Исследователи из Самарского государственного технического университета (Самарский политех, СамГТУ) провели сравнительный анализ свойств формовочных смесей, используемых для изготовления разовых литейных форм. И пришли к выводу, что если вместо привычного кварцевого песка использовать бокситовый – искусственный огнеупорный материал на основе оксида алюминия – то форма получится гораздо прочнее. Результаты последних исследований опубликованы в двух номерах журнала «Литейное производство».
Сегодня до 83% всех отливок в мире производится в неметаллических разовых формах. Из них примерно 30% приходится на песчано-глинистые смеси, а около 48% – на холодно-твердеющие смеси, – поясняет декан факультета машиностроения, металлургии и транспорта Константин Никитин. – При этом требования к точности и качеству отливок постоянно растут. Поэтому мы ищем способы улучшить свойства формовочных материалов и найти альтернативу традиционному кварцевому песку, у которого есть серьезные недостатки. Кварцевый песок при нагреве увеличивается в объеме. Это приводит к образованию микротрещин и, соответственно, потере прочности формы.
Чтобы подобрать альтернативу кварцевому песку, ученые сравнили три типа смесей: песчано-глинистые (с разным содержанием глины), жидкостекольные (с продувкой углекислым газом) и смоляные холодно-твердеющие – смесь песка и специального связующего (в данном случае – смолы Novanol Cold), которая затвердевает без нагрева (тоже с разной длительностью продувки углекислым газом).
С увеличением доли глины прочность на разрыв, осыпаемость и газопроницаемость (если форма «не дышит», то «задыхается» в собственных газах, и внутри отливки появляются пузыри) снижаются. При этом прочность на сжатие немного растет. Это означает, что чем больше глины, тем плотнее и прочнее форма, но хуже ее способность пропускать газы. В крупных отливках все это может привести к дефектам, – рассказывает Никитин. – Увеличение времени продувки углекислым газом с 10 до 90 секунд приводит к снижению прочности и росту осыпаемости. Особенно это заметно у смоляных холодно-твердеющих смесей. Причина – образование гидрокарбоната натрия, который делает форму хрупкой.
Синтетический бокситовый песок показал более высокую прочность, газопроницаемость и теплопроводность, а также меньшую осыпаемость по сравнению с кварцевым песком. Кроме того, бокситовый песок химически инертен, не разрушается при нагреве и лучше поддается регенерации.
Ученые отмечают, что переход на новые огнеупорные наполнители позволит повысить точность отливок, снизить брак и сделать производство более экономичным. Дальнейшие исследования будут направлены на оптимизацию составов смесей и внедрение технологии в промышленность.
Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда.
Фото: СамГТУ
Источник: Минобрнауки России
