Теоретичні та технологічні основи виготовлення виливків з алюмінієвих сплавів в екологічно безпечні низькотемпературні кварцові форми

Abstract

Солоненко Людмила Ігорівна. Теоретичні та технологічні основи виготовлення виливків з алюмінієвих сплавів в екологічно безпечні низькотемпературні кварцові форми. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.16.04 – Ливарне виробництво. – Одеський національний політехнічний університет Міністерства освіти і науки України, м. Одеса, 2018 – Національна металургійна академія України Міністерства освіти і науки України, м. Дніпро, 2018. Дисертаційна робота присвячена теоретичним та технологічним узагальненням в рамках рішення науково-технічної проблеми підвищення і стабілізації розмірної точності виливків з алюмінієвих сплавів загально машинобудівного призначення, які виготовляють в низькотемпературних екологічно безпечних формах, шляхом визначення закономірностей формування властивостей і кінетики руйнування форм, оптимізації складу суміші, що зумовлює підвищення і стабілізацію точності лиття і, відповідно, скорочення тривалості і об’єму подальших технологічних операцій. В результаті теоретичних і експериментальних досліджень в області технології лиття в НТФ були знайдені нові наукові рішення та отримані нові практичні результати. Встановлено закономірності комплексного впливу компонентів НТС, виготовленої на основі кварцового піску та глин, відповідно, Вільногірського, Просяновського та Дашуковського родовищ (Україна), їх природи, особливостей підготовки до використання і умов виготовлення НТФ на їх властивості. Для підвищення міцності і зниження обсипальності для виробництва НТФ слід використовувати суміш піску марки 1К3О3016 Вільногірського родовища з 5% водопровідної води і 5% бентонітової глини при початковій температурі не вище –19...–20 °С. Природа глини, її вміст в формувальній суміші, а також спосіб підготовки води і глини до формування мають вирішальний вплив на міцність і обсипальність НТФ. Найбільшу міцність та найменшу обсипальність має суміші піску з 5% кип'яченої води і з 5% набряклої бентонітової глини. Трохи нижче аналогічні показники у сумішей з ненабряклими глинами та газованою СО2 водою. Середню міцність і одну з найменших обсипальностей має суміш піску з 5% водопровідної води і з 5% набряклої бентонітової глини. Встановлені закономірності кінетики руйнування НТФ попередньо охолоджених до –15 С при температурі навколишнього повітря +201С і безперервному динамічному впливу на них. Досліджено кінетику і розроблено опис етапів руйнування НТФ в умовах динамічного впливу на них. Вирішальними параметрами НТФ з точки зору її руйнування в умовах динамічного впливу є природа глини та вміст газів, що розчинені у воді. З цієї точки зору найбільш технологічними є НТФ з 90% кварцового піску, 5% кип'яченої води і 5% набряклої бентонітової глини. Для виливків з алюмінієвих сплавів встановлені закономірності впливу співвідношень розмірів елементів ливникової систем, параметрів виливка і умов заливки на максимально-припустиму масу розплаву, що пройшла через один погонний сантиметр ширини живильника у межах 0,025…0,174 кг/(ссм) та на руйнування НТФ при її заливанні. Тривалість існування первинної ливарної кірки на галтелі живильника зростає з пониженням швидкості течії розплаву в живильнику, а також зі збільшенням радіуса галтелі і товщини живильника. У той же час, максимально-припустима маса розплаву, що пройшла через живильник з розрахунку на його погонний сантиметр, підвищується зі зростанням швидкості течії розплаву в живильнику, товщини живильника практично не залежить від радіуса галтелі. Розроблені аналітичні залежності та симплекс-номограми, використання яких дозволяє розрахувати розміри живильників ливникової системи виходячи з умов заливки НТФ розплавом алюмінієвого сплаву. Це, в порівнянні з виливками, що виготовляють в ПГФ, дозволило не тільки підвищити точність розмірів виливків в 2,5...3,0 рази, але скоротити дефектність лиття по засміченню більш ніж у 8 разів. Для сплаву АК5М2 встановлені закономірності впливу НТС, виготовленої на основі піску Вільногірського та глини Дашуковського родовища, на його ливарні властивості та якість виливків. Невисоке передусадкове розширення виливків в НТФ в порівнянні з виливками, що виготовляються в ПГФ, свідчить про низьку ймовірність виникнення в виливках гарячих тріщин. Зниження температури форми з вологістю 5…10% від +20 до –20 *С призводить до зростання вільної лінійної усадки від 1,48…1,5% до 1,54…1,88%. У той же час, утруднена лінійна усадка зменшується від 1,22…1,28% до 1,14…1,22%. Тобто основними чинниками, що впливають на протікання процесів вільної і утрудненої лінійної усадки в НТФ є жорсткість форми і її теплоакумулююча здатність. При литті в НТФ найбільша рідиноплинність алюмінієвих сплавив спостерігається при –20 С. При цьому зі зниженням початкової температури НТФ шорсткість поверхні виливків зі сплаву АК5М2 знижується, тобто підвищується клас чистоти їх поверхні від 4-го класу при початковій температурі НТФ –20 °С до 5-го класу при початковій температурі НТФ –40 °С.