автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Технологические основы процессов изготовления тонкостенных стальных деталей транспорта с кристаллизацией под давлением

На правах рукописи

РГ6 о л

~9 Р«ч

Чернов Николай Меркурьевич

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕН ТРАНСПОРТА С КРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

05.16.04 - Литейное производство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени* доктора технических наук

Новосибирск 2000

Работа выполнена в Новосибирском авиационном производственном объединении им. В.П. Чкалова и Сибирском государственном университете путей сообщения.

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор В. А. Аксенов

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Б.А. Кулаков

доктор технических наук, профессор Л.И. Мамина

доктор технических наук, профессор В.П. Сабуров

Ведущая организация:

ОАО «Сиблитмаш», г. Новосибирск

Запщга состоится « г. в часов на заседании

диссертационного Совета Д.053.13.08 в Южно-Уральском государственном университете

по адресу: 454080, г. Челябинск, проспект Ленина, 76

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственного университета.

Отзывы на реферат, заверенные печатью, просим выслать по указанному адресу на имя ученого секретаря совета.

Автореферат разослан « /Г » 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор ¿>. ^ о /—Ерофеев В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Из всех многочисленных требований к транспортному средству определяющим является его надежность, которая обеспечивается конструкционной прочностью силовых деталей на протяжении заданного ресурса эксплуатации. Сталь является основным материалом для высоко-нагруженных деталей транспорта, которые получают механической обработкой из проката, штамповок или литья. Для транспорта наиболее перспективно применение технологии литья по выплавляемым моделям (ЛВМ), так как по этому методу возможно изготовление стальных деталей любой конфигурации без или с минимальным объемом механической обработки. Существующий метод ЛВМ осуществляется плавкой стали в открытых индукционных печах и заливкой форм из ковша не обеспечивает стабильность механических свойств как в разных частях, так и в разных партиях отливок, что связано с ограниченными возможностями управления тепловыми условиями и гидродинамическими параметрами литья. Нестабильность мехсвойств стальных деталей ЛВМ, а также недостаток сведений об их конструкционной прочности ограничивают область их применения в силовых конструкциях транспорта.

С другой стороны, современные представления о строении стали в жидком состоянии и в интервале затвердевания показывают на неиспользованные резервы повышения служебных свойств деталей транспорта и необходимость разработки новых технологических процессов их изготовления с применением давления на кристаллизующиеся расплавы.

Перспективным направлением по расширению области применения литых деталей на транспорте является решение конструкторско-технологических проблем изготовления композиционных материалов на стальной основе, например: систем сталь - твердый сплав, сталь низкоуглеродистая - сталь легированная износостойкая.

Этим обусловлена актуальность темы диссертационной работы, исследования по которой проводились в соответствии с ежегодными Планами работ литейной лаборатории НАПО с 1985 по 1995 гг., Комплексной программой "Разработка и внедрение технологии и оборудования для изготовления тонкостенных фасонных отливок из сталей по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением (ЛВМКД)" в период 1989-1995гг, утвержденной Зам. министра

МАП А.Г.Братухиным 17сент.1989. г. и Планом работ литейной лаборатори НАПО на 1997-2000 гг.

Цель работы. Создание нового способа литья по выплавляемым моделям кристаллизацией под давлением (ЛВМКД), обеспечивающего изготовлени тонкостенных стальных деталей транспорта с требуемым уровнем конструкщ онной прочности при статических и циклических нагрузках.

Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задг чи:

- определить температурные режимы и давление запрессовки тонкостенны выплавляемых моделей (ВМ) из высокопрочной модельной композици: (МК) и параметры изготовления ВМ из твердых МК методом вибропрессс вания;

- обосновать пути совершенствования процессов изготовления многослойны оболочковых форм (ОФ), разработать метод оценки их прочности под силс вым воздействием жидкого метала и экспериментально определить количе ственные показатели гидравлической прочности ОФ в зависимости их спс собов их изготовления, упрочнения и формовки;

- обеспечить получение стабильных показателей механических свойств стал; BHJI-' з (08Х14Н5М2ДЛ) при плавке в открытой индукционной печи;

- установить технологические режимы литья стали под давлением в вакуум тонкостенных деталей с гарантированными механическими свойствами;

- обосновать температурный и гидродинамические параметры нового способ литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давление! (ЛВМКД), исследовать характер течения расплава и характер затвердевани отливок, их свойства и конструкционную прочность при статических и цик лических нагрузках;

- освоить в производстве технологию и оборудования литья по выплавляе мым моделям с кристаллизацией под давлением тонкостенных стальных де талей транспорта;

- расширить область применения технологий ЛВМКД для изготовления биме таплических композитов сталь - твердый сплав ВК8 и деталей ответственно го назначения из алюминиевых сплавов

Научная новизна работы состоит в то,м, что в ней обоснованы технологиче-кие параметры процессов изготовления выплавляемых моделей, многослой-ых оболочковых форм, плавки и литья стали.

1. На основе анализа тепловых условий, распределения температур и фазово-о состава стали по сечению металлоприемника, исследований заполняемости онких стенок в зависимости от параметров давления на расплав, его. расхода и емпературы металла на входе в форму и данных по результатам исследования идравлической прочности оболочковых форм создан принципиально новый ехнологический процесс литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией ;од давлением (ЛВМКД), обеспечивающий изготовление тонкостенных сталь-:ых деталей транспорта с гарантированной конструкционной прочностью при татических и циклических нагрузках. Создание способа литья по выплавляе-1ым моделям с кристаллизацией под давлением можно квалифицировать как рупное научно-техническое достижение, не имеющее аналогов в мире, откры-ающее новое научное направление в развитии управляемых процессов литья.

2. Впервые установлены параметры изготовления выплавляемых моделей ме-одом вибропрессования: давление прессования, частота и продолжительность ибровоздействия на модельную композицию.

3. Предложены новые технические решения по совершенствованию меха-[изма формообразования многослойных оболочковых форм. Их качество обес-сечивается за счет: обработки модельных блоков в водном растворе ПАВ, приеденном в турбулентно-вихревое состояние, или в кипящем слое зернистого гатериала; приготовления стабилизированной суспензии в закрытой емкости; гдаления воздуха из суспензии при ее нанесении на модельный блок методом ¡акуумного всасывания; приложения избыточного давления на суспензию и [рименения в качестве обсыпочного материала сферокорунда. Установленные акономерности и технологические параметры процессов формообразования шогослойных оболочковых форм открывают новое направление в создании [ешевого малогабаритного отечественного оборудования и новый класс фор-ювочных материалов - полых сфер огнеупорных оксидов.

4. Разработан метод гидроиспытаний оболочковых форм. Впервые получены юказатели гидравлической прочности форм ЛВМ, в зависимости от способов IX изготовления, упрочнения и формовки.

б

5. Впервые проведены работы по изготовлению биметаллических композит сталь-твердый сплав ВК8 способом литья по выплавляемым моделям с kj сталлизацией под давлением и исследованию переходной зоны между стальк твердым сплавом. Создан новый технологический процесс изготовления бт таллических композитов на основе стали, открывающий новую область прт нения литых деталей на транспорте в качестве износостойких материалов t металлических композитов типа сталь низкоуглеродистая-сталь легирован!-износостойкая, сталь-твердый сплав и т.п.

Достоверность результатов исследований подтверждается:

- сравнением и сопоставлением полученных результатов с известными ai логами, теорией и экспериментами;

- экспериментальные данные получены на проверенном оборудовании в ( ответствии с паспортными техническими характеристиками, оснащенного г паратурой и приборами контроля, записи и регистрации технологических па] метров;

- все экспериментальные работы по изготовлению, анализу, контролю, i пытаниям образцов и деталей проведены в соответствии с утвержденной НТ обученным и аттестованным персоналом.

Практическая ценность работы заключается в том, что решена важная л народного хозяйства проблема изготовления тонкостенных стальных детал транспорта с гарантированной конструкционной прочностью при статически? циклических нагрузках. Организовано опытно-промышленное производст стальных деталей по методу ЛВМКД, изготовлены установка и технологи1 екая оснастка, создан участок ЛВМКД. Разработана в полном объеме констр} торско-технологическая документация. Внедрено в производство устройст изготовления крупногабаритных деталей ЛВМКД. Получены количественн: данные конструкционной прочности стали ВНЛ-3 при статических и цикл ческих нагрузках в зависимости от способов изготовления стальных детал транспорта.

Внедрен в производство, технологический процесс изготовления тонкосте ных выплавляемых моделей (ВМ) сложной конфигурации из высокопрочн модельной композиции (МК) МВС-ЗА. Разработана опытно промышленная 3 тановки изготовления ВМ методом вибропрессования.

Разработана установка и внедрен в производство техпроцесс подготовки по-ерхности модельных блоков (МБ) в водном растворе ПАВ, приведенном в урбулентно-вихревое состояние параллельными струями сжатого воздуха, 'азработаны установка приготовления, хранения и нанесения суспензии на МБ (етодом вакуумного всасывания с последующим приложением на нее избы-очного давления. Разработана установка выплавления МБ из ОФ. Проведены ;роизводственные испытания сферокорунда в качестве обсыпочного материала ОМ) и наполнителя форм ЛВМ. Разработана установка и внедрен метод гид-оиспытаний ОФ.

Внедрены в производство результаты работ по стабилизации мехсвойств стаи ВНЛ-3 при плавке в открытой индукционной печи, а именно: технология )утеровки печей шпинельными порошками; раскисление сталей лигатурой ФС О РЗМЗО; устройство термостатирования проб горячей магнитной индукции; :риборы потенциометры с модернизированным механизмом вращения диска; :оплавочный контроль азота и режим старения деталей после закалки в зави-имости от его содержания в стали.

Разработана конструкторско-технологическая документация на изготовление иметаллического режущего инструмента методом ЛВМКД. Проведены произ-одственные испытания работоспособности резцов и фрез. Внедрено в произ-одство изготовление деталей ответственного назначения из алюминиевых плавов методом ЛВМКД.

Личный вклад автора в представленной работе. Автор внес определяющий клад в постановку, обоснование и осуществление программ исследований. Он вляется автором основных идей и выводов, изложенных в работе, лично им [аписано большинство заявок на изобретения, статей и сделаны выступления [а конференциях и семинарах. Автор принимал непосредственное участие в 'азработке и создании экспериментальных и опытно-промышленных устано-ок, внедрении их в производство, разработке методик и проведении экспери-(ентов, обработке их результатов.

Апробация работы. Материалы диссертации и основные результаты работы укладывались и обсуждались на: научно-технических конференциях НАПО г.Новосибирск ,1986-1992 гг.), семинарах областного правления НТО Маш-;ром (г. Новосибирск ,1986-1990 г.г. )., отраслевом семинаре "Автоматизация [роцессов литья по выплавляемым моделям" ( г.Москва, 1989г.), Межотрасле-

вом Экспертном Совете по содействию внедрению научно-технических до жений (г.Москва ,1989г.), межотраслевой конференции "Управление техн гическими процессами литья и свойствами отливок" (г. Москва,! г.),совещании "Управление структурообразованием и свойствами в отлив (г.Самара, 1991 г.), межрегиональной конференции "Прогрессивные техн гические процессы в литейном производстве" (г.Хабаровск 1991 г.), Респу( канском семинаре "Методы контроля и исследований в производстве отл! по выплавляемым моделям"(г..Москва,1992г.), Республиканской нау технической конференции "Проблемы прочности и усталостной долговечнс материалов и конструкций"( г. Новосибирск ,1997 г.); Всероссийской нау1 технической конференции "Технологии, оборудование и производство ине мента для машиностроения и строительства" (г. Новосибирск, 1999 г.); Трет Российско-Корейском Международном симпозиуме "К(Жи8'99" (г. Новс бирск, 1999 г.); региональной научно-практической конференции и выста "Транссиб-99"( г. Новосибирск, 1999 г).

Публикации. Материалы работ опубликованы в 36 статьях, описаниях 11 торских свидетельств, получено 4 Патента РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение, чет; главы, раздел общие выводы и основные результаты работы, список литерг ры 206 наименований и два приложения. Объем диссертации без приложи 190 стр., включая 86 рисунков и 12 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении дается общая характеристика работ, определяющая ее актуа ность, цель, задачи и методы исследований, научную новизну, практическ ценность, личный вклад автора и основные положения, выносимые на защит

В первой главе дан анализ проблем изготовления тонкостенных стальных талей транспорта с требуемым уровнем конструкционной прочности, возмс ности их получения литьем, рассмотрена роль тепловых и гидродинамичес! параметров в формировании структуры и механических свойств отливок, п спективы развития и проблемы ЛВМ стали, приведены методики и аппарат} для исследований.

Возможности изготовления литьем тонкостенных стальных дета транспорта с гарантированной конструкционной прочностью постоянно р

ширяются за счет: применения высокопрочных материалов, тонкостенных конструкций и принципиально новых технологий, развития методов оценки и накопления сведений об их конструкционной прочности при статических и повторных нагрузках в режиме длительной эксплуатации. ВИАМ разработал ряд высокопрочных литейных экономнолегированных сталей ВНЛ-1, ВНЛ-3 и др., которые с успехом применяются для высоконагруженных деталей в изделиях авиационной техники и по своим механическим свойствам приближаются или не уступают деформированным. Применение новых сплавов и технологий в изделиях ответственного назначения, к которым относятся детали транспорта, невозможно без оценки их конструкционной прочности при статических и циклических нагрузках. Наиболее эффективной оценкой конструкционной прочности, как функции надежности детали, являются натурные испытания при нагрузках эквивалентных эксплуатационным. Достоверность оценки конструкционной прочности можно получить также на образцах, если они отвечают трем основным признакам подобия: геометрическому (подобие формы и размеров); механическому (подобие условий нагружений); физическому (подобие технологии производства деталей и образцов, а также подобие внешних условий). Испытания на усталостную долговечность при циклических нагрузках образцов с плоской перегородкой, имитирующих ушковые соединения стальных деталей транспорта, изготовленных из исследуемых сплавов, отвечают всем трем основным критериям подобия и могут обоснованно применяться для оценки их конструкционной прочности в режиме длительной эксплуатации и для сравнения альтернативных техпроцессов.

Роль тепловых и гидродинамических параметров литья в формировании структуры и механических свойств стальных деталей заключается в том, что они определяют: скорость возникновения центров кристаллизации и скорость их роста; скорость образования и темп выпадения твердой фазы; температурное поле в отливке и форме; предкристаллизационное состояние расплава, тепло-физические свойства жидкой стали и прогреваемой ею формы; режим течения расплава в полости формы; характер затвердевания отливки или ее части; образование усадочных и других литейных дефектов и, в конечном счете, первичную литую структуру, механические и эксплуатационные свойства деталей транспорта. В управлении процессами заполнения форм, формировании кристаллической структуры и питания затвердевающей отливки находят все более

широкое распространение технологии с использованием различного рода давлений, которые для литья стали несмотря, на высокое качество заготовок, пока не получило развития из-за низкой стойкости формообразующей оснастки и метал-лапроводов.

Перспективы развития и проблемы литья стали по выплав-ляемьш■ моделям. Основным преимуществом ЛВМ по сравнению с другими способами получения точных заготовок является то, что формообразующая оснастка не подвергается воздействию высоких температур и давлений, что

Рис. 1. Схема процесса литья по выплавляемым позволяет во многих случаях моделям с кристаллизацией под давлением и установка ЛВМКД применять для ее изготовления

1 - металлоприемник; 2 - пуансон; 3 - затвор; неметаллические материалы. Не-

4 - оболочковая форма; 5 - наполнитель, ,

6-контейнер,7-станина,8-гадроцилиндр ограниченные возможности формообразования любых по сложности изделий методом ЛВМ с минимальными припусками на механическую обработку или без нее используются в различных отраслях промышленности, зубопротезном деле, ювелирном и художественном литье.

Проведенные в России и за рубежом работы по совершенствованию технологических процессов, изысканию материалов, созданию высокопроизводительного оборудования позволили значительно расширить возможности метода ЛВМ, сделать его высокоэффективным в условиях массового, серийного и опытного производства, что подтверждается практикой НАПО, где за период с 1985 по 1990 г.г. номенклатура применения стальных деталей ЛВМ в одном изделии возросла в 2,7 раза. Однако, следует отметить несовершенство действующих процессов изготовления выплавляемых моделей, оболочковых форм, плавки и заливки стали, что указывает на необходимость проведения обширных экспериментально-теоретических исследований с целью совершенствования

Л^ффффф] "ТпффффффП

:хнологий ВМ, ОФ, поиска способов и создания управляемых процессов за-1вки и кристаллизации отливок, соответствующих современным достижениям ундаментальных наук.

Методики исследований в соответствии с поставленной целью и задачами лли проведены: технологические, теплофизические, химические и структур->-механические исследования процессов литья стали под давлением и по выставляемым моделям с 1фисталлизацией под давлением. Технологические исследования ЛВМКД проводили на установке собственной жструкции, схема которой показана на рис. 1. При исследовании отливали >нкостенные стальные детали транспорта и технологические пробы на запол-гемость габаритами 240x80 мм разной толщины от 0,8 мм до 11 мм. Поведете МК под действием низкочастотной вибрации исследовали в устройстве )бственной конструкции, схема которого приведена на рис. 2. Технологиче-сие режимы литья стали под давлением (ЛПД) в вакууме отрабатывали на ма-¡ине СДН-200, оснащенной комплексом оборудования для плавки и литья грных металлов.

Теплофизические исследования. Для расчета температуры и фазового состава стали ВНЛ-3 по сечению металлоприем-ника использовали ММ, разработанную УдГУ (г.Ижевск) "Кристаллизация -ЬУМ-З". Экспериментально определяли температуру: расплава при выпуске его из печи, переливе в ковш и металлоприем-ник; жидкой стали при охлаждении в ме-таллоприемнике на его дне и в заливочном отверстии пуансона; т.е. на входе в форму, ис. 2. Устройство для исследования пове-Температуру стали измеряли платино-

дения модельных композиций (МК) под плахинородиевой термопарой погружения

действием низкочастотной вибрации г г г г;

1-корпус, 2-вибратор, 3-МК, 4-прес- ПР 30/6 с кварцевым наконечником. Все

сующий поршень, 5-отверсгие 0 5 мм замерь, фиксировали путем записи их на

иске прибора КСП-3, для чего модернизировали механизм вращения диска, е. вместо скорости вращения диска один оборот в сутки увеличили ее до од-ого оборота за 22 минуты.

Химические и структурно-механические исследования. Химический соста

сталей определяли на квантометре ДФС-36, содержание углерода на экспрессе

нализаторе АН7528, содержание кислорода, водорода и азота на установка

ЕН-2 и ТС-136.Магнитную индукцию холодных и горячих проб измеряли н

приборе МКЛ (ИФСС-1) конструкции ВИАМ. Для термостатирования проб гс

рячей магнитной индукции разработано специальное устройство собственно:

конструкции - термостат, представляющий собой корпус с теплоизоляцие!

стенок, дна и крышки, внутри которого помещен масляный бачок со встроен

ньш нагревателем, с автоматической регулировкой и записью температур!

масла. Плотность деталей и технологических проб на наличие внутренних де

фектов выявляли рентгенконтролем на установке РУП-150, а поверхностных ■

методом люмконтроля. Физическую плотность определяли методом гидроста

тического взвешивания. Механические свойства определяли на отдельно отли

тых образцах; образцах, изготовленных из вырезок деталей, и из прилитых об

разцов на разрывной машине Амслер 10 ТС и копре Шарпи 15 кгсм в литом 1

термообработанном состоянии. Проводили натурные испытания детале]

"Кронштейн" при статических нагрузках, экви

валентных эксплуатационным, по программе

разработанной КБ прочности НАПО.

Усталостную долговечность испытывали н;

образцах, имитирующих ушковые соединена

стальных деталей транспорта, на машине ГРМ

20 при частоте нагружения 600 циклов в мину

ту на двух уровнях напряжений 400 и 500 МП;

для процессов ЛВМ и ЛВМКД и на одно?

уровне 500 МПа для процессов ЛВМ ВГО 1

горячей штамповки.

Микроструктуру образцов исследовали н<

Рис. 3. Схема гидроиспытаний форм микроскопе НЕОНРОТ-21, изломы на ]ЕОЬБ.

, т - Гидравлическую прочность форм ЛВМ ис

1 - ОФ, 2 - контеинер, .> - наполни- г / г -г г

тель, 4 - гипсовое уплотнение; следовали на установке собственной конструк

5 - основание _

ции, которая показана на рис. 3.

Во второй главе приведены результаты исследований по совершенствовании процессов изготовления ОФ и теоретически обосновано: формирование струк

ры и механических свойств ОФ; структурообразование МК, выбор материала оптимальных параметров изготовления тонкостенных ВМ; совершенствова-ге механизма формообразования ОФ. Исследована гидравлическая прочность >рм ЛВМ.

Формирование структуры и механических свойств ОФ. Свойство ОФ завит от применяемых материалов и ее структуры, сформированной в процессе готовления.

Изготовление покрытия наиболее важный этап формообразования ОФ, кото-,ш определяется тремя основными факторами: свойствами суспензии и обсыпного материала (ОМ); техническими приемами нанесения на поверхность Б слоев покрытия и технологическими параметрами на всех этапах их изго-1вления.

При нанесении суспензии на МБ между ними происходит межфазное взаи-эдействие, которое проявляется в самопроизвольно происходящих процессах гачивания, адгезии и растекания. Эти явления количественно характеризуют-■ равновесным краевьш углом смачивания - в и равновесной работой адгезии \Уа, отнесенной к единице площади контакта.

Под действием силы тяжести и поверхностных натяжений - а на границе вдела твердой - Тв, жидкой - Ж и газовой - Г фаз капля жидкости на гори-«тальной поверхности идеально гладкого твердого тела при стандартных знаниях атмосферного давления и температуры, находится в равновесии в соот-¡тствии с законом Юнга

<*Тв-Г~сТв-Ж+0Ж-Г (1)

Связь между работой адгезии ТУа, работой когезии - % и краевым углом ус-

ч-

[навливается уравнением Юнга-Дюпре

=(1 + соз9)/2. (2)

Прочность сцепления суспензии с поверхностью МБ определяется адгезион-5Й прочностью

(3)

где - работа, затраченная на деформацию компонентов адгезионного »единения.

При анализе поведения жидкости на поверхности твердого тела, необходимо штывать различного рода отклонения от условий равновесия, выраженных

уравнением (1) и кинетический характер процесса смачивания. Существенн меняются условия равнрвесия при изменении пространственного положени поверхности раздела твердой и жидкой фаз (рис. 4).

В начальный момент времени капля сохраняет свою форму, а затем, под fleï

ствием силы тяжести, он может изменить свою форм} На вертикальной стенке кап ля или удерживается на мес w / , /■ / / те или стекает вниз, при это] угол смачивания имеет pas ные значения по всему пе риметру капли. На потолке

■ Рис. 4. Равновесие и формы капли жидкости: за счет перетекания жидке

а - на горизонтальной плоскости, б - на вертикальной сти в носик капли, возможе: стенке, в -на потолке

отрыв части жидкости и из менение размеров капли. Краевой угол по всему периметру капли меньше ран новесного.

Поведение первого слоя суспензии на поверхности МБ аналогично поведе нию капли. Излишки суспензии с горизонтальной поверхности удаляются пу тем растекания от центральной части поверхности к ее границам и стекают го боковым граням.

Излишки суспензии с наклонных и вертикальных стенок сползают вниз, а > потолочных поверхностей удаляются путем образования и отрыва капель. В ре зультате после обсыпки на МБ образуется слой покрытия разной толщины.

Из требования формирования первого слоя покрытия равномерной толщины вытекает необходимость уменьшения краевого угла смачивания и повышена адгезионной прочности соединения. Расчеты показывают, что за счет уменьше ния краевого угла с 40 градусов до 30 градусов равновесную работу адгезш можно увеличить на 5-6 %. Из анализа уравнения 3 адгезионную прочность со единения можно повысить также за счет увеличения работы деформации, т.е путем повышения прочности МБ и суспензии и площади контакта между ними

Величина этой площади обусловлена процессом формирования покрытия t зависит от вязкости суспензии - Г|, геометрических характеристик шероховато! поверхности МБ: диаметра выемов - d и их глубины - А; внешнего давления I

[ продолжительности его действия - т. Степень заполнения выемов шерохова-ой поверхности можно выразить через величину фактической глубины про-

[икновения суспензии в выемы поверхности МБ-йф (рис. 5) и представить в вида

'о Л1'2 Р-1

— , (4)

л ;

де К— коэффициент, характеризующий качество поверхности МБ

Уравнение (4) устанавливает связь между реологическими свойствами сус-[ензии, качеством поверхности МБ и технологическими параметрами нанесе-!ия первого слоя суспензии :величенной давления и продолжительностью его ;ействия. Расчетные значения Р их при постоянных /С.лДИ, при которых роисходит заполнение суспензией выемов на всю глубину составляет: при *=0,2 МПат=20с; при Р=0,3 МПах=15с. При дальнейшем повышении давления роисходит уплотнение суспензии у поверхности МБ. При полном заполнении, когда йф =й фактическая площадь шероховатой поверхности превышает видимую в ~ 40 раз. Следовательно, за счет увеличения полноты заполнения суспензией выемов поверхности МБ адгезионную прочность соединения суспензии с МБ можно увеличить на порядок, одновременно

Рис. 5. Схема проникновения суспензии в выемы уменьшаются внутренние напря-иероховатой поверхности модельного блока (МБ) жеНия, как в слое суспензии, так и а - при атмосферном давлении - Р0; б - при избыточном давлении Р>Р0; материале МБ.

1 — МБ; 2-суспензия Адгезионную прочность соеди-

ения можно повысить также за счет увеличения работы деформации (3), за-

рачиваемой на разрушение компонентов адгезионного соединения, т.е. путем

овышения прочности МБ и суспензии.

К существенным недостаткам применяемого оборудования относится то, что риготовление и нанесение суспензии на МБ производится в открытых емко-гях или осуществляется в одной емкости. Это приводит к интенсивному испа-ению жидкой фазы, нарушению концентрационного равновесия между твер-

дой и жидкой составляющими суспензии, изменению ее вязкости и ухудшеш технологических свойств.

При перемешивании суспензии в нее замешивается воздух, молекулы кот poro, адсорбируясь на частичках твердой фазы, уменьшают их энергию актин ции, а объединяясь в пузырьки, создают разрывы в дисперсионной среде, сн жая пластичность и прочность суспензии.

Структурообразование МК, выбор материала и оптимальных параметр изготовления тонкостенных ВМ.

В экспериментальных работах по созданию процесса ЛВМКД установле] коробление технологических проб и тонкостенных ВМ из МК'ПС50:50 от со ственного веса, что потребовало ее замены на МК МВС-ЗА (ПЦГ 62-25-13), отличающейся высокой прочностью и теплостойкостью, которую р нее применяли для изготовления простых по конфигурации деталей из-за низких реологических свойств.

Компоненты МК МВС-ЗА парафин, церезин и полиэтиленовый воск относя ся к классу термопластичных полимеров, на структурообразование котор! значительное влияние оказывают их фундаментальные свойства: среднее зн чение молекулярного веса М и массово-молекулярное распределение - ММР,

Особенность структурообразования полимеров при переходе из жидкого с стояния в твердое заключается в том, что различие в длинах молекул меша образованию правильных кристаллов и происходит чередование упорядоче ных участков с аморфными. В твердом состоянии МК состоит из сферолитс содержащих ламели одного, двух или трех компонентов, диспергированных однородной или неоднородной аморфной массе.

Технологические свойства МК можно улучшить путем воздействия на фундаментальные свойства М и ММР.

Разрушить длиноцепную молекулу полимера возможно путем нагрева ш механическим воздействием. Возможности термического воздействия огран чены окислением полимеров при нагреве. Окисление парафина начинается щ температуре 135-140°С.

Изменение характера ММР МК можно достичь также путем механически воздействия на свежий МС. Для исследования поведения МВС-ЗА под действ! ем вибрации ее помещали в полый цилиндр устройства, показанного на рис. снизу которого помещен вибратор, имеющий следующую характеристику: в£

ужденная сила 1,5 кН, энергия удара 7 Дж, частота удара 20-40 Гц, давление оздуха в сети 0,4-0,6 МПа. Сверху на МВС-ЗА устанавливали груз с зазором, .е. диаметр груза был меньше внутреннего диаметра цилиндра на 2 мм. Вибра-ор закрепляли болтами через резиновую прокладку лапками к швеллеру, при-аренному к бетонированным стойкам.

Интенсивное механическое воздействие путем виброобработки приводит к зменению свойств МК — разрушению надмолекулярной структуры, деструк-ии длиномерных цепей, т.е. изменению М и ММР, повышению температуры и озникновению явления текучести МК в твердом состоянии.

Для определения возможности использования этого явления в целях изготов-ения ВМ в устройстве для виброобработки МК заменили груз поршенем, а в ижней части вблизи от ударника вибратора, выполнили отверстие 0 5 мм. )пыты проводили на установке ЛВМКД с контролем давления прессования на оршень устройства, которое равно 0,2-0,3 МПа.

Совершенствование механизма формообразования многослойных ОФ. Дей-твующий техпроцесс предусматривал изготовление ВМ из МК ПС 50:50, при-[енение дистенсиллиманитовой этилсиликатной суспензии, обсыпку МБ элек-рокорундом, вакуумно-аммиачную сушку, выплавление моделей в горячей вое и формовку сухим наполнителем шамотной крошкой или кварцевым песком.

Имели место случаи прорыва ОФ жидким металлом, особенно при заливке о методу ЛВМКД.

Стабилизация прочностных свойств ОФ пропиткой их упрочняющими рас-гворами. ОФ, изготовленные по действующему техпроцессу упрочняли рас-ворами на основе фосфатов ППЦАР +Р2О3 и АХФС и негидролизованного 1ТС-40 в ацетоне в соотношении 1:1 по технологии В.Н. Иванова, А.Д. Чулко-ой и Г.В. Яковлевой.

ППЦАР - продукты гидролиза щелочно-алюминатных растворов являются тходами ванн травления алюминиевых полуфабрикатов.

Разработана единая технология упрочнения ОФ фосфатными связующими, оторая заключается в приготовлении водного раствора связующего плотно-тью 1270-1250 кг/м3 и пропитке ОФ в ванне при температуре раствора 70-80°С

течение 30 минут. После пропитки ОФ сушат в течение 2,0-2,5 час. Прокалку : заливку осуществляют по действующему техпроцессу. Качество отливок со-тветствует техническим условиям. Проверяли насыщение стали фосфором пу-

тем послойного снятия стружки с поверхности деталей и сравнивали резулы ты химанализа с химсоставом проб, взятых из плавильной печи. Разницы по с держанию фосфора в стали не обнаружено.

В табл. 1 приведены значения прочности на изгиб непрокаленных ОФ в зав симости от способа упрочнения.

Прочность оболочковых форм в зависимости от способа упрочнения

Таблица

Способ упрочнения Прочность на изгиб, МП

Без упрочнения 3,6

Фосфатами (АХФС, ПГЩАР +Р20,) 4,6

Раствор негидролизованного ЭТС-40 в ацетоне 1:1 5,6

Новые способы подготовки поверхности МБ. Предложено два способа обр ботки МБ перед нанесением суспензии.

Сущность первого состоит в том, что МБ помещают в водный раствор ПА1 После этого в бак подают сжатый воздух двумя параллельными струями чер( трубы, приваренные вблизи дна. В результате водный раствор приводится в с< стояние интенсивного турбулентно-вихревого движения и хорошо очищает М от всех видов загрязнений, частичек МК, молекул воздуха, а их место занимак молекулы ПАВ. При этом не требуется манипулирования МБ, так как водны раствор в состоянии интенсивного турбулентно-вихревого движения вымывае все виды загрязнений из глухих отверстий, карманов и полузакрытых полосте] а конфигурация детали не влияет на качество очистки МБ.

Сущность способа пескоструйной обработки МБ состоит в том, что его п< мещают в «кипящий» слой зернистого материала. В качестве зернистого мат< риала предпочтительнее использовать ОМ, предназначенный для формиров; ния ОФ.

Нанесение суспензии производится сразу же после пескоструйной обработга

Для оценки эффективности обработки МБ наносили суспензию без обсыпк по обоим способам на плоские стояки размерами 100x300x25 мм с коническо воронкой на подготовленную поверхность путем двукратного погружения МБ суспензию.

На плоских стояках, подготовленных по первому способу после сушки н воздухе в центре пластин имеются отслоения обычно с одной стороны площг дыо 20x20 мм.

На стояках, обработанных по второму способу трещин и отслоений нет. Стабилшация свойств суспензии и новый способ нанесения ее на МБ. На рис.

6 показана схема установки при-

"V

_Г

готовления, хранения и нанесения суспензии на МБ.

Установка работает следующим образом. Суспензию готовят в отдельном модуле, а нанесение суспензии на МБ в рабочей камере - РК. На РК устанавливают крышку с МБ. РК посредством трубопровода А соединена с вакуумной системой, состоящей из ресивера и вакуумного насоса (на схеме не пока-Рис. 6. Схема установки приготовления, хранения и

нанесения суспензии на модельный блок (МБ) зано). Технологические пара-1-модуль приготовления суспензии; 2-рабочая ка- метры приняхы по результатам мера (РК); 3 - МБ; 4-трубопровод; А - трубопровод к

вакуумной системе; Б - трубопровод от сети сжатого расчетов и рекомендаций возя>'ха- А.С.Локеева

После установки крышки с МБ из РК откачивается воздух до остаточного давления 0,07-0.08МПа и суспензия из модуля - 1 по трубопроводу-4 поступает в РК методом вакуумного всасывания, в результате из суспензии удаляется воздух. После полного заполнения суспензией РК по трубопроводу Б в модуль приготовления суспензии подается сжатый воздух. В результате дополнительного давления равного 0,15-0.20 МПа суспензия уплотняется около МБ и заполняет все неровности его поверхности после выдержки в течении 10-15 сек.

Затем производится сброс избыточного давления на суспензию в модуле приготовления и слив суспензии из РК с одновременным напуском в нее воздуха.

Стекающая вниз суспензия увлекает за собой излишки, а поступающий в РК воздух удерживает ее уплотненный слой на МБ.

Приготовление и хранение суспензии в отдельной закрытой емкости позволяет стабилизировать ее свойства за счет интенсификации процесса перемешивания жидкой и твердой фаз, путем увеличения диаметра перемешивающего

устройства обеспечиваются одинаковые свойства суспензии во всем объеме. Диаметр крыльчатки принимается равным 1/3 диаметра бака мешалки, при скорости вращения 2800 оборотов в минуту. В закрытой емкости исключено испарение жидкой фазы, благодаря чему сохраняется концентрационное равновесие и свойства суспензии.

Применение сферокорунда в качестве обсыпочного материала и огнеупорного наполнителя форм ЛВМ. Сферокорунд представляет собой полые зерна сферической формы. Насыпной вес его в зависимости от зернистости составляет 800 - 1200 кг/м3. ОФ изготавливали по двум вариантам:

По первому в качестве ОМ использовали для первого и второго слоев эдек-трокорунд № 16, а для остальных слоев сферокорунд зернистостью 1,0 - 2,0 мм; по второму варианту использовали только сферокорунд для первого слоя зернистостью 0,1 - 0,2 мм, а для остальных слоев 1,0 - 2,0 мм. Качество полученных форм оценивали по прочности на изгиб, газопроницаемости, термостойкости образцов и заливкой серийных отливок из высоколегированной стали ВНЛ - 3. Получены сопоставимые результаты испытаний образцов по первому и второму варианту и по действующему техпроцессу, которые составляют:

- прочность на изгиб после прокалки при 950° С 1,6 - 1,8 МПа;

- газопроницаемость 0,16 — 0,17 ед.;

- количество теплосмен - 2 до появления первой трещины после охлаждения в воде образцов, нагретых до 950° С.

Испытания показали на перспективность применения сферокорунда в качестве ОМ для изготовления ОФ.

"Кипящий" слой сферокорунда в пескосыпе характеризуется равномерной плотностью, отсутствуют всплески и выбросы ОМ с поверхности "кипящего слоя. Зерна сферокорунда равномерно ложатся на слой суспензии. Отсутствует явление "сползания" покрытия с МБ после обсыпки. Отпадает необходимость вращения блока, достаточно его поворота для удаления излишков ОМ из глухих карманов и полузакрытых полостей, так как зерна сферокорунда не имеют открытой пористости, остаются без изменения расход суспензии и продолжительность сушки.

Для отливки типа корпус черный вес 9 кг, габариты 400x210x190 мм вес ОФ при обсыпке сферокорундом составляет 16 кг, а при обсыпке электроко-руадом - 42 кг.

Испытания сферокорунда зернистостью 5 мм в качестве ОН проводили на отливках: кронштейн, имеющий цилиндрическую полость диаметром 14 мм, длиной 150 мм; скульптура с внутренней полостью глубиной 170 мм и минимальным сечением 50x50 мм. Прорыва ОФ нет, в то время как при формовке шамотной крошкой или кварцевым песком в этих местах бывают случаи прорыва оболочек во время заливки. Кроме того при формовке не требуется вибрация форм, а после заливки блоки легко вынимаются из опоки, благодаря текучести сферокорунда.

Технология индивидуального выплавления моделей из ОФ при заданной температуре 170°С и давлении пара 0,8 МПа предусматривает выдержку ОФ при выплавлении в зависмости от ее поверхности и веса МБ. Предложена конструкция малогабаритной автоматизированной установки, представляющая собой автоклав вертикального типа с устройством для приема и выгрузки ОФ.

Исследование гидравлической прочности ОФ. Схема гидроиспытаний приведена на рис. 3.

Сущность метода определения гидравлической прочности форм ЛВМ заключается в том, что внутрь ОФ подается жидкость с возрастающим давлением, которое фиксируется в момент ее разрушения.

В качестве жидкости для гидроиспытаний взят глицерин, который в отличие от воды не проникает в поры ОФ и не оказывает влияния на ее прочность. Предусмотрены различные варианты испытаний оболочковых форм: без наполнителя, без наполнителя с противодавлением газа с внешней стороны формы, с сухим или жидкоподвижным наполнителем. Путем регулирования расхода жидкости на входе в форму можно моделировать характер силового воздействия на ОФ жидкого металла при различных способахчлитья под регулируемым давлением.

Гидравлическая прочность ОФ производственных отливок колеблется в пределах 0,1 - 0,25 МПа. Разрушение технологических проб при давлении газа в контейнере равном 0,47 МПа происходит при давлении глицерина 0,55 - 0,61 МПа., т.е. перепад давления, который выдерживает ОФ, составляет 0,08...0,14 МПа.

Результаты испытаний гидравлической прочности ОФ технологических проб приведены в табл. 2.

Гидравлическая прочность оболочковых форм (ОФ) при различных способах их

изготовления и формовки

Таблица 2

Характеристики ОФ и способа формовки Давление разрушения, МПа

ОФ, серийный техпроцесс 0,06-0,08

То же, упрочнение металлофосфатами 0,08-0,10

То же, упрочнение растворами ЭТС-40 0,10-0,12

То же, с газовым противодавлением с внешней стороны формы 0,08-0,14

То же, формовка сухим наполнителем 0,5-0,6

То же, формовка жидкоподвижным наполнителем 1,0-1,2

В третьей главе представлены экспериментально-теоретические исследования процессов литья стали под давлением и по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением и обоснованы: теоретические основы литья тонкостенных стальных деталей транспорта с требуемым уровнем конструкционной прочности; технологические режимы литья стали под давлением в вакууме; работы по стабилизации свойств стали ВНЛ-3 при плавке в открытой индукционной печи, тепловые условия и гидродинамические параметры ЛВМКД и исследование конструкционной прочности деталей из стали ВНЛ-3, изготовленных ЛВМКД.

Теоретические основы литья тонкостенных стальных деталей с гарантированной конструкционной прочностью. Кристаллическое строение отливки зависит от скорости ее затвердевания в форме, поэтому для выравнивания структуры в неодинаковых по толщине частях детали, необходимо принимать меры по созданию условий объемной одновременной кристаллизации стали. Одновременное охлаждение всего расплава после заливки в форму ЛВМ невозможно, поэтому в наружных слоях раньше, чем во внутренних областях достигается переохлаждение, достаточное для зарождения центров кристаллиза-

ции. Образование кристаллов в наружных частях препятствует значительному переохлаждению внутренних слоев отливки. Давление распространяется сразу на весь объем сплава, что позволяет, повысив давление, перевести весь объем расплава в переохлажденное состояние.

Эффективность давления зависит от температуры расплава в момент его приложения. Если расплав предварительно охладить до температуры начала зарождения и роста кристаллов, то для одновременной его кристаллизации по всему сечению отливки необходимо приложить небольшое по величине давление.

Снижение температуры заливки и температуры формы способствуют увеличению объемной скорости затвердевания, однако, из-за малой интенсивности теплообмена в процессе ЛВМ затвердевание отливок носит последовательный характер. Неоднородность структуры отливки зависит также от развития усадочных процессов, связанных с изменением объема жидкой стали при охлаждении. Для снижения усадочных дефектов необходимо стремиться к увеличению доли твердой фазы в расплаве к моменту заливки. Для сталей основная доля твердой фазы в интервале затвердевания выделяется вблизи температуры ликвидус, а ее текучесть сохраняется до температуры нулевой жидкотекучести.

Для получения стабильных механических свойств в разных по толщине частях отливки заливку форм следует производить в интервале температур ликвидус - температура нулевой жидкотекучести. Заполняемость тонкостенных стальных деталей в этом интервале температур возможно под давлением, а за счет приложения давления на кристаллизующийся расплав его затвердевание происходит одновременно во всем объеме, т.е. устраняется или уменьшается неоднородность литой структуры в разных по толщине частях отливок.

Технологические режимы и механические свойства отливок под давлением в вакууме. Для оценки механических свойств в разных по толщине частях деталей отливали в одной пресс-форме пять параллельно расположенных проб, две из которых квадратного сечения 11x11 мм, остальные плоские 3x20 мм из стали ЮХ18Н9ТЛ и сплава ЭИ437А (ХН77ТЮ).

Мерную шихтовую заготовку 1,1 кг плавили в индукционной плавильной печи, расположенной в плавильной камере над заливочным отверстием в стакане камеры прессования. Одновременно с включением печи на автоматический режим плавки начинается откачка воздуха из плавильной камеры и пресс-формы

до остаточного давления (1-2)-10"' мм рт.ст. Давление прессования 100-120 МПа; скорость прессования - 0,2 м/с; при которой скорость впускаменьше первой критической, что обеспечивает ламинарный режим течения потока распла-ваупродолжительность выдержки отливок в форме: 4 - 6 с. Общий темп литья 34 мин при обычном режиме и 6-7 мин при удлиненном режиме вакуумирования стали. Все отливки имеют хорошую чистоту поверхности. Рентгеноконтролем выявлено наличие рыхлоты на некоторых квадратных пробах. В изломе отливки имеют мелкозернистое строение. На макрошлифах обнаружено незначительное количество окисных включений, которые не выходят за пределы допустимых ТУ. Образцы из ЭИ437А имеют слегка окисленную поверхность, т.е. для данного сплава недостаточна глубина вакуума в плавильной камере. Химсостав стали незначительно отличается от химсостава исходной шихтовой заготовки.

После термообработки из квадратных проб изготавливали образцы для испытаний на растяжение и для определения ударной вязкости. Плоские образцы испытывали с сохранением литой поверхности. Мехсвойства образцов ЛПД сравнивали с показателями мехсвойств образцов, изготовленных из треф JIBM в термообработанном состоянии. Образцы, изготовленные из плоских и квадратных проб и залитые при обычном и удлиненном режимах вакуумирования, имеют одинаковый уровень механических свойств.

Прочностные свойства образцов ЛПД превышают свойства образцов ЛВМ: 10Х18Н9ТЛ ав на 110-135 МПа, а02 на 40-50 МПа; ЭИ437 а„ на 240-265 МПа, a oí на 160-240 МПа. Пластические свойства и ударная вязкость образцов ЛПД и образцов ЛВМ сплава ЭИ437А находятся на одном уровне, а образцов ЛПД стали 10Х18Н9ТЛ ниже 5 на 10-17 %, у на 16 %, KCU на 1,4 кДж/см2. Образцы ЛПД имеют более мелкозернистую структуру, чем образцы ЛВМ, как из стали 10Х18Н9ТЛ, так и из сплава ЭИ437А.

Стабилшация структуры а механических свойств стали BHJI-3 при плавке в открытой индущионной печи. Сталь ВНЛ-3 склонна к хрупкому разрушению при наличии в ее структуре 5-феррита и содержании азота свыше 0,05 % при допустимом его содержании < 0,07. Прежде всего, внедрили поплавочный контроль азота, а для получения достоверных данных о наличии 5-феррита разработали.методику и устройство для термостатирования горячих проб магнитной

индукции. Изменили режим и внедрили раскисление стали лигатурой ФСЗОРЗМЗО, что позволило снизить содержание кислорода до 0,003-0,016 %.

Для повышения чистоты стали футеровку из молотого магнезитового кирпича заменили сначала на футеровку из порошков периклази, а затем на футеровку из порошков шпинели Mg0Al203 по технологии института ВОСТНИИ -ог-неупор. Стойкость футеровки в результате работ по совершенствованию процесса ее изготовления составила не менее 110 плавок, а количество продуктов износа, попадающих в сталь за 1 плавку, снизилось в 2,5 раза. Определяли исходную концентрацию кислорода, азота и водорода в производственных плавках и шихтовых материалах, так как в действующих ГОСТах и ТУ на их поставку содержание газов не регламентируется. При плавке в открытой индукционной печи происходит насыщение стали BHJI-3 азотом. Равновесная концентрация азота в стали BHJI-3 при температуре 1600°С в атмосфере воздуха, рассчитанная по параметрам взаимодействия, равна 0,161 %. Под слоем основного шлака происходит монотонное насыщение азотом стали BHJI-3 при температуре 1600°С. Исходное содержание азота после расплавления составило 0,061 %, после выдержки 1 час - 0,063 %, после выдержки 3 часа - 0,064 % (от начала плавки 6 часов), несмотря на это можно обоснованно считать, что основной шлак защищает сталь от насыщения азотом, так как после шестичасовой выдержки содержание азота в стали в 2,5 раза меньше расчетной величины.

Расчеты насыщения азотом по коэффициентам массопереноса с учетом площади контакта с атмосферой воздуха жидкой стали BHJI-3 в тигле печи ИСТ 016 при температуре 1600°С и шихтовых материалов в период предплавления при температуре 1400°С показали: повышение концентрации азота в стали ВНЛ-3 от 0,040 до 0,060 % происходит в тигле без защиты шлаком за 28 минут, отходов в период предплавления в зависимости от размеров кусков за 1,5-2,7 минуты; увеличение содержания азота в чистом железе 008 ЖР от исходной концентрации 0,013 % до 0,026 % происходит за 1 минуту. Насыщение феррохрома азотом определяли опытным путем. При нагреве феррохрома от комнатной температуры до 800°С содержание азота остается без изменений. При нагреве до 900°С содержание азота в феррохроме увеличивается в 1,5 раза, а при нагреве до 1000°С почти в 2 раза. Таким образом, в готовую сталь азот вносится шихтовыми материалами, содержащими его в исходном состоянии, а затем за счет их насыщения азотом в период предплавления. После расплавления ших-

товых материалов возможно дальнейшее насыщение жидкой стали азотом при плавке без защиты основным шлаком. Анализ 254 производственных плавок показал, что из них 42,5 % содержат азота менее 0,05 %; 27,5 % - (0,051+0,055); 20,5 % - (0,056+0,060) % и 9,5% - (0,061+0,069) %, соответственно. Исследовали влияние температуры старения после закалки на мехсвойства стали ВНЛ-3, содержащей более 0,05 % азота. Устойчивые и стабильные результаты получены при температуре старения 500°С. На основании проведенных работ установили температуру старения стали ВНЛ-3 в зависимости от содержания азота: 460°С при 0,05 азота и 500° С при содержании азота больше 0,05 %. Исследовали влияние температуры стали перед выпуском из печи на ее структуру в отливках ЛВМ. Заметный рост зерна стали ВНЛ-3 в отливках ЛВМ начинается с температуры ее выпуска из печи - 1650° С и выше.

Тепловые условия и гидродинамические режимы ЛВМКД. Схема процесса и установка ЛВМКД показаны на рис. 1. Расплав под давлением из металлопри-емника через заливочное отверстие в пуансоне заполняет ОФ. Давление сохраняется до конца затвердевания отливки, затем при движении нижнего стола установки вниз происходит отрыв прессостатка от стояка. После этого с нижнего стола установки удаляется металлоприемник вместе с пуансоном, а с верхнего снимается контейнер с формой. Далее цикл повторяется.

Исследование тепловых условий ЛВМКД. Температуру ОФ, пуансона и ме-таллоприемника для процесса ЛВМКД приняли равной 18-20°С. При заливке в не подогретую форму ее температура в любой точке постоянна и это является одним из определяющих факторов стабилизации механических свойств стали. При принудительном заполнении формы под давлением допустимо снижение температуры заливки стали на входе в форму до температуры нулевой жидко-текучести, однако выполнение этого условия связано с техническими возможностями его практической реализации, так как охлаждение стали в печи приводит к ухудшению ее качества, а в ковше- намерзанию ее на его стенки.

Литье стали в интервале температур ликвидус - температура нулевой жидкотекучести реализовано в процессе ЛВМКД. После выпуска стали ВНЛ-3 из плавильной печи при температуре 1600°С при переливе в ковш ее температура снижается на 60°С, а при переливе из ковша в металлоприемник еще на 20°С. При этом стенки ковша остаются чистыми и его можно применять для разливки нескольких плавок. В процессе ЛВМКД металлоприемник облицован жидко-стекольной смесью, что позволяет некоторое время выдерживать сталь перед

подачей ее в форму, т.е. управлять температурой расплава на входе в форму. На рис. 7 показано распределение температуры в верхнем (а), в среднем (б) и нижнем слое стали по сечению металла приемника при его высоте 1-30 мм; 2 -60 мм, 3-90 мм, 4—120 мм, полученное расчетом по программе "ЬУМ-З". На рис. 8 показано изменение температуры стали ВНЛ-3 в точках 1 и 2 метал-лоприемника, установленное в результате экспериментальных работ по тер-мографированию расплавов в металло-приемнике в зависимости от температуры выпуска стали из плавильной печи.

Исследования температурного поля стати в металлоприемнике в зависимости от его геометрических размеров и начальной температуры выпуска металла из печи /вып., показали что на входе в форму в процессе ее заполнения расплав находится в твёрдожидком состоянии, а в тепловом центре металло-приемника остается жидким до конца

Гс № то то то

?с

мо

№ № то № то

<т

\г ¿'Л 1

1

ч

■¿сГУЛ-

4 ~~— 1 N

\ \\

\\\;

¡Л»

! V

4 — д

и

1 ь

3 г

" -,

<2>{\ м

Ю еа 8й я**,

Рис. 7. Распределение температуры в верхнем (а), среднем (б) и нижнем (в) слое стали по сечению мсталлоприемпи-

ка при его высоте:

1-30 мм; 2-60 мм: 3-90 мм; 4-120 мм затвердевания отливки. На основании

этого приняли для процесса ЛВМКД

температуру расплава на входе в форму, т.е. температуру заливки равной

г3=(л±10°С.

(5)

Гидродинамические режимы литья и заполняемость тонких стенок. Гидродинамические режимы литья: давление на расплав в металлоприемнике, т.е. на входе в форму и скорость стали на входе в форму определяли расчетом по геометрическим размерам площади пуансона - Рт площади поршня в цилиндре прессования -/„и площади заливочного отверстия в пуансоне -/л на основании экспериментальных замеров скорости поршня и давления рабо-Рис. 8. Изменение температуры стали в точ- чей жидкости под поршнем гидроци-ках 1 и 2 металлоприемника ливдра установки ДВМКД. На рис. 9

показано изменение скорости поршня (а) и давления в гидроцилиндре прессования (б) .Скорость поршня определяли по скорости перемещения нижнего

стола установки ЛВМКД, а давление фиксировали по показаниям манометра, установленного на стойке установки и соединенного с полостью гидроцилиндра. После включения установки ЛВМКД в гидроцилиндре устанавливается давление Р^ и скорость и« . В точке 1 начинается заполнение формы, которое заканчивается в точке 2. Давление рабочей жидкости под поршнем гидроцилиндра растет от р[х до Р^ - заданного давления при кристаллизации, которое остается постоянным до конца выдержки отливки под давлением в точке 3. Давление на расплав в металлоприемнике - Р определяется расчетом по экс-

/ , \

а) с

/

I)

г»

г с

Рис. 9 .Изменение скорости поршня а) и давления рабочей жидкости в гидроцилиндре прессования; б) в процессе литья

периментальным значениям давления рабочей жидкости под поршнем гидроцилиндра - Рг

где /т Гп- площади поршня гидра цилиндра и площадь пуансона металлопри-емника соответственно.

В точке Р= Рт в точке 2 Р = Ркр. Скорость перемещения поршня в гидроцилиндре в процессе заполнения ОФ изменяется от о,х в точке 1 до 0 в точке 2.

На рис. 1О показана схема процесса ЛВМКД в начале (а) и после заполнения ОФ (б).

В процессе заполнения ОФ весовой расход стали на входе в форму - ць,л по сечению 0-0 зависит от уровня подъема металла Н1 относительно сечения

где - (апр приведенный коэффициент потерь напора на входе в литник, кинети-

(6)

0-0:

Л

о) 2) _Ь

ъ

ческих потерь, потерь на преодоление гидравлических сопротивлений и специфических для процесса ЛВМКД потерь давления на преодоление сил сопротивления движению пуансона в металлоприемнике; Ра1 - давление на расплав в металлоприемнике в момент, когда уровень металла в форме равен - И; Рг рг - противодавление газа в форме и его удельный вес.

'г

Рис. 10. Схема процесса литья ЛВМКД: а) начало; б) окончание заполнения ОФ 1- металлоприемник; 2 - пуансон; 3 - ОФ

В экспериментальных работах весовой расход стали - цы определяли по его среднему значе-

нию - <7Ср

Чср =-

(8)

I-\1Л УЛ

где <?отл - вес отливки; тзал - продолжительность заливки.

При заполнении форм ЛВМ с большими скоростями происходит прорыв ОФ. Провели эксперименты по заполнению технологических проб толщиной 1мм, 2 мм и деталей с местными значениями толщин 0,8 мм и 1,5 мм при весовых расходах стали 1,5; 1,8; 2; 3; 4; 5; 6 и 7 кг/с. При расходах менее 2 кг/с наблюдается недолив проб и тонких стальных деталей. При расходах 6 кг/с и выше происходит прорыв ОФ жидким металлом. Для процесса ЛВМКД приняли весовой расход стали на входе в фору равным

Рис.11. Характер движения расплава в полости фор- . ,

г „,, 2+5 кг/с. Давление на расплав

МЫ

а - расплав Ал9; 6 - сталь ВНЛЗ; в,г - сплав ВАЛ-10; ПрИ кристаллизации определяли 1 - полость формы, 2 - расплав

по критериям - нижнии заполняемое™ тонких стенок, а верхний по результатам исследований гидравлической прочности ОФ. Для процесса ЛВМКД давление на расплав в металлопри-емнике равно 0,ЗМПа<Ркп<0,5 МПа.

Исследование характера движения расплава в полости формы и характера затвердевания отливок проводили при заливке стали ВНЛ-3 и алюминиевых сплавов ВАЛЮ и Ал9. Температуру заливки алюминиевых сплавов замеряли непосредственно в металлоприемнике, а стали ВНЛ-3 в печи. Во всех экспериментах температура форм, металлоприемников и пуансонов была равна 18-

20°С, температура стали и сплавов на входе в форму равной ±10°С, давление в гидросистеме при кристаллизации 5,0 МПа, скорость перемещения ме-таллоприемника 0,028 м/с.

Характер движения и формирование потока расплава в полости формы изу-

ного отверстия в пуансоне, равном чуть менее 1/3 высота стояка, произошло намораживание твердой корки параллельно стенкам формы толщиной 3 мм по центру граней и толщиной 7 мм в углах, а затем толщина стенки увеличивается под небольшим углом еще на 1/3 высоты стояка. Менее 1/3 высоты стояка от противоположного торца в это время уже затвердело по всему сечению.

Hai рис. 12,6 показано вертикальное сечение сложной корпусной отливки из стали BHJ1-3 после слива жидкого остатка. Заполнение левой части сечения отливки происходило через тонкое ребро. Так как процесс питания был прерван, по его оси имеется пористость.

Таким образом, при ЛВМКД заполнение форм осуществляется сплошным потоком, а затвердевание отливок происходит сверху вниз от стенок к центру путем намораживания твердой корки изнутри при непрерывном поступлении металла из металлоприемника для компенсации усадки.

Этим объясняется полное отсутствие утяжин на отливках ЛВМКД.

Скорость роста твердой корки в направлении сверху вниз, точнее, по линейным размерам отливки на порядок превышает ее рост по сечению тела отливок.

Плотность отливок в массивных узлах отливок ЛВМКД выше, чем в отливках ЛВМ, что подтверждается гидростатическим взвешиванием образцов, вырезанных из тела корпусной детали толщиной 20 мм. Плотность стали ВНЛ-3 в

чали методом неполной заливки форм, а характер затвердевания путем сброса

давления после полного заполнения формы и слива остатка не-затвердевшего металла. Результаты опытов по неполному заполнению форм приведены на рис. 11, где а) сплав Ал9; б) сталь ВНЛ-3; в,г) сплав ВАЛЮ. 1 - полость формы, 2 - расплав.

а) б)

Рис. 12. Характер затвердевания отливок а - сплав Ал-9; б - сталь ВНЛ-3 ..

На рис. 12,а приведено изображение разреза по центру стояка блока мелких отливок из сплава Ал9 после выливания остатка. На расстояние от заливоч-

¡7779

таких узлах возрастает с 7779 кг/м3 (ЛВМ) до 7837 кг/м3 (ЛВМКД), что составляет разницу в 0,74 %.

На рис. 13, а показано микроструктура отливок из стали ВНЛ-3 в литом состоянии - толщина стенки 20 мм увеличение 200 : а- ЛВМ; 6 - ЛВМКД.

Плотность пластин из стали ВНЛ-3 габаритами 240x80 мм, толщиной 2, 4, 9 мм составляет 7749, 7678, 7784 кг/м3 соответственно. Плотность пластин толщиной 2 и 4 мм в средней части меньше, чем в верхней и нижней частях со стороны коллектора. Плотность пластин толщиной 9 мм увеличивается в сторону коллектора верх - 7784 кг/м3, средняя часть 7822 кг/м3 и низ - 7832 кг/м3. Из анализа плотности пластин и макроструктуры можно сделать вывод, что при их толщине до 5 мм они затвердевают объемно. Пластины толщиной 9 мм и выше затвердевают последовательно -объемно, что подтверждается анали-

, зом их макроструктуры. После трех-

17837

.„ ,, кратного травления при температуре

Рис.13. Микроструктура отливок из стали

ВНЛ-3 в литом состоянии х200- толщина стенки60-70 С в течение 15 минут в рас-

пт, в , V творе НС1 - 1 л, Н20 - 1 л, НШ3 -

а - ЛВМ; б - ЛВМКД (цифры плотность, кг/м1) г 1 *

0,14 л с добавлением Н2СГ2О3 в центре пластин вытравилась более легкоплавкая доля сплава, затвердевшая в по-• следнюю очередь.

В сочленение стенок и ребер X, Т, У - образной и более сложной формы анализ макроструктур показал отсутствие газоусадочных дефектов в отливках ЛВМКД.

Конструкционная прочность деталей из стали ВНЛ-3, изготовленных ЛВМКД. Результаты испытаний механических свойств отливок ЛВМ и ЛВМКД в литом (Л.С) и термообработанном (ТО) состоянии приведены в табл. 3.

Механические свойства стали ВНЛ-3

Таблица 3

Метод литья а„, МПа 5, % кси, КД,Ж/СМ2

ЛВМ, ЛС 1180 13 42 12

ЛВМКД,ЛС 1250 13 '" 45 ■ . 15

ЛВМ, ТО 1300 17 48 13

ЛВМКД, ТО 1350 20 52 - 15

ЛВМКД, ТО из отливок 1320 17 50 13

Результаты испытаний на усталостную долговечность при циклических нагрузках на двух уровнях напряжений образцов-имитаторов, изготовленных из стали. ВНЛ-3 показаны на рис. 14 ..

Рис. 14. Долговечность образцов из стали ВНЛ -3 результаты усталостных испытаний при циклических нагрузках

1 - ЛВМ; 2 - ЛВМКД на долговечность . образцов-

■ - ЛВМ; о - ЛВМКД имитаторов, изготовленных из стали

ВНЛ-3 и стали ВНС-5 методом горячей штамповки приведены в табл. 4.

Результаты усталостных испытаний сравниваеых технологий

Таблица 4

Сталь Техпроцесс Количество циклов при 50% вероятности разрушения

ВНЛ-3 ЛВМ 468490

ЛВМКД 481956

ЛВМВГО 254300

ВНС-5 Горячая штамповка 144618

На рис. 15 показаны функции распределения долговечности при циклическом нагружении образцов: 1 - ЛВМ; 2 - ЛВМКД; 3 - ЛВМВГО; 4 - ГШ.

Несмотря на самую высокую статистическую прочность образцов-имитаторов из стали ВНС-5 (оа = 1400 МПа), они показали невысокий уровень долговечности, при этом все го-рячештампованные образцы разрушились в месте перехода от уха к перемычке.

Натурные испытания деталей кронштейн показали такие результаты: кронштейн, изготовленный ЛВМ разрушился при нагрузке на 296 % превышающую расчетную; кронштейн, изготовленный ЛВМКД не

Рис. 15. Распределения долговечности при УДШ10СЬ Р^РУ™ при нагрузке на циклическом нагружении отдельно отлитых 340 % превышающую расчетную из-за

1 - ЛВМ; 2 - ЛВМКдТзЦ-ЛВМВГО; 4 - ГШ разрушения приспособления для испытаний.

В четвертой главе показано практическое использование результатов исследований, которое заключается в создании опытно-промышленного производства тонкостенных стальных деталей транспорта по методу ЛВМКД и расширении области применения технологии ЛВМКД в транспортном машиностроении.

Для изготовления деталей по методу ЛВМКД создан производственный участок, оснащенный необходимым оборудованием, оснасткой и КТД. Разработана инструкция по ТБ при работе на установке ЛВМКД.

Для литья крупногабаритных деталей применяется разъемный контейнер и составной металлоприемник.

Наличие горловины у контейнера и теплоизоляция дна металлоприемника позволяют отливать одинаковые по массе детали независимо от их габаритов

Долго««чмоаь N. ЦИКЛО

>и оптимальных размерах металлоприемника за счет чего уменьшается тепло-,ie потери расплава и высота прессостатка.

Проектирование литниково-питающих систем и примеры изготовления от-•вок. Корпусные и крупногабаритные детали рекомендуется монтировать на гастину перпендикулярно стояку, а массивные узлы отливок располагать в орону пластины с непосредственным питанием от пластины-прибыли. Применение технологии ЛВМКД особенно эффективно при замене штампо-ik и сварных узлов на литье. Примером может служить перевод литейно-арного узла, состоящего из одной отливки и четырех штамповок на цельно-[той по технологии ЛВМКД с преобладающей толщиной стенки 1,2 мм, а в ¡ной части детали толщина стенки равна 0,8 мм.

По технологии ЛВМКД изготовлена деталь «подвеска» габаритами i0x 170x220 мм, чистый вес 26 кг толщина стенки 6 мм. Детали такого класса

ранее изготавливали только из штамповок или плит.

Новый способ литья биметаллических композитов сталь-твердый сплав ВК8. Проведены опытные работы и испытания биметаллического режущего инструмента и разработан технологический процесс его изготовления по методу ЛВМКД.

Его особенности: прокалка ОФ в закрытых контейнерах с защитной атмосферой и нагрев форм перед заливкой до 400-500 °С. Стабильность технологии

ic. 16. Граница соединения стали с твердым сплавом ЛВМКД обеспечивает высокое а) х40; б) х400; Тв - твердый сплав

качество литого биметалличе-

ого режущего инструмента.

На рис. 16 показана граница соединения стали с твердым сплавом. Изготовление алюминиевых деталей ответственного назначения осуществ-ли на оборудовании опытно-промышленного участка ЛВМКД. Сплавы

ВАЛЮ и АЛ9 готовили в индукционной печи ИСТ04 с графитовым тиглем бе изменения состава шихты и режимов рафинирования и модифицирования п действующему техпроцессу.

Проводили сравнительные испытания механических свойств сплава ВАЛИ изготовленного различными способами. Образцы вытачивали: из шихтовой зг готовки 0125 мм, полученной методом полунепрерывного литья в медный вс доохлаждаемый кристаллизатор; из образцов 011 длиной 55 мм, прилитых стоякам производственных отливок при заливке их методом ЛВМКД; болвано 080 мм длиной 220 мм с уклоном 1%, залитых в графитовую форму (ГФ). Г< толщиной 10 мм формовали в контейнере с сухим ОН. Подготовку ГФ и залш ку проводили по режимам ЛВМ и ЛВМКД. Болванки в первом приближени имитируют массивные части алюминиевых деталей.

. Режимы ЛВМКД, принятые при изготовлении отливок из сплава ВАЛ-1( давление на расплав в металлоприемнике при кристаллизации 0,4 МПа, его ве совой расход на входе в форму 3 кг/с, температура форм и 20 °С. Температур сплава ВАЛЮ на входе в форму приняли равной 650 °С., что соответствуй формуле 1зал= 1„ ± 10 °С. Температура ликвидус сплава ВАЛЮ равна 649 °( Время выдержки под давлением 3 мин.

Ниже представлены результаты сравнительных испытаний механически свойств сплава ВАЛЮ в литом состоянии (в числителе) и после термообрабо*

ки по режиму Т5 (в знаменателе).

Способ изготовления с8, МПа 5, % Шихтовая заготовка

(полунепрерывное литье) 226/380 16/22

ЛВМ 205/310 7/8

ЛВМКД 220/390 10/8

ЛВМ в графитовые формы 206/340 12/19

ЛВМКД в графитовые формы 237/414 18/20

Анализ результатов мехиспытаний показывает, что давление на расплав п£ кристаллизации в неметаллической форме повышает прочность сплава ВАЛ-1 при чем прочность его в литом состоянии почти равна, а в термообработаинс состоянии выше прочности сплава, затвердевшего в медном водоохлаждаемс

кристаллизаторе. При литье в графитовые формы прочность сплава ВАЛ-10, затвердевшего под давлением как в литом, так и термообработанном состоянии выше прочности сплава, затвердевшего в медном водоохлаждаемом кристаллизаторе при одинаковом уровне величины относительного удлинения. Таким образом, эффективность действия давления возрастает с увеличением скорости охлаждения при литье сплава ВАЛЮ методом ЛВМКД.

По заданным параметрам ЛВМКД отливали производственные партии деталей ответственного назначения.

Отливки прошли все виды контроля, предусмотренные НТД, в том числе рентгеноконтроль и отличаются хорошей чистотой поверхности, отсутствием внутренних дефектов (брака по рентгеноконтролю), четким отпечатком кромок, отсутствием недоливов.

Опытные отливки после мехобработки были установлены на изделия.

Проведенные работы позволили принять решение об изготовлении методом ЛВМКД > 60 наименований (с чистой массой деталей 0,003 ... 0,5 кг) алюминиевых отливок из сплавов ВАЛЮ и Ал9.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Решена проблема изготовления тонкостенных стальных деталей транспорта с требуемым уровнем конструкционной прочности при статических и циклических нагрузках.. На основе анализа тепловых условий, распределения температур и фазового состава стали по сечению, металлоприемника, исследований заполняемое™ тонких стенок в зависимости от параметров давления на расплав, его. расхода и температуры металла на входе в форму и данных по результатам исследования гидравлической прочности оболочковых форм создан принципиально новый технологический процесс литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением (ЛВМКД), обеспечивающий изготовление тонкостенных стальных деталей транспорта с гарантированной конструкционной прочностью при статических и циклических нагрузках. Создание способа литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением можно квалифицировать как крупное научно-техническое достижение, не имеющее аналогов в мире, открывающее новое научное направление в развитии управляемых процессов литья. Организовано опытно-промышленное производство стальных деталей по методу ЛВМКД, изготовлены установка и технологическая оснастка,

создан участок ЛВМКД. Разработаны принципы проектирования ЛПС для отливок ЛВМКД. Разработана в полном объеме конструкторско-технологическая документация. Внедрено в производство устройство изготовления крупногабаритных деталей ЛВМКД. Получены количественные данные конструкционной прочности стали ВНЛ-3 при статических и циклических нагрузках в зависимости от способов изготовления стальных деталей транспорта, что позволяет обоснованно принимать решение о переводе проката, штамповок и сварных узлов на литье.

Внедрен в производство, технологический процесс изготовления тонкостенных выплавляемых моделей (ВМ) сложной конфигурации из высокопрочной модельной композиции (МК) МВС-ЗА. Впервые установлено параметры изготовления выплавляемых моделей методом вибропрессования: давление прессования, частота и продолжительность вибровоздействия на модельную композицию. Разработана опытно-промышленная установки изготовления ВМ методом вибропрессования.

Предложены новые технические решения по совершенствованию механизма формообразования многослойных оболочковых форм. Их качество обеспечивается за счет: обработки модельных блоков в водном растворе ПАВ, приведенном в турбулентно-вихревое состояние, или в кипящем слое зернистого материала; приготовления стабилизированной суспензии в закрытой емкости; удаления воздуха из суспензии при ее нанесении на модельный блок методом вакуумного всасывания; приложения избыточного давления на суспензию и применения в качестве обсыпочного материала сферокорунда. Установленные закономерности и технологические параметры процессов формообразования многослойных оболочковых форм открывают новое направление в создании дешевого малогабаритного отечественного оборудования и новый класс формовочных материалов - полых сфер огнеупорных оксидов. Разработан метод гидраиспытаний оболочковых форм. Впервые получены показатели гидравлической прочности форм ЛВМ, в зависимости от способов их изготовления, упрочнения и формовки. Разработаны установки: обработки МБ; приготовление, хранения и нанесения суспензии на МБ; выплавления МБ из ОФ; испытаний гидравлической прочности ОФ и форм ЛВМ.

Показано, что при литье под давлением в вакууме получение годных по рент-генжонтролю стальных деталей с гарантированными механическими свойства-

ми обеспечивается подогревом пресс форм до температуры 250° С и заполнением! полостей отливок ламинарным потоком без завихрений и захвата воздуха со скоростью впуска ниже первой критической. А эффективность действия давления под-прессовки зависит от величины прессостатка.

Внедрены в производство результаты работ по стабилизации мехсвойств стали BHJI-3 при плавке в открытой индукционной печи, а именно: технология футеровки печей шпинельными порошками; раскисление сталей лигатурой ФС 30 РЗМЗО; устройство термостатирования проб горячей магнитной индукции; приборы потенциометры с модернизированным механизмом вращения диска; поплавочный контроль азота и режим старения деталей после закалки в зависимости от его содержания в стали.

Впервые проведены работы по изготовлении биметаллических композитов сталь-твердый сплав ВК8 способом литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением и исследованию переходной зоны между сталью и твердым сплавом. Создан новый технологический процесс изготовления биметаллических композитов на основе стали. Разработана конструкторско-технологическая документация на изготовление биметаллического режущего инструмента методом ЛВМКД. Проведены производственные испытания работоспособности резцов и фрез. Внедрено в производство изготовление деталей ответственного назначения из алюминиевых сплавов методом ЛВМКД.

Основные публикации автора по теме диссертации

1. Чернов Н.М., Дормашова И.А., Крушенко Г.Г. Влияние способов выплавки стали на качество отливок. Литейное производство. 1968, №11, с. 26.

2. Чернов Н.М., Гассель К.Н., Шильников М.В. и др. Литье под давлением в вакууме стали Х18Н9ТЛ и сплава ХН77ТЮ. Литейное производство, металловедение и обработка металлов давлением. Сб. трудов КИЦМ, выпуск 4. Красноярск. 1970. с. 45-47.

3. Чернов Н.М., Лазебный Ю.Т. Особенности литья в кокиль колес гидротрансформатора. Литейное производство. 1970, №7, с. 36-38.

4. Чернов Н.М. Установка для литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением. ИЛ №20-8 ЦНТИ. Новосибирск. 1990.3 с.

5. Чернов Н.М. Термостат для горячих проб магнитной индукции. Передовой пр.-техн. опыт. Межотр. реф. сб. литейное производство. Серия ТЗ, вып. 1. Москва. 1991. С. 11-13.

6. Томилов В.И., Чернов Н.М., Тульский В.П. и др. Изготовление фасонных стальных отливок под давлением в керамические формы по выплавляемым моделям. В сб. докладов отраслевого совещания "Новые перспективные технологические процессы в производстве ответственных литых заготовок из сталей и жаропрочных сплавов". Москва, 1988. С. 21-22.

7. A.C. 1555044 В22 с 7/02. Устройство для запрессовки модельной массы в пресс-форму. Мухин Ж.Г., Томилов В.И., Чернов Н.М. и др. 07.04.90. Бгол. №13,3 с.

8. Томилов В.И., Гречко В.Н., Чернов Н.М. и др. Технологический процесс литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением в формы, упрочненные отходами ванн травления алюминиевых изделий. Научно-технические достижения: Межотр. научн.- техн. сб. ВИМИ. 1990. Вып. 3. 1-89.С. 3-5.

9. Чернов Н.М. Технологический процесс изготовлен™ отливок по выплавляемым моделям. ИЛ №89-91, ЦНТИ, Новосибирск, 1.1991,3 с.

Ю.Гречко В.Н., Чернов Н.М., Тульский В.П. и др. Формирование структуры и свойств стальных отливок при литье по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением. Технология. Межотраслевой сб. ВИМИ. Материалы, оборудование, процессы. Вып. 1. Москва. 1991. С. 114-117.

П.Чернов Н.М.. Бусовиков В.М., Бухарова Г.Е. Технологический процесс из-готвления отливок по выплавляемым моделям из стали 1 ЮГ 13Л. Передовой пр.- техн. опыт. Межотр. реф. сб. ВИМИ. Литейное производство. Серия ТЗ. Вып. 1, Москва, 1991,2 с.

12.A.C. 1632611 В22С 9/04. Способ обработки модельных блоков. Томилов В.И., Чернов Н.М. и Криворотов A.A. 07.03.91. Бюл. №9.

13.А.С. 1636110 В22С 9/04. Установка для нанесения суспензии на модельный блок. Томилов В.И., Чернов Н.М. и Криворотов A.A. 23.03.91. Бюл. №11.

14.Чернов Н.М. Технологический процесс изготовления отливок по выплавляемым моделям. ИЛ №89-91, ЦНТИ, Новосибирск, 1. 1991. 3 с.

15.Томилов В.И., Чернов Н.М., Тульский В.П. и др. Изготовление фасонных стальных отливок по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением (ЛВМКД). Вопросы авиационной науки и техники. Научн.- техн. сб. Серия авиационная технология. Выпуск 3 (20). Москва. 1992. С. 40-42.

16. Глотов Е.Б., Гречко В.Н., Томилов В.И., Чернов Н.М, Семухин Г.П. Технологические способы повышения конструкционной прочности литых деталей из стали BHJI-3. Вопросы авиационной науки и техники. Научно-техн. сб. Серия Авиационные технологии. Выпуск 3 (20). Москва. 1992. С. 46-48.

17. Чернов Н.М., Пахоменко М.Д., Гречко В.Н., Караник Ю.А. Формирование свойств стальных отливок при литье по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением. В сб. Методы контроля и исследований в производстве отливок по выплавляемым моделям. Материалы семинара М. ЦРДЗ. 1992. С. 105-108.

18. Гречко В.Н., Чернов Н.М., Глотов Е.Б. и др. Литье по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением в формы, упрочненные отходами ванн травления алюминиевых деталей. Авиационная промышленность. 1992. №8. С. 44-46.

19. Чернов Н.М., Бусовиков В.М., Ткач И.С. Технологический процесс литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением (ЛВМКД). ИЛ №135-93. ЦНТИ. Новосибирск. 1993. 3 с.

20. A.C. 1811960. В22 с 7/02, 9/04. Установка для выплавления модельного состава. Томилов В.И., Криворотов A.A. и Чернов Н.М. 30.04.93. Бюл. №16.

21. Чернов Н.М., Пахоменко М.Д., Гречко В.Н., Караник Ю.А. Формирование стальных отливок по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением. Литейное производство. 1993. №4. С. 22-24.

22.Чернов Н.М. Литье по выплавляемым моделям алюминиевого чугуна. Литейное производство. 1994. №12. С. 18.

23. Чернов Н.М., Игнатов А.И., Гречко В.Н. Литье алюминиевых заготовок по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением. Литейное производство. 1995. №2. С. 12-13.

24. Чернов Н.М., Гречко В.Н. Исследование гидравлической прочности оболочковых форм. Литейное производство. 1995. №6. С. 24-25.

25. Патент РФ №2048954. Способ литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением. Томилов В.И., Чернов Н.М., Караник Ю.А. и Гречко В.Н. 27.11.95. Бюл. №33.

26. Чернов Н.М., Игнатов А.И. Литье по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением. Литейное производство. 1996. №6. С. 15-17.

27. Заявка на изобретение 95100334 В22 С 7/12. Пресс-форма для изготовления выплавляемых моделей. Чернов Н.М., Пастухов В.И., Игнатов А.И. 27.01.97. Бюл. №3.

28.3аявка на изобретение 95100439 В22С 9/04. Способ подготовки модельных блоков. Чернов Н.М. 20.04.97. Бюл. №11.

29.3аявка на изобретение 95100379 В22С 1/100. Огнеупорный материал для изготовления форм по выплàвляeмым моделям. Чернов Н.М., Томилов В.И., Тюрикова В.И. 20.04.97. Бюл. №11.

30. Патент РФ №2096128 В22Д 19/06. Савинов Ю.П., Гречко В.Н., Чернов Н.М., Игнатов А.И. Способ изготовления биметаллического режущего инструмента. 20.11.97. Бюл. №32.

31.Чернов Н.М., Гречко В.Н., Семухин Г.П. Конструкционная прочность отливок из стали ВНЛ-3 по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением. Тезисы докладов четвертой Всероссийской конф. г.Новосибирск, 1997. С. 97-98.

32. Савинов Ю.П., Чернов Н.М., Игнатов А.И., Гречко В.Н. Литой биметаллический режущий инструмент. Литейное производство. 1998. №1. С. 27-28.

33. Патент РФ №2096128 В22Д 19/06. Способ изготовления биметаллического режущего инструмента. Савинов Ю.П., Гречко В.Н., Чернов Н.М., Игнатов А.И. 20.11.97. Бюл. №32.

34.Чернов Н.М. Конструкция верхней плиты индукционной печи. Литейное производство. 1998. №8. С. 26.

35. Патент РФ 2116865 В22Д 18/02. Устройство для литья с кристаллизацией под давлением. Чернов Н.М. 10.08.98. Бюл. №22.

36. Чернов Н.М., Гречко В.Н. Изготовление отливок из стали ВНЛ-3 по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением. Литейное производство. 1999. №2. С. 34-35.

37. Чернов Н.М., Аксенов В.А., Гречко В.Н. Технологические режимы изготовления тонкостенных стальных деталей транспорта с кристаллизацией под

давлением. Тезисы докладов региональной научно-практической конференции "ТРАНССЙБ-99" 24-25 июня 1999 г. г. Новосибирск. Издательство СГУПСа (НИИЖТа). С. 210-211.

8. Чернов Н.М., Аксенов В.А., Гречко В.Н. Конструкционная прочность тонкостенных стальных деталей транспорта, изготовленных с кристаллизацией под давлением. Тезисы докладов региональной научно-практической конференции "ТРАНССИБ-99" 24-25 июня 1999 г. г. Новосибирск. Издательство СГУПСа (НИИЖТа). С. 211-212.

9. Савинов Ю.П., Сухова Л.Н., Чернов Н.М. Исследование структуры резцов, полученных методом литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением. Приложение к журналу "Инструмент Сибири" №1, 1999. Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции "Технологии, оборудование и производство инструмента для машиностроения и строительства". 22-24 июня 1999 г. г.Новосибирск. С. 45.

0. Chernov N.M., Aksenov V.A. The calculation of thermic conditions and hydro-dynamic parameters of steel moulding in the solid-liquid state. Abstracts the third Russian-Korean International Symposium on Science and Technology "KORUS'99". June 22-25, 1999 at Novosibirsk. Vol. 1. Printed in Russia by Novosibirsk State Technical University. C. 383.

1. Чернов H.M., Аксенов B.A., Бабкин В.Г. Расчет тепловых условий и гидродинамических параметров литья стали по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением. Вестник КГТУ .Выпуск 15.Серия Машиностроение. Красноярск. 1999.С. 129-133.

2. Чернов Н.М., Савинов Ю.П., Бабкин В.Г. Литье биметаллических композитов на основе стали по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением. Вестник ЮТУ. Выпусск 15. Серия Машиностроение. Красноярск. 1999.С. 3-7.

3. Чернов Н.М., Аксенов В.А., Гречко В.Н. Технологические режимы изготовления тонкостенных стальных деталей транспорта с кристаллизацией под давлением. Материалы региональной научно-практической конференции "ТРАНССИБ-99" 24-25 июня 1999 г. г. Новосибирск. Научное издание. Издательство СГУПСа (НИИЖТа). С. 407-410.

t. Чернов Н.М., Аксенов В.А., Гречко В.Н. Конструкционная прочность тонкостенных стальных деталей транспорта, изготовленных с кристаллизацией

под давлением. Материалы региональной научно-практической конферен/: ции "ТРАНССИБ-99" 24-25 июня 1999 г. г. Новосибирск. Научное издание. Издательство СГУПСа (НИИЖТа). С. 410-411.

45.Свидетельство на полезную модель №12727 7Б27 В14/00- Индукционная печь. Чернов Н.М.27.012000. Бюл. №3.

46. Чернов Н.М. Плавка стали ВНЛ-3 в открытой индукционной печи - Литейное производство2000, №3. С. 23-24.

47.Чернов Н.М. Многослойные оболочковые формы. Литейное поизводство. . 2000, №3. С. 38-39.

48.Чернов Н.М. Устройство расширяющейся вверх закрытой прибыли. Литейное производство2000, №3. С. 50.

Подписано в печать 06.04.2000. 2,5 усл. печ. л.. Заказ X» 563. Тираж 100 экт. Формат 60x84 1/16.

Отпечатано на участке оперативной полиграфии издательства СГУПС. 630049. Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, ¡91.

Введение.

I. ПРОБЛЕМЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ ТРАНСПОРТА С ГАРАНТИРОВАННОЙ КОНСТРУКЦИОННОЙ ПРОЧНОСТЬЮ.

1.1. Возможности изготовления литьем тонкостенных стальных деталей транспорта с гарантированной конструкционной прочностью.

1.2. Роль тепловых и гидродинамических параметров литья в формировании структуры и механических свойств стальных деталей.

1.3. Перспективы развития и проблемы литья стали по выплавляемым моделям.

1.4. Методики и аппаратура для исследований.

1.4.1 Теплофизические исследования.

1.4.2. Технологические исследования.

1.4.3. Химические и структурно-механические исследования.:.

II. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ.

2.1. Формирование структуры и механических свойств многослойных оболочковых форм.

2.2. Структурообразование модельных композиций, выбор материала и оптимальных параметров изготовления тонкостенных выплавляемых моделей.

2.3. Совершенствование механизма формообразования многослойных оболочковых форм.

2.3.1. Стабилизация свойств оболочковых форм пропиткой упрочняющими растворами.

2.3.2. Новые способы подготовки поверхности модельных блоков.

2.3.3. Стабилизация свойств суспензии и новый способ нанесения ее на модельные блоки.

2.3.4. Применение сферокорунда в качестве обсыпочного материала и огнеупорного наполнителя форм ЛВМ.

2.3.5. Технология индивидуального выплавления моделей из оболочковых форм.

2.4. Исследование гидравлической прочности оболочковых форм.

Выводы по главе 2.

III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ЛИТЬЯ СТАЛИ ПОД ДАВЛЕНИЕМ И ПО ВЫПЛАВЛЯЕМ МОДЕЛЯМ С КРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ.

ЗЛ. Теоретические основы литья тонкостенных стальных деталей с гарантированной конструкционной прочностью.

3.2. Технологические режимы и механические свойства стальных отливок под давлением в вакууме.

3.2.1. Особенности технологии литья стали под давлением в вакууме.

3.2.2. Технологические режимы литья стали под давлением в вакууме.

3.2.3. Исследование структуры и механических свойств отливок.

3.3. Стабилизация структуры и механических свойств стали ВНЛ-3 при плавке в открытой индукционной печи.

3.4. Тепловые условия и гидродинамические режимы литья стали по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением.

3.4.1. Схема технологического процесса.

3.4.2. Исследование тепловых условий процесса ЛВМКД.

3.4.3. Гидродинамические режимы литья и заполняемость тонких стенок.

3.4.4. Исследование характера движения расплава в полости формы и характера затвердевания отливок.

3.5. Конструкционная прочность деталей из стали ВНЛ-3, изготовленных литьем по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением.

3.5.1. Механические свойства отливок из стали ВНЛ-3, изготовленных ЛВМКД.

3.5.2. Испытания на усталостную долговечность.

3.5.3. Натурные испытания детали кронштейн.

Выводы по главе 3.

IV. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 145 ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ.

4.1. Опытно-промышленные производство тонкостенных 146 стальных деталей транспорта по методу ЛВМКД.

4.1.1. Технологическое оснащение и оборудование опытно- 146 промышленного участка ЛВМКД.

4.1.2. Устройство для изготовления крупногабаритных де- 148 талей.

4.1.3. Проектирование литниково-питающих систем и примеры изготовления отливок.

4.2. Расширение области использования технологии ЛВМКД в 156 транспортном машиностроении.

4.2.1. Новый способ литья биметаллических композитов 156 сталь-твердый сплав ВК8.

4.2.2. Изготовление алюминиевых деталей ответственного 163 назначения.

4.3. Технико-экономическая эффективность результатов иссле- 166 дований.

Актуальность проблемы. Из всех многочисленных требований к транспортному средству определяющим является его надежность, которая обеспечивается конструкционной прочностью силовых деталей на протяжении заданного ресурса эксплуатации. Конструкционная прочность детали зависит от ее формы, размеров, механических свойств материала, технологии ее изготовления и схемы нагружения. Сталь является основным материалом для высоконагруженных деталей транспорта, которые получают механической обработкой из проката, штамповок или литья. Для транспорта наиболее перспективно применение технологии литья по выплавляемым моделям (ЛВМ), так как по этому методу возможно изготовление стальных деталей любой конфигурации без или с минимальным объемом механической обработки. Качалки, кронштейны, подвески характеризуются наличием конструктивных элементов в виде проушин, длинномерных тонких стенок, сечений коробчатой и Х-образной формы, ГД7, У - образного сочленения стенок и ребер, резкими переходами от массивных частей к тонким. Существующий метод ЛВМ осуществляется плавкой стали в открытых индукционных печах и заливкой форм из ковша не обеспечивает стабильность механических свойств как в разных частях, так и разных партиях отливок, что связано с ограниченными возможностями управления тепловыми условиями и гидродинамическими параметрами литья. Нестабильность мехсвойств стальных деталей ЛВМ, а такие недостаток сведений об их конструкционной прочности ограничивает область их применения в силовых конструкциях транспорта. Специальные методы литья с применением высокого и низкого давлений, литье с кристаллизацией под давлением (жидкая штамповка) не нашли широкого применения из-за низкой стойкости пресс-форм и металлопроводов при контакте с жидкой сталью, а литье методом направленного затвердевания и высокотемпературная газостатическая обработка (ВГО) отливок из-за дорогостоящего оборудования и высоких энергетических затрат используют в основном для изготовления лопаток ГТД.

С другой стороны, современные представления о строении стали в жидком состоянии и в интервале кристаллизации, разработанные математические модели для расчетов на ЭВМ процессов кристаллизации и структуро-образования с учетом конфигурации деталей и тепловых условий на границе расплав-форма показывают на неиспользованные резервы повышения служебных свойств стальных деталей транспорта и необходимость разработки новых технологических процессов их получения с применением физических воздействий на кристаллизующиеся расплавы.

Перспективным направлением по расширению области применения литых деталей на транспорте является решение конструкторско-технологических проблем изготовления композиционных материалов на стальной основе, например, систем сталь - твердый сплав, сталь низкоуглеродистая - сталь легированная износостойкая.

Этим обусловлена актуальность темы диссертационной работы, исследования по которой проводились в соответствии с ежегодными Планами работ литейной лаборатории НАПО, с 1985 по 1995 гг., Комплексной программой "Разработка и внедрение технологии и оборудования для изготовления тонкостенных фасонных отливок из сталей по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением (ЛВМКД)" в период 1989-1995гг, утвержденной Зам. министра МАП А.Г. Братухиным 17сент.1989 г. и Планом работ литейной лаборатории НАПО на 1997-2000 гг.

Цель работы. Создание нового способа литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением (ЛВМКД), обеспечивающего изготовление тонкостенных стальных деталей транспорта с требуемым уровнем конструкционной прочности при статических и циклических нагрузках.

Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи: определить температурные режимы и давление запрессовки тонкостенных выплавляемых моделей (ВМ) из высокопрочной модельной композиции (МК) и параметры изготовления ВМ из твердых МК методом вибропрессования; обосновать пути совершенствования процессов изготовления многослойных оболочковых форм (ОФ), разработать метод оценки их прочности под силовым воздействием жидкого метала и экспериментально определить количественные показатели гидравлической прочности ОФ в зависимости от способов их изготовления и формовки; обеспечить получение стабильных показателей механических свойств стали ВНЛ-'З (08Х14Н5М2ДЛ) при плавке в открытой индукционной печи; установить технологические режимы литья стали под давлением в вакууме тонкостенных деталей с гарантированными механическими свойствами; обосновать температурный и гидродинамические параметры нового способа литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением (ЛВМКД), исследовать характер течения расплава и характер затвердевания -отливок, их свойства и конструкционную прочность при статических и циклических нагрузках; освоить в производстве технологию и оборудования литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением тонкостенных стальных деталей транспорта; расширить область применения технологий ЛВМКД для изготовления биметаллических композитов сталь - твердый сплав ВК8 и деталей ответственного назначения из алюминиевых сплавов

Вышеизложенные задачи были решены в процессе экспериментальных и теоретических исследований, выполненных автором в литейной лаборатории НАПО в содружестве с институтами Прикладной физики, НовосибНИ-АТ, СибНИА, Горного дела СО РАН, ВИЛС, ВИАМ, НИАТ и др. и рядом заводов на основе научно-технического сотрудничества.

Методы исследований. Исследования проводились для широкой номенклатуры высоконагруженных стальных деталей транспорта. Были выбраны ответственные детали из номенклатуры, выпускаемой НАПО, Улан-Уденского авиационного завода, Юргинского машзавода и др.

Результаты работы могут быть использованы также во многих других отраслях промышленности. Теоретические исследования выполнялись с использованием программы "Кристаллизация-ЬУМ-З" и ПВЭМ IBM PC 286,386.

Экспериментальные исследования были выполнены на действующем оборудовании для литья по выплавляемым моделям с использованием специально разработанных в данной работе установок, оснащенных регистрирующей и записывавшей аппаратурой.

Исследования структуры проводились методами металлографического анализа на микроскопе NEOPHOT-21.

Эксплуатационные свойства определялись натурными испытаниями и испытаниями мехсвойств при статических и циклических нагрузках.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней обоснованы технологические параметры процессов изготовления выплавляемых моделей, многослойных оболочковых форм, плавки и заливки стали.

1. На основе анализа тепловых условий, распределения температур и фазового состава стали по сечению металлоприемника, исследований запол-няемости тонких стенок в зависимости от параметров давления на расплав, его расхода и температуры металла на входе в форму и данных по результатам исследования гидравлической прочности оболочковых форм создан принципиально новый технологический процесс литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением (ЛВМКД), обеспечивающий изготовление тонкостенных стальных деталей транспорта с гарантированной конструкционной прочностью при статических и циклических нагрузках. Создание способа литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением можно квалифицировать как крупное научно-техническое достижение, не имеющее аналогов в мире, открывающее новое научное направление в развитии управляемых процессов литья.

2. Впервые установлены параметры изготовления выплавляемых моделей методом вибропрессования: давление прессования, частота и продолжительность вибровоздействия на модельную композицию.

3. Предложены новые технические решения по совершенствованию механизма формообразования многослойных оболочковых форм. Их качество обеспечивается за счет: обработки модельных блоков в водном растворе ПАВ, приведенном в турбулентно-вихревое состояние, или в кипящем слое зернистого материала; приготовления стабилизированной суспензии в закрытой емкости; удаления воздуха из суспензии при ее нанесении на модельный блок методом вакуумного всасывания; приложения избыточного давления на суспензию и применения в качестве обсыпочного материала сферокорунда. Установленные закономерности и технологические параметры процессов формообразования многослойных оболочковых форм открывают новое направление в создании дешевого малогабаритного отечественного оборудования и новый класс формовочных материалов - полых сфер огнеупорных оксидов.

4. Разработан метод гидроиспытаний оболочковых форм. Впервые получены показатели гидравлической прочности форм ЛВМ, в зависимости от способов их изготовления, упрочнения и формовки.

5. Впервые проведены работы по изготовлении биметаллических композитов сталь-твердый сплав ВК8 способом литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением и исследованию переходной зоны между сталью и твердым сплавом. Создан новый технологический процесс изготовления биметаллических композитов на основе стали, открывающий новую область применения литых деталей на транспорте в качестве износостойких материалов биметаллических композитов типа сталь низкоуглероди-стая-сталь легированная износостойкая, сталь-твердый сплав и т.п.

Достоверность результатов исследований подтверждается: • - сравнением и сопоставлением полученных результатов с известными аналогами, теорией и экспериментами;

- экспериментальные данные получены на проверенном оборудовании в соответствии с паспортными техническими характеристиками, оснащенного аппаратурой и приборами контроля, записи и регистрации технологических параметров;

- все экспериментальные работы по изготовлению, анализу, контролю, испытаниям образцов и деталей проведены в соответствии с утвержденной НТД, обученным и аттестованным персоналом.

Практическая ценность работы заключается в том, что решена важная для народного хозяйства проблема изготовления тонкостенных стальных деталей транспорта с гарантированной конструкционной прочностью при статических и циклических нагрузках. Организовано опытно-промышленное производство стальных деталей по методу ЛВМКД, изготовлены установка и технологическая оснастка, создан участок ЛВМКД. Разработана в полном объеме конструкторско-технологическая документация. Внедрено в производство устройство изготовления крупногабаритных деталей ЛВМКД. Получены количественные данные конструкционной прочности стали ВНЛ-3 при статических и циклических нагрузках в зависимости от способов изготовления стальных деталей транспорта.

Внедрен в производство, технологический процесс изготовления тонкостенных выплавляемых моделей (ВМ) сложной конфигурации из высокопрочной модельной композиции (МК) МВС-ЗА. Разработана опытно-промышленная установки изготовления ВМ методом вибропрессования.

Разработана установка и внедрен в производство техпроцесс подготовки поверхности модельных блоков (МБ) в водном растворе ПАВ, приведенном в турбулентно-вихревое состояние параллельными струями сжатого воздуха. Разработаны установка приготовления, хранения и нанесения суспензии на МБ методом вакуумного всасывания с последующим приложением на нее избыточного давления. Разработана установка выплавления МБ из ОФ. Проведены производственные испытания сферокорунда в качестве об-сыпочного материала (ОМ) и наполнителя форм ЛВМ.Разработана установка и внедрен метод гидроиспытаний ОФ.

Внедрены в производство результаты работ по стабилизации мех-свойств стали ВНЛ-3 при плавке в открытой индукционной печи, а именно: технология футеровки печей шпинельными порошками; раскисление сталей лигатурой ФС 30 РЗМЗО; устройство термостатирования проб горячей магнитной индукции; приборы потенциометры с модернизированным механизмом вращения диска; поплавочный контроль азота и режим старения деталей после закалки в зависимости от его содержания в стали.

Разработана конструкторско-технологическая документация на изготовление биметаллического режущего инструмента методом ЛВМКД. Проведены производственные испытания работоспособности резцов и фрез. Внедрено в производство изготовление деталей ответственного назначения из алюминиевых сплавов методом ЛВМКД.

Суммарный экономический эффект от внедрения составляет 2,6 млн. р. в ценах на 1.01.99 г.

Личный вклад автора в представленной работе. Основой диссертации послужили результаты экспериментально - теоретических исследований и производственных испытаний, отражающие длительный период (cl985г.) работы диссертанта в должности начальника литейной лаборатории НАПО, в которой выполнены все работы по теме диссертации.

Диссертант внес определяющий вклад в постановку, обоснование и осуществление программ исследований. Он является также автором основных идей и выводов, изложенных в работе, лично им в коллективах научно-технических групп написано большинство заявок на изобретения, статей и сделаны выступления на конференциях и семинарах, что подтверждается публикациями и патентными документами.

В диссертации обобщены результаты экспериментальных исследований, выполненных автором самостоятельно и вместе с сотрудниками литейной лаборатории НАПО, НовосибНИАТ, литейного цеха и ОГМ НАПО, СибНИА.

Многие работы выполнены по линии творческих связей автора с сотрудниками других организаций ВИАМ, ВИЛС, НИАТ, институтом Горного дела СО РАН и др.

Автор принимал непосредственное участие в разработке и создании экспериментальных и опытно-промышленных установок, внедрении их- в производство, разработке методик и проведении экспериментов, обработке результатов их интерпретации, оформлению и публикации.

Результаты теоретических исследований, представленных в диссертации принадлежат автору и выполнены на основе личного научного творчества.

Апробация работы. Материалы диссертации и основные результаты работы докладывались и обсуждались на: научно-технических конференциях НАПО (г.Новосибирск ,1986-1992 гг.), семинарах областного правления НТО Машпром (г.Новосибирск ,1986-1990 г.г. )., отраслевом семинаре "Автоматазация процессов литья по выплавляемым моделям" ( г.Москва, 1989г.), Межотраслевом Экспертном Совете по содействию внедрению научно-технических достижений (г.Москва ,1989г.), межотраслевой конференции "Управление технологическими процессами литья и свойствами отливок" (г.Москва, 1990 г.),совещании "Управление структурообразованием и свойствами в отливках" (г.Самара, 1991 г.), межрегиональной конференции "Прогрессивные технологические процессы в литейном производстве" (г.Хабаровск 1991 г.), Республиканском семинаре, "Методы контроля и исследований в производстве отливок по выплавляемым моделям"^. Москва, 1992г.), Республиканской научно-технической конференции "Проблемы прочности и усталостной долговечности материалов и конструк-ций"( г. Новосибирск ,1997 г.); Всероссийской научно-технической конференции "Технологии, оборудование и производство инструмента для машиностроения и строительства" (г. Новосибирск, 1999 г.); Третьем Российско-Корейском Международном симпозиуме "КСЖШ'99" (г. Новосибирск, 1999 г.); региональной научно-практической конференции и выставки "Транссиб-99"(г. Новосибирск, 1999 г).

Публикации. Материалы работ опубликованы в 36 статьях, описаниях 11 авторских свидетельств, получено 4 патента РФ.

На защиту выносятся:

1. Структурообразование МК и технологические параметры изготовления тонкостенных ВМ из МК МВС-ЗА. Устройство изготовления ВМ из твердых МК.

2.Совершенствование механизма формообразования многослойных

ОФ.

3. Метод испытаний и гидравлическая прочность форм ЛВМ.

4. Технологические режимы литья стали под давлением в вакууме, ее структура и механические свойства.

5. Работы по стабилизации механических свойств стали BHJI-3 при плавке в открытой индукционной печи.

6. Новый способ литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением.

7. Конструкционная прочность деталей из стали BHJ1-3, изготовленных ЛВМКД и по альтернативным техпроцессам.

8. Новые области применения технологии ЛВМКД:

- изготовление биметаллических композитов сталь - твердый сплав ВК 8;

- изготовление деталей ответственного назначения из алюминиевых сплавов и их мехсвойства.

Автор выражает благодарность и признательность д-р техн. наук, профессору Аксенову В.А. за постоянное внимание и поддержку при обсуждении работы, а также соавторам и участникам творческих коллективов и групп директору НовосибНИАТ канд. техн. наук Гречко В.Н., директору завода "Алмаз" Томилову В.И., канд.техн.наук Каранику Ю.А., с которыми выполнен большой объем работ по созданию нового способа литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением; соавторам и участникам работ по созданию технологии литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением биметаллических композитов сталь-твердый сплав ВК8 начальнику лаборатории резания завода "Авиаинструмент" Савинову Ю.П., начальнику литейного цеха Игнатову А.И., соавтору работ по изготовлению литейной оснастки Пастухову В.И. за разработку чертежей технологической оснастки и приспособлений, графиков и рисунков к публикациям; ИТР литейного цеха, ОГМ и ЦЗЛ, всем рабочим литейного цеха и литейной лаборатории, участвующих в проектировании, изготовлении приспособлений, оснастки, оборудования, создании участка ЛВМКД и в проведении исследовательских работ; ведущему инженеру СибНИА Семухину Г.П.,

15 ст.н.с., канд.техн.наук Тульскому В.П. за проведение испытаний усталостной долговечности.

I. ПРОБЛЕМЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ ТРАНСПОРТА С ГАРАНТИРОВАННОЙ КОНСТРУКЦИОННОЙ ПРОЧНОСТЬЮ

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Решена важная научно-техническая проблема изготовления тонкостенных стальных деталей транспорта с требуемым уровнем конструкционной прочности при статических и циклических нагрузках в режиме длительной эксплуатации. Разработана совокупность технологических процессов изготовления тонкостенных выплавляемых моделей, многослойных оболочковых форм, плавки и заливки стали.

1. На основе анализа тепловых условий, распределения температур и фазового состава стали по сечению металлоприемника, исследований запол-няемости тонких стенок в зависимости от параметров давления на расплав, его расхода и температуры металла на входе в форму и данных по результатам исследования гидравлической прочности оболочковых форм создан принципиально новый технологический процесс литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением (ЛВМКД), обеспечивающий изготовление тонкостенных стальных деталей транспорта с гарантированной конструкционной прочностью при статических и циклических нагрузках. Создание способа литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением можно квалифицировать как крупное научно-техническое достижение, не имеющее аналогов в мире, открывающее новое научное направление в развитии управляемых процессов литья.

ЛВМКД характеризуется постоянными тепловыми условиями и управляемыми гидродинамическими параметрами процесса, к которым относятся давление на расплав, весовой расход и температура расплава на входе в форму. Выявлено, что приложение давления на кристаллизующийся расплав устраняет неоднородность первичной литой структуры отливок ЛВМКД, способствует устранению газоусадочных дефектов в длинномерных тонких стенках и сопряжениях стенок и ребер, повышает плотность стали в массивных частях деталей по сравнению с ЛВМ и изменяет характер формирования усадочной раковины в прибыли толстостенной отливки. Получены количественные данные конструкционной прочности стали ВНЛ-3 при статических и циклических нагрузках в зависимости от способов изготовления стальных деталей транспорта. Организовано опытно-промышленное производство стальных деталей по методу ЛВМ КД. Изготовлена установка и технологическая оснастка, создан участок ЛВМКД.

Разработана в полном объеме конструкторско-технологическая документация на процесс, оборудование и технологическое оснащение ЛВМКД. Разработано и внедрено в производство устройство изготовления крупногабаритных деталей ЛВМКД.

2. Обоснованы и экспериментально установлены технологические параметры изготовления тонкостенных ВМ: давление запрессовки в зависимости от конфигурации и массы детали и рабочая температура при которой МВС-ЗА приобретает оптимальные технологические свойства. Температура выплавления МВС -ЗА, принята из условий удаления ВМ из ОФ без остатка МК и предупреждения термоокислительной деструкции компонентов модельного состава. По результатам работ вместо МК ПС 50:50 внедрен в производство высокопрочный состав МВС -ЗА, который из-за низких реологических свойств ранее применялся для изготовления простых деталей. Впервые установлены режимы изготовления ВМ вибропрессованием: параметры вибровоздействия и давление прессования. Разработано устройство для исследования текучести МК под действием низкочастотной вибрации и разработана установка для изготовления ВМ вибропрессованием из твердых МК без их расплавления.

3. Экспериментальные работы по пропитке ОФ упрочняющими растворами показали повышение их прочности и залечивание трещин, что предотвращает случаи прорыва ОФ жидким металлом во время заливки. Принятая технология пропитки ОФ упрочняющими растворами фосфатов не приводит к насыщению поверхностного слоя отливок фосфором. Более высокие показатели прочности ОФ дает пропитка растворами негидролизованного ЭТС в ацетоне.

4. Предложены новые технические решения по совершенствованию механизма формообразования многослойных оболочковых форм. Их качество обеспечивается за счет: обработки модельных блоков в водном растворе ПАВ, приведенном в турбулентно-вихревое состояние, или в кипящем слое зернистого материала; приготовления стабилизированной суспензии в закрытой емкости; удаления воздуха из суспензии при ее нанесении на модельный блок методом вакуумного всасывания; приложения избыточного давления на суспензию и применения в качестве обсыпочного материала сферокорунда. Установленные закономерности и технологические параметры процессов формообразования многослойных оболочковых форм открывают новое направление в создании дешевого малогабаритного отечественного оборудования и новый класс формовочных материалов - полых сфер огнеупорных оксидов. Разработан метод гидроиспытаний оболочковых форм. Впервые получены показатели гидравлической прочности форм ЛВМ, в зависимости от способов их изготовления, упрочнения и формовки.

Внедрены в производство или находятся в стадии внедрения новые техпроцессы и установки для изготовления оболочковых форм (ОФ):

- разработана установка и внедрен техпроцесс подготовки поверхности модельных блоков (МБ) в водном растворе ПАВ, приведенном в турбулентно-вихревое состояние параллельными струями сжатого воздуха;

- разработан способ подготовки поверхности МБ перед нанесением суспензии путем обработки его в кипящим слоем обсыпочного материала;

- разработана установка и определены технологические параметры приготовления, хранения и нанесения суспензии на МБ методом вакуумного всасывания с последующим приложением на нее избыточного давления;

- установлены технологические параметры и разработана установка выплавления МБ из ОФ;

- проведены производственные испытания сферокорунда в качестве об-сыпочного материала (ОМ) и наполнителя форм ЛВМ, которые показали, что благодаря высокой текучести и низкому насыпному весу он равномерно покрывает поверхность МБ, хорошо проникает в глухие отверстия и карманы, длинномерные отверстия малого диаметра. Отсутствие открытой пористости сокращает расход суспензии. При применении сферокорунда вес ОФ снижается в 2—2,5 раза. При формовке он хорошо заполняет глубокие полости и глухие отверстия ОФ. Благодаря отсутствию пыли в сферокорунде, улучшаются условия труда и культура производства;

-разработана установка и внедрен метод гидроиспытаний ОФ и форм

ЛВМ.

5. Установлены технологические режимы литья стали под давлением в вакууме: начальная температура подогрева прессформ 250°С и скорость прессования меньше первой критической. Эффективность давления зависит от величины прессостатка.

6. Внедрены в производство результаты работ по стабилизации мех-свойств стали ВНЛ-3 при плавке в открытой индукционной печи, а именно: технология футеровки печей шпинельными порошками; раскисление сталей лигатурой ФС 30 РЗМЗО; устройство термостатирования проб горячей магнитной индукции; потенциометры с модернизированным механизмом вращения диска; поплавочный контроль азота и режим старения деталей после закалки в зависимости от его содержания в стали.

7. Впервые проведены работы по изготовлению биметаллических композитов сталь-твердый сплав ВК8 способом литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением и исследованию переходной зоны между сталью и твердым сплавом. Создан новый технологический процесс изготовления биметаллических композитов на основе стали, открывающий новую область применения литых деталей на транспорте в качестве износостойких

173 материалов биметаллических композитов типа сталь низкоуглероди-стая-сталь легированная износостойкая, сталь-твердый сплав и т.п.

8. Экспериментальные работы по расширению области применения технологий ЛВМКД показали их эффективность при изготовлении тонкостенных алюминиевых деталей с повышенными требованиями по плотности и механическим свойствам.

9. Технологические основы изготовления ВМ, ОФ и отливок ЛВМКД и предложенные технические решения для их реализации в конструкциях действующих опытно-промышленных установок, рекомендуются разработчикам и предприятиям, выпускающим литейное оборудование.

1. Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. Изд. 2-е перераб. и доп. М: Машиностроение. 1973. 430 с.

2. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. Изд. 3-е перераб. и доп. в 2-х частях . Часть вторая. Механические испытания. Конструкционная прочность. М: Машиностроение. 1974. 368 с.

3. Кашафутдинов С.Т. Вступительное слово. Четвертая всероссийская конференция " Проблемы прочности и усталостной долговечности материалов и конструкций". Тезисы докладов. Под общей ред. д. т. н., проф.

4. A.Н. Серьезнова. Новосибирск. 1997. 114 с.

5. Вейбулл В. Усталостные испытания и анализ их результатов. М: Машиностроение. 1964. 276 с.

6. Колобашкин Б.М., Кишкина С.И., Маликов В.К. и др. Исследование надежности литых деталей. Вопросы авиационной науки и техники. Серия Авиационные материалы. Выпуск Точное литье крупногабаритных деталей. Москва. 1986. 68 с.

7. Марин Н.И. Статическая выносливость элементов авиационных конструкций. М: Машиностроение. 1968. 162 с.

8. Иванова C.B., Ботвин Л.Г., Маслов Л.Н. Прогнозирование вязкости разрушения и других механических свойств с использованием критериев подобия. В сб. Усталость и вязкость разрушения. Наука. 1974. 284 с.

9. Гуляев Б.Б. Теория литейных процессов. Учебное пособие для вузов. Л., Машиностроение (Ленинградское отделение) 1976. 214 с.

10. Специальные способы литья: Справочник. В.А. Ефимов, Г.А. Анисович,

11. B.Н. Бабич и др.; Под общ. ред. В.А. Ефимова М: Машиностроение. -1991.- 436 с. - (Технология литейного производства).

12. П.Гуляев Б.Б. Литейные процессы М.-Л. Машгиз. 1960. 416 с.

13. Разливка и кристаллизация стали. Ефимов В.А. М: Металлургия. 1976. 552 с.

14. Баландин Г.Ф. Формирование кристаллического строения оливок. Кристаллизация в литейной форме. Изд. 2-е перераб. и доп. М: Машиностроение. 1973.288 с.

15. Нехендзи Ю.А. Стальное литье. М: Металлургиздат. 1948. 766 с.

16. Куманин И.Б. Вопросы теории литейных процессов. М: Машиностроение. 1976.216 с.

17. Вейник А.И. Теория затвердевания отливки. М: Машгиз. 1960. 436 с.

18. Вейник А.И. Расчет отливки. М: Машиностроение. 1964. 464 с.

19. Нехендзи Ю.А. Литейные свойства сплавов. Литейное производство. 1968 №1. с. 23-31.

20. Корольков А.М. Литейные свойства металлов и сплавов. М: изд-во АН СССР. 1960. 196 с.

21. Флеминге М. Процессы затвердевания. М: изд-во МИР. 1977. 423 с.

22. Хворинов Н.И. Затвердевание отливок. М.-Л. 1955. 142 с.

23. Анисович Г.А. Затвердевание отливок. Мн.; Наука и техника. 1979. 232 с. 24.Затвердевание металлов. Оно А. М., Металлургия. 1980. 152 с.

24. Формообразование в точном литье. Лакеев A.C. Киев: Наук, думка. 1986. 256 с.

25. Никитин В.И. Наследственность в литых сплавах. Самар. гос. техн. ун-т. Самара. 1995. 248 с.

26. Козлов Л.Я. Речь на открытии 62 Всемирного конгресса литейщиков. Литейное производство. 1996. №6. с. 2-4.

27. Братухин А.Г., Глотов Е.Б., Калинин В.П. Производство качественных оливок из жаропрочных сплавов и сталей. Литейное производство. 1996. №3. с. 13-17.

28. Рабинович Б.В. Введение в литейную гидравлику. М: Машиностроение. 1966. 423 с.

29. Теории двухфазной зоны металлического слитка. Борисов В.Т. М: Металлургия. 1987. 224 с.

30. Козлов Л.Я., Романов Л.М. Перспективы развития методов управления литой структурой сплавов. Литейное производство. 1997 №5. 13 с.

31. Никитин В.И. Новые литейные технологии с использованием явления наследственности. Литейное производство. 1997. №5. 12 с.

32. Суспензионная разливка. Мадянов А.М. М: Изд-во Металлургия. 1969. 184 с.

33. Строение и свойства металлических расплавов. Еланский Г.Н. М: Металлургия. 1991. 160 с.

34. Жидкая сталь. Баум Б.А., Хасин Т.А.,Тягунов Г.В. и др. М: Металлургия. 1984. 208 с.

35. Строение и свойства жидких и твердых металлов. Ершов Г.С., Черняков В.А. М: Металлургия. 1979. 248 с.

36. Литейные свойства сплавов. Труды первого совещания по литейным свойствам сплавов. Изд. "Наукова думка". Киев. 1968. 4.1 192 е., 4.II -252 с.

37. Фаткуллин О.Х., Офицеров A.A. Модифицирование жаропрочных никелевых сплавов дисперсными частицами тугоплавких соединений. Литей--ное производство. 1993. №4. с. 13-14. ~

38. Переборщиков С.И., Хабаров А.Н., Мартьянов О.В. Влияние внешних воздействий на структуру стали. Литейное производство. 1998. №1. с. 2324.

39. Давление в управлении литейными процессами. Борисов Г.П.; отв. ред. Цибрик А.Н. А.Н. УССР Ин-т проблем литья. Киев. Наук, думка. 1988. 272 с.

40. Липчин Т.Н. Структура и свойства цветных сплавов, затвердевших под давлением. М: Металлургия. 1994. 188 с.

41. Белопухов А.К. Технологические режимы литья под давлением. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение. 1985. 272 с.

42. Кристаллизация металлов и сплавов под давлением. Батышев А.И. 2-е изд. перераб. и доп. М: Металлургия. 1990. 144 с.

43. Савуляк В.И., Черная Г.А. Новые способы получения тиксотропных расплавов. Литейное производство. 1997. №8-9. 31 с.

44. Новые технологии литья под давлением (обзор зарубежной информации). Литейное производство. 1998. №6. с. 40-41.

45. Фомичева Т.Н., Клочкова Н.П., Ходоровский Г.Л. Высокотемпературная газостатическая обработка отливок и повышение их ресурсных характеристик. Литейное производство. 1993. №4. с. 17-18.

46. Блурцян Р.Ш., Селихов Г.Ф., Залазинский М.Г. и др. Опыт высокотемпературной газостатической обработки отливок из высокомарганцовистой стали. Литейное производство. 1996. №6. с. 8-9.

47. Гаврилин Н.В. Литейные композиционные материалы с металлической и керамической матрицами. Литейное производство. 1997. №8-9. с. 24-27.

48. Формирование отливок из алюминиевых сплавов. Котлярский Ф.М. Киев: Наук, думка. 1990. 216 с.

49. Гиршович Н.Г. О взаимосвязи между процессами затвердевания и кристаллизации. Литейное производство. 1959. №7. с. 31-34.

50. Штамповка жидкого металла (литье с кристаллизацией под давлением). Батышев А.И., Базилевский Е.М., Бобров В.Н. и др. М.: Машиностроение. 1979. 200 с.

51. Рыбкин B.Ä. Основные направления развития литья по выплавляемым моделям. Литейное производство. 1997. №6. с. 19-21.

52. Прессформа для изготовления выплавляемых моделей. Чернов Н.М., Пастухов В.И., Игнатов А.И. Заявка на патент РФ №95-100334 В 22.С 7-12. 27.01.97 Бюл. №3.

53. Литье по выплавляемым моделям. Шкленник Я.И., Баранов A.B., Иванов В.Н. и др. под ред. Я.И. Шкленника и В.А. Озерова. М.: Машгиз. 1961. 456 с.

54. Литье по выплавляемым моделям. Изд. 2-е перераб. и доп. под ред. Я.И. Шкленника и В.А. Озерова. М.: Машиностроение. 1971. 436 с.

55. Литье по выплавляемым моделям. В.Н. Иванов, С.А. Казеннов, Б.С. Курчман и др. Под общ. ред. Я.И. Шкленника, В.А. Озерова. 3-е изд. перераб. и доп. М.: Машиностроение. 1984. 408 с.

56. Молибденовые формы для литья под давлением стали. Ю.В. Воронин, H.H. Голиков, Б.А. Борок и др. Литейное производство. 1966. №3, с.37-38.

57. Стойкость форм и штампов при литье под давлением и прессованием жидкой стали. H.A. Кудрин, П.Н. Бидуля. Литейное производство. 1965. №1, с.28-31.

58. Басин A.C. Термические свойства и кристаллизация чистых металлов и технически важных сплавов на основе железа. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Новосибирск. 1989. 74 с.

59. Литье по выплавляемым моделям. В.Ф. Гаранин, В.Н. Иванов, С.А. Казеннов и др. Под общей ред. В.А. Озерова. 4-е изд. перераб. и доп. М.: Машиностроение. 1994. 448 с.

60. Басин A.C. Модифицированное правило рычага для сталей. Новосибирск. 1984. (препринт АН СССР Сиб. отд-ние ИТФ №117) 30 с.

61. Катаев Е.М. Затвердевание стальных слитков. М.: Металлургия. 1982. 167 с.

62. Анисович Г.А. Влияние продолжительности течения металла в форме на затвердевание отливки. Литейное производство. 1997. №ПГс. 14-17.

63. Неуструев A.A., Моисеев B.C. Автоматизированное проектирование технологических процессов литья. М.: Изд. МГАТУ. 1994. 226 с.

64. Черный В.А., Неустр-уев A.A. Анализ технологии воздействия на затвердевание отливок. Литейное производство. 1997. №11. с. 12-14.

65. Неуструев A.A., Моисеев B.C. Теория формирования отливок и САПР ТП литья. Литейное производство. 1997. №11. с. 9-11.

66. Белов В.М., Казеннов С.А. Оборудование для литья стали под давлением в вакууме. Литейное производство. 1958. №11. с.17-18.

67. Кудрин H.A., Бидуля П.Н. Тепловое взаимодействие отливки с металлической формой. Литейное производство. 1965. №12. с. 25-29.

68. Чернов Н.М., Гассель К.Н., Шильников Н.В. и др. Литье под давлением в вакууме стали Х18Н9ТЛ и сплава ХН77ТЮ. Литейное производство, металловедение и обработка металлов давлением. Сб. трудов КИЦМ, выпуск 4. Красноярск. 1970. 172 с.

69. Королев В.М., Колобашкин Б.М., Жмурина В.А. и др. Высокопрочная нержавеющая сталь ВНЛ-1. Литейное производство. 1966. №6. с. 3-5.

70. Степанов В.И., Жмурина Ю.А., Никольская В.А. и др. Влияние технологии выплавки и термической обработки на структуру и технические свойства стали ВНЛ-3. Литейное производство. 1977. №10. с.11-12.

71. Способ изготовления выплавляемых моделей. В.А. Рыбкин, Р.Ф. Юсипов, Е.М. Косицын и др. A.C. 1045996.07.10.83. Бюл. №37.В22. с 7/00.

72. Установка для приготовления, поддержания в рабочем состоянии и запрессовки пастообразной модельной массы. В.А. Менделев, Г.П. Барышников, Г.Б. Топорищева и др. A.C. 1395419. 30.09.86.

73. Гречко В.Н., Глотов Е.Б. Свойства отливок из стали ВНЛ-3 по выплавляемым моделям. Литейное производство. 1996. №3. с. 18-20.

74. Чернов Н.М., Дормашева И.В., Крушенко Г.Г. Влияние способов выплавки стали на качество отливок. Литейное производство. 1968. №11. с. 26.

75. Бибиков А.М., Куликов В.А., Тен Э.Б. и др. Опыт применения керамических фильтров при литье жаропрочных сплавов. Литейное производство. 1993. №4. с. 15-17.

76. Офицеров-A.A., Заволоснов Б.С. Пенокерамические фильтры для фильтрации жаропрочных никелевых сплавов. Литейное производство. 1993. №4. с. 19-22.

77. Чернов Н.М., Игнатов А.И., Гречко В.Н. Способ изготовления фильтрующей пенокерамики. Заявка 95-100356 С 04 В 38/00.

78. Чернов Н.М. Фильтр для очистки металлов и сплавов. A.C. 337421. М С 22 В. 3/02 Бюл. №15. 1972.

79. Никишин В.А. Производство фасонных отливок из сталей и жаропрочных сплавов методом направленного затвердевания. Литейное производство. 1993. №4. с. 25-26.

80. Тимофеев Г.И. Механика сплавов при кристаллизации слитков и отливок. М.: Металлургия. 1977. 160 с.

81. Ефимов В.А., Эльдарханов A.C. Физические методы воздействия на процессы затвердевания сплавов. М.: Металлургия. 1995. 272 с.

82. A.C. 165059 СССР. Способ крепления твердосплавных пластин к литым державкам. Ю.Б. Капилевич. Опубл. 04.09.1964. Бюл. №17.

83. Чернов Н.М. Установка для литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением. ИЛ №20-8 ЦНТИ. Новосибирск. 1990. 3 с.

84. Чернов Н.М. Термостат для горячих проб магнитной индукции. Передовой пр.-техн. опыт. Межотр. реф. сб. литейное производство. Серия ТЗ, вып. 1. Москва. 1991. с. 11-13.

85. Тимофеев Г.И., Сапченко И.Г., Евстигнеев А.И. Армирование оболочковых форм вспученным перлитом. Литейное производство. 1991. №6. с. 3031.

86. Конотонов B.C., Антипенко В.Ф., Кулагина С.И. Пористые формы в ЛВМ. Литейное производство. 1998. №9. с. 21.

87. Люпис К. Химическая термодинамика материалов. Пер. с англ. под ред. Ватолина H.A., Стомахина А.Я. М.: Металлургия. 1989. 503 с.

88. Фролов Ю.Г. Курс коллоидяой-химии (поверхностные явления и дисперсные системы): учебник для вузов. М: Химия. 1982. 400 с.92.3имон А.Д. Адгезия пленок и покрытий. М: Химия. 1977. 352 с.

89. Рускол В.И. Проблемы литья по выплавляемым моделям. Литейное производство. 1992. №2. с. 19-20.

90. Гречко В.Н., Чернов Н.М., Глотов Е.Б. и др. Литье по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением в формы, упрочненные отходами ванн травления алюминиевых деталей. Авиационная промышленность. 1992. №8. с. 44-46.

91. Косицын В.М., Рыбкин В.А., Толкачев В.И. и др. Устройство для изготовления выплавляемых моделей. A.C. 14380.80. 15.12.86.

92. Степченко П.Ф., Наумов Г.И., Маколкин B.C. и др. Способ изготовления выплавляемых моделей. A.C. 1687358 В22 с 7/02. 30.10.91. Бюл. №40.

93. Анохин В.В. Химия и физико-химия полимеров. Киев: Высш. школа. Головное изд-во. 1987. 399 с.

94. Китайгородский А.И. Смешанные кристаллы. М: Наука. Главная редакция физико-математической литературы. 1983. 280 с.

95. Мухин Ж.Г., Томилов В.И., Чернов Н.М. и др. Устройство для запрессовки модельной массы в прессформу. A.C. 1555044 В22 с 7/02. 07.04.90. Бюл. №13.

96. Басов Н.И., Любартович В.А., Любартович С.А. Виброформирование полимеров. Л.: Химия. 1979. 160 с.

97. Васин Ю.П., Логиновский А.Н., Лонзингер В.А. и др. Раствор для упрочнения керамических форм. A.C. 1204320. В22 с 3/00. 15.07.86. Бюл. №2.

98. Кириллова Т.М., Иванова Т.В., Абадаев A.B. и др. Способ приготовления раствора для обработки выплавляемых моделей. A.C. 1323214. В22 с 7/02. 30.01.86. Бюл. №26.

99. Томилов В.И., Чернов Н.М., Криворотов A.A. Способ обработки модельных блоков. Патент A.C. 1632611 В22 с 9/04 07.03.91. Бюл. №9.

100. Чернов Н.М. Способ подготовки модельных блоков. Заявка на патент РФ 95-100439 В22 с 9/04. 20.04.97. Бюл. 11

101. Озеров В.А., Гаранин В.Ф., Муркина A.C. и др. Изготовление форм по выплавляемым моделям с использованием готовых этилсиликатных связующих. Литейное производство. 1990. №7. с. 18-20.

102. Стафеев В.Н., Орлов И.Г., Данилевский В.Н. и др. Автоматическая линия для изготовления многослойных оболочковых форм по выплавляемым моделям. A.C. 1207627 В22 Д 47/02, В22 с 9/04 30.01.86. Бюл. №4.

103. Заварцев H.A., Халдей М.А., Оконешников М.В. и др. Автоматическая линия изготовления форм по выплавляемым моделям. A.C. 846102 В22 с 9/04, В22 Д 47/02. 25.07.81. Бюл. №25.

104. Карпов Ю.А., Качалов В.В., Кац А.Д. Установка для нанесения огнеупорного покрытия на модельные блоки. A.C. 1284680. В22 с 9/04. 23.01.87. Бюл. №3.

105. Сокол И.Б., Беляев В.М., Будинова Л.Г. Роботизированный комплекс изготовления форм по выплавляемым моделям для цехов литья. Литейное производство. 1992. №8.

106. Кириевский Б.А., Приступа А.И., Чихочев В.В. и др. Способ нанесения суспензии на модель. A.C. 1215842 В22 с 9/04. 07.03.86. Бюл. №9. с. 18-19.

107. Шубников А.И., Нагорный В.Н., Каспревич В.Н. и Гофман И.И. Установка для нанесения огнеупорной суспензии на модельный блок. A.C. 1252017 В22 с 9/04, В22 с 23/02. 23.08.86. Бюл. №31.

108. Томилов В.И., Чернов Н.М., Криворотов A.A. Установка для нанесения суспензии на модельный блок. Патент A.C. №1636110. 04.04.88. В22 с 9/04. Бюл. №11.

109. Каталог. Прогрессивное технологическое оборудование для литейного производства. Бойлерклав для выплавления модельного" состава, мод. 64501, №8. 1991.

110. Томилов В.И., Криворотов A.A. и Чернов Н.М. Установка для выплавления модельного состава. A.C. 1811960. В22 с 7/02, 9/04. 30.04.93. Бюл. №26.

111. Иванов В.Н. Контроль при литье по выплавляемым моделям. Литейное производство. 1993. №12. с. 17-19.

112. Чернов Н.М., Гречко В.Н. Исследование гидравлической прочности оболочковых форм. Литейное производство. 1995. №6. с. 24-25.

113. Сидоренко М.Ф. Теория и технология электроплавки стали. Учебное пособие для вузов. М.: Металлургия. 1985. 270 с.

114. Чернов Н.М. Конструкция верхней плиты индукционной печи. Литейное производство. 1998. №8. с. 26.

115. Куликов И.С. Раскисление металлов. М.: Металлургия. 1975. 504 с.

116. Чернов Н.М. Технологический процесс изготовления отливок по выплавляемым моделям. ИЛ №89-91, ЦНТИ, Новосибирск, 1. 1991. 3 с.

117. Чернов Н.М., Пахоменко М.Д., Гречко В.Н., Караник Ю.А. Формирование стальных отливок по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением. Литейное производство. 1993. №4. с. 22-24.

118. Гаранин В.Ф., Озеров В.А., Муркина A.C., Куренкова O.A. Выплавление моделей из оболочковых форм. Литейное производство. 1997. №2. с. 16-19.

119. Чернов Н.М., Бусовиков В.М., Ткач И.С. Технологический процесс литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением (ЛВМКД). ИЛ №135-93. ЦНТИ. Новосибирск. 1993. 3 с.

120. Чернов Н.М., Игнатов А.И. Литье по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением. Литейное производство. 1996. №6. с. 15-17.

121. Способ литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением. Томилов В.И., Чернов Н.М., Караник Ю.А. и Гречко В.Н. Патент РФ №2048954 27.11.95. Бюл. №33.

122. Композиция для изготовления выплавляемых моделей. В.Н. Никонов и Л.И. Юсупов. A.C. 944736 В22 с 7/02 23.07.82. Бюл. №27.

123. Обсыпочный материал для керамических форм-оболочек по выплавляемым моделям. Ю.С. Синюшин, Ю.П. Перевозкин, В.Я. Ривина и др. A.C. 1419788 В22 с 1/00. 08.10.88. Бюл. №32.

124. Иванов В.Н., Чулкова А.Д. Методы контроля и исследований в литье по выплавляемым моделям. Литейное производство. 1992. №11. с. 21-23.

125. Липчин Т.Н. Эффективность упрочнения сплавов при кристаллизации под давлением. Литейное производство. 1985. №3. с. 13-15.

126. Пляцкий В.М. Штамповка жидкого металла. М.: Машиностроение. 1964.316 с.

127. Круковская Г.Н. Влияние параметров литья под низким давлением на механические свойства стали. Литье под регулируемым давлением. Сб. научн. тр. ИПЛ АН УССР. Киев. 1980. 176 с.

128. Пархутик П.А., Очеремяный B.C. Литье под давлением твердожидких алюминиевых сплавов. Литейное производство. 1976. №5. с. 25.

129. Караник Ю.А. Литье выжиманием с кристаллизацией под давлением. Литейное производство. 1990. №6. с. 15-16.

130. Устройство для получения отливок. Ю.А. Караник. A.C. 539683. В22Д 27/12 25.12.76. Бюл. №47.

131. Устройство для получения отливок литьем с кристаллизацией под давлением. Ю.А. Караник. A.C. 1008962 В22Д 18/02. 23.10.91. Бюл. №29.

132. Асташов А.Ф. Перспективы развития пресс-литья стали. Литейное производство. 1987. №4. с. 21-22.

133. Белов Б.М., Юдковский С.И. Литье под давлением деталей, получаемых из сплавов с повышенной температурой плавления. Литейное производство. 1987. №12. с. 13-14, ------------------------------

134. Рыжиков A.A., Микрюков P.A. Фасонные отливки из суспензионной стали. Литейное производство. 1968. №6. с. 1-2.

135. Макельский М.Ф. Литниковые системы при литье под давлением. Литейное производство. 1967. №9. с. 11-14.

136. Рыжиков A.A., Сорокин Л.Д. Влияние давления на структуру и свойства литой штамповой стали 5ХНТ. Литейное производство. 1966. №12. с. 25.

137. Бобров В.И., Батышев А.И., Бидуля П.Н. Прессование стальных отливок во время кристаллизации. Литейное производство. 1967. №4. с. 1-3.

138. Бидуля П.Н., Злодеев В.Н. Стальные прессованные отливки. Литейное производство. 1967. №4. с. 43-44.

139. Бидуля П.Н., Новрузов Г.Н., Косум-Заде Н.Г. Влияние прессования при кристаллизации на графитизацию чугуна. Литейное производство. 1967. №9. с. 41.

140. Зубов Л.А. Штамповка тонкостенных деталей из жидкой стали. Литейное производство. 1966. №2. с. 39-40.

141. Зубов Л.А., Беган Л.И. Штамповка деталей из жидкой стали с заполнением формы под давлением. Литейное производство. 1965. №4. с. 38-39.

142. Марширов В.В. Метод определения границ суспензионного питания отливок. Литейное производство. 1989. №10. с. 11-12.

143. Способы заливки снизу форм с вертикальной плоскостью разъема. Y. Cambell. Доклад на 60-м Международном конгрессе литейщиков. Гаага.1993. Б.М.Рубинчик. Литейное производство, с. 25-27.

144. Влияние пористости на усталостные характеристики различных отливок / Е. Bjöckergen и др. (Швеция). Доклад на 60-м Международном конгрессе литейщиков. Гаага. 1993. В.И.Рускол. Литейное производство.1994. №7. с. 25-27.

145. Бабаскин Ю.З. Структура и свойства литой стали. Киев: Наук, думка. 1980.240 с.

146. Шинский О.И. Новое в теории и практике литья по газифицируемым моделям. Литейное производство. 1998. №7. с. 31-34.

147. Сапченко И.Г., Евстигнеев А.И., Верхатуров А.Д. Структура и свойства отливок,-получаемых ЛВМ. Литейное производство. 1998. №9. с. 22-23.

148. Варьян С.М., Шестаков Н.В., Линченко Т.Н. Область применения способов литья под регулируемым газовым давлением. Литейное производство. 1987. №7. с. 23-25.

149. Бедель В.К., Тимофеев Г.И. Литье под низким давлением. Изд 2-е пе-рераб. и доп. Машиностроение. 1968. 259 с.

150. Белов В.М., Гассель K.M., Коган М.Г. Критическая скорость заполнения форм сталью при литье под давлением. Литейное производство. 1964. №5. с. 11-13.

151. Чернов Н.М., Лазебный Ю.Т. Особенности литья в кокиль колес гидротрансформатора. Литейное производство. 1970. №7. с. 36-38.

152. Бидуля П.Н., Василевский П.Ф., Головач Ю.Ю. Исследование кристаллизации и движения жидкой стали в каналах литниковой системы. Литейное производство. 1965. №7. с. 19-21.

153. Курчман Б.С. Особенности отливки деталей из жаропрочных сплавов методом точного литья по выплавляемым моделям. Методы получения отливок повышенной точности. Сб. МДНТП. М.: Машгиз. 1958. 142 с.

154. Филиппов И.И., Кузьмин С.И. Особенности литья жаропрочных сплавов по выплавляемым моделям. Методы получения отливок повышенной точности. Сб. МДНТП. М.: Машгиз. 1958. 142 с.

155. Ноговицын Б.Ф. Основы расчета и проектирования машин для литья под давлением. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та. 1987. 128 с.

156. Беликов O.A., Каширцев И.П. Приводы литейных машин. М.: Машиностроение. 1971. 311 с.

157. Чернов Н.М., Игнатов А.И., Гречко В.Н. Литье алюминиевых заготовок по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением. Литейное производство. 1995. №2. с. 12-13.

158. Казенное С.А. Особенности структуры и механических свойств стальных деталей, отлитых по выплавляемым моделям. Методы получения отливок повышенной точности. Сб. МДНТП. М.: Машиностроение. 1958. 142 с.

159. Хенкин МЛ. Механические свойства отливок по выплавляемым моде- лям. Методы получения отливок повышенной-точности. Сб. МДНТП. М. :

160. Машиностроение. 1958. 142 с.

161. Чернов Н.М. Литье по выплавляемым моделям алюминиевого чугуна. Литейное производство. 1994. №2. с. 18.

162. Куприянов Ю.Н., Глотов Е.Б., Навалихина Г.Д. Свойства отливок из магниевых сплавов, полученных по выплавляемым моделям. Литейное производство. 1996. №3. с. 23-26.

163. Глотов Е.Б., Иванов Ю.А., Гречко В.Н. Литье магниевых сплавов по выплавляемым моделям. Литейное производство. 1996. №3. с. 21-22.

164. Васькин В.В., Кропотин В.В., Обухов A.B. и др. ЛВМ-3 автоматизация технологии литья. Литейное производство. 1990. №10. с. 3-4.

165. Мусияченко A.C., Соловьев Е.П., Кошкин B.B. Исследование режимов заполнения формы на прозрачной модели. Литейное производство. 1987. №1. С. 12-14.

166. Процесс заполнения форм тонкостенных отливок. G. Vander Graaf. Доклад на 60-м Международном конгрессе литейщиков. Гаага. 1993. Н.А.Мельников. Литейное производство. 1994. №7. С. 33-34.

167. Устройство для литья с кристаллизацией под давлением. Чернов Н.М. Патент РФ 2116865 10.08.98. Бюл. №22.

168. Чернов Н.М., Гречко В.Н. Изготовление отливок из стали ВНЛ-3 по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением. Литейное производство. 1999. №2. С. 34-35.

169. Братухин А.Г., Кривов Н.Л., Качанов Е.Б. Расширение производства точных отливок по выплавляемым моделям. Литейное производство. 1993. №6. С. 25-26.

170. Крук С.И., Сагалевич В.М. Высокотемпературная газостатическая обработка литейных конструкционных материалов. Литейное производство. 1992. №3. С. 12-14.

171. Мельников H.A. Производство плотных термоупрочненных отливок из алюминиевых сплавов литьем под давлением. Литейное производство. 1997. №12. С. 15-21.

172. Галдин Н.М. Литниковые системы для отливок из легких сплавов. М.: Машиностроение. 198 с.

173. Галдин Н.М., Чистяков В.В., Шапульский A.A. Литниковые системы и прибыли для фасонных отливок. М.: Машиностроение. 1992. 256 с.

174. Дубицкий Г.М. Литниковые системы. М.: Машгиз. 1962. 254 с.

175. Чекуров В.В., Ринберг И.Р., Шкляров А.Ю. и др. Способ подготовки пластин из твердого сплава. A.C. 1163977 30.06.85. Бюл. №24.

176. Мамлеев В.Ф., Ланда М.И. и Куйбышев О.И. Способ получения инструмента литьем. A.C. 1292256 В22Д 19/06 17.02.83.

177. Савинов Ю.П., Чернов Н.М., Игнатов А.И., Гречко В.Н. Литой биметаллический режущий инструмент. Литейное производство. 1998. №1. С. 27-28.

178. Савинов Ю.П., Гречко В.Н., Чернов Н.М., Игнатов А.И. Способ изготовления биметаллического режущего инструмента. Патент РФ №2096128 В22Д 19/06 20.11.97. Бюл. №32.

179. Савинов Ю.П., Гречко В.Н., Чернов Н.М., Игнатов А.И. Способ изготовления биметаллического режущего инструмента. Патент РФ №2105637 В22Д 19/06 27.02.98. Бюл. №6.

180. Чернов Н.М., Аксенов В.А., Бабкин В.Г. Расчет-тепловых условий и гидродинамических параметров литья стали по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением. Вестник КГТУ. Выпуск 15. Серия Машиностроение. Красноярск. 1999.С. 129-133.

181. Чернов Н.М., Савинов Ю.П., Бабкин В.Г. Литье биметаллических композитов на основе стали по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением. Вестник КГТУ. Выпуск 15. Серия Машиностроение. Красноярск. 1999. С . 3-7.

182. Борисов Г.П. Влияние способа приложения и динамики нарастания давления на формирование алюминиевых отливок. Литейное производство. 1989. №9. С. 11-13.

183. Демченко Г.М., Шестаков Н.В., Володин Н.В. Универсальное оборудование для литья под регулируемым давлением. Литейное производство. 1992. №11. С. 24-26.

184. Чернов Н.М., Томилов В.И., Тюрикова В.И. Огнеупорный материал для изготовления форм по выплавляемым моделям. Заявка на патент РФ 95100379 В22. С 1/00. 20.04.97. Бюл. 11.

185. Чекуров В.В. Структура и свойства литых биметаллических композиций для инструментов. Металловедение и термическая обработка металлов. 1991. №5. С. 17-22.

186. Озеров В.А. Выплавляемые модельные составы из США. Литейное производство. 1999. №2. С.37.

187. Свидетельство на полезную модель №12727 7F27B 14/оо. Индукционная плавильная печь. Чернов Н.М. 27.01.2000. Бюл. №3.

188. Чернов Н.М. Плавка стали ВНЛ-3 в открытой индукционной печи -Литейное производство,200Q №3. С. 23-24.

189. Чернов Н.М. Многослойные оболочковые формы. Литейное производ-ство.2С00, №3. С. 38-39.

190. Чернов Н.М. Устройство расширяющейся вверх закрытой прибыли. Литейное производство.200(. №3. С. 50.191