При изготовлении формовочных смесей ученые Самарского политеха заменили кварцевый песок на синтетический бокситовый

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