національна академія наук України

фізико-технологічний інститут металів та сплавів

ліпецька юлія анатоліївна

УДК 674.74.045:673.3

протипригарні покриття на основі пірофіліту

для лиття алюмінієвих сплавів за моделями,

що газифікуються

Спеціальність 05.16.04 – Ливарне виробництво

автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Фізико-технологічному інституті металів та сплавів НАН України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Шинський Олег Йосипович.

Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України,

заступник директора з наукової роботи

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор,

член-кореспондент НАН України,

Борисов Георгій Павлович.

Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України,

завідувач відділу

кандидат технічних наук

Андерсон Валерій Августович.

ВАТ “КАМЕТ - ТАС”,

завідувач відділу

Провідна організація: Національний технічний університет України

“Київський політехнічний інститут” Міністерства

освіти і науки України, кафедра ливарного виробництва, м. Київ

Захист відбудеться " 21 " грудня 2006 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.232.01 при Фізико-технологічному інституті металів та сплавів НАН України за адресою:

03680, МСП м. Київ-142, б-р. Вернадського, 34/1.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Фізико-технологічного інституту металів та сплавів НАН України за адресою: 03680, МСП м. Київ-142, б-р. Вернадського, 34/1.

Автореферат розіслано 19.11.2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 26.232.01

доктор технічних наук М.І. Тарасевич

1

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Однією з основних задач ливарного виробництва є забезпечення машинобудівного комплексу литими виробами, які мають високу надійність в експлуатації та низьку металоємність. У зв'язку з цим в світовій ливарній практиці і машинобудуванні широко використовуються литі вироби з алюмінієвих сплавів, річний об'єм світового виробництва і споживання яких досяг вже 17 млн. тонн, а в Україні – 40 тис. тон. Зростання обсягів виробництва та споживання виливків з алюмінієвих сплавів до світового рівня в промисловості України можливе лише при застосуванні сучасних методів лиття, до яких відноситься і різновиди лиття за моделями, що газифікуються. Використовування цього методу дозволяє підвищити розмірну точність та понизити шорсткість поверхні складних крупногабаритних виливків з алюмінієвих сплавів, які особливо широко використовуються в авіації, автомобіле- і тракторобудуванні та військовій техніці.

Саме противопригарне покриття (ПП) грає головну роль у формуванні якості поверхні виливків з алюмінієвих сплавів, отриманих за моделями, що газифікуються, оскільки воно не тільки зменшує ступінь пригару виливок та формує шорсткість його поверхні, а також застерігає утворення дефектів поверхні, які формуються під впливом взаємодії металу з продуктами термодеструкції полістиролу.

Проблема зменшення шорсткості, дефектів поверхні, підвищення розмірної точності виливків, при отриманні їх у вакуумованих формах при литті за моделями, що газифікуються, може бути вирішена шляхом створення нових протипригарних покриттів для пінополістиролових моделей.

Тому дослідження закономірностей взаємодії металу з протипригарним покриттям в процесі заливання та тверднення, формування якісної поверхні виливків з алюмінієвих сплавів і створення на цій основі покриттів з

використовуванням сировинної бази України є важливою та актуальною задачею

для теорії і практики ливарних процесів.

2

Роботу виконано відповідно до держбюджетних науково-дослідницьких програм НАН України, як: тема №480 “Розробити методи оптимізації та управління процесами структуроутворення і якістю виливків на базі методів імплантації модифікуючих, легуючих та армуючих компонентів у форму з піномоделлю, що газифікуюється” (РК №0101И004583), тема №485 “Розробка технології виробництва виливків з алюмінієвих сплавів литтям під комбінованим електромагнітним та пневматичним тиском” (РК №0102И002162), тема №501 “Створення теоретичних основ та технологічних методів підвищення об’ємних і поверхневих властивостей литих виробів з чорних та кольорових сплавів” (РК №0102И006822) та в обсязі науково-технічної програми Держкомітету з науки і інтелектуальної власності України “Ресурсозбережувальні технології в металургії”.

Мета роботи. Метою дисертаційної роботи є розробка нових складів екологічно чистих протипригарних покриттів на водній основі, які використовуються при литті алюмінієвих сплавів за моделями, що газифікуються, а також технологія їх виготовлення.

Для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі були вирішені наступні задачі:

- проведено класифікацію основних параметрів, які визначають якість протипригарних покріттів та виливків, отриманих при литті за моделями, що газифікуються (ЛГМ - процес);

- розроблено та адаптовано методику визначення газопроникності, змочуваності і газотвірності протипригарних покриттів;

- вперше проведена оцінка впливу фазового складу полістиролу при визначені умов формування пригару при литті кольорових сплавів за моделями, що газифікуються;

- розроблено нові протипригарні покриття для лиття алюмінієвих сплавів за моделями, що газифікуються;

- розроблено технологію приготування та використання нових покриттів для лиття алюмінієвих сплавів за моделями, що газифікуються;

3

- проведено дослідно-промислову перевірку та застосовано у виробництві створені протипригарні покриття при одержанні виливків з алюмінієвих сплавів за моделями, що газифікуються.

Об'єкт дослідження: процес лиття алюмінієвих сплавів за моделями, що газифікуються.

Предмет дослідження: протипригарні екологічно чисті покриття, на основі перліту і пірофіліту та технологія їх виготовлення.

Методи дослідження: При виконанні роботи були залучені наступні методи: експериментальні методи визначення газотвірності, газопроникності, седиментаційної стійкості, змочуваності покриття рідкими продуктами термодеструкції полістиролу, оцінки макро- та мікроструктури литих заготовок алюмінієвих сплавів. А також в роботі розроблена автором методика визначення газопроникності протипригарних покриттів.

Наукова новизна.

1. Уточнено механізм формування пригару, вперше проведена оцінка впливу фазового складу полістиролу при визначені умов формування пригару при литті кольорових сплавів за моделями, що газифікуються.

2. Проведено аналіз основних параметрів протипригарних покриттів (газопроникність, газотвірність, змочуваність, міцність, зносостійкість), які визначають якість виливків, отриманих при литті за моделями, що газифікуються та розроблена їх класифікація.

3. Встановлені закономірності впливу типів вогнетривких наповнювачів протипригарних покриттів (пірофіліту і перліту) та їх співвідношення на величину

та кінетику зміни їх газопроникності, газотвірності, технологічних характеристик та їх вплив на шорсткість і розмірну точність виливків з алюмінієвих сплавів.

4. Визначено закономірності впливу співвідношення пірофіліту і перліту на умови твердіння та формування структури і механічних властивостей виливків з алюмінієвих сплавів.

4

Практична цінність.

Розроблені нові протипригарні покриття на основі пірофиліту та перліту, які забезпечують необхідну розмірну точність та якість поверхні виливків з алюмінієвих сплавів.

При впровадженні розроблених протипригарних покриттів і технологій їх використанні в умовах дослідного виробництва ФТІМС НАН України та МНДВП „МЕКОЛ” річний економічний ефект становить 25500 грн. Запропоновано їх використання у серійному виробництві (виливки робочих органів насосів і арматури).

На захист виносяться:

- методики визначення газопроникності, газотвірності, змочуваності покриттів продуктами термодеструкції полістиролу;

- дослідження впливу типів вогнетривких наповнювачів протипригарних покриттів і їх співвідношення на величину і кінетику зміни їх газопроникності, газотвірності, теплофізичних характеристик, а також на величину пригару на поверхні виливків;

- результати про вплив типів вогнетривких наповнювачей протипригарних покриттів і їх співвідношення на шорсткість і розмірну точність виливків, а також на умови твердіння, формування структури та механічні властивості сплавів;

- оцінка впливу фазового складу полістиролу при визначенні умов формування пригару при литті кольорових сплавів за моделями, що газифікуються;

- склад протипригарних покриттів на основі пірофіліту та перліту, які забезпечують оптимальні умови формування виливків;

- технологічний процес отримання та використання протипригарних покриттів при литті за моделями, що газифікуються.

Особистий внесок здобувача. – Здобувачем запропоновані нові протипригарні покриття на основі перліту та пірофіліту для лиття алюмінієвих сплавів за моделями, що газифікуються. Проведена оцінка впливу фазового складу полістиролу при визначені умов формування пригару при литті кольорових сплавів

5

за моделями, що газифікуються. Дослідженно впливу типів вогнетривких наповнювачів протипригарних покриттів і їх співвідношення на величину і кінетику зміни їх газопроникності, газотвірності, седиментаційної стійкості та змочуваності покриття рідкими продуктами термодеструкції полістиролу.

Обговорювання результатів досліджень та формування основних висновків і рекомендацій виконані спільно з науковим керівником.

Апробація результатів роботи. Основні положення і результати дисертації доповідались та обговорювались на: міжнародному науково-технічному конгресі “Шляхи відродження ливарного виробництва в Україні на початку нового тисячоліття”, Київ, 2001; міжнародному науково-технічному конгресі “Ливарне виробництво у новому столітті – як перемогти у конкуренції” , Київ, 2002; науково-практичній конференції молодих вчених “Металознавство та обробка металів”, Київ, 2003; Всеросійській науково-практичній конференції “Литейное производство сегодня и завтра”, Санкт-Петербург, Росія, 2003; міжнародному

науково-технічному конгресі “Ливарне виробництво: високоякісні виливки на основі ефективних технологій”, Київ, 2004.

Публікації. За темою дисертації було опубліковано 7 друкованих праць, з них 4 у виданнях, рекомендованих ВАК, та одержано 1 патент України на винахід.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел з 108 найменувань,

4 додатків. Дисертаційна робота містить 123 сторінок основного тексту, 56 рисунків22 таблиці, 32 формули.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність роботи, визначені мета та задачі досліджень, сформульовані наукові положення, що виносяться на захист, та їхнє практичне значення.

6

В першому розділі проведено літературний огляд перспективних складів і технологій отримання протипригарних покриттів у тому числі для кольорових сплавів при литті за ЛГМ - процесом. Встановлені відмінності в технологіях приготування ПП для лиття чорних та кольрових сплавів, класифіковані схеми отримання та застосування ПП. Доведено, що протипригарні покриття для лиття кольорових сплавів, за моделями, що газифікуються які застосовуються зараз, мають хороші технологічні характеристики, але деякі з них, такі як газотвірність, змочуваність, седиментаційна стійкість не відповідають вимогам, що до цих показників.

В другому розділі класифіковані фізико-механічні та технологічні властивості ПП, які впливають на якість поверхні виливків. Представлена нова методика вимірювання газопроникності ПП за допомогою металевої гільзи (рис. 1) на стандартному приладі моделі 042. Наведені також стандартні та адаптовані методики вимірювання газотвірності ПП, змочуваності їх рідкою фазою пінополістиролу, в'язкості, густини та седиментаційної стійкості ПП, досліджено впливу ПП на утворення пригару, наявність поверхневих дефектів, шорсткості поверхні, макро-, мікроструктури та механічних властивостей виливків.

Рис.1. Ескіз металевої гільзи для визначення газопроникності покриття на стандартному приладі 042:

1- натискна гайка; 2- кільце; 3- гумові прокладки; 4- сітка з покриттям; 5- гільза.

В третьому розділі досліджені характеристики нових протипригарних покриттів на водній основі з пірофілітом та перлітом для лиття алюмінієвих сплавів за ЛГМ - процесом. В якості в'яжучого використовували декстрин, а в якості стабілізатора – бентоніт.

7

При аналізі отриманих експериментальних даних встановлено, що газопроникність ПП на основі перліту та пірофіліту в різних пропорціях змінюється від 27,0 до 12,2 од відповідно. Газопроникність покриттів, які використовувались для лиття за моделями, що газифікуються, нижча у 0,5 - 3 разів запропонованих покриттів, де частка пірофіліту у вогнетривкому наповнювачі більш 70% (рис. 2), а це перешкоджає міграції рідких, парогазових продуктів з контактної зони ''метал - покриття" у форму і призводить до формування пригару, газових раковин на поверхні виливків. При цьому треба відзначити, що газопроникність покриттів, які містять від 70% до 100% пірофіліту (13,3 і 12,2 од), знаходиться в заданих межах для ПП ЛГМ - процесу (8 - 15 од) саме вони і можуть бути рекомендовані з точки зору оптимальної газопроникності.

Згідно з експериментальними даними дослідження газотвірності ПП на основі перліту та пірофіліту (рис. 3) встановлено, що найбільше значення цієї характеристики має покриття №1 (193,91 мл газу / 1 г проби), в якому як вогнетривкий наповнювач використовували 100% перліту (рис. 3). Це значення на

300% перевищує величину газотвірності покриттів №4 і №5 (45,58 і 47,47 мл газу / 1 г проби), де частка пірофіліту перевищує 70%. Таке високе значення газотвірності (зміст перліту > 70%) у вогнетривкому наповнювачі можна пояснити внутрішньою комірчастою структурою зерна перліту, де є велика кількість пор, заповнених повітрям і насичених вологою, яка при тепловому ударі різко збільшує свій об'єм. При зниженні вмісту перліту в ПП за рахунок збільшення вмісту пірофіліту, газотвірність знижується від 70,78 до 47,47 мл/г, що так само підтверджує гіпотезу про наявність надмірних газотвірних продуктів в порах перліту (рис. 3).

Отримані вперше дані про газотвірність ПП використані при оптимізації їх складів і можуть бути застосовані при розрахунку і регулюванні тиску в зазорі ''метал-модель'', а також при визначенні величини шкідливих викидів при формуванні системи екологічної безпеки.

8

Рис. 2. Значення газопроникності протипригарних покриттів з різними вогнетривкими наповнювачами: 1- перліт 100%; 2- перліт-пірофіліт 70% / 30 ; 3- перліт-пірофіліт 50% / 50%; 4- перліт-пірофіліт 30% / 70%; 5- пірофіліт 100%; 6- перліт-маршаліт 50% / 50%; 7- дістен-силіманіт; 8- цирконовий концентрат; 9- електрокорунд.

Рис. 3. Газотвірність протипригарних покриттів з різними вогнетривкими наповнювачами: 1- перліт 100%; 2- перліт-пірофіліт 70% / 30%; 3- перліт-пірофіліт 50% / 50%; 4- перліт-пірофіліт 30% / 70%; 5- пірофіліт 100%.

9

Результати експериментів показали, що найбільше значення краєвого кута змочуваності рідкої фази (РФ) полістиролу має покриття з вмістом 100% пірофіліту у вогнетривкому наповнювачі (?=131 0), а найменше значення – покриття на основі 100% перліту (?=123 0). Проте слід зазначити, що всі нові покриття добре

змочуються РФ полістиролу, а це дозволяє виключити концентроване накопичення РФ і локальне утворення дефектів з боку ПП. сформувати рівомірний гарнісажний шар з піровуглецю. Оскільки піровуглець має високу вогнетривкість і не змочується алюмінієвими сплавами, то це створює умови для отримання якісної поверхні виливків без пригару.

Аналіз впливу вогнетривкої складової нових протипригарних покриттів на шорсткість поверхні і структуру виливків показав, що шорсткість поверхні зростає із збільшенням вмісту перліту у вогнетривкому наповнювачі . У покриттів №4 і №5 із вмістом 100% пірофіліту та пірофіліта понад 70% і перліту до 30% не спостерігалося утворення пригару, покриття легко відділялися від виливків після вилучення їх з форми. Наявність покриття №1 (на основі перліту) сприяло утворенню пригару на виливках, який важко відокремлювати. Це можна пояснити комірчастою структурою спученого перліту, в порах якого може залишатися значна

частина кристалізаційної вологи, яка виділяється при температурі 600-700 0С і протидіє фільтрації РФ, що веде до утворення газових дефектів та пригару на поверхні виливків з алюмінієвих сплавів.

Шорсткість Rz поверхні виливків з алюмінієвих сплавів яка вимірювалась за допомогою профілометра, змінюється в досліджуваному інтервалі складів ПП від 40 до 12 мкм. Слід зазначити, що, застосовуючи ПП з пірофіліту та домішками у вигляді перліту (до 30%), можна одержувати виливки з алюмінієвих сплавів з

шорсткістю менше 12мкм, тобто нижчою ніж в піщаних, оболонкових та металевих формах.

Були також вивчені інші технологічні властивості ПП, такі як в'язкість, седиментаційна стійкість , густина ПП, які знаходились у границях 13 - 17 с, 98 - 100 %, 1,07 - 1,49 г/см3 відповідно. Для підвищення седиментаційної стійкості в

10

ПП вводили альгінат натрію в кількості 0,5% від маси готового покриття, що дало змогу підвищити седиментаційну стійкість створених ПП до 97%.

В розділі також уточнено механізм формування пригару та вперше проведена оцінка впливу фазового складу полістиролу при визначені умов формування пригару при литті кольорових сплавів за моделями, що газифікуються.

Механізм пригароутворення при литті за моделями, що газифікуються, визначається газовим режимом форми, тепломасопереносом в ній, а також накопиченням РФ в порах ПП і може бути представлений в наступному вигляді (рис. 4).

В період заповнення форми розплавом під дією його теплової енергії відбувається деструкція ГМ (3) з утворенням РФ (6). При цьому остання під дією конвективних потоків, що розвиваються в розплаві, зміщується на контактну поверхню системи ''метал-покриття''. За рахунок наростаючого металостатичного тиску (рис. 4) РФ заповнює порові канали (4) ПП (5). Після заповнення каналів відбувається подальша термодеструкція РФ до ПГФ і формування скориночки

тверднучого металу товщиною ?. Тут мають місце два випадки: перший, коли до моменту повної газифікації РФ і повного або часткового виділення газів

відповідно з ПП утворюється тверда скориночка ?, яка перешкоджає проникненню металу в ПП та форму, і другий, коли скориночка ? не утворюється. В останньому випадку рідкий метал проникає в ПП та форму, що сприяє утворенню механічного пригару.

На підставі представленої фізичної моделі формування пригару при литті кольорових сплавів за моделями, що газифікуються, нами запропоновані математичні методи розрахунку, в першу чергу коефіцієнта насичення РФ пор ПП (В5), який враховує густину пінополістиролової моделі, густину РФ, ступінь

газифікації піномоделі, коефіцієнт пористості, товщину ПП, а також приведену товщину стінки виливка.

11

Рис. 4. Фізична модель взаємодії металу з продуктами термодеструкції газифікованої моделі в системі ''метал-модель-форма'':

1- формувальний матеріал; 2- зазор ''метал-модель''; 3- газифікована модель; 4- порові канали; 5- протипригарне покриття; 6- рідка фаза термодеструкції моделі.

В5= (1)

де - густина ГМ і РФ відповідно, кг/м3; - ступінь газифікації моделі ?0,1(для алюмінієвих сплавів); - коефіцієнт пористості ПП; - товщина ПП, м; 1- приведена товщина виливка, м; В5- коефіцієнт насичення РФ пор ПП.

Аналіз отриманих результатів експериментів дозволив установити, що при литті кольорових сплавів за ЛГМ - процесом ймовірність існування області, де спостерігається 100% насичення ПП рідкою фазою, складає 0,99. Це дозволяє стверджувати, що протипригарне покриття в період заливки заповнено рідкою фазою, що утворилася в процесі термодеструкції моделі.

12

Умови можливого проникнення металу в порові канали ПП та форму під впливом сумарного газового тиску Рф в зазорі "метал – модель" і металостатичного тиску Yi, визначаються системою рівнянь (2), (3):

, (2)

?1== (3)

де - густина ГМ, кг/м3; - приведена товщина стінки виливка, м; - швидкість евакуації газів з вакуумованої форми, м/с; - відповідно температури поверхні форми, сплаву, що затвердів, кристалізації сплаву, зовнішнього середовища, К; - теплоємність та теплота кристалізації сплаву, Дж/кг·К, Дж/к - теплоакумулююча здатність форми, Вт·с0,5/м2·К.

Аналіз розрахункових даних, отриманих згідно рівнянь (2) - (3), показав, що наявність РФ в порах ПП визначає умови, які перешкоджають проникненню розплаву в ПП до формування прошарку ?1 понад 1мм, що виключає утворення пригару на поверхні виливків.

Отже, умови формування пригару на поверхні виливків при литті кольорових сплавів за моделями, що газифікуються, визначаються аналітичними залежностями (2) - (3), а його відсутність приводе до виконання умов, коли коефіцієнт насичення РФ пор ПП дорівнює 1, а товщина прошарку затверділого металу ?1 більше 1мм.

В четвертому розділі досліджено вплив ПП на якість виливків з алюмінієвих сплавів, у т.ч. на умови формування мікро- і макроструктури, механічних характеристик та специфічну дефектність поверхні литих заготівок.

Так в результаті досліджень впливу складів ПП на якість поверхні виливків з алюмінієвих сплавів АК7, АК12 і АК5М2 було встановлено, що мінімальну площу легко відокремлюванного пригару мають виливки, пінополістиролові моделі яких були покриті фарбою на основі пірофіліту, а максимальну – виливки отримані із застосуванням ПП на основі перліту, що пояснюється високою пористостю наповнювача, низькою швидкістю формування прошарку, що веде до передчасної міграції РФ з пор ПП.

Металографічні дослідження макроструктури зразків виливків з алюмінієвого сплаву АК12 показало, що рівномірну, дрібнозернисту структуру з розміром зерен близько 2 мм має зразок виливка, ГМ якого була покрита фарбою на основі 100% пірофіліту (рис. 5, б) і близька до структури зразків одержаних з використанням високо теплопровідного (2,7 ккал/м·ч·град при температурі 100 0С) цирконового концентрату (рис. 5, а). Грубо дисперсна структура зразків одержаних з використанням низько теплопровідного перліту ( 0,2 ккал/м·ч·град при температурі 100 0С) (рис. 5, в) підтверджує вплив теплопровідності наповнювача ПП на умови твердіння виливків.

а) б) в)

Рис. 5. Макроструктура зразків виливків із сплаву АК12 (товщина стінки 10 мм) з використанням різних вогнетривких наповнювачів в протипригарному покритті: а) – фарба на основі циркону; б) – пірофіліту; в) – перліту. (збільшення х200 разів)

Кількісний аналіз даних про якість поверхні виливків з алюмінієвих сплавів показав, що із збільшенням товщини стінки виливків зростає і питомий об'єм дефектів Di (пригар, газові пузирі) на їх поверхні, незалежно від типу алюмінієвого сплаву. Так установлено, що при литті алюмінієвих сплавів АК7, АК12, АК5М2 кількість дефектів на поверхні виливків з підвищенням вмісту перліту з 30% до 100% у ПП зростає з 35 мм3/м2 до 70 мм3/м2 ( кр.3,4,6, рис. 6), що у 2,2 - 3,8 раз вище

14

ніж при використанні ПП з пірофілітом. Одночасно слід відзначити. що при використанні ПП з пірофілітом кількість поверхневих дефектів Di практично не залежить від товщини стінки виливка ( кр.2, рис. 6) їх на 10 -15% менше чим при використанні циркону у ПП ( кр.1, рис. 6).

R, мм

Рис. 6. Вплив товщини стінки виливків і вогнетривкого наповнювача в ПП на об'єм поверхневих дефектів алюмінієвого сплаву АК5М2. Вогнетривкий наповнювач: 1- цирконовий концентрат; 2- пірофіліт; 3- перліт-пірофіліт в співвідношенні 1/2; 4- перліт-пірофіліт в співвідношенні 1/1; 5- перліт-пірофіт в співвідношенні 2/1; 6- перліт.

Таким чином, аналіз отриманих даних, наведених в четвертому розділі дозволяє встановити і підтвердити вплив ПП на формування якості поверхні і структури виливків з алюмінієвих сплавів і оптимізувати склади покриттів з урахуванням їх технологічних і фізико-механічних властивостей.

15

В п'ятому розділі представлені технологічні схеми приготування і нанесення протипригарних покриттів на пінополістиролові моделі, які включають операції розчинення бентоніту та декстрину у воді з подальшим їх змішуванням з вогнетривкими наповнювачами в бігунах до пастоподібного стану. В подальшому паста перед вживанням розчиняється водою до необхідної в'язкості та густини. Економічний розрахунок показав, що при вартості пірофіліту, дістен-силіманіту та цирконового концентрату рівної відповідно 500, 1060 і 2420 грн / тонна собівартість цих фарб складе 1629, 2077 і 3165 грн за 1 тонну покриття. Тому застосування ПП на основі пірофіліту дозволяє підприємству отримати економію грошових коштів при отриманні виливків з алюмінієвих сплавів за моделями, що газифікуються, у розмірі 115 - 414 грн на одній тонні виливків.

Впровадження нових покриттів при виробництві виливків з алюмінієвих сплавів на виробничій базі ФТІМС НАН України та ТОВ “МЕКОЛ” (м. Київ) з річним економічним ефектом 25500 грн показав економічну перевагу використання розроблених ПП за умов якості литих заготовок алюмінієвих сплавів, які не поступається раніше отриманим із застосуванням ПП на основі циркону та дістен-силіманіту, що підтверджується ілюстраціями та характеристиками виливків, які наведені в цьому розділі.

ВИСНОВКИ

1. Уточнено механізм формування пригару, вперше проведена оцінка впливу фазового складу полістиролу при визначені умов формування пригару при литті кольорових сплавів за моделями, що газифікуються. Встановлено, що умови формування пригару на поверхні виливків при литті кольорових сплавів за моделями, що газифікуються, визначаються аналітичними залежностями, а його відсутність приводе до виконання умов, коли коефіцієнт насичення РФ пор ПП дорівнює 1, а товщина прошарку затверділого металу ?1 більше 1мм.

16

2. Розроблена класифікація та оцінка основних параметрів ПП (газопроникність, газотвірність, змочуваність, міцність, зносостійкість), які визначають якість виливків, отриманих при литті за моделями, що газифікуються.

3. Визначено закономірності впливу типів вогнетривких наповнювачів, в'яжучого та стабілізатора протипригарних покриттів (пірофіліту, перліту, бентоніту, декстрину) і їх співвідношення на величину і кінетику зміни газопроникності, газотвірності, теплофізичних, технологічних характеристик ПП на шорсткість та розмірну точність виливків алюмінієвих сплавів. Встановлено, що шорсткість цих виливків не перевищує 12 мкм, а розмірна точність відповідає 6 і 7 квалітету ГОСТ 26645-85.

4. Вивчено характер впливу ПП на твердіння і формування структури виливків з алюмінієвих сплавів при литті за моделями, що газифікуються. Так при зміні теплофізичних характеристик ПП шляхом варіювання співвідношення пірофіліту та перліту встановлено, що застосування ПП з низькою теплопровідністю (перлітове покриття) мікроструктура відрізняється від аналогічної при використовуванні високотеплопровідних ПП (пірофілітове покриття), що характеризується збільшенням відносне подовження і твердості до 4% і 63НВ відповідно в алюмінієвих сплавах (АК7, АК12, АК5М2), які перевищують на 10 -15% аналогічні показники відповідно до ГОСТу 1583-93.

5. Досліджені закономірності формування пригару на виливках різної товщини з алюмінієвих сплавів при отриманні їх у вакуумованих формах при литті за моделями, що газифікуються, з покриттями на водній основі з циркону, пірофіліту та перліту. При цьому встановлено, що застосування перлітових, дистен – силіманітових і цирконових ПП веде до утворення на алюмінієвих виливках пригару площею від 15 до 85 %, а застосування суто пірофілітових покриттів виключає його утворення.

6. Кількісний аналіз даних про якість поверхні виливків з алюмінієвих сплавів показав, що із збільшенням товщини стінки виливків зростає і питомий об'єм дефектів на їх поверхні незалежно від типу алюмінієвого сплаву, причому кількість дефектів на поверхні виливків з підвищенням вмісту перліту з 30% до

17

100% у ПП зростає у 2,2 -3,8 рази у порівнянні з пірофілітовим ПП, до того ж при використанні останнього кількість поверхневих дефектів не залежить від товщини стінки виливка і на 10-15% менше, ніж при використанні навіть цирконового концентрату у ПП.

7. Розроблені нові екологічно чисті протипригарні покриття на водній основі з пірофілітом та перлітом, які забезпечують необхідну розмірну точність поверхні виливків з алюмінієвих сплавів, одержуваних при литті за моделями, що газифікуються.

8. Дослідно-промислова перевірка та впровадження у виробництво створених протипригарних покриттів дозволили визначити економічну ефективність їх застосування порівняно з раніше використовуваними покриттями на основі дистен-силіманіту та цирконового концентрату. Встановлено, що собівартість цих покриттів вище розроблених в 1,5 і 2,5 рази відповідно, а заміна їх новими дозволяє отримати економію у розмірі 115 – 414 грн на 1тонні виливок з алюмінієвих сплавів.

9. Впровадження нових покриттів при виготовленні виливків з алюмінієвих сплавів на виробничій базі ФТІМС НАН України та ТОВ “МЕКОЛ” (м. Київ) з річним економічним ефектом 25500 грн показав економічну перевагу використання розроблених ПП з одержанням якості литих заготовок з алюмінієвих сплавів, які не поступаються якості заготовок із застосуванням ПП на основі циркону та дістен-силіманіту.

основні ПУБЛІКАЦІЇ з ТЕМи ДИСЕРТАЦІЇ

1. Шинский И.О., Гончаренко Ю.А. ''Противопригарные покрытия на кремнеземистой основе для литья по газифицированным моделям'' // Процессы литья – 2001г. - №3. с.57-61.

2. Шинский И.О., Гончаренко Ю.А., Волкова Е.О. ''Водные противопригарные покрытия на основе перлита и пирофиллита для литья цветных сплавов по газифицируемым моделям'' // Процессы литья – 2003г. - №1. с.55-61.

18

3. Шинский И.О., Соловко И.Т., Гончаренко Ю.А. ''Современные технологические решения при литье по газифицируемым моделям'' // Процессы литья – 2003г. - №3. с.61-64.

4. Шинский И.О., Гончаренко Ю.А. ''Механизм формирования пригара при литье алюминиевых сплавов по газифицируемым моделям'' // Процессы литья - 2005 г. №2. с. 78-83.

5. Патент України №58824 А. Протипригарне покриття для лиття за моделями, що газифікуються / Шинський О.Й., Шинський І.О., Гончаренко Ю.А. МПК7 В 22С 3/00. Опубл. 15.08.2003. Бюл.№8.

6. Гончаренко Ю.А, Волкова Е.О. Новые противопригарные покрытия для литья цветных сплавов по газифицируемым моделям // Тез. докл. международного научно-технического конгресса "Литейное производство в новом веке – как победить в конкуренции". – Киев, 3-7. 06. 2002 г.

7. Шинский И.О., Гончаренко Ю.А., Соловко И.О., Святюк А.П. Новые технологии получения отливок с дифференцированными свойствами литьем по газифицируемым моделям с имплантантами // Тез. докл. 4-й Всероссийской научно-практической конференции "Литейное производство сегодня и завтра". – г. Санкт-Петербург, 14-16.04. 2003 г.

8. Гончаренко Ю.А. ''Механизм формирования пригара при литье алюминиевых сплавов по газифицируемым моделям'' // Тез. докл. международного научно-технического конгресса "Литейное производство высококачественных отливок на основе эффективных технологий". – г. Киев, 2-4 .06. 2004 г.

АНОТАЦІЯ

Ліпецька Ю.А. Протипригарні покриття на основі пірофіліту для лиття алюмінієвих сплавів за моделями, що газифікуються. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.04 - “Ливарне виробництво”. – Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, м. Київ, 2006.

19

Дисертаційна робота присвячена розробці нових складів екологічно чистих протипригарних покриттів на водній основі і технологічного процесу отримання з подальшим їх застосуванням при литті алюмінієвих сплавів за моделями, що

газифікуються, які забезпечують задану розмірну точність виливків високими показниками якості поверхні.

В дисертації розроблені протипригарні покриття на основі пірофіліту та перліту, які забезпечують необхідну розмірну точність, шорсткість поверхні виливків з алюмінієвих сплавів. Уточнено механізм формування пригару та вперше проведена оцінка фазового складу полістиролу і визначені умови формування пригару при литті кольорових сплавів за моделями, що газифікуються. Встановлено, що умови формування пригару на поверхні виливків при литті кольорових сплавів за моделями, що газифікуються, визначаються аналітичними залежностями. Встановлені закономірності впливу типів вогнетривких наповнювачів протипригарних покриттів (пірофіліту та перліту) і їх співвідношення на величину і кінетику зміни газопроникності, газотвірності, теплофізичних та технологічних характеристик.

Ключові слова: протипригарне покриття, модель, що газифікується, цирконовий концентрат, пірофіліт, перліт, пригар, якість поверхні, алюмінієві сплави.

АННОТАЦИЯ

Липецкая Ю.А. Противопригарные покрытия на основе пирофиллита для литья алюминиевих сплавов по газифицируемым моделям. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.04 - “Литейное производство”. – Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, г. Киев, 2006.

Диссертационная работа посвящена разработке новых составов экологически чистых противопригарных покрытий на водной основе, которые применяются при получении отливок из алюминиевых сплавов методом литья по газифицируемым

20

моделям и обеспечивают заданную размерную точность отливок высокими показателями качества поверхности.

В диссертации разработаны и представлены новые противопригарные покрытия на основе пирофиллита и перлита, которые обеспечивают требуемую размерную точность, шероховатость поверхности отливок из алюминиевых сплавов. Покрытия на водной основе в сравнении со спиртовыми являются наиболее термостойкими, экологически чистыми, они так же не токсичны, не горючи и обладают высокой живучестью. Используя покрытия на водной основе имеется возможность применять дешевые огнеупорные наполнители, связующие и стабилизатор (такие как пирофиллит, декстрин и бентонит) имеющиеся в Украине.

Разработана классификации параметров противопригарных покрытий определяющих качество отливок, полученных при литье по газифицируемым моделям, в основу которой входит оценка газопроницаемости, газотворности, смачиваемости, прочности и износостойкости. Уточнен механизм формирования пригара, впервые проведена оценка влияния фазовой составляющей полистирола при определении условий формирования пригара при литье цветных сплавов по газифицируемым моделям. Установлены закономерности влияния огнеупорных составляющих противопригарных покрытий (пирофиллита и перлита) и их соотношения на величину и кинетику изменения газопроницаемости, газотворности, теплофизических и технологических характеристик.

В диссертационной работе представлены также технологии приготовления, нанесения и сушки противопригарных покрытий на основе пирофиллита и перлита,

бентонита и декстрина для получения отливок из алюминиевых сплавов по газифицируемым моделям.

Ключевые слова: противопригарное покрытие, газифицируемая модель,

цирконовий концентрат, пирофиллит, перлит, пригар, качество поверхности, алюминиевые сплавы.

21

ABSTRACT

Lipetskaya J.A. Refractory coating on pyrofillyte base for aluminum casting by Lost-foam process. – Manuscript.

The thesis for scientific degree of candidate of technical sciences is submitted on the speciality 05.16.04 - "Foundry industri". – Physico-technological institute of metals and alloys, National Academy of sciences of Ukraine, Kiev, 2006.

Doctorant work is devoted to development of new structures of ecological safety refractory coatings on the base of water and reception aluminum castings made by Lost-foam process provides high dimensional accuracy and surface parameters.

In the dissertation the new refractory coating of the base of pyrofillyte and perlite has been introduced, that provide high required dimensional accuracy, good roughness surface quality of castings. Water-based refractory coatings in comparison with alcohol base coatings are most heat-resistant, non-polluting, they as are not toxic, not flammable and possess high survivability. Using refractory coatings on a water basis there is an opportunity to apply cheap refractory materials, binding and the stabilizers in their contents (such as pyrofillyte, decstryne and bentonite) widely available in Ukraine.

Key words: refractory coatings, polystyrene model, zircon concentrate, pyrofillyte, perlite, surface quality, aluminum alloys.

Підписано до друку 16.11.2006 Формат 29,7х421/4

Тираж 100. Замовлення №94

Віддруковано на різографі в видавничому центрі “Принт-центр”

03056, м.Київ, вул. Політехнічна, 35, в холі.

Тел/факс: 241-70-16