авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Разработка и промышленное освоение ресурсосберегающих технологий для повышения эрозионной стойкости литейных форм

-- [ Страница 1 ] --

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ им. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА

На правах рукописи

Королёв Андрей Валерьевич

Разработка и промышленное освоение ресурсосберегающих технологий для повышенИЯ эрозионной стойкостИ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ

Специальность 05.16.04 - Литейное производство

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Нижний Новгород 2008

Работа выполнена в Нижегородском государственном техническом университете им. Р.Е. Алексеева

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Чернышов Е.А.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Колесников М.С.

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Марширов В.В.

Ведущая организация: ОАО «Промтрактор», г. Чебоксары

Защита диссертации состоится «____» ______________ 2008 г. в «____» часов на заседании совета Д 212.165.07 в Нижегородском государственном техническом университете по адресу: 603600, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24, корп. 1, ауд. 1258.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета.

Автореферат разослан «____» _______________ 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Ульянов В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Темпы технического перевооружения и развития литейного производства, объёмы и требуемое качество выпускаемой продукции, заставляют литейщиков совершенно по-новому решать вопросы, касающиеся технологии изготовления и качества отливок. Опыт работы литейных заводов показывает, что одним из перспективных путей повышения качества литья, снижения его себестоимости является разработка новых формовочных смесей, совершенствование существующих технологических процессов и способов изготовления отливок. До настоящего времени наиболее распространенным является способ получения отливок в песчано-глинистые формы. Преимущества, а так же недостатки данного способа известны. Одним из характерных недостатков данного способа литья является низкое качество поверхности получаемых отливок из-за образования песчаных засоров, ужимин, пригара.

Известно, что при литье в песчаные формы источником засоров, образующихся в отливках, в большей части является сама литниковая система. Основными воздействующими факторами являются температура заливки сплава, характер его течения, продолжительность заливки и др. В случае низкой термостойкости литейной формы идет прямое разупрочнение тонкого поверхностного слоя из-за деструкции связующего, что облегчает смывание расплавом освободившихся частичек смеси и песка. При дальнейшем прогреве в спеченных слоях формы начинаются деформационные процессы, образуются трещины, которые при длительной заливке могут быть развиты, и будет происходить более интенсивно эрозия поверхности формы.

Термины «Эрозия поверхности формы», «Эрозия противопригарного покрытия» употреблялись ранее и были рассмотрены Х.Г. Левелинком, И.В Валисовским. Были предложены и методики оценки эрозии формы, но в большинстве случаев по косвенным показателям (по прочности, осыпаемости) и само понятие не было конкретизировано. Не достаточно полно исследовано влияние природы связующего и типа формовочной смеси на образование поверхностных дефектов при получении отливок в песчаные формы.



Для решения этой проблемы необходимо знать причины и механизм эрозионного разрушения литейных песчаных форм, а так же использовать формовочные смеси и выполненные на их основе элементы ЛПС, в том числе и фильтрующие системы, которые способны обеспечить формам высокую эрозионную стойкость.

Другим эффективным мероприятием уменьшения степени эрозионного разрушения песчаных литейных форм, является снижение их металлоёмкости за счёт сокращения массы прибылей. При производстве стального литья прибыли могут составлять 60 – 70 % от металлоёмкости формы. Наиболее перспективным методом снижения массы является применение теплоизоляции прибылей смесями на основе экологически чистых современных теплоизоляционных материалов. Большой вклад в разработку и внедрение в производство теплоизоляционных смесей на основе экологически чистых теплоизоляционных материалов внёс академик И.Е.Илларионов.

Исходя из вышеизложенного, актуальной задачей является исследование и разработка формовочных смесей с целью создания форм повышенной эрозионной стойкости, работающих в условиях длительного контакта с расплавом. Не менее актуальна разработка теплоизоляционных смесей, позволяющих уменьшить массу прибылей, а в итоге снизить металлоемкость литейных форм, степень эрозионных процессов, улучшить работу прибылей и повысить технологический выход годного (ТВГ).

Цель работы

Разработка и промышленное освоение формовочных смесей и способов, обеспечивающих повышенную эрозионную стойкость литейных песчаных форм для получения необходимого качества и технологического выхода годного (ТВГ) отливок из сплавов чёрных металлов.

В соответствии с поставленной целью в работе были поставлены и решены следующие основные задачи:

1. Исследованы процессы эрозионного разрушения литейной формы и выявлены факторы, влияющих на их интенсивность.

2. Разработана технологическая универсальная проба для оценки степени эрозии песчаной литейной формы.

3. Изучено влияние составляющих формовочных песчаных смесей с целью изготовления форм повышенной эрозионной стойкости.

4. Разработан способ эффективного рафинирования расплава в форме.

5. Снижение общей металлоёмкости литейной формы с целью уменьшения интенсивности эрозионных процессов.

6. Выполнена оценка эффективности разработанных технологических процессов, внедрение их в производство для получения качественных отливок.

Научная новизна

На основе комплексных теоретических и экспериментальных исследований установлена взаимосвязь между рабочими и технологическими свойствами формовочных смесей и образованием поверхностных дефектов и эрозионной стойкостью. Определены оптимальные параметры этих свойств.

В результате дилатометрических исследований выявлен механизм и основные факторы, влияющие на степень эрозионного разрушения литейной песчаной формы.

Разработана и запатентована методика исследования и оценки эрозионной стойкости песчаной формы. (Патент №2267377 С2, от. 10.01.2006)

Расширены и уточнены имеющиеся представления об эрозии и эрозионной стойкости песчаной литейной формы. Показана связь между известными дефектами (засор, ужимина и т.д.) и эрозией литейной формы

По результатам выполненных исследований установлено влияние типа связующего на деформативную способность, прочность, осыпаемость, газопроницаемость поверхности формы

Исследован принципиально новый способ рафинирования расплава в форме с помощью литниковой системы, позволяющий уменьшить количество неметаллических включений в отливке. Установлены соотношения элементов литниковой системы

Разработана математическая модель теплоизоляционной смеси с добавкой экологически чистого продукта – специально обработанной целлюлозы (СОЦ), позволяющая получать оптимальные термомеханические свойства (теплопроводность, прочность) в зависимости от изменяемых факторов (основных компонентов смеси) и технологических параметров изготовления отливки.

Практическая значимость работы

  • Разработаны, экспериментально подтверждены и опробованы в промышленных условиях мероприятия и технологические приёмы, направленные на увеличение эрозионной стойкости песчаных форм.
  • Исследован и опробован в производстве состав специальной формовочной смеси повышенной эрозионной стойкости на основе жидкого стекла с шликером (отходом керамического производства).
    (Патент №2224619, С2, от. 27.02.2004).
  • Проведено промышленное опробование универсального центробежного шлакоуловителя с фильтрующей сеткой собственной конструкции.
  • Разработанные составы смесей и технологические приёмы прошли опытно – промышленное опробование на ООО «Промтрактор – Промлит», ОАО «Текстильмаш». Внедрение в производство результатов выполненных исследований и разработок выражается в сокращении трудоёмкости изготовления литья, разработке мероприятий по оперативному управлению качеством, обеспечении предотвращения брака и повышению выхода годного.

В связи с вышеизложенным на защиту выносятся следующие основные положения:

  1. Разработанные составы формовочных и стержневых смесей, обладающие повышенной эрозионной стойкостью и теплоизоляционными свойствами. Патент № 2224619. Решение о выдаче патента №2006109095/02.
  2. Результаты исследований физико-механических свойств формовочных смесей.
  3. Результаты высокотемпературных исследований формовочных смесей, имитирующие реальные процессы при заливке на границе металл – форма и их связь с образованием поверхностных дефектов (засоров, ужимин).
  4. Методики оценки и результаты исследований эрозионной стойкости песчаных форм
  5. Математические модели теплоизоляционной смеси с экологически чистой добавкой
  6. Результаты опытно- промышленных испытаний.

Реализация работы

Разработанные и исследованные оптимальные составы эррозионностойких – специальных смесей на основе жидкого стекла прошли опытно-промышленные испытания на Чебоксарском заводе ООО «Промтрактор – Промлит» при получении стальных отливок «Упор», «Корпус задвижки». Теплоизоляционные смеси на основе жидкого стекла и металлофосфатного связующего с добавкой СОЦ при изготовлении стальных отливок «Рама боковая», «Хомут тяговый», «Поглощающий аппарат» позволили снизить металлоёмкость форм на 20 – 25 %.

Апробация работы:

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались в докладах на международных конференциях г. Москва (2005 г), г. Комсомольск-на-Амуре (2006 г), на Всероссийских научно-практических конференциях в г. Санкт-Петербург (2003 и 2006 г), на межрегиональных и внутривузовских конференциях г. Магнитогорск (2005 г), г. Барнаул (2003 г), г. Чебоксары (1997 г) и на седьмом съезде литейщиков в г. Новосибирск (2005 г).

Публикации:

По теме диссертации опубликовано 29 печатных работ, в том числе в центральных изданиях, получены 4 патента РФ и одно положительное решение на патент РФ.

Объём работы:

Диссертация состоит из введения и пяти глав, основных выводов, приложений, списка литературы. Изложена на 194 страницах машинописного текста, включает 17 таблиц, содержит 93 рисунка и список литературы из 120 наименований.

Основное содержание работы

Во введении показана актуальность решаемой проблемы, обоснована необходимость разработки формовочных смесей с повышенной эрозионной стойкостью, а так же технологических мероприятий, необходимых для снижения поверхностного разрушения песчаных литейных форм. Проведён анализ работ по теме диссертации. Сформулирована цель исследования.

В первой главе рассмотрен механизм поверхностного разрушения (эрозии) песчаных литейных форм в процессе заливки. Установлено, что в результате теплового удара в стенке формы возникает температурный перепад, который наряду с другими факторами определяет величину напряжений в приповерхностных слоях формы. Это одна из основных причин первичного разрушения формы. В случае ее низкой термостойкости идет прямое разупрочнение тонкого поверхностного слоя из-за деструкции связующего, что облегчает смывание расплавом освободившихся частичек смеси и песка. При дальнейшем прогреве в спеченных слоях формы начинаются деформационные процессы, образуются трещины, которые при длительной заливке могут быть развиты, и будет происходить более интенсивное разрушение формы, что классифицируется, как вторичная эрозия. В результате эрозионных процессов образуются засоры, просечки, ужимины и пригар. Проведён анализ способов изготовления литейных форм, применяемых формовочных материалов, смесей, мероприятий и необходимых приёмов повышения поверхностной стойкости песчаных форм. Приведены примеры отливок и литниково – питающих систем со следами эрозионного разрушения. Рассмотрены причины и механизм зарождения и развития эрозии. Проведена связь между эрозией и поверхностными дефектами отливок.





Критически рассмотрены существующие методы оценки эрозионной стойкости песчаных литейных форм, которые либо сложно технически выполнимы, либо не дают сходимости результатов.

Таким образом, существующие методы борьбы с поверхностными дефектами отливок, вследствие эрозии формы не всегда эффективны, поэтому актуальным остаётся вопрос разработки и исследования эрозионностойких смесей, методов оценки эрозии формы, а так же разработка технологических мероприятий, призванных исключать эрозию или её последствия. Исходя из вышеизложенного, определены задачи исследования.

Во второй главе приведено обоснование выбора формовочных смесей и представлены методики исследования и определения их физико-механических, теплофизических, термомеханических свойств. Были выбраны широко распространённые в литейном производстве смеси: песчано-глинистая (ПГС), жидкостекольная с тепловой сушкой (ЖС), холоднотвердеющие песчано-смоляные смеси (ПСС), металлофосфатные (МФС). Исследованы деформативная способность образцов из формовочных смесей без нагрузки, что соответствует свободному течению расплава по каналам литниковой системы (ЛС) и под нагрузкой 0,4 МПа и температуре 1270 К, имитирующие реальные условия работы литейной формы показали, что образцы из ПГС имеют максимальную положительную деформацию. Исследования показали, что наиболее резкое увеличение размеров образцов происходит во временном интервале 5…20 с. Возникающие при этом напряжения, как правило, и вызывают в реальных условиях деформационные разрушения в приповерхностном слое ЛС, даже при изготовлении мелких отливок. Деформация образцов из ПСС и МФС имеет также положительные значения, но по абсолютной величине они незначительны, и увеличение их размеров носит плавный характер. У образцов из ЖСС в течение всего испытания, а соответственно и заливки, деформации имеют отрицательные значения. Сжимающие напряжения, возникающие в поверхностных слоях ЛС, благоприятно влияют на стойкость формовочной смеси против разрушения.

На рисунке 1 показан характер изменения деформации образцов в зависимости от продолжительности их выдержки при Т=1273 К под нагрузкой 0,4 МПа.

  Зависимость величины-0

Рисунок 1 – Зависимость величины деформации образцов смесей от продолжительности нагружения при постоянной температуре.

Видно, что характер деформаций ПГС и ЖСС такой же, как без нагрузки. ПГС при заливке более крупных отливок (продолжительность заполнения полости формы и воздействия расплава > 20с) претерпевает наибольшую положительную деформацию с образованием дефектов, связанных с расширением формы, - просечек и ужимин на отливках – первичная эрозия.

Дальнейшее нагружение может вызвать вторичную эрозию формы с образованием значительных засоров из-за размыва и отслоения ужимин. МФС менее чувствительна к температурным изменениям, и образцы (а, следовательно, и форма) способны выдерживать значительные термомеханические нагрузки. Кривая поведения смеси показывает слабую отрицательную деформацию.

Кривая, характеризующая поведение ПСС, показывает, что ещё во время прогрева образца произошла его деформация с увеличением размеров. Далее образцы под нагрузкой продолжают сохранять положительную деформацию, что согласуется с образованием в отливках просечек, дефектов, связанных с расширением материала формы.

Для более полного изучения эрозии формы и возможности её оценки была разработана технологическая зубчатая проба (рисунок 2), а также проведены исследования эрозии форм (Эф) изготовленных из исследуемых формовочных смесей.

 Модель технологической пробы -1

Рисунок 2 - Модель технологической пробы

Разработанная проба и методика позволяет качественно оценить эрозионную стойкость литейных форм и сделать выводы, что формы из ПГС и на основе карбамидоформальдегидного связующего более подвержены эрозии, чем формы на основе МФС и ЖС.

В третьей главе представлены исследования и сравнительный анализ поведения различных материалов в песчаной литейной формы в процессе термического нагружения, в рамках стойкости к эрозионному разрушению. На основе анализа исследований, рассмотренных в Главе 2, а так же опыта изготовления отливок в реальном производстве определены причины разупрочнения литейных форм в процессе заливки расплава в зависимости от природы связующего, механизма формирования структуры уплотненной смеси, их отверждения, а так же выявлены основные факторы, способствующих эрозионному разрушению.

Установлено, что формы из ПГС и под нагрузкой в большей степени подвержены эрозионному разрушению, вследствие значительной склонности песчано-глинистых смесей к деформации расширения при температурах 1273 К. Они подвержены как первичной, так и вторичной эрозии. Степень эрозионного разрушения зависит от количества расплава проходящего через форму.

Формы, изготовленные на фенольных и фенолфурановых связующих имеют достаточную эрозионную стойкость. Высокая термостойкость фенольных, фенолфурановых и фурановых смол объясняется наличием в их структуре высокой концентрации атомов углерода, которые при высокой температуре способны образовывать углеподобный продукт - кокс, который некоторое время поддерживает общий каркас смеси против разрушения. Формы, изготовленные с применением карбамидных смол, имеют низкую термостойкость и как следствие более подвержены эрозионному разрушению.

Исследования показали, что высокая термостойкость и низкая деформативная способность металлофосфатной формы обеспечивает ей высокую эрозионную стойкость.

Высокая термостойкость и эрозионная стойкость форм на основе жидкого стекла обусловлены природой связующего и зависят от способа отверждения и уплотнения.

В четвёртой главе рассмотрены мероприятия, необходимые для повышения эрозионной стойкости песчаных форм.

1. Представлены исследования разработанной эрозионностойкой формовочной смеси (специальной) на основе жидкого стекла с добавкой шликера - отхода производства керамических изделий. Исследования проводили в три этапа:



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.