (4.3 + 5.02»С - 5.82» С) ехр (220 / Т). (9)

Высокой чувствительностью к изменению температуры обладают смеси с ПЭПА и МФР и менее чувствительны к изменению температуры смеси с Н3РО4. Поэтому стержневые и формовочные смеси на эпоксидном связующем с отверждением Н3РО4 следует использовать для изготовления стержней и форм по холодной оснастке, а с отверждением ПЭПА и МФР при горячем отверждении.

Установлено, что дополнительный нагрев стержней, изготовленных из смесей холодного отверждения с Н3РО4 и МФР, до температур 150...200 °С приводит к увеличению прочности на 25...30 % по сравнению с первоначальной.

Оптимальная температура отверждения песчано-смоляных смесей на основе эпоксидных смол составляет 180...200 °С с вы-

той в течение 20...25 мин.

Живучесть. Технологическая живучесть (то) песчано-смоляных смесей на эпоксидно-диановом связующем определяется видом и количеством отвердителя в смоле:

- то= 5.147 - 34.001С -+ 63.539 • С2, (10) где С - отношение массы ПЭПА к массе смолы в связующем;

- то = 0.956 + 1.179С-0.8 1пС, (11) где С - отношение массы НзР04(в пересчёте на 100 % Н3РО4) к массе смолы в связующем;

- то = 3.367 + 0.693С - 1.067 • С2, (12) где С- отношение массы МФР к массе смолы в связующем.

Стабильная и высокая живучесть ( 3.0.„3.5 ч) обеспечивается МФР. Полиэтиленполиамин, как отвердитель, позволяет регулировать живучесть смесей в пределах от 0.3 до 3.5 ч. Использование растворов ортофосфорной кислоты с различной плотностью ( р = 1.25-1.63 г/ см3) в качестве отвердителя снижает живучесть смеси до 1.8 ч.

Прочность. Прочность песчано-смоляных смесей на основе эпоксидных смол определяется количеством смолы в смеси и видом и количеством отвердителя в смоле. При этом эффективность влияния отвердителя увеличивается при повышении содержания смолы (1 ...3%) в песчано-смоляной смеси.

Наибольшая прочность достигается при использовании в качестве отвердителя ПЭПА. Отвердители Н3РО4 и МФР обеспечивают получение смесей с примерно равной, но меньшей прочностью, чем при отверждении ПЭПА, рис. 3.

Прочность песчано-смоляной смеси на эпоксидном связующем находится в линейной зависимости от количества смолы в смеси и может быть рассчитана по соотношению:

б=ао+а;ССм, (13)

где Сем - содержание эпоксидной смолы в смеси, % по массе; ао и а1 -эмпирические коэффициенты, зависящие от вида отвердителя.

С учетом вида и количества отвердителя фактическая прочность песчано-смоляной смеси на эпоксидном связующем может быть рассчитана по следующим соотношениям:

- при отверждении смеси ПЭПА

бФ = (- 1,5 + 8 Сем) [ 1 - ехр (- 8,26 (Сот» - 0,030)], (14)

- при отверждении смеси Н3РО4

бФ = Снзро4 (0,5 + 3,2 Сем) [ 1 + 1.1Со™ /Снзрсм (1-0,7 Со»)], (15)

- при отверждении смеси МФР

бФ= (- 1,6 + 5,6 Сш) (1 - 4,72 Со™ +11,1 С2отв - 6,57 С3ота), (16)

где Сем - содержание эпоксидной смолы в смеси, % по массе; Сот» -отношение массы отвердителя к массе смолы в смеси; С нзкм - относительное количество Н3РО4 в растворе ортофосфорной кислоты.

Наибольшая прочность среди разработанных составов песча-но-смоляных стержневых и формовочных смесей на основе эпоксидных связующих достигается при использовании в качестве отвердителя ПЭПА. Отверждение смолы введением Н3РО4 обеспечивает самые низкие прочностные свойства смесям. При этом максимальные значения прочности соответствуют содержанию 37% Н3РО4 или 45% МФР в смоле, что соответствует оптимальному соотношению Мота/Мсмолы, равному 0,62 и 0,84 соответственно.

Прочность при повышенных температурах. Термогравиметрические исследования позволили установить, что температура начала деструкции эпоксидно-диановых смол в песчано-смоляных смесях составляет 300 ...330 °С и зависит от вида используемого отвердителя. Максимальное значение температуры начала деструкции смолы имеют песчано-смоляные смеси, отвержденные МФР.

Разрушение литейных стержней и форм, изготовленных из пес-чано-смоляных смесей на эпоксидных связующих, происходит в интервале температур 200...400 °С. При этом прочность при высоких температурах не зависит от способа отверждения и определяется начальной прочностью стержней и форм и видом отвердителя. Большей прочностью при высоких температурах обладают песчано-смоляные смеси на эпоксидном связующем при их отверждении Н3РО4 и МФР, чем при отверждении ПЭПА.

Полная потеря прочности происходит для смесей с ПЭПА при температурах 650...750 "С, для смесей с Н3РО4 и МФР при температурах 800...850 "С, что обуславливает хорошую выбиваемость стержней и форм.

В процессе заливки литейных форм высокая прочность стержней (более 1 МПа) сохраняется в течение длительного времени (1...2 мин), достаточного для отвода теплоты перегрева и кристаллизации большинства литейных сплавов и формирования твердой корочки на поверхности отливки до момента полного разрушения стержня или формы.

4. Физико-химические методы повышения удельной прочности песчано-смоляных смесей

Активация формовочных песков. Физическая сущность процессов активации естественных формовочных песков основана на удалении глинистой составляющей и адсорбционных пленок с поверхности зерен кварца, нанесении пассивирующих пленок на зерна и улучшении структуры песка.

Метод механической активации основан на активном отмучи-вании глинистой состовляюшей и водорастворимых адсорбционных пленок с поверхности зерен кварца путем длительного (в течение 60 мин) перемешивания песка в воде с последующим высушиванием до полного удаления воды (не более 0,2 %).

Использование активированного песка позволяет на 30...40% повысить прочность песчано-смоляных смесей на эпоксидном связующем.

Химико-термическая активация формовочных песков основана на плакировании зерен пассивирующей пленкой, имеющей достаточную прочность и высокую адгезию к зернам кварцевого песка и связующего. В качестве плакирующих реагентов были приняты водные растворы ортофосфорной кислоты и металлофосфатный раствор.

Оптимальное количество реагента, необходимого для активации песка, может быть определено по формуле:

<3 = т я А, (17)

где т - коэффициент расхода, при плакировании раствором ортофосфорной кислоты, ш = 2,5 - для сырых и ш = 7,0 - для сухих формовочных песков; я - содержание глинистой составляющей в песке, %; А -масса обрабатываемого песка, кг.

Технологический процесс активации состоит в обработке песка растворами ортофосфорной кислоты путем перемешивания, в бегунах или лопастных смесителях с последующей сушкой при температуре 270 °С в течение 40 мин. На окончание процесса взаимодействия фосфатов с ингредиентами песка указывает потеря влажности песка, которая контролируется стандартными методами.

Использование активированного ортофосфорной кислотой песка позволяет на 50...70 % повысить прочность песчано-смоляной смеси на эпоксидном связующем, которая адекватно описывается статистической моделью:

б = 0.67 Ссм - 0.69 С ШРШ +0.67 Ссм Сшрсм - 0.82, (18)

где Ссм и Снзро4 - содержание смолы и ортофосфорной кислоты в смеси, % по массе.

Использование классифицированных песков позволяет улучшить свойства формовочных смесей за счет более рациональной упаковки зерен наполнителя и распределения связующего. Прочность формовочных смесей, приготовленных на классифицируемых песках, на 20...30 % выше контрольной.

Повышение эффективности литейных связующих.

В основу методов положено явление воздействия малых добавок и внешнего давления на процесс отверждения и свойства полимеров.

Активность малых добавок характеризовалась дисперсностью, определяющей избыток энергии в поверхностном слое. Малые добавки инициируют процесс полимеризации и снижают величину объемной усадки, приводят к образованию граничного адсорбционного слоя на поверхности раздела добавка - полимер с развитыми химическими связями, что вызывает увеличение центров и скорости полимеризации и способствует упрочнению пространственной структуры полимера.

Установлено, что введение малых добавок графита (Sy.i - 180 м2 / кг), пылевидного кварца (Sw = 270 м2/ кг), крокуса (Буд = 350м2/ кг) и феррохромового шлака (S},a = 520 м2/кг) повышает в 1,2 ...1,7 раза значение когезионной прочности эпоксидно-диановых смол.

Оптимальное содержание малой добавки (0,25...0,80 %) увеличивается с повышением содержания смолы в смеси и уменьшается с увеличением удельной поверхности добавки и может быть рассчитано по соотношению:

Com = 0,227 + 0,338 Сш - 0,085 S№ (9)

где Сем - содержание смолы в смеси, % по массе; Sy3 - удельная поверхность малой добавки, м2 / кг.

-25-

Изменение прочности песчано-смоляных смесей, отверждаемых под внешним давлением, носит экстремальный характер. Оптимальное давление для смесей холодного отверждения на эпоксидном связующем составляет 5.5 МПа. При этом прочность отвержденной смеси увеличивается в 1.7... 2.2 раза.

Вскрытое явление упрочнения песчано-смоляных смесей холодного отверждения под воздействием внешнего давления связано с увеличением плотности упаковки зерен наполнителя и с более интенсивным и более полным протеканием полимеризации в соответствии с законом смещения равновесия Ля Шаталье.

Снижение прочности смеси при увеличении давления больше оптимального, по-видимому, связано с вытеснением смолы с поверхности зерен кварца в поры смеси, а также с явлением последующей релаксации напряжений после снятия давления. На некоторых образцах после снятия давления 7 МПа обнаруживались трещины.

Использование эпоксидно-диановых смол в качестве литейного связующего в сочетании с физико-химическими методами повышения удельной прочности позволило минимизировать расход смолы и разработать высокопрочные стержневые и формовочные смеси.

5. Технологические и служебные свойства формовочных и стержневых смесей на основе эпоксидных связующих

Формовочные и стержневые смеси, приготовленные на эпоксидных литейных связующих, характеризуются уникальным комплексом технологических и служебных свойств при минимальном содержании связующего - 0,8...1.5% (табл. 1).

Таблица 1

Свойства песчано-смоляных смесей на эпоксидном связующем

СВОЙСТВА ЗНАЧЕНИЕ

1 .Технологическая живучесть 0.3...3.5

2. Текучесть, % 80...100

3. Формуемость, % 70...80

4. Уплотняемость,% 30...40

5. Прилипаемость незначительная

6. Прочность на сжатие в неотверждённом состоянии, МПа 0.03...0.08

7. Температура отверждения, °С 20...200

8.Продолжительность отверждения, ч 0.05...24

9.Удельная рочность (на 1 % связующего) на разрыв в отвержденном состоянии, МПа 3...5

10. Осыпаемость,% отсутствует

11. Газопроницаемость, см4 / (г • мин) 150...600

12. Газотворность, см3/ (г • мин) 7...100

13. Гигроскопичность отсутствует

14. Огнеупорность,°С 550...650

15. Пригораемость отсутствует

16. Долговечность, ч неограниченная

17. Выбиваемость отлетная

18. Регенерируемость " хорошая

19. Тепловая активность, Вт • с"2 / (м2 • К) (1...15)»103

Стержневые и формовочные смеси на основе эпоксидных связующих обеспечивают высокотехнологичное формообразование: возможность регулирования в широких пределах живучести и скорости отверждения, легкая заполняемость смесью технологической оснастки и уплотняемость смеси, высокое качество отпечатка, высокая прочность и размерная точность литейных стержней и форм.

В качестве огнеупорной основы смесей могут быть использованы формовочные кварцевые, цирконовые и металлические пески, чугунная и стальная дробь и углеродные формовочные материалы с высокой тепловой активностью - (1... 15)*103 Вт с"2 / (м2 • К).

В состав связующих композиций на основе эпоксидно-диановых смол марок ЭД-16, ЭД-20,ЭД-20УиЭД-22 (ГОСТ 10587-84) в качестве катализаторов отверждения вводились полиэтиленпо-лиамин, ортофосфорная кислота или металлофосфатный раствор, а в качестве малых добавок использовались крокус и феррохромовый шлак.

Процесс приготовления формовочных и стержневых смесей на эпоксидных связующих аналогичен процессам приготовления ХТС и осуществляется путем перемешивания составляющих в смесителях всех видов в течение 3... 7 мин.

Формовочные и стержневые смеси на эпоксидных связующих могут быть использованы для изготовления объемных и оболочковых, сухих и керамических литейных форм и стержней, а также в технологии получения отливок в облицованные кокили с использованием механического и пескодувного уплотнения с последующим "холодным" или "горячим" отверждением в технологической оснастке или в стержневых сушилах.

6. Производственно-технологические исследования

Формовочные и стержневые смеси. Используя формализованное описание основных свойств, были разработаны оптимальные составы и режимы отверждения стержневых и формовочных смесей на эпоксидных связующих в производстве отливок массой 0.02...15т с толщинами стенок 3... 200 мм из чугуна, стали и сплавов цветных металлов.

Универсальная формовочная смесь ( УНИФС) приготавливается на основе эпоксидной смолы марки ЭД-20. В состав смеси для изготовления литейных стержней и форм входят крокус, пластификатор, от-вердитель и огнеупорный материал. В качестве пластификатора используется дибутилфтолат, отвердители - ПЭПА, Н3РО4 или МФР, огнеупорный материал - формовочные пески.

При изготовлении стержней и форм по холодной оснастке в состав смеси вводится отвердитель эпоксидной смолы, а при изготовлении по горячей оснастке отверждение смеси проводится ее нагревом до 180... 200 °С.

Для практических расчетов состава УНИФС холодного отверждения найдено выражение:

б = 2,225 ЭД (1 - е "°ЛЙ1), (20)

где б - прочность смеси, МПа; ЭД - содержание эпоксидной смолы, %•, т - продолжительность отверждения, ч.

В случае горячего отверждения стержней и форм справедливо уравнение:

б = 18,6 + 0,2t + 73,4 ЭД + 1,9т - 0,003t ЭД + 7,56 ЭД т +

+ 0,1Иг-0,0ИЭДт, (21)

где t - температура отверждения, К.

-29-

Живучесть зависит от вида и соотношения отвердителя и эпоксидной смольт в смеси и составляет 0,3 ... 3,5 ч с набором манипуля-торной прочности ( 0,6 МПа) через 5... 30 мин.

Особенностью формовочных смесей с монодисперсной огнеупорной основой является использование в качестве огнеупорной основы структурированных монодисперсных формовочных песков. Составы смесей аналогичны УНИФС и при холодном отверждении описываются выражением:

б =[17(ЭД)2 + ЭД( 8-М)] (1- е -<>■"*), (22)

где с! - размер зерна огнеупорной основы, мм.

Газопроницаемость смеси более 500 усл.ед., расход смолы снижается на 20 ... 30%.

Особенностью формовочных смесей с постоянной огнеупорной основой является использование в качестве огнеупорной основы чугунной или стальной литой дроби.

Оптимизация состава и свойств может быть проведена по модели

б= 13,14 + 8,6 <1 + 12,1 ЭД + 1,1т + 8,4 ё ЭД + +0,7а т+0,24 ЭД т + 0,04 <1 ЭД т. (23)

Смеси отличаются высокой удельной прочностью и отсутствием осыпаемости, высокой газопроницаемостью (более 600 усл.ед.), минимальным газо- и пылевыделением, высокой тепловой активностью (( 3...8) 103 Вт с1/2 / (и2 • К)), долговечностью и легкостью регенерирования.

Использование дроби упрощает подготовку формовочных материалов, приготовление смесей и изготовление стержней и форм, улучшает условия труда.

Создаются условия для централизованного воспроизводства искусственных формовочных материалов высокого качества.

Разработаны алгоритмы оптимизации составов и свойств стержневых и формовочных смесей.

Санитарно-гигиеническая оценка. Формовочные и стержневые шеси на эпоксидных связующих имеют слабый запах и малое газовыделение и отличаются отсутствием выделений фенола и формальдегида и незначительным выделением бензола. При холодном отверждении смесей выделяются толуол и эпихлоргидрин, при горячем - окись и двуокись углерода, вода и метилциклопентадиен, при заливке форм - окись углерода, метан и этилен.

Значения условной токсичности песчано-смоляных смесей на синтетических смолах приведены в табл. 2.

Таблица 2

Токсичность песчано-смоляных смесей

Смола Условная токсичность IТ

приготовление смеси горячее отверждение заливка п выбивка форм

СФ-480 2.4 218.2 516.7 737.3

КФ-90 2.6 727.3 524.4 1282.3

СФП-011Л1 0.57 151.9 204.35 356.82

ЭД-20 0.20 65.3 36.2 101.7

Песчано-смоляные смеси на эпоксидных связующих имеют наименьшую токсичность, что связано с минимальным содержанием смолы в смеси и меньшей токсичностью компонентов в парогазовой смеси. Таким образом, эпоксидно-диановые смолы по сани-тарно-гигеническим требованиям могут использоваться в качестве литейных связующих.

Воздействие формы на литейные процессы и свойства металлов и сплавов в отливках. Анализ экспериментальных данных показывает, что зависимость линейной усадки (е ) и предела прочности (бв) сплавов в отливках от тепловой активности формы ( Ьф ) адекватно описывается следующими уравнениями:

е-е° [1-ехр(Кс Ьф)], (24)

бв=б°в[1-ехр(Ка Ьф)], (25)

где е°, б°в - максимальные значения линейной усадки и прочности сплавов, соответственно % и МПа; Кс, Ко - коэффициенты, зависящие от вида сплава и Ьф, рис. 4.

Зависимость К£ (Кр (Ьф)) адекватно описывается уравнением:

К,: (К0) = ао + а; Ьф + а2 Ь2ф . (26)

Значения коэффициентов ао, а[ и а2 для различных сплавов определены методом математической обработки экспериментальных данных.

Экспериментально установлено, что увеличение интенсивности развития усадочных процессов в случае торможения усадки вызывает развитие литейных напряжений и остаточную пластическую деформацию, развитие деформационной пористости и микротрещин, увеличение размера зерен и графитовых включений и, в конечном итоге, приводит к снижению физико-механических свойств металлов и сплавов в отливках.

Следовательно, для сохранения высоких физико-механических свойств металлов и сплавов при литье в формы с высокой тепловой активностью необходимо обеспечить свободную усадку отливок.

Высокопрочные литейные стержни и формы позволяют улучшить геометрическую точность и эксплуатационную надежность отливок. Коэффициент точности отливок по массе ( КТМ) составляет 0,8 ...0,9, что позволяет на 30 ... 40% снизить объем обработки резанием по сравнению с объемом обработки аналогичных отливок, полученных литьем металлов в песчано-глинистые формы.

Литейные стержни и формы на эпоксидных связующих позволяют получать отливки без пригара, с малыми припусками на обработку и гладкой поверхностью. Размерная точность отливок соответствует 3 ... 8 классам точности, шероховатость поверхности характеризуется величиной Иг = 25 ... 5 мкм, что соответствует 3... 9 степеням точности поверхностей ( ГОСТ 26645-85). Применение высокопрочных стержней и форм исключает образование экзогенных включений.

Экономическая эффективность. Экономическая эффективность применения высокопрочных литейных стержней и форм на основе эпоксидных связующих определяется сокращением расхода связующих и формовочных материалов, улучшением качества и надежности отливок, санитарно-гигиенических условий труда в литейных цехах и уменьшением загрязнения окружающей среды, а также повышением общей технологической культуры литейного производства.

Экономический эффект от внедрения технологии изготовления высокопрочных стержней на эпоксидном связующем для центробежного литья труб из серого чугуна и ВЧШГ в условиях Липецкой металлургической компании "Свободный Сокол" и для станочного литья в условиях АО "Центролит" г. Липецка составил 945, 7117 млн.руб (в ценах 1995 г.)

Заключение

В диссертации сформулирована концепция оценки качества и разработана научная классификация формовочных и стержневых смесей по величине удельной прочности, устанавливающая общие закономерности изменения свойств и применения формовочных и стержневых смесей, и позволяющая разрабатывать направления совершенствования и прогнозировать принципы создания высококачественных формовочных и стержневых смесей.

Графоаналитическим методом построено поле механических напряжений в литейной форме в процессе заливки расплавом, позволяющее рассчитывать технологически необходимую прочность литейной формы и сформулировать научные основы выбора формовочных смесей.

Предложена методика оценки связующей способности синтетических смол, используемых в качестве литейных связующих, по величине плотности энергии когезии (ПЭК). Показана возможность использования эпоксидно-диановых смол в качестве литейного связующего.

Установлены кинетические закономерности твердения и разработаны аналитические модели формирования технологических и прочностных свойств стержневых и формовочных смесей на основе эпоксидных смол. Разработаны составы связующих композиций на основе эпоксидных смол и предложен новый отвердитель для эпоксидных полимеров на основе металлофосфатного раствора (МФР).

Вскрыты явления влияния малых технологических добавок (Буд = 180...520 м2/кг) и внешнего давления (3...5 МПа) на процесс отверждения смол и упрочнения песчано-смоляных стержневых и формовочных смесей. Получены аналитические зависимости , связывающие влияние значения удельной поверхности и количества добавки на прочностные свойства песчано-смоляных смесей.

-34-

Развиты теоретические представления о механизме и получены аналитические модели упрочнения песчано-смоляных смесей за счёт активации кварцевых песков раствором ортофосфорной кислоты.

Уточнены закономерности воздействия литейных форм с повешенной тепловой активностью (Ьф= (1...15) 103Вг с05/ ( м2»К) на жидкоте-кучесть и формозаполняемость, кинетики охлаждения и усадки, отбел, литейные напряжения и деформации, структуру и физико-механические свойства металлов и сплавов в отливках.

Новизна и приоритет технологических разработок, составляющих основу диссертационной работы, подтверждены 13 авторскими свидетельствами на изобретения.

Ниже приводятся основные выводы:

1. Установлено, что генеральным направлением совершенствования формовочных и стержневых смесей является увеличение их удельной прочности. Высококачественные формовочные и стержневые смеси должны иметь удельную прочность более 1,0 МПа на 1% связующего.

2. Показано, что из всех известных литейных связующих ниболь-шую удельную прочность обеспечивают формовочным и стержневым смесям синтетические смолы - (0,5 ... 1,0) МПа, однако этого недостаточно для высокопрочных литейных стержней и форм.

3. Предложена методика оценки связующей способности синтетических смол по величине плотности энергии когезии (ПЭК).

4. Установлено, что наибольшей связующей способностью обладают эпоксидно-диановые смолы, имеющие наибольшую величину ПЭК по сравнению со смолами, используемыми в качестве литейных связующих, 4,18 против 1,9; 2,26 и 3,25 соответственно для феноло-формальдегидных, фенолоформальдегиднофурановых и мочевинофор-мальдегиднофурановых смол.

5. Научно и экспериментально показана возможность использования эпоксидно-диановых смол, имеющих сочетание уникальных свойств, в качестве литейного связующего формовочных и стержневых смесей: высокая адгезионная и когезионная прочность, малая усадка при отверждении, легкость и быстрота отверждения в широком интервале температур (от 5 до 240 °С), низкая вязкость самих смол и их от-вердителей,

6. Изучена кинетика отверждения, механизм структурирования и упрочнения песчано-смоляных смесей на основе эпоксидных связующих, установлены кинетические закономерности и разработаны математические модели изменения живучести и прочности, позволяющие рассчитывать технологические и служебные свойства формовочных и стержневых смесей и литейных форм и стержней.

7. Показано, что в качестве отвердителей формовочных и стержневых смесей холодного отверждения на эпоксидных связующих целесообразно использовать полиэтиленполиамин или ортофосфорную кислоту в соотношении соответственно 9...24% и 30 ...38% от содержания смолы, а для смесей горячего отверждения (200... 230 °С) металлофос-фатный раствор - 40... 45%.

8. Разработаны методы механической, гидромеханической и химико-термической активации естественных карьерных кварцевых формовочных песков и отработанных формовочных смесей, позволяющие улучшить структурно-механические свойства формовочных и стержневых смесей и повысить на 20-70% прочность литейных стержней и форм, снизить расход связующих материалов, улучшить санитарно- гигиенические условия труда и качество отливок (а.с. № 1352741).

9. Отработаны составы и технология приготовления формовочных смесей холодного и горячего отверждения с пониженным на 30-50% содержанием синтетических смол за счет введения технологических

добавок в виде феррохромового шлака (а. с. № 1317764) и крокуса (а.с. № 1317764) при сохранении достаточных механических свойств литейных форм и стержней.

10. Разработан способ упрочнения в 1,7 ... 2,2 раза литейных форм и стержней из самотвердеющих формовочных и стержневых смесей воздействием на процесс отверждения внешнего давления от 3 до 5 МПа (а.с. № 1108653).

11. Разработаны высокоэффективные литейные связующие композиции на основе эпоксидно-диановых смол с использованием в качестве отвердителей полиэтиленполиамина, ортофосфорной кислоты или металлофосфатного раствора, а в качестве технологических добавок - крокуса и феррохромового шлака.

12. Созданы высококачественные формовочные и стержневые смеси на основе эпоксидно-диановых смол с поли- и монодисперсной песчаной и металлической зерновой огнеупорной основой, характеризующиеся высокими удельной прочностью (более 3 МПа на 1% смолы), текучестью и пластичностью (сырая прочность менее 0,08 » 105 Па), газопроницаемостью (более 300 усл. ед.), минимальным газовыделением (7 см3 / г • мин, при содержании 1% смолы), отсутствием осыпаемости и выделений фенола и формальдегида, негигроскопичностыо (экспериментальные стержни хранятся более 5 лет без изменения свойств), хорошей выбиваемостью и регенери-руемостью и высокой тепловой активностью - 1* 103 ...15* 103) Вт* с05 / (м2 • К) (а.с. № 1215826).

Смеси могут быть использованы для изготовления высокопрочных объемных и оболочковых литейных стержней и форм отливок из чугуна, стали и сплавов цветных металлов массой до 30 т и более с использованием механического и пескодувного уплотнения с последующим холодным или горячим отвердением в технологической оснастке, а также в технологии получения отливок в облицованных кокилях.

Оптимизация состава формовочных и стержневых смесей производится по математическим моделям "состав - свойство" на ЭВМ.

13. Изучено воздействие литейных форм с высокой тепловой активностью - (1» 103... 15* 103) Вт* с0 5 / (м2 • К), на литейные процессы и свойства металлов и сплавов в отливках.

14. Установлено, что жидкотекучесть серого и белого чугунов, сталей 45Л и 110Г13Л и алюминия АК9 при переходе от сухой пес-чано-смоляной ( Ьф = 1046,7 Вт« с0 5 / ( м2 • К) к сырой песчано-глинистой литейной форме (Ьф = 1744.5 Вт« с0 5 / ( м2 • К) и формам с металлической зерновой огнеупорной основой (Ьф = (З...8)«103 Вт« с05 / (м2 • К)) уменьшается соответственно на 15... 25% и 35... 55% .

15. Увеличивается в 1,6 и 2,0 раза интенсивность охлаждения серого чугуна при переходе от песчаных литейных форм к формам с металлической зерновой огнеупорной основой и графитовым.

16. Возрастает интенсивность усадочных процессов, изменяется их характер и величина.

При охлаждении серого чугуна в литейной форме с металлической зерновой огнеупорной основой предусадочное расширение уменьшается в 2 раза, а при охлаждении в графитовых формах пре-дусадочного расширения не наблюдается.

Литейная усадка алюминия АК9 при переходе от сухой песча-но-глинисгой литейной формы к сырой и формам с металлической огнеупорной основой и графитовым возрастает в 1,4 2,2 раза; серого чугуна при переходе от сырой песчано-глинистой литейной формы к графитовой - в 1,6... 2,7 раза; белого чугуна - в 1,2... 1,4 раза; сталей 45Л и 110Г13Л соответственно - в 1,10...1,2 и 1,2...1,Зраза.

17. С увеличением тепловой активности литейной формы возрастает склонность серого чугуна к отбелу, улучшаются структура и физико-механические свойства металлов и сплавов в отливках.

При переходе от сырой песчано-глинистой литейной формы к формам с металлической зерновой огнеупорной основой и графитовой предел прочности серого чугуна увеличивается соответственно на 12,5 и 25,2%; углеродистой стали 45Л - на 7,2 и 17,4% и алюминия АК9- на 5,8 и 14,3 %.

18. Увеличение интенсивности развития и значения литейной усадки металлов и сплавов в литейных формах с повышенной тепловой активностью приводят к развитию деформаций и остаточных литейных напряжений и снижению физико-механических свойств отливок при торможении усадки.

Пластическая деформация растяжения отливки в процессе кристаллизации и охлаждения в форме равная 0,20... 0,45% приводит к увеличению размеров зерен сплавов: для алюминия АК9 в 1,1 раза, стали 20Л после нормализации в 1,23 раза; стали 110Г13Л после закалки в 1,5 раза. При этом в чугунах наблюдается увеличение графита, а в углеродистых сталях - более крупнопластинчатый перлит. Пластическая деформация растяжения свыше 0,2 %, реализуемая при кристаллизации и охлаждении отливок, вызывает существенное снижение пластических свойств сплавов (5 и у) и, особенно, ударной вязкости. Снижение прочностных свойств ( бв, НИВ) менее значительно.

Обнаружено снижение плотности сплавов на 0,02 ...0,03 г/см3 при пластической деформации растяжения свыше 0,2%, развивающейся в процессе кристаллизации и охлаждения отливок.

Установлено, что снижение механических свойств металлов и сплавов в отливках при торможении усадки происходит за счет развития деформационной пористости, микротрещин, увеличения размеров зерен и количественного изменения фаз в результате пластической деформации растяжения, а также за счет предварительного "расходования" резерва пластичности до приложения рабочих нагрузок.

Для обеспечения высоких физико-механических свойств металлов и сплавов литейные формы с высокой тепловой активностью должны обеспечивать свободную усадку отливок.

19. Установлено, что увеличение тепловой активности литейных форм с (1® 103 ...15» 103) Вт* с0-5 / (м2 • К) приводит к повышению свободной линейной усадки (е ) и предела прочности (бв) отливок из серого ( СЧ 18) и белого чугунов; углеродистой (45Л) и высоколегированной (ПОПЗЛ) сталей и алюминиевого сплава (АК9) соответственно на (20...70) и (20...30)%.

20. Теоретические и экспериментальные исследования и их результаты положены в основу разработки технологических процессов изготовления высокопрочных литейных стержней и форм (прочность при растяжении более 3 МПа), что позволяет улучшить геометрическую точность, качество и эксплуатационную надежность отливок : коэффициент точности по массе составляет 0,8...0,9; размерная точность соответствует 3...8 классам, а шероховатость поверхности - 3... 9 степеням точности (ГОСТ 26645-85).

21.Технологические процессы изготовления высокопрочных литейных стержней и форм из формовочных и стержневых смесей на основе эпоксидных связующих прошли успешное опробование в условиях АО "Сокол" г. Липецка для изготовления фасонного литья из серого чугуна и сплавов цветных металлов; в условиях АО "Липецкий тракторный завод" для изготовления тракторных чугунных и стальных отливок; в условиях АО " ВАЗ" для изготовления стальных отливок массой до 16 т и сталелитейного завода г. Самары для изготовления отливок массой до 6 т из высоколегированной стали 110ПЗЛ и внедрены для изготовления стержней ( прочность при растяжении более 3,6 МПа) раструбной части водонапорных центробежнолитых труб диамет-

-40-

ром от 100 до 500 мм и длиной 6 м из серого чугуна и ВЧШГ в условиях АО "Свободный Сокол" и литейных стержней (прочность при растяжении более 4,2 МПа) чугунных станочных отливок массой до 12 т в условиях АО "Центролит" г. Липецка с общим экономическим эффектом 945,7117 млн. рублей (в ценах 1995года).

22. Таким образом, эпоксидные смолы позволяют разрабатывать высокоэффективные связующие композиции, обеспечивающие получение высокопрочных стержневых и формовочных смесей (б5Д. > 3 МПа), более дешевых ( стоимость 1 т смеси составляет (37... 49) рублей против 86 и 89 рублей соответственно доя смесей на смолах КФ-90 и СФП-011Л) и менее токсичных (Тусл. = 101,7 против 356,82; 737,3 и 1282,3 соответственно для смесей на смолах СФП-011 Л, СФ-480 и КФ-90), что обуславливает перспективность их использования в индивидуальном, мелкосерийном и массовом производстве отливок из чугуна, стали и сплавов цветных металлов.

Основное содержание диссертации ¡пложено в следуюгаих работах:

1. Шумов И. Д. Анализ брака чугунных тракторных отливок И Литейное производство. 1978. №2. -с. 27-28.

2. Шумов И.Д. Анализ брака 'гуптпшх отливок // Улучшите качества лип,я путем использования ixpoipeccimiibix формовочных материалов, механизации и автоматизации технологических процессов,- Липецк. 1971.- с. 63-69.

3. Шумов. И.Д., Дашевскнй М.В. Эффективность литейных процессов в пехах Липецка // Современные методы изготовления литейных форм и стержней. - М.: МДНТИ. 1982.-С.94-97.

4. Шумов И.Д..Бориааш O.A. Состояние и перспективы развития антенного производства в Липецкой области // Проблемы литейной оснастки и качества отливок. - М.: ВСНТО. 1981.-е. 5-7.

5. Шумов И.Д..Гарашш В.Ф..Фирсов В. Г., Столповский А.И. Прочность!!качество формовочных смесей // Развитое методов и процессов образования литейных форм и отливок. Владивосток: Дальневосточный государственный университет. 1990. - с. 60-63.

6. IUvmob И.Д. Значение прочности литейных форм // Литейное производство. 1989. №2. - с.38. Деп. во ВНИНТЭМР №281-МШ88.

7. Болдырев Е.В., Гамов Е.С., Шумов И.Д., Серпков В.И., Выставкпн А.Н. Оценка хрупкости форм и стержней на основе физической модели // Повышепие качества фасонных отлпвок и экономия металла при их производстве. - М.: 1984.- с.36-37.

8. Серебряков В.В., Сериков В.И., Шумов И.Д. Вариационный подход к задаче безотходного производства отливок // Состояние и перспективы получения отлпвок на основе ресурсосберегающих формовочных смесей. -Липецк: 1983. - с.42-43.

9. Шумов И.Д., Фирсов В. Г., Гарашш В. Ф., Столповашп А.И. Использование эпоксидных смол в качестве связующих в литейном производстве// Литейное производство. 1994. №2. с. 13-15.

10. Тимофеев A.A., Новодворский A.B., Шумов И.Д. Методика определения текучести формовочныхи стержневых смесей. - Л1Шецк: ЦБТИ ЦЧР. 1967. № 196 ( 1941). - 4 с.

11. ТимофссвА.А., Шумов И.Д. Проба на литейные напряжения //Литейное проговод-сгао. 1971.№7.с.40-41.

12. Шумов И.Д., Столповский А.И., Шипулин A.T. Активация формовочных песков // Феррнфосфа'шые ХТС и технология получения на их основе высококачественных отшшок. -Липецк: 1987. - с. 120-121.

13. Нагорнов Г.М., Шумов ИД. Физико-химические мегоды повышения удельной прочности песчано-смоляных смесей И Проблемы автоматизации и технологии в машиностроении. Рубцовск : Изд-во Рубцовского индустр. ин-та. 1994. - с. 283 - 284.

14. Шумов И. Д. Универсальная формовочная смесь//Литейиое производство. 1989. №9. с.29.

15. Ш;мов И. Д., Гаранин В. Ф„ Фирсов В. Г., Столповский А. И. Ушшерсальные высокотехнологичные смеси// Литейное производство. 1990. №1.-с.27.

16. Шумов И. Д., Фирсов В. Г., Столповский А. И., Козлов Л.Н. Универсальная формовочная смесь (УНИФС ). Рекламный проспект. Липецк: парт, типогр. 1989. - 4 с.

17. Гара1ши В. Ф., Шумов И. Д., Фирсов В. Г., Столповский А.И. Высокотехнологач-ные стержневые и формовочные смеси для отливок повышеццого качества // Технология и оборудовагше для получения высококачественных тонкостенных отливок лтя изделии гражданской продукции и товаров народного потребления. - М.: МИАТ. 1990. с. 49.

18. Шумов И.Д., Гаранин В.Ф., Столповский А.И. Научные основы выбора формовочных смесей // Современные направления повышения качества .иных заготовок при лшъе в песчаные формы. М.: МДНТИ. 1990. - с. 3-5.

19. Столповский А.И., Фирсов В.Г., Шумов И.Д., Царев А.И. САПР технолопш изготовления стержней при центробежном литье труб И Оптимизация технологических процессов и управдепие качеством при производстве фасонных отливок. - Ярославль: 1993. - с. 62 - 63.

20. Фирсов В.Г., Шумов И. Д., Столповский А. И., Гарант! В.Ф. Алгоритм стабшшза-шш качества сгфжней в производстве отопительных радиаторов Н Оптимизация технологических процессов и управление качеством при производстве фасонных отливок. - Ярославль: 1993.-е. 63 -64.

21. Шумов И.Д. Высокопрочные литейные стержни и формы // Проблемы автоматизации и технолопш в машиностроении. - Рубцовск: Изд-во Рубцовского нндустр. гаг-та. 1994. -с. 283 - 284.

22. Тимофеев A.A., Новодворский A.B., Шумов ИД. Текучесть формовочных и стержневых смесей при производстве радиаторов // Техническая информация. Серия "Промышленность саннгарио-технического оборудования." М.: ЦНИИТЭСТРОМ. 1967. № 12.-е. 36-41.

23. Шумов И.Д., Новодворский A.B., Мицевич Л.А., Крохотин А.М., Тимофеев A.A. Влияние графитовых форм на жидкотскучесть и усадку // Литейное производство. 1979. >6? 10. - с. 34 - 35.

24. Тимофеев A.A., Шумов И.Д., Квак В.П., Шатрова Г.В. Изменение плотности и структуры отливок при торможении усадки сплавов // Литейное производство. 1974. №5.-0.29-30.

25. Тимофеев A.A., Шумов ИД. О деформации отливок при торможетш усадки сплавов // Литейное производство. 1972. № 3. - с. 34 - 36.

26. Шумов И. Д., Г'арашш В. Ф., Фирсов В. Г., Столповский А.И. Воздействие лнтейноп формы на усадку и прочное п, сплавов//Литейное производство. 1990.№ 11.-е. 15- 16.

27. Тимофеев A.A., Шумов И.Д. Влияние торможения усадки на свойства стали в отливках // Литейное производство. 1970. № 10. - с. 27 - 28.

28. Тимофеев A.A., Шумов ИД. Влияние исходных литейных напряжений на механические свойства стали // Изв. вузов. Черная металлургия. 1972. № 5. - с. 159 - 162.

29. Фирсов В.Г., Иваншщов Е.В., Шумов ИД. Точность керамических форм // Пути интенсификации технического перевооружения литейного производства и задачи повышения качества и снижения металлоемкости. - Ташкент: 1984. - с. 123 - 128.

30. Шумов И. Д., Фирсов В. Г., Выставит А. Н., Нагорнов Г. М. Совершенствование технологии изготовления керамических форм // Совершенствование процессов точного литья и их интенсификация. -Кишенев: 1984.-е. 45 - 47.

31. Нагорнов Г.М., Шумов И.Д. Особенности технологического процесса изготовления электротехнических ошибок из медных сплавов с использованном легковесных отходов производства // Проблема автоматизации и технолопш в машиностроении. Рубцовск: Изд-во Рубцовского индустр. института. 1994. - с. 195 - 196.

32. Шумов И.Д., Новодворским A.B., Мипсвхгг Л.А., Крохотин A.M. Малоотходная технология производства ниппелей способом ГНЛ // ГГуш рационального использовагаи и экономии металла в литейном производстве. - М.: KMC ВСНТО. 1981.-е. 123- 124.

33. A.c. 952407. ГамовЕ.С., Андреев В. В., Виноградов И.А.,... Шумов И.Д., Кучерспков Б.П. Самотвердстощее связующее. МКН В22 С 1/18. Заявл. 30.03.1981. Опубл. 21.04.1982. Бюл. №31.

34. А.с.956130. Серебряков Л.А.,Андреев В.А.,Гамов Е.С., ...Шумов И.Д., Чуватгаш Г.М. Холодпотвердеющее связующее. МКИ В 22С 1/00. Заявл. 16.02.81.0публ.07.05.1982. Бюл.№33.

35.А.С. 1009604. Андреев В.В., Фнрсов В.Г., Гамов Е.С., Шумов И.Д. и др. Самотвер-деюгаая смесь. МКИВ22С1/16. Заявл. 14.08.1981. Опубл. 07.12.) 982.Бтол.№13.

36. A.c. 1033255. Шумов И.Д., Гамов Е.С., Царев А.И. и др. Смесь для изготовлении ли-тейиых керамических форм и стержней. МКИ В 22 С 1/18. Заявл. 25.03.1982. Опубл. 08.04.1983. Бюл. № 29.

37. A.c. 1091978. Сере&ряков В.В., Гамов Е.С., Шумов И.Д. и др. Связующее для изготовления литейных стержней, форм и футеровочпых масс. МКИВ22С 1/16. Заявл. 10.02.1983. Опубл. 15.01.1984. Бюл.№ 18.

38. A.c. 1097425. Андреев В.В., Гамов Е.С., Шумов И.Д. и др. Смесь для изготовления литейных керамических форм п стержлей теплового отверждения. МКИВ22С 1/18. Заявл.

16.04.1983. Опубл. 15.02. 1984. Бюл. № 22.

39. A.c. 1106079. Андреев В.В., Гамов Е.С., Шумов И.Д. и др. Связующее для изготовления литейных стержней и форм. МКИ В 22 С 1/18. Заявл. 10.01. 1983. Опубл. 01.04.1984.

40. A.c. 1108653. Гамов Е.С., Фирсов В.Г..Шумов И.Д. и др. Способ упрочнения литейных форм и стержней из самотвсрдсгощнх смесей. МКИ В 22 С 9/12. Заявл. 9.06.1983. Опубл.

15.04.1984.

41.А.С. 1178528. Шумов И.Д., Гамов Е.С., Царев А.И. и др. Смесь для изготовления литейных стержней и форм в нагреваемой оспасгке. МКИ В 22С 1/18. Заявл. 16.03.1984. Опубл.

15.08.1985.

42. A.c. 1215826. Шумов И.Д., Гамов Е.С., Фирсов В.Г. и др. Состав смеси для изготовления зитейиых форм и стержней. МКИ В 22 С 1/22. Заявя.6.06.1984. Оп\'бл. 8.11.1985. Бгол.№ 9.

43. A.c. 1317764. Шумов И.Д., Гамов Е.С., Фирсов В.Г. и др. Смесь для изготовления литейных форм и стержней в нагреваемой оснастке. МКИВ22С 1/22,1/02. Заявд. 15.07.1985. Опубл. 15.02.1987.

44. A.c. 1352741. Гамов Е.С., Двоскнн С.М., Зотов А.Г.... Шумов И.Д. Способ модифицирования формовочного песка. МКИ В 22 С 5/00, 1/00. Заявл. II.07.1985. Опубл. 15.07.1987.

45. A.c. 1685030. Шумов И.Д., Столповский А.И., Гаранин В.Ф., Мнцсвнч Л.А., Безымянных Н.С. Смесь для изготовления литейных форм и стержней. МКИВ22С1/02, 1/18. Заявл.27.04. 1989. Опубл. 15.06.1991.

t

Поло механических напряжений в литейной форме

Щ

Ш

а)

= ,1)9н

рн = оо н

'мет. и УУ гпах б)

' мет.

Р" =3,ЗР»

мет.

при сборке, б - момент окончания заливки.

н

Прибор для определения текучести форловочных и стержневых смесей

0 49,870,1

I - стандартная гильза и поддон; 2 - образец формовочной или стержневой смеси; 3 - модель-пуансон.

Зависимость прочности отвержденных песчано-смоля-нкх смесей на эпоксидном связующем от содержания

Содержание отвардителя в смоле Рис. 3 - 46 -

Зашсжлэг гь узгдки я прочночности сплавов от тепловой активности литейной формы

Рис. 4 - 4? -

Подписано в печать 12- 05- 97 г- Фермат 60x84 1 16. Объем ■2,0 п- л. Тираж 100 экз. Заказ № 297 Бумага писчая. Липецкий государственный технический университет. 398055, Липецк, ул- Московская, 30- Типография ЛГТУ-

ВВ ЕДЕНИЕ.

1. ПРОБЛЕМЫ ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И ПОИСК ПУТЕЙ ИХ РЕШЕНИЯ.

1.1. Литейная форма и качество отливок.

1.1.1. Анализ брака тракторных отливок.

1.1.1.1. Чугунное литье.

1.1.1.2. Стальное литье.

1.1.2.Эффективность литейных процессов в цехах Липецка

1.1.2.1. Литейное производство Липецка.

1.1.2.2. Эффективность литейных процессов.

1.2. Закономерности и тенденции процессов формообразования.

1.2.1. Развитие методов формообразования.

1.2.2. Совершенствование исходных формовочных материалов.

1.2.2.1. Огнеупорная основа.

1.2.2.2. Связующие материалы.

1.2.3. Формовочные смеси.

1.2.4. Стержневые смеси.

1.3. Прочность и качество формовочных смесей и литейных форм.

1.3.1. Показатель качества и классификация формовочных смесей.

1.3.2. Значение прочности литейных форм и стержней

1.4. Теоретические основы создания высокопрочных литейных стержней и форм

1.4.1. Физическая модель прочности песчано-смоляной смеси.

-31.4.2. Оценка связующей способности смол и выбор литейного связующего.

1.4.3. Повышение удельной прочности песчано-смоляных смесей.

1.5. Анализ литературных данных и постановка задачи исследования.

2. ОБЪЕКТЫ, ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Объекты исследования.

2.2. Исходные материалы.

2.2.1. Формовочные пески.

2.2.2. Синтетические смолы.

2.2.3. Катализаторы отверждения.

2.2.4. Мелкодисперсные порошки.

2.3. Методы исследований.

2.3.1. Анализ брака отливок.

2.3.2. Оценка эффективности литейных процессов

2.3.3. Исследование исходных формовочных материалов

2.3.3.1. Определение первичных свойств формовочных песков.

2.3.3.2. Измерение удельной поверхности порошкообразных технологических добавок.

2.3.3.3. Измерение адгезионной и когезионной прочности синтетических смол

2.3.3.4. Измерение напряжений при отверждении смол

2.3.3.5. Исследование структуры пленки связующего.

2.3.4. Исследование формовочных и стержневых смесей . . 91 2.3.4.1 .Исследование структуры песчано-смоляных смесей

2.3.4.2. Определение свойств.

2.3.4.3. Определение текучести.

-42.3.4.4. Исследование процесса термодеструкции.

2.3.5. Исследование литейных процессов и свойств отливок.

2.3.5.1. Плавка металла и заливка проб.

2.3.5.2. Проба на жидкотекучесть.

2.3.5.3. Проба на отбел.

2.3.5.4. Измерение усадки.

2.3.5.5. Проба на литейные напряжения.

2.3.5.6. Определение физико-механических свойств.

2.3.6. Обработка экспериментальных данных.

3. ПЕСЧАНО-СМОЛЯНЫЕ СМЕСИ НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНЫХ СВЯЗУЮЩИХ.

3.1. Механизм отверждения эпоксидно-диановых смол

3.2. Кинетика упрочнения песчано-смоляной смеси с эпоксидными связующими

3.3. Технологические свойства.

3.3.1. Живучесть.

3.3.2. Прочность.

3.3.3. Прочность при повышенных температурах.

4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ ПЕСЧАНО-СМОЛЯНЫХ

СМЕСЕЙ

4.1. Активация формовочных песков.

4.1.1. Гидромеханическая активация.

4.1.2. Химико-термическая активация.

4.1.3. Механическая классификация формовочных песков.

4.2. Повышение эффективности связующих материалов. . 165 4.2.1. Влияние малых добавок на свойства формовочных смесей.

-54.2.2. Воздействие внешнего давления на прочность песчано-смоляных смесей.

5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И СЛУЖЕБНЫЕ СВОЙСТВА ФОРМОВОЧНЫХ И СТЕРЖНЕВЫХ СМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНЫХ СВЯЗУЮЩИХ.

6. ПРОИЗВОДСТВЕННО - ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ

ИССЛЕДОВАНИЯ

6.1. Формовочные и стержневые смеси.

6.1.1. Состав и свойства.

6.1.1.1. Универсальная формовочная смесь.

6.1.1.2. Формовочные смеси с монодисперсной огнеупорной основой.

6.1.1.3. Формовочные смеси с металлической зерновой огнеупорной основой.

6.1.2. Санитарно-гигиеническая оценка.

6.1.3. Алгоритм оптимизации состава.

6.2. Воздействие формы на литейные процессы и свойства металлов и сплавов в отливках

6.2.1. Жидкотекучесть и формозаполняемость

6.2.2. Кинетика охлаждения и усадки.

6.2.3. Усадка.,.

6.2.4. Отбел.

6.2.5. Структура и физико-механические свойства отливок.

6.2.6. Геометрическая точность, чистота поверхностей и качество отливок.:

6.3. Экономическая эффективность.

Современная научно-техническая революция и социальный прогресс обеспечили огромные масштабы развития литейного производства в России - производится более 16,8 млн.т литья в год против 0,68 млн.т в 1913 году, что составляет примерно 22% мирового производства. Россия - первая в мире литейная держава [1-3].

Значительный прогресс в области литейного производства связан с достижениями науки, техники и технологии.

Развитие литейного производства и его науки и технологии происходило ускоренными темпами, но преимущественно экстенсивными методами, накапливались и все явственнее проявлялись негативные, неблагоприятные тенденции. В течение ряда лет теория отставала от практики. Проблемы в развитии литейного производства нарастали быстрее, чем решались, инертность, застылость форм и методов развития, снижение динамизма в работе - все это тормозило совершенствование литейного производства. В развитии литейного производства начали проступать застойные явления.

В литейном производстве России уже применяется более 100 технологических процессов изготовления литейных стержней и форм [4], используется около 1000 различных вариантов составов стержневых и формовочных смесей [5], более 40 видов связующих материалов для смесей с механическим и более 130 видов для смесей с химическим упрочнением и более 300 противопригарных покрытий [5,6], расходуется 25,6 млн. т шихтовых и 22,4 млн. т формовочных материалов, более 3,2 млн. т кокса, 9,6 млрд. киловатт электроэнергии [4].

Однако основные технико-экономические показатели работы литейного производства - брак отливок, выход годного, съем с 1 м2 производственной площади и производительность труда, остаются последние несколько лет практически на одном уровне [2,3], что говорит о застылости технологии. Обилие технических продуктов, применяемых в литейном производстве, привело к тому, что в воздухе рабочей зоны могут встречаться до 50 вредных веществ, регламентированных санитарными нормами. При производстве 1 т отливок в атмосферу выделяется 10 . 50 кг пыли, 150 . 300 кг углекислого газа, 0,8 . 1,0 кг окислов серы и других вредных веществ [6].

Поэтому не менее важными являются и социальные вопросы -сокращение трудоемкости и цикла производства, создание нормальных условий труда, исключение токсичных выделений в атмосферу цеха и окружающую среду.

Но наиболее уязвимым местом литейного производства является качество продукции - ". высокий брак тонкостенных отливок, достигающий 10 . 20 %, и во многих случаях выпуск морально устаревшей тяжеловесной продукции с низкими эксплуатационными характеристиками [4] ".

Традиционная технология литейного производства требует больших топливно-энергетических затрат и почти удвоенный расход металла (средняя масса отливок в России в 2,23 раза превышает среднюю массу отливок в США), сопровождается очень высокими безвозвратными потерями и отходами, а также существенным загрязнением окружающей среды.

Состояние литейного производства на современном этапе развития не отвечает постоянно возрастающим требованиям и отстает от общего технического и социального прогресса, и в связи с этим, становится неконкурентоспособным с другими способами производства заготовок.

В то же время, количество отливок должно возрасти в 1,3. 1,5 раза в соответствии с темпами роста машиностроения при сохранении объема производства литых заготовок по массе [7]. Возникла настоятельная необходимость совершенствования существующих и создания новых прогрессивных технологий и способов литья и организации производства отливок, исключающих указанные недостатки, что стало объективностью устойчивого развития литейного производства и коренного улучшения качества отливок - показателя научно-технического прогресса.

Нужны кардинальные изменения в технологии литейного производства, необходим "прорыв" в новые прогрессивные интенсивные технологии с наивысшим экономическим эффектом.

Прогрессивная технология- основа основ современного производства [2]. ".Затраты на внедрение новых технологий окупаются, как правило, за год - полтора максимум. А простое расширение производства на той же технической основе, на технике того же уровня - за 5.7 лет. Вот почему идет такая борьба на технологическом фронте во всем мире.

Технология сильно ускоряет темпы движения любого общества, повышает производительность труда и дает огромную отдачу и быстро"[3].

Литейное производство располагает большими возможностями как по совершенствованию и созданию новых технологий так и по осуществлению режима экономии и бережливости, сокращению непроизводительных расходов и потерь. В наши дни, как известно, именно экономия становится важнейшим источником обеспечения роста производства [3].

Одной из ключевых проблем литейного производства является технология литейной формы и, в первую очередь, технологии подготовки исходных формовочных материалов и приготовления формовочных и стержневых смесей.

Основываясь на достижениях литейного производства и общей логике научно - технического прогресса, прогнозируются следующие направления совершенствования и развития технологии литейной формы: повышение качества и изыскание новых исходных формовочных и эффективных связующих материалов, создание формовочных смесей с высокой удельной прочностью и низкой га-зотворностью и разработка методов регулирования их технологических свойств в зависимости от заданных условий производства. Практика литейного производства все настойчивее требует разработки и освоения высококачественных исходных формовочных и связующих материалов и формовочных смесей.

Резко возросла потребность в связующих и формовочных и стержневых смесях, обладающих высокой прочностью, термостойкостью, низкой себестоимостью, не дефицитностью, обеспечивающих хорошие санитарно-гигиенические условия труда и охрану окружающей среды. Особенностью развития технологических процессов изготовления литейных стержней и форм в литейном производстве является использование новых составов и свойств стержневых и формовочных смесей [8-10].

Изыскание формовочных смесей, отверждаемых по холодной оснастке, является также одним из основных направлений в развитии и совершенствовании специальных способов литья [11]. В свете изложенного целью диссертационной работы является улучшение качества отливок и повышение эффективности литейных процессов путем разработки и технологического использования высокопрочных стержневых и формовочных смесей на основе эпоксидно-диановых смол, имеющих научное и практическое значения.

Диссертация включает введение, шесть разделов, заключение и приложения, изложена на 322 страницах машинописного текста, содержит 56 рисунков, 58 таблиц, список использованной литературы из 225 наименований.

Результаты исследования, в частности, использованы при разработке конструкции кристаллизатора и расчете конусности горна установки горизонтального непрерывного литья ниппельных заготовок отопительных радиаторов и предотвращении горячих трещин с обрывом заготовок [193].

6.2.4. Отбел

Повышение интесивности охлаждения отливок при переходе от сухих песчано-глинистых и песчано-смоляных литейных форм к песчано-глинистым сухим литейным формам, а затем к литейным формам с металлической зерновой огнеупорной основой и монолитным графитовым вызывает увеличение отбе-ла серого чугуна, который составляет 0,0; 0,8; 2,3 и 5,9 мм соответственно по клиновой пробе для чугуна с углеродным эквивалентом Сэ = 4,55 и 0,0; 1,8; 4,6 и 12 мм для чугуна с Сэ = 4,30 (рис. 6.12, прил. 32).

Наиболее чувствительной к отбелу серого чугуна, таким образом, является клиновая проба из монолитного графита, которая широко и успешно использовалась нами в дальнейших исследованиях в виде сборно - разборного графитового кокиля ( рис. 2.4 ) и может быть рекомендована для использования в литейных цехах.

Стойкость пробы составила более 700 заливок.

Величина отбела характеризует возможную структуру серого чугуна: содержание карбидной фазы и графитовых включений, состояние металлической матрицы, которая и определяет его свойства [64,148].

6.2.5. Структура и физико-механические свойства

Литейная форма оказывает существенное влияние на структуру и свойства металлов и сплавов в отливках, воздействуя на интенсивность их охлаждения.

При переходе от сырой песчано-глинистой литейной формы к литейной форме с металлической зерновой огнеупорной основой и монолитной графитовой предел прочности серого чугуна увеличивается на 12,5 и 25,2 % соответственно; углеродистой стали 45Л на 7, 2 и 17,4 % и алюминия АК9 на 5,8 и 14,3 % (рис. 6.13, прил. 33).

Отливки, полученные заливкой в интенсивно охлаждаемые литейные формы с металлической зерновой огнеупорной основой и, особенно, монолитнографитовые, характеризуются плотной, мелкозернистой структурой, что и обеспечивает высокие механические свойства, а также повышенной точностью и высокой степенью чистоты поверхности.

Однако увеличение интенсивности развития и величины литейной усадки металлов и сплавов при переходе от песчано

-216глинистых литейных форм к формам с металлической зерновой основой и затем к монолитным графитовым формам вызывает и большую опасность торможения усадки со стороны формы и отдельных частей отливки, что может привести к снижению физико-механических свойств отливок в результате повышенной пластической деформации и появления деформационной пористости и микротрещин [194].

Моделирование процессов торможения усадки при охлаждении отливок производилось на усадочной решетке типа "беличьей" клетки.

Для исследования структуры, плотности и механических свойств сталей 20Л, ЗОЛ, 45Л и 110Г13Л, чугунов СЧ15 и СЧ20 и алюминия АК9 в толстом звене 1, 3, 5 и 7-звенных усадочных решеток в каждой из 6-10 литейных форм одновременно отливалось по четыре различных решетки.

Пробы в литейной форме заливались из одного стояка, а все формы данной серии - из одного заливочного ковша. Пробы из сталей 20Л, ЗОЛ и 45Л нормализовали от 860*40 °С, а из стали 110Г13Л - закаливали от температуры 980*40 °С в воду по заводской технологии АО "ЛТЗ". Часть проб из чугуна также отжигали при 940^10 °С.

Половина проб каждого типа проходила термическую обработку в напряженном состоянии, то есть до разрезки тонких звеньев, а другая половина в ненапряженном состоянии, после разрезки тонких звеньев усадочных решеток. Это позволило выяснить влияние термической обработки на структуру и свойства напряженных и ненапряженных отливок (прил. 34,35).

Торможение усадки укрупняет зерна (на рис. 6.14, а по оси ординат отложено отношение размера зерна в образце из

Рост размеров зерен и графитовых включений в сплавах при торможении усадки а) П0Г13Л

20Л

АК9

7-звенной решетки к однозвенной). Существенно большее укрупнение зерен в образцах из сталей 20Л и 110Г13 по сравнению с алюминием АК9, по-видимому, объясняется дополнительным воздействием растягивающих напряжений при нагреве проб для термической обработки в напряженном состоянии.

Следовательно, растягивающие напряжения, возникающие при охлаждении металлов и сплавов в отливках в литейных формах или при термической обработке, способствует росту размеров зерна (прил. 34).

При торможении усадки увеличиваются размеры не только зерен металлической основы металлов и сплавов, но и включений графита в сером чугуне (рис. 6.146, прил. 35). Последнее легко объяснимо, так как растягивающие напряжения в соответствии с принципом соответствия Ле-Шателье облегчают графитизацию, протекающую с увеличением объема.

На рис. 6.15 показано изменение плотности металлов и сплавов в зависимости от величины пластической деформации растяжения толстого звена при торможении его усадки тонкими звеньями, определявшейся по уравнению:

8пл. = [а Д1тахШ(1:П +£*) ] " 8у, (6.1 2) где а - коэффициент термического расширения сплава в интервале температур упругих деформаций; А1 тах - максимальная за период охлаждения разность температур толстого и тонкого звеньев по платино-платинородиевой термопаре; - суммарная площадь сечения тонких звеньев и Í2- толстого; гу - упругая деформация толстого звена после разрезки толстых звеньев.

Кривые 1 относятся к термически необработанным пробам, 2- к обработанным в ненапряженном состоянии после разрезки тонких звеньев, 3 - к пробам, термически обработанным в напряженном состоянии, до разрезки тонких звеньев.

Величина 8Пл„ была тем больше, чем больше торможение усадки, то есть чем больше тонких звеньев в решетке напряжений (прил. 36).

Полученные данные обрабатывались методами математической статистики; различие в плотности образцов из 1-7 -звенных проб оказалось во всех случаях существенным с надежностью вывода не менее 95%.

С увеличением степени торможения усадки сплава его плотность понижается на 0,02 . 0,03 г/см3 (прил. 37). Расчет относительной пористости позволил оценить влияние торможения усадки и на пористость сплава в отливках. Пористость достигает 1,2 % для алюминия АК9; 0,28 % для чугуна СЧ15 и 0,35 % для СЧ20; 0,19 % для стали 110Г13Л и 0,40 % для 20Л.

Это достаточно большие значения, чтобы с ними приходилось считаться.

Термическая обработка проб из серого чугуна в напряженном состоянии несколько снизило плотность по сравнению с термической обработкой в ненапряженном состоянии (на 0,005 . 0,010 г/см3). Очевидно, растягивающие напряжения в толстом звене решетки, возникающие при нагреве проб, так же, как и растягивающие напряжения при торможении усадки, способствуют развитию пористости.

Снижение плотности металлов и сплавов происходит, по-видимому, в результате развития деформационной пористости и микротрещин при пластической деформации отливок в случае торможения усадки, которые обнаружены при рассмотрении изломов образцов на растровом электронном микроскоо пе с разрешающей способностью 100 А [190].

-223

Большее снижение пластических свойств по сравнению с прочностными наблюдалось во всех сплавах.

Полученные результаты можно объяснить образованием "врожденных" дефектов в структуре металлов и сплавов при деформации отливок в процессе кристаллизации и охлаждения в случае возможного торможения усадки, что вызывает остаточную пластическую деформацию, развитие деформационной пористости и микротрещин, увеличение размера зерен и графитовых включений. Это, по-видимому, и привело к снижению механических свойств металлов и сплавов, особенно ударной вязкости, наиболее чувствительной к пористости, микротрещинам и размеру зерен структуры.

При нормализации отливок в напряженном состоянии повторное торможение усадки толстого звена при охлаждении, по-видимому, усилило эффект, и еще более снизило свойства стали.

Следовательно, для сохранения высоких физико-механических свойств металлов и сплавов в отливках необходимо обеспечить свободную усадку отливок в литейной форме в процессе кристаллизации и охлаждения.

Литейная форма, таким образом, должна быть податливой и не препятствовать усадке отливки.

Это требование к литейным формам тем значительнее, чем интенсивнее развитие усадочных процессов при охлаждении отливки и чем больше абсолютная литейной усадки металлов и сплавов: например, при переходе от песчано-глинистых сухих литейных форм к песчано-глинистым сырым литейным формам, а также к литейным формам с металлической зерновой огнеупорной основой и монолитным графитовым.

Применение литейных форм с повышенной тепловой активностью и, в частности, с металлической зерновой огнеупорной

-224основой и монолитных графитовых возможно, таким образом, только при обеспечении свободной усадки металлов и сплавов при кристаллизации и охлаждении отливок, что необходимо учитывать при разработке технологических процессов получения и конструировании отливок и литейных форм.

Установлено, что зависимость усадки и предела прочности серого чугуна (СЧ18), углеродистой стали (45Л) и алюминиевого сплава (АК9) от тепловой активности формы (Ьф) рис. 6.17 (прил. 39) адекватно описывается следующими уравнениями: где в, а ь - максимальные значения линейной усадки и прочности сплавов соответственно; Ке, Кст - коэффициенты, зависящие от вида сплава и Ьф .

Максимальные значения линейной усадки и прочности сплавов СЧ18, 45Л и АК9 соответственно составляют 1, 25; 2,23 и 1,30% и 250,650 и 75 МПа.

Зависимость К£( К^) = {(Ьф) адекватно описывается уравнением: значения коэффицииентов а0 , а.\ , га для различных сплавов определены методами математической статистики.

Полученные данные могут быть использованы для прогнозирования свойств литейных сплавов в зависимости от тепловой активности формы.

8 = е°[1 - ехр (Ке ЬФ)], а ь = а ьд [ 1 - ехр ( Ксу Ьф)] ,

6.13)

6.14)

Ке( Кст) = а0 +а1 Ьф + аг Ьф2,

6.15)

Зависимость усадки и прочночности сплавов от тепловой активности литейной формы

100.$ 20 О

100,}?

60

40

20 О

АК 9/ СЧ 19 1 45 1

АК 9 \ чСЧ 18

Белый чугун ч ПО] 1 13 Л

45 I

5. -овф. Вт - С0'5/ ( \£- К)

-2266.2.6. Геометрическая точность, чистота поверхностей и качество отливок

Высокопрочные литейные стержни и формы позволяют улучшить геометрическую точность и эксплуатационную надежность отливок. Коэффициент точности отливок по массе (КТМ) составляет 0,8 . 0,9, что позволяет резко снизить объем обработки резанием на 40 . 60 % по сравнению с объемом обработки аналогичных отливок, полученных литьем металлов в песчано - глинистые литейные формы.

Литейные стержни и формы на эпоксидном связующем позволяют получать отливки без пригара, с малыми припусками на обработку и гладкой поверхностью.

Размерная точность отливок соответствует 3 . 8 классам точности, шероховатость поверхностей характеризуется величиной Яг = 25 . 5 мкм, что соответствует 3 . 9 степеням точности поверхностей по ГОСТ 26645 - 85.

Хорошая формозаполняемость и высокая огнеупорность обеспечивает возможность получения отливок сложной конфигурации максимально приближающихся к конфигурации готовой детали практически из любых промышленных сплавов: серого и высокопрочного чугунов, углеродистой и легированной сталей, алюминиевых, медных и титановых сплавов.

Увеличение надежности литого металла при применении высокопрочных форм определяется отсутствием газовых, неметалических включений и возможностью организовать высокоэффективное питание отливок, устраняющее усадочную пористость.

Применение высокопрочных литейных стержней и форм практически исключает образование экзогенных включений.

-227

Так, при оценке разрушающего действия потока металла при его горизонтальном течении было установлено, что лобовое давление потока металла на выступающие песчаные агрегаты составляет (0,02 . 0,30) 104 Па, а сцепление песчинок для песчано-глинистых смесей составляет (0,16 .0, 20) 104 Па, для жидкостекольной смеси - ( 0, 2 . 0,3) 104 Па, для керамических форм - (40 . 50) 104 Па, в то время как для высокопрочных песчано-смоляных форм на эпоксидном связующем это сцепление равно (80 . 90) -104 Па.

При применении высокопрочных литейных стержней и форм на эпоксидном связующем значительно меньше вероятность получения и эндогенных включений, так как нет окислительных газов, содержащих водяные пары, и азота, что исключает образование ситовидной пористости.

Высокая прочность литейных стержней и форм исключает образование "просечек", дефектов, характерных для песчано-смоляных смесей .

Высокопрочные сухие литейные формы позволяют обеспечить организацию интенсивного питания отливок для устранения пороков усадочного происхождения. Это особенно важно для широкоинтервальных сплавов с большим значением объемной усадки. Высокопрочные формы допускают давление в прибылях до 0,6 МПа.

Из проведенных исследований следует, что высокопрочные литейные стержни и формы, изготовленные из формовочных и стержневых смесей на основе эпоксидных связующих позволяют улучшить качество и надежность отливок и могут быть отнесены к прогрессивным материало- и трудосберегающим технологическим процессам обработки металлов.

-2286.3. Экономическая эффективность

Формовочные и стержневые смеси на основе эпоксидных связующих внедрены для изготовления высокопрочных стержней ( прочность при растяжении более 3,6 МПа) раструбной части водонапорных центробежнолитых труб диаметром 100 . 500 мм и длиной 6 м из серого чугуна и ВЧШГ в условиях АО Липецкой металлургической компании "Свободный Сокол" с экономическим эффектом более 570 млн. рублей в год ( в ценах 1995 года); для изготовления высокопрочных литейных стержней (прочность при растяжении более 4,2 МПа) чугунных станочных отливок массой до 12 т в условиях АО "Центролит" г. Липецка ( ТИ 2500100091 ) с экономическим эффектом более 375 млн. рублей в год.

Кроме того, разработанные технологические процессы изготовления высокопрочных литейных стержней и форм из формовочных и стержневых смесей на основе эпоксидных связующих прошли успешное опробование и внедряются в условиях АО "Сокол" г. Липецка для изготовления фасонного литья из серого чугуна и сплавов цветных металлов, в условиях АО "Липецкий тракторный завод" для изготовления тракторных чугунных и стальных отливок, в условиях АО "ВАЗ" для изготовления стальных отливок массой до 16 т и сталелитейного завода г. Самары для изготовления отливок массой до 6 т из высоколегированной марганцевой стали.

Экономическая эффективность применения высокопрочных литейных форм и стержней из формовочных и стержневых смесей на основе эпоксидных связующих определяется сокращением расхода связующих и формовочных материалов, улучшением качества и надежности отливок, санитарно- гигиенических условий труда в литейных цехах и уменьшением загрязнения

-229окружающей среды, а также повышением общей технологиче ской культуры литейного производства [ 195, 196 ] (табл. 6. 2).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации сформулирована концепция оценки качества и разработана научная классификация формовочных и стержневых смесей по величине удельной прочности, устанавливающая общие закономерности изменения свойств и применения формовочных и стержневых смесей, и позволяющая разрабатывать направления совершенствования и прогнозировать принципы создания высококачественных формовочных и стержневых смесей.

Графоаналитическим методом построено поле механических напряжений в литейной форме в процессе заливки расплавом, позволяющие рассчитывать технологически необходимую прочность литейной формы и сформулировать научные основы выбора формовочных смесей.

Предложена методика оценки связующей способности синтетических смол, используемых в качестве литейных связующих, по величине плотности энергии когезии (ПЭК). Показана возможность использования эпоксидно-диановых смол в качестве литейного связующего.

Установлены кинетические закономерности твердения и разработаны аналитические модели формирования технологических и прочностных свойств стержневых и формовочных смесей на основе эпоксидных смол. Разработаны составы связующих композиций на основе эпоксидных смол и предложен новый отвердитель для эпоксидных полимеров на основе металлофосфатного раствора (МФР).

Вскрыты явления влияния малых технологических добавок (SyA. = 180 . 520 м2/кг) и внешнего давления (3 . 5 МПа) на процесс отверждения смол и упрочнения песчано - смоляных стержневых и формовочных смесей. Получены аналитические зависимости, связывающие влияние значения удельной поверхности и количества добавки на прочностные свойства песчано - смоляных смесей .

Развиты теоретические представления о механизме и получены аналитические модели упрочнения песчано-смоляных смесей за счет активизации кварцевых песков раствором ортофосфорной кислоты.

Уточнены закономерности воздействия литейных форм с повышенной тепловой активностью (Ьф = (1 . 15) -103 Вт • с °>5/ /(м2 К) на жидкотекучесть и формозаполняемость, кинетику охлаждения и усадки, отбел, литейные напряжения и деформации, структуру и физико - механические свойства металлов и сплавов в отливках.

Новизна и приоритет технологических разработок, составляющих основу диссертационной работы, подтверждены 13 авторскими свидетельствами на изобретения.

Ниже приводятся основные выводы:

1. Установлено, что генеральным направлением совершенствования формовочных и стержневых смесей является увеличение их удельной прочности. Высококачественные формовочные и стержневые смеси должны иметь удельную прочность более 1 МПа на 1% связующего.

2. Показано, что из всех известных литейных связующих наибольшую удельную прочность обеспечивают формовочным и стержневым смесям синтетические смолы - ( 0,5 . 1,0 ) МПа, однако этого недостаточно для высокопрочных литейных стержней и форм.

3. Предложена методика оценки связующей способности синтетических смол по величине плотности энергии когезии (ПЭК).

-2334. Установлено, что наибольшей связующей способностью обладают эпоксидно-диановые смолы, имеющие наибольшую величину ПЭК по сравнению со всеми смолами, используемыми в качестве литейных связующих - 4,18 против 1,9; 2,26 и 3, 25 соответственно для фенолоформальдегидных, фенолофор-мальдегиднофурановых и мочевиноформальдегиднофурано-вых смол.

5. Научно и экспериментально показана возможность использования эпоксидно-диановых смол, имеющих сочетание уникальных свойств, в качестве литейного связующего формовочных и стержневых смесей: высокая адгезионная и когезионная прочность, малая усадка при отверждении, легкость и быстрота отверждения в широком интервале температур ( от 5 до 240 °С ), низкая вязкость самих смол и их отвердителей.

6. Изучена кинетика отверждения, механизм структурирования и упрочнения песчано - смоляных смесей на основе эпоксидных связующих. Установлены кинетические закономерности и разработаны математические модели изменения живучести и прочности, позволяющие рассчитывать технологические и служебные свойства формовочных и стержневых смесей и литейных форм и стержней.

7. Показано, что в качестве отвердителей формовочных и стержневых смесей холодного отверждения на эпоксидных связующих целесообразно использовать полиэтиленполиамин или ортофосфорную кислоту в соотношении соответственно 9.24% и 30 . 38% от содержания смолы, а для смесей горячего отверждения ( 200 . 230 °С ) металлофосфатный раствор - 40. 45 %.

8. Разработаны методы механической, гидромеханической и химико-термической активации естественных карьерных кварцевых формовочных песков и отработанных формовочных

-234смесей, позволяющие улучшить структурно-механические свойства формовочных и стержневых смесей и повысить на 20 . 70 % прочность литейных стержней и форм, снизить расход связующих материалов, улучшить санитарно - гигиенические условия труда и качество отливок ( а. с. № 1352741).

9. Отработаны составы и технология приготовления формовочных смесей холодного и горячего отверждения с пониженным на 30 . 50 % содержанием синтетических смол за счет введения технологических добавок в виде феррохромового шлака ( а. с. № 1178528 ) и крокуса ( а. с. № 1317764 ) при сохранении достаточных механических свойств литейных форм и стержней.

10. Разработан способ упрочнения в 1,7 . 2, 2 раза литейных форм и стержней из самотвердеющих формовочных и стержневых смесей воздействием на процесс отверждения внешнего давления от 3 до 5 МПа ( а. с. № 1108653 ).

11. Разработаны высокоэффективные литейные связующие композиции на основе эпоксидно-диановых смол с использованием в качестве отвердителей полиэтиленполиамина, орто-фосфорной кислоты или металлофосфатного раствора, а в качестве технологических добавок - крокуса и феррохромового шлака.

12. Созданы высококачественные формовочные и стержневые смеси на основе эпоксидно-диановых смол с поли- и монодисперсной песчаной и металлической зерновой огнеупорной основой, характеризующиеся высокими удельной прочностью (более 3 МПа на 1% смолы), текучестью и пластичностью (сырая прочность менее 0,08 • 105 Па), газопроницаемостью (более 300 усл. ед.), минимальным газовыделением (7 мл/г при содержании 1% смолы), отсутствием осыпаемости и выделений фенола и формальдегида, негигроскопичностью (экспериментальные стержни хранятся более 5 лет без изменения свойств), хорошей выбиваемостью и регенерируемостью и высокой тепловой активностью - (МО3.15 -103) Вт- с°>5/(м2-К) (а.с. № 1215826).

Смеси могут быть использованы для изготовления высокопрочных объемных и оболочковых литейных стержней и форм отливок из чугуна, стали и сплавов цветных металлов массой до 30 т и более с использованием механического и пескодувного уплотнения с последующим холодным или горячим отверждением в технологической оснастке, а также в технологии получения отливок в облицованных кокилях.

Оптимизация состава высококачественных формовочных и стержневых смесей производится по математическим моделям " состав - свойство" на ЭВМ.

Применение высококачественных формовочных смесей позволяет резко повысить качество отливок, улучшить санитарно-гигиенические условия труда и уменьшить загрязнение окружающей среды, повысить технологическую культуру и эффективность литейных процессов.

13. Изучено воздействие литейных форм с высокой тепловой активностью - (1 -103 . 15 -103) Вт- с°>5/(м2 • град.) на литейные процессы и свойства металлов и сплавов в отливках.

14. Установлено, что жидкотекучесть серого и белого чугу-нов, сталей 45Л и 110Г13Л и алюминия АК9 при переходе от сухой песчано-смоляной (Ьф = 1046,7 Вт • с0 5/(м2 • К) к сырой песчано-глинистой литейной форме (Ьф = 1744,5 Вт • с°>5/(м2 • К) и формам с металлической зерновой огнеупорной основой уменьшается соответственно на 15. 25% и 35. 55%.

Исключение составили графитовые литейные формы, имеющие высокую тепловую активность ( Ьф = 14793,4 .

-23615351,6 Вт- с°'5/(м2 -К), и не оказывающие существенного влияния на жидкотекучесть металлов и сплавов, что объясняется более гладкой поверхностью и способностью к самосмазыванию графитовых форм.

Огнеупорные покрытия улучшают жидкотекучесть металлов и сплавов и формозаполняемость литейных форм с металлической зерновой огнеупорной основой.

15. Увеличивается в 1,6 и 2 раза интенсивность охлаждения серого чугуна при переходе от песчаных литейных форм к формам с металлической зерновой огнеупорной основой и графитовым.

16. Возрастает интенсивность усадочных процессов, изменяется их характер и величина.

При охлаждении серого чугуна в литейной форме с металлической зерновой огнеупорной основой предусадочное расширение уменьшается в 2 раза, а при охлаждении в графитовых формах предусадочного расширения не наблюдается.

Литейная усадка алюминия АК9 при переходе от сухой пес-чано-глинистой литейной формы к сырой и формам с металлической зерновой огнеупорной основой и графитовым возрастает в 1,4 . 2,2 раза; серого чугуна при переходе от сырой песчано-глинистой литейной формы к графитовой - в 1,5 . 2,7 раза; белого чугуна - в 1, 2 . 1, 4 раза; сталей 45Л и 110Г13Л соответственно - в 1,1 . 1, 2 и 1,2 . 1,3 раза.

17. С увеличением тепловой активности литейной формы возрастает склонность серого чугуна к отбелу, улучшаются структура и физико-механические свойства металлов и сплавов в отливках.

При переходе от сырой песчано-глинистой литейной формы к формам с металлической зерновой огнеупорной основой и графитовой предел прочности серого чугуна увеличивается соответственно на 12, 5 и 25, 2 %; углеродистой стали 45Л - на 7, 2 и 17,4 % и алюминия АК9 - на 5,8 и 14,3 %.

18. Увеличение интенсивности развития и значения литейной усадки металлов и сплавов в литейных формах с повышенной тепловой активностью приводят к развитию деформаций и остаточных литейных напряжений и снижению физико-механических свойств отливок при торможении усадки.

Пластическая деформация растяжения отливки в процессе кристаллизации и охлаждения в форме равная 0, 20 . 0,45 % приводит к увеличению размеров зерен сплавов: для алюминия АК9 в 1,1 раза, стали 20Л после нормализации в 1,23 раза; стали 110Г13Л после закалки в 1,5 раза. При этом в чугунах наблюдается увеличение графита, а в углеродистых сталях -более крупнопластинчатый перлит.

Пластическая деформация растяжения свыше 0,2%, реализуемая при кристаллизации и охлаждении отливок, вызывает существенное снижение пластических свойств сплавов (5 и ср) и, особенно, ударной вязкости. Снижение прочностных свойств (ов, НЯВ) менее значительно.

В пластичных сплавах снижение механических свойств значительнее, чем в хрупких. Так, предел прочности (ав) сталей ЗОЛ, 45Л и 110Г13Л практически не изменяется, а относительное удлинение (8) снижается значительно меньше, чем в стали 20Л и алюминии АК9, для которых отмечено снижение ав на 20 %; твердости на 5 %; § на 30 % и ф на 32 %. Особенно существенно снижается ударная вязкость (КС) и тем больше, чем пластичее сплав. Так, КС сталей ЗОЛ, 45Л и 110Г13Л при наибольших деформациях снижается на 22 %; стали 20Л - на 30 %; а алюминия АК9 - на 40 %.

-238

Обнаружено снижение плотности сплавов на 0,02.0,03 г/см3 при пластической деформации растяжения свыше 0,2 %, развивающейся в процессе кристаллизации и охлаждения отливок.

Установлено, что снижение механических свойств металлов и сплавов в отливках при торможении усадки происходит за счет деформационной пористости, микротрещин, увеличения размеров зерен и количественного изменения фаз в результате пластической деформации растяжения, а также за счет предварительного "расходования" резерва пластичности до приложения рабочих нагрузок.

Для обеспечения высоких физико-механических свойств металлов и сплавов литейные формы с высокой тепловой активностью должны обеспечивать свободную усадку отливок.

19. Установлено, что увеличение тепловой активности литейных форм с МО3 до 15 -103 Вт- с05/(м2 -К) приводит к повышению свободной линейной усадки (в ) и предела прочности (ав) отливок из серого чугуна (СЧ18) и белого чугунов, углеродистой (45Л) и высоколегированной (1 ЮГ 13Л) сталей и алюминиевого сплава (АК9) соответственно на ( 20 . 70) и ( 20 . 30) %.

20. Теоретические и экспериментальные исследования и их результаты положены в основу разработки технологических процессов изготовления высокопрочных литейных стержней и форм (прочность при растяжении более 3 МПа), что позволяет улучшить геометрическую точность, качество и эксплуатационную надежность отливок: коэффициент точности по массе составляет 0,8 . 0,9; размерная точность соответствует 3 . 8 классам, а шероховатость поверхности - 3 . 9 степеням точности ( ГОСТ 26645 - 85 ).

21. Технологические процессы изготовления высокопрочных литейных стержней и форм из формовочных и стержневых

-239смесей на основе эпоксидных связующих прошли успешное опробование в условиях АО "Сокол" г. Липецка для изготовления фасонного литья из серого чугуна и сплавов цветных металлов: в условиях АО "Липецкий тракторный завод" для изготовления тракторных чугунных и стальных отливок; в условиях АО "ВАЗ" для изготовления стальных отливок массой до 16 т и сталелитейного завода г. Самары для изготовления отливок массой до 6 т из высоколегированной марганцевой стали и внедрены для изготовления стержней (прочность при растяжении более 3,6 МПа) раструбной части водонапорных центробежнолитых труб диаметром от 100 до 500 мм и длиной 6 м из серого чугуна и ВЧТТТГ в условиях АО "Сокол" и литейных стержней (прочность при растяжении более 4,2 МПа) чугунных станочных отливок массой до 12 т в условиях АО "Центролит" г. Липецка с общим экономическим эффектом более 945 млн.руб. в год ( в ценах 1995 года).

22. Таким образом, эпоксидные смолы позволяют разрабатывать высокоэффективные связующие композиции, обеспечивающие получение универсальных высокопрочных стержневых и формовочных смесей (ауд > 3 МПа), более дешевых (стоимость 1 т смеси составляет (37 . 49) рублей против 86 и 89 рублей соответственно для смесей на смолах КФ-90 и СФП- 011 Л) и менее токсичных ( Тусл. = 101,7 против 356,82; 737,3 и 1282,3 соответственно для смесей на смолах СФП - 011 Л, СФ - 480 и КФ-90), что обуславливает перспективность их использования в индивидуальном, мелкосерийном и массовом производстве отливок из чугуна, стали и сплавов цветных металлов.

-240

1. Бронников Л.Н. Анализ состояния производства литых заготовок // Литейное производство. 1977. № 1. с. 2 - 4.

2. Шестопал В.М. Развитие литейного производства в СССР в период ускоренного научно-технического прогресса. -М. : Знание, 1973. 32 с.

3. Федоровский Г.Н. и др. Состояние и перспективы развития литейного производства в СССР // Литейное производство. 1983. № 4. с. 1 - 4.

4. Цибрик А.Н. Новые технологические принципы получения отливок. Киев: Наука Думка, 1984. - 132 с.

5. Бречко A.A., Великанов В.И. Формовочные и стержневые смеси с заданными свойствами. Л. : Машиностроение, 1982.215 с.

6. Плакхин A.C. Совершенствование охраны труда в литейном производстве // Литейное производство. 1980. № 1. -с. 34 -36.

7. Александров В.М. Применение новых металло- и трудосберегающих технологических процессов основной путь интенсивного развития литейного производства // Новые металло - и трудосберегающие технологические процессы. -Челябинск: ЧПИ. 1984. - с. 1 - 3.

8. Илларионов И.Е., Васин Ю.П. Формовочные материалы и смеси : Монография. Чебоксары: Изд - во Чуваш, ун-та, 1992. ч.1.-223 с.

9. Снежной P.J1. Основные направления повышения эффективности специальных методов литья // Литейное производство. 1983. №4.-с. 23 25.

10. Разумов В.Н. Технология литейного производства Владимир: ВПИ, 1971.- 236 с.

11. Великанов Г.Ф. и др. Прочность формовочных смесей // Литейное производство. 1986. N3. с. 10 - 12.

12. Онуфриев И.А. Основные направления механизации и автоматизации литейного производства // Литейное производство . 1980. № 1. с. 29-31.

13. Матвеенко И.В. и др. Применение электронных моделей в реологии формовочных смесей // Литейное производство. 1988. № 12.-с. 13- 15.

14. Литейные дефекты и способы их устранения // Лакадемонский A.B., Кваша Ф.С., Медведев Я.И. и др. М.: Машиностроение, 1972. - 152 с.

15. Шумов И.Д. Анализ брака чугунных тракторных отливок // Литейное производство . 1978. № 2. с. 27 - 28.

16. Шумов И.Д. Анализ брака чугунных отливок // Улучшение качества литья путем использования прогрессивных формовочных материалов, механизации и автоматизации технологических процессов. Липецк: ЛипПИ. 1977. - с.112 - 115.

17. Шумов И.Д. и др. Состояние и перспективы развития литейного производства в Липецкой области// Проблемы литейной оснастки и качество отливок. М.: ВСНТО, 1981. - с. 3 - 4.

18. Шумов И.Д. и др. Эффективность литейных процессов в цехах Липецка // Современные методы изготовления литейных-242форм и стержней. М.: ЦДНТП, 1982. - с.76 - 78.

19. Перспективы технического прогресса // Литейное производство. 1983. № 12. с. 32.

20. Орлов Г.М. Современные процессы уплотнения сырых песчано-глинистых форм // Литейное производство. 1983. № 4. с. 19-20.

21. Орлов Г.М. и др. Предварительное уплотнение форм прессованием // Литейное производство . 1982. N 1. с.11.

22. Мордочкин Е.А. и др. Изготовление форм ширококовшовым пескометом //Литейное производство. 1986. N4,- с. 22-23

23. Винюков Ю.Г. и др. Оборудование для безопочной формовки и задачи его развития // Литейное производство . 1984. № 12.-с. 18.

24. Орлов Г.М. Механизм динамического уплотнения форм // Литейное производство. 1983. № 7. с. 3 5.

25. Матвеенко И.В. и др. Состояние и перспективы развития газовзрывной формовки // Литейное производство. 1986. № 8. с. 11 - 13.

26. Жуковский С.С. Развитие процессов изготовления форм и стержней из смесей, затвердевающих в оснастке // Литейное производство. 1983. № 4. с. 21 - 22.

27. Воронин Ю.Ф. и др. Изготовление стержней прогрессивными методами // Литейное производство. 1984. № 4. с. 14 - 15.

28. Комиссаров В.А. и др. Состояние и перспективы развития формовочных материалов и смесей // Литейное производство. 1980. № 1. с. 16-18.

29. Грузман В.М. и др. Качество отливок при литье в замороженные формы // Литейное производство. 1985. № 10. с. 19-20.-24332. Ромашкин В.Н. Упрочнение стержней и форм из ХТС на различных наполнителях // Литейное производство. 1983. № 7,-С.9-11.

30. Васин Ю.П. Задачи и пути повышения качества и точности отливок, изготовляемых в песчаных формах // Прогрессивные методы изготовления качественных отливок в разовых формах с высокой размерной и массовой точностью. Челябинск: ЧПИ. 1985.- с. 3-4.

31. Рыжиков A.A. и др. Постоянные смеси для оболочкового литья // Литейное производство. 1968. № 2. с. 28 - 29.

32. Ершов А.Г. Металлические наполнители формовочных и стержневых смесей // Литейное производство. 1981. № 4. с. 31 -32.

33. Барский В.Т. и др. Технология и оборудование для вакуумно-пленочной формовки// Литейное производство. 1988. № 7. с. 14-16.

34. Зальцман Ю.Е. Расчет магнитных форм // Литейное производство. 1973. № 5. с. 34 - 36.

35. Литейное производство/ Под ред. Куманина И.Б. М.: Машиностроение, 1971. - 320 с.

36. Жуковский С.С., Лясс А.М. Формы и стержни из холодно -твердеющих смесей. М.: Машиностроение, 1978. - 112 с.

37. Комиссаров В.А. и др. Состояние и перспективы развития формовочных материалов и смесей // Литейное производство. 1980. № 1,- с. 16-18.

38. Жуковский С.С. и др. Связующие материалы и смеси для стержней и форм, затвердевающих в оснастке // Литейное производство. 1986. № 2. с. 21- 22.

39. Рубцов H.H., Балабин В.А., Воробьев М.И. Литейные формы. М.: Машгиз, 1959. - 559 с.-24443. Степанов Ю.А., Семенов В.И. Формовочные материалы.- М.: Машиностроение, 1969. 157 с.

40. Берг П. П. Формовочные материалы. М.: Машгиз, 1963.-408 с.

41. The shell moulding process an early intelligence report. Foundry IradeJ., 1981, 157, N 3225, 718 -719.

42. Лясс A.M. Быстротвердеющие формовочные смеси. -M.: Машиностроение, 1975. 332 с.

43. Борсук П.А., Лясс A.M. Жидкие самотвердеющие смеси.- М.: Машиностроение, 1979. 255 с.

44. Судариков A.C. и др. Разработка и применение самотвердеющих смесей на заводе "Станколит" // Литейное производство. 1983. № 1. с. 19-20.

45. Хеккес X. Опыт применения Cold Box процессса для изготовления стержней. - Информация ВНИИАСМ. Сер. XI. ТОЛП. 1982. N47.-с. 10- 12.

46. Бобряков Г.И. и др. Перспективы развития массового производства отливок // Литейное производство. 1983. № 4. -с. 6 8.

47. Жуковский С.С. и др. Перспективы применения смесей с жидким стеклом в литейном производстве // Литейное производство. 1983. N 1. с.12-14.

48. Дорошенко С.П. Совершенствование изготовления форм и стержней из жидкостекольных смесей // Литейное производство. 1983. № 1. с. 14- 15.

49. Сандалов A.B. и др. Стержневые смеси с пониженной токсичностью // Литейное производство. 1984. № 4. с. 12-14.

50. Жуковский С.С. и др. Упрочнение холоднотвердеющих смесей силанами // Литейное производство. 1984. № 9. с. 18 -20.

51. Технический прогресс и условия труда при изготовлении стержней и форм в литейных цехах массового и крупносерийного производства // Обзорная информация. Серия XI "Технология автомобилестроения". М.: НИИНавтопром, 1986.-44 с.

52. Васильева Г.П. Перспективы развития процессов изготовления литейных форм и стержней. М.: НИИЗИН-ФОРМЭНЕРГОМАШ, 1977. - 43 с.

53. Жуковский С.С. Прочность литейной формы. М.: Машиностроение, 1989. - 288 с.

54. Жуковский С.С. Холоднотвердеющие смеси // Литейное производство. 1980. № 2. с. 20 - 22.

55. Челядинов Л.М. и др. Холоднотвердеющие органические связующие // Литейное производство. 1973. № 2. с. 32 - 36.

56. Дорошенко С.П. Актуальные вопросы технологии изготовления стержней и форм из холоднотвердеющих смесей с минимальным содержанием связующего // Современные способы получения высококачественных литых заготовок. М.: ЦДНТИ, 1973.-с. 58 62.

57. Васин Ю.П. Развитие технологии получения отливок с применением ХТС // Феррифосфатные ХТС и технология получения на их основе высококачественных отливок. -Липецк: 1987. с. 11 - 14.

58. Шадрин Н.И. Фосфатные модифицирующие добавки жидкостекольных формовочных смесей // Феррифосфатные ХТС и технология получения на их основе высококачественных отливок. Липецк: ЛипПИ, 1987. - с. 31-32.

59. Соколов H.A. Литье в оболочковые формы. М.: Машиностроение, 1978. - 461 с.

60. Руденко А.Б., Серебро B.C. Литье в облицованный кокиль. М.: Машиностроение, 1977. 268 с.

61. Литейные связующие в массовом производстве: Каталог. Свердловск: НИИ охраны труда, 1987. - 34 с.

62. Хейне Х.Й. Применение ХТС при изготовлении форм и стержней // Информация ВНИИЭСМ. Сер. IX. ТОЛП. 1981. №39.-с. 7-8.

63. Жуковский С.С. и др. Фосфатные ХТС для производства стальных и чугунных отливок // Литейное производство. 1987. №4. с. 12- 14.

64. Васин Ю.П. Теоретические основы выбора фосфатных формовочных смесей // Феррифосфатные ХТС и технология получения на их основе высококачественных отливок. -Липецк: ЛипПИ, 1987. с. 9 - 11.

65. Туркина Л.И. и др. Железофосфатные связующие для ХТС // Феррифосфатные ХТС и технология получения на их основе высококачественных отливок. Липецк: ЛипПИ, 1987. -с. 11 - 12.

66. Матвеенко И.В. и др. Улучшение технологических-247свойств холоднотвердеющих феррифосфатных смесей // Феррифосфатные ХТС и технология получения на их основе высококачественных отливок. Липецк: ЛипПИ, 1987,- с. 24-25.

67. Клековкин А .Я. Гидравлический удар в форме и качество отливок // Литейное производство. 1986. № 2. с. 22 - 23.

68. Теоретические основы литейной технологии // Руководитель авт. кол. А.Ветишка. Пер. с чешек. Киев: Вища школа, 1981.- 320 с.

69. Бобряков Г.И.и др. Гидравлический удар в литейных формах // Литейное производство. 1963. № 6. с. 37 - 38.

70. Анисович Г.А. и др. Влияние гидравлического удара в форме на качество поверхности отливок // Литейное производство. 1974. N 2. с. 27 - 29.

71. Литейное производство / Под. ред. Михайлова A.M. -М.: Машиностроение, 1987. 256 с.

72. Дмитриенко Л.С. и др. Термическая деформация оболочек на смоляном связующем // Литейное производство. 1971. № 6.-с. 8 -9.

73. Жуковский С.С. и др. О "шаровой" модели структуры формовочной смеси // Литейное производство. 1986. № 3.с. 12-13.

74. Великанов Г.Ф. и др. Прочность формовочных смесей //Литейное производство. 1986. № 3. с. 10 - 12.

75. Зубов П.И. Сухарева Л.А. Структура и свойства полимерных покрытий. М.: Химия, 1982. - 256 с.

76. Лясс A.M. Современные связующие материалы и область их применения. М.: Машгиз, 1965. 213 с.

77. Великанов Г.Ф. и др. Структура и механические свойства песчано-смоляных смесей // Литейное производство. 1983. №11.-с. 15-16.-24886. Великанов Г.Ф. и др. Прочность форм из ХТС // Литейное производство. 1988. № 1. с. 8 - 9.

78. Механизм упрочнения формовочных смесей, отверждае-мых при комнатной температуре / LUO Aihva, Wand Wending, Dai Xugi, Suguaxun // Чэшое гунчен сюгбао = Chin. J. Mesh. End. 1990. №3.

79. Illinek P. Studium obecnych zakonoistostidestruksi slevarenskuck formovacich Sméci // Slevdrenstvi. 1973. № 12. -s. 223 - 228.

80. Васин Ю.П. и др. Адгезионные свойства поверхности зерен кварцевого песка // Вопросы теории и технологии литейных процессов. Челябинск: ЧПИ. 1981. - с. 3 - 16.

81. Иткис З.Я. и др. Формирование прочностных контактов в ХТС // Литейное производство. 1988. № 1. с. 10 - 11.

82. Жуковский С.С. Холоднотвердеющие смеси // Литейное производство. 1980. № 2. с. 20 - 22.

83. Дорошенко С.П. Состояние, проблемы и перспективы применения ХТС // Феррифосфатные ХТС и технология получения на их основе высококачественных отливок. -Липецк: ЛипПИ, 1987. с. 6 - 8.

84. Дорошенко С.П. Повышение термостойкости ХТС // Литейное производство. 1984. № 7. с. 12 - 13.

85. Просяник Г.В. Технология изготовления оболочковых форм и стержней. М.: Высшая школа, 1971. - 272 с.

86. Просяник Г.В., Бодряков Г.И., Соколов В.А. Изготовление стержней по нагреваемой оснастке. М.: Машиностроение,1970. - 214 с.

87. Галкин В.И., Дрейшев И.И. Современные процессы изготовления стержней при производстве санитарно-техничес-ких изделий // Информация ВНИИЭСМ. Сер.Х, 1982. № 1. с. 30 - 32.-24997. Петрова А.П. Термостойкие клеи. М.: Химия, 1977. -284 с.

88. Адгезия полимеров и адгезионные соединения в машиностроении // НТО. М.: Машиностроение, 1976. - 76 с.

89. Schneberger G.L. Adhes Age, 1974. - N 01, p. 17, N4, p.17 - 23.

90. Кардашев Д.А., Петрова А.П. Полимерный клей. М.: Химия, 1983. - 256 с.

91. Аскадский A.A. Матвеев Ю.И. Химическое строение и физические свойства полимеров. М.: Химия, 1983. - 248 с.

92. Столповский А.И. Исследование, разработка и внедрение технологии изготовления высокопрочных стержней для центробежного литья чугунных напорных труб: Дисс. к.т.н. Москва, 1992. - 268 с.

93. Чернин И.З., Смехов Ф.М., Жердев Ю.В. Эпоксидные полимеры и композиции. М.: Химия, 1982. - 232 с.

94. Ли X., Невилл К. Справочное руководство по эпоксидным смолам: пер. с англ. М.: Энергия, 1973. - 232 с.

95. Татсвостьян Г.О., Кузнецова И.Б. Технология синтетических смол, пластических масс и изделий из них. М.: Химия, 1967. - 187 с.

96. Энциклопедия полимеров: 3 т. М.: Советская энциклопедия, 1977. - 1008 с.

97. Хозин В.Г. и др. Исследование отверждения эпоксидных смол// Пластические массы. 1985. № 10. с. 14 - 16.

98. Злобина В.Р и др. Исследование процесса отверждения эпоксидных смол // Лакокрасочные материалы и их применение. 1962, №6. с. 62-65.

99. Эпоксидные смолы и материалы на их основе: Каталог ОПИИТЭХИМ. Черкассы: 1978. - 25 с.-250110. Русаков П.В. Производство полимеров. М.: Высшая школа, 1988. - 280 с.

100. Отвердители эпоксидных смол: Обзорн. информ. М.: НИИТЭХИМ, 1976.- 47 с.

101. Князев В.К. Эпоксидные конструкционные материалы в машиностроении. М.: Машиностроение, 1977. - 214 с.

102. Кардашев Д.А. Эпоксидные клеи. М.: Химия, 1973. -191 с.

103. Благонравова A.A. Непомнящий А.И. Лаковые эпоксидные смолы. М.: Химия, 1970. - 243 с.

104. Menager M. Compt. Rend., 1930, V.190, p. 1249 1257.

105. Сычев M.M. Неорганические клеи. Л.: Химия, 1986. -152 с.

106. Милдс Д.Ж. Клеющие материалы: Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1980. 368 с.

107. Blatz P.S. Adhes. Ade, 1978, vol 21, N 9, p. 39-41.

108. Берлин A.A., Кафели Т.Я., Королев Г.В. Полиэфирак-рилаты. М.: Наука, 1967. - 372 с.

109. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика дисперсных структур // Сб. научн. тр. М.: Наука, 1986. - с. 3 - 5.

110. Ребиндер П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах // Избранные труды: Коллоидная химия. -М.: Наука, 1978. 381 с.

111. Ребиндер П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах // Избранные труды: Физико-химическая механика.-М.: Наука, 1967.-372 с.

112. Тугов И.И., Кострыкина Г.И. Химия и физика поверхности. М.: Химия, 1989. - 180 с.

113. Таггер A.A. Физико химия полимеров. - М.: Химия, 1978.- 544 с.-251125. Липатов Ю.С. Физическая химия наполненных полимеров. М.: Химия, 1977. - 304 с.

114. Ямамото Осаму и др. Влияние свойств кварцевого песка на прочность фурановых формовочных смесей // Имоно, 1978. № 8. с. 480 - 484.

115. Химон А.Д. Адгезия пленок и покрытий. М.: Химия, 1977. - 352 с.

116. Васин Ю.П. и др. Химико-термическая активация формовочных песков // Литейное производство. 1979. № 1. -с. 23 24.

117. A.c. 538809 СССР. В 22с 5/00. Способ активации песка / Ю.П.Васин, В.М.Александров, Б.А.Кулаков, Г.Г.Майзер (СССР).

118. A.c. 366915 СССР. В 22с 5/00. Способ активации песка для формовочных и стержневых смесей / Е.А.Борская, О.Б.Васильев, З.А.Кобзева, Л.М.Гончарова (СССР).

119. Иткис Э.Я. и др. Химическая активация наполнителя стержневых смесей // Литейное производство. 1985. № 2. -с. 14- 15.

120. Воронин Ю.Ф. и др. Нейтрализация глинистой составляющей в песках для смоляных смесей // Литейное производство. 1979. № 9. с. 34 - 35.

121. Санжаровская А.Т. Физико-механические свойства полимерных и лакокрасочных покрытий. М.: Химия, 1978. -184 с.

122. Лясс А.М. Пути получения формовочных смесей с заданными прочностными свойствами // Вопросы теории литейных процессов. М.: 1960. - с. 110 - 112.

123. Борисов Б.А. и др. Гигиеническая оценка некоторых синтетических смол и влияние на заболевание рабочих литейных цехов // Здравоохранение Белорусии. 1980. № 1. с. 31 - 34.

124. Медведев Я.И., Валисовский И.В. Технологические испытания формовочных смесей. М.: Машиностроение, 1973. - 312с.

125. Другов Ю.С. Березкин В.Г. Газохроматографический анализ загрязненного воздуха. М.: Химия, 1981. - 186 с.

126. Вяхилев Д.А., Шушунов А.Ф. Руководство по газовой хроматографии. М.: Высшая школа, 1975. - 132 с.

127. Перегуд Е.А. Химический анализ воздуха. М.: Химия, 1976. - 171 с.

128. Санжаровская А.Т. Методы определения механических и адгезионных свойств полимерных покрытий. М.: Наука, 1974. - 116 с.

129. Берлин A.A., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров. -М.: Химия, 1974. 372 с.

130. Методические указания на определение вредных веществ в воздухе / Утверж. зам. глав, госуд. врача СССР Зайченко А.И. 18.04.77 г. М.: ЦРИЛ "Морфлот", 1981.- 320 с.

131. Методические указания на определение вредных веществ в воздухе рабочей зоны ( приложение к списку ПДК № 3086 84 от 27.08.84 г.) - М.: ЦРИЛ " Морфлот", Вып. XXII, 1988.- 239 с.

132. Гиршович Н.Г. Чугунное литье. М.: Металлургиздат, 1949.-708 с.

133. Longden Е. Prac. Inst. Brin. Faundrymem, 1931, N 25, 1932, N95.

134. Angust H.F.B.C.I.R.A. Journal of Res. And Dev. 1949, N 3,1951, N 153.

135. Innternol Stress in Castnugs. Foundry Trade I., 1956, N 101, N 2073.

136. Федосеев В.П. Сопротивление материалов. M.: Физматгиз, 1962. - 387 с.

137. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1970. -432 с.

138. Авдеев Б.А. Техника определения механических свойств металлов. М.: Машгиз, 1954. - 148 с.

139. Любошиц М.М., Ицкович Г.М. Справочник по сопротивлению материалов. Минск: 1965. - 324 с.

140. Глинер Б.М. Определение механических и технологических свойств металлов. М.: Машгиз, 1959. - 236 с.

141. Длин A.M. Математическая статистика в технике. М.: Советская наука, 1951. - 462 с.

142. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. М.: Физматгиз, 1961. - 374 с.

143. Смирнов Н.В., Дунин И.В., Барковский П.И. Курс теории вероятности и математической статистики. М.: Наука, 1965.- 364 с.-254160. Налимов В.В., Чернов И.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М.: Наука, 1965.- 324 с.

144. Адлер Ю.П., Марков Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1971. - 364 с.

145. Джонсон Н, Лион Ф. Статистика и планирование эсперимента в технике и науке. Методы обработки данных. М.: Мир, 1980. -610 с.

146. Фрейдин A.C. Прочность и долговечность клеевых соединений. М.: Химия, 1981. - 272 с.

147. Сайке П. Механизм реакций в органической химии: Пер. с англ. М.: Химия, 1973. - 320 с.

148. Шошина Л.В. и др. Изучение диаграмм "Состав-свойство" эпоксидно-диановых смол // Синтез и исследование эпоксидных олигомеров и полимеров. М.: НИИТЭХИМ, 1979.-е. 3-11.

149. Денисов Е.Т. Кинетика гомогенных химических реакций. М.: Высшая школа, 1988. - 391 с.

150. Гаммет Л. Основы физической органической химии. Скорости, равновесия и механизмы реакций: Пер. с англ. М.: Мир. 1972. - 534 с.

151. Чудин Ю.Г. и др. Повышение качества формовочной смеси вводом активирующих добавок // Литейное производство. 1982. № 5. с. 14 - 15.

152. Дорошенко С.П. Повышение термостойкости ХТС // Литейное производство. 1984, № 7. с. 12 - 13.

153. Пат. 3705872 США. МКИ С 08Д 51/04. Формовочные и стержневые смеси. Опубл. 12. 12. 1972.-255171. Пат. 1562743 Франция. МКИ В 22С 1/22. Состав смеси для стержней, применяющихся при литье в кокиль. Опубл. 06.07. 1969.

154. Пат. 1158650 Англия. МКИ СЗВ, СЗ (СО, 8Д). Усовершенствование холоднотвердеющих формовочных смесей. Опубл. 06. 07. 1969.

155. Власов Н.Г. Восстановление формовочного песка из отработанных смесей фосфатами // Феррифосфатные ХТС и технология получения на их основе высококачественных отливок. Липецк, 1987. - с. 28 - 29.

156. Гамов Е.С. Модифицирование формовочных песков и регенерация отработанных ХТС металлофосфатами // Феррифосфатные ХТС и технология получения на их основе высококачественных отливок. Липецк, 1987. - с. 30.

157. Морган А.Д. Пути экономии расхода связующих при изготовлении стержней и форм // Информация ВНИИЭСМ. Сер. 10. ТОЛП. 1979. № 14. с. 6 - 8.

158. Сарма О. В лабораториях ученых // Наука и техника. 1986. № 1. -с.1 2.

159. Технология пластических масс / Под ред. Коршака. -М.: Химия, 1985. 560 с.

160. ГОСТ 18169 86. Процессы технологические литейного производства. Термины и определения. - М.: Издательство стандартов, 1986.

161. ГОСТ 17819 84. Оснастка технологическая литейного производства. Термины и определения . М.: Издательство стандартов, 1984.

162. Советский энциклопедический словарь. М.: Издательство "Советская энциклопедия", 1981. - 1600 с.

163. Литейные связующие в массовом производстве: Каталог. Свердловск: ВНИИ охраны труда, 1987. - 34 с.-256182. Петриченко A.M. Теория и технология кокильного литья. Киев: Техника, 1967. - 251 с.

164. Сосненко М.Н. Графитовые литейные формы. М.: Машгиз, 1963. - 289 с.

165. Специальные способы литья: В.А.Елфимов, Г.А.Анисович, В.Н.Бабич и др.: Под общ. ред. В. А. Ефимова. -М.: Машиностроение, 1991. 436 с.

166. Сосненко М.Н. Современные литейные формы. М.: Машиностроение, 1967. - 289 с.

167. Гуляев Б.Б. Проблемы взаимодействия литейной формы и отливки // Взаимодействие литейной формы и отливки. М.: Издательство АН СССР, 1962. - 273 с.

168. Горизонтальное непрерывное литье цветных металлов и сплавов / Шатагин O.A., Сладкоштеев В.Т., Вартазанов М.А. и др. М.: Металлургия, 1974. - 176 с.

169. Куманин И.Б. Вопросы теории литейных процессов. -М.: Машиностроение, 1976. 216 с.

170. Шумов И.Д. Исследование деформаций, остаточных напряжений и свойств сплавов в отливках при торможении усадки: Дисс. к.т.н. Москва. 1972. - 201 с.

171. Требухин В.В. Влияние характера напряженно-деформированного состояния отливок на физико-механические свойства сплавов // Автореферат диссертации. М.: МИСИС, 1980. - 24 с.

172. Тимофеев A.A. и др. Плосконапряженное состояние отливок в процессе охлаждения и их качество // Литейное производство. 1978. № 12. с. 2 - 3.

173. Тимофеев A.A. Влияние исходных напряжений на механические свойства чугуна // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1968. с. 112 - 115.

174. Васин Ю.П. Развитие технологии получения отливок с применением ХТС // Феррифосфатные ХТС и технология получения на их основе высококачественных отливок. -Липецк, 1987. с. 11 - 14.

175. Саниитарно-гигиенические и экологические проблемы литейного производства // Сб. научн. тр. XXIX Всесоюзной научн,- технич. конф. Тольятти: 1980. - 197 с.

176. Никонов В.В. Новые задачи проектирования литейных цехов // Литейное производство. 1991. № 6. с. 2 - 3.

177. Тростянская Е.Б. и др. Связующее на основе эпоксидных смол: Учебное пособие. М.: МАТИ, 1990. - 65 с.

178. Пат. 2285197 Франция. МКИ В 22С 1/22. Состав связующего для литейных форм и стержней. Опубл. 1974.

179. Пат. 49 25089 Япония. МКИ В 22С 1/22. Способ отверждения формовочной смеси. Опубл. 1974.

180. Кожевникова М.Н. Исследование и расчет процессов отверждения эпоксидных смол и клеевых композицийбытового назначения на их основе: Дисс. к.т.н. Москва, 1970. - 197 с.

181. Руднев С.Н. Структура и молекулярная подвижность густосшитых эпокси аминных полимеров: Дисс. к.т.н. -Москва, 1982. - 189 с.

182. Воздвижинский В.М., Жуков A.A., Бастраков В.К. Контроль качества отливок. М.: Машиностроение, 1990. 240 с.

183. ГОСТ 27208-87. Отливки из чугуна. Методы механических испытаний. М.: Издательство стандартов, 1987. 12 с.

184. ГОСТ 26645-85. Классы точности размеров и масс отливок. М.: Издательство стандатов, 1982. - 232 с.

185. ГОСТ 19200 80. Отливки из чугуна и стали. Термины и определения дефектов. - М.: Издательство стандартов, 1983. -13 с.

186. СТП ЛиПИ 11-91, СТП ЛиПИ 12 91. Стандарт Липецкого политехнического института по оформлению и нормо-контролю учебных отчетов, работ, проектов. - Липецк, 1992. -27 с.

187. ГОСТ 2.319-81 (CT СЭВ 2824-80) Правила оформления диаграмм. М.: Издательство стандартов, 1982. - 10 с.

188. Шумов И.Д. и др. Прочность и качество формовочных сме- , / сей // Развитие методов и процессов образования литейных форм и отливок. Владивосток : Дальневосточный государственный университет. 1990. - с. 60-63.

189. Шумов И.Д. Значение прочности литейных форм // Литей- , j ное производство. 1989. № 2. с.38. Деп. Во ВНИИТЭМР № 281 -МШ 88.

190. Серебряков В.В. . Шумов И.Д. Вариационный подход к задаче безотходного производства отливок // Состояние и перспективы получения отливок на основе ресурсосберегающих формовочных смесей. Липецк : 1983. с. 42-43.

191. Шумов И.Д. и др. Использование эпоксидных смол в каче- , стве связующих в литейном производстве // Литейное производство. 1994 №2. с. 13- 15.

192. Тимофеев A.A. . Шумов И.Д. Методика определения текучести формовочных и стержневых смесей. Липецк : ЦБТИ ЧЦР. 1967. № 196(1941). - 4 с.

193. Тимофеев A.A., Шумов И.Д. Проба на литейные напряжения // Литейное производство. 1971. № 7. с. 40- 41.

194. Шумов И.Д. и др. Активация формовочных песков // Фер-рифосфатные ХТС и технология получения на их основе высококачественных отливок. Липецк : 1987. - с. 120 - 121.

195. Нагорнов Г.М., Шумов И.Д. Физико-механические методы1. V,повешения удельной прочности песчано-смоляных смесей // Проблемы автоматизации и технологии в машиностроении. Рубцовск : Изд-во Рубцовского индустр. ин-та. 1994. - с. 283 - 284.

196. Шумов И.Д. Универсальная формовочная смесь // Литейное производство . 1989. № 9. с. 29.

197. Шумов И.Д. и др. Универсальные высокотехнологичные смеси // Литейное производство . 1990. № 1. с. 27.

198. Шумов И.Д. Высокопрочные Литейные стержни и формы // Проблемы автоматизации в машиностроении. Рубцовск : Изд-во Рубцовского индустр. ин-та. 1994. - с. 283 - 284.

199. Шумов И.Д. и др. Влияние графитовых форм на жидкоте-кучесть и усадку // Литейное производство . 1979. № 10 с. 34- 35.

200. Тимофеев A.A., Шумов И.Д. Изменение плотности и структуры отливок при торможении усадки сплавов // Литейное производство. 1974. № 5. с. 29 - 30.

201. Тимофеев A.A., Шумов И.Д. О деформации отливок при торможении усадки сплавов // Литейное производство. 1972. № 3. -с. 34 36.

202. Шумов и др. Воздействие литейной формы на усадку и прочность сплавов // Литейное производство. 1990 . № 11. с. 15 16.

203. Тимофеев A.A., Шумов И.Д. Влияние торможения усадки на свойства стали в отливках // Литейное производство. 1970 . № 10. с. 27 -28.

204. Тимофеев A.A., Шумов И.Д. Влияние исходных литейных напряжений на механические свойства стали // Изв. вузов . Черная металлургия . 1972 № 5.-е. 159 162.259