Концепции охлаждения отливок с помощью криотехнологии новых сыпучих материалов и способов литья

Литейное производство служит одним из лучших примеров ресурсоэффективности, поскольку отливки практически полностью доступны для переработки по окончании эксплуатационного цикла путем переплавки при производстве новых. В разрезе тематики повышения ресурсоэффективности производства описаны новые спос...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2019
Hauptverfasser:	Дорошенко, В.С., Калюжный, П.Б.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2019
Schriftenreihe:	Металл и литье Украины
Schlagworte:	Процессы, технологии и материалы литейного производства
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/166688
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Концепции охлаждения отливок с помощью криотехнологии новых сыпучих материалов и способов литья / В.С. Дорошенко, П.Б. Калюжный // Металл и литье Украины. — 2019. — № 5-6 (312-313). — С. 33-39. — Бібліогр.: 19 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-166688
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1666882020-03-01T01:25:38Z Концепции охлаждения отливок с помощью криотехнологии новых сыпучих материалов и способов литья Дорошенко, В.С. Калюжный, П.Б. Процессы, технологии и материалы литейного производства Литейное производство служит одним из лучших примеров ресурсоэффективности, поскольку отливки практически полностью доступны для переработки по окончании эксплуатационного цикла путем переплавки при производстве новых. В разрезе тематики повышения ресурсоэффективности производства описаны новые способы литья, сыпучие низкотемпературные и огнеупорные материалы для регулирования охлаждения отливок. Исследования выполнены под руководством проф. О.И. Шинского в ходе выполнения научной тематики ФТИМС НАН Украины. Ливарне виробництво служить одним з кращих прикладів ресурсоефективності, оскільки виливки практично повністю доступні для переробки після закінчення експлуатаційного циклу шляхом переплавки при виробництві нових. З огляду підвищення ресурсоефективності виробництва описано нові способи лиття, сипучі низькотемпературні і вогнетривкі матеріали для регулювання охолодження виливків. Дослідження виконано під керівництвом проф. О.Й. Шинського у ході виконання наукової тематики ФТІМС НАН України. Foundry is one of the best examples of resource efficiency, since castings are almost completely available for processing at the end of the operating cycle by re-melting in the production of new ones. In terms of increasing the resource efficiency of production, new casting methods, bulk low-temperature and refractory materials for regulating the cooling of castings are described. The studies were performed under the guidance of prof. O.I. Shinskii in terms of scientific topics of the PTIMA NAS of Ukraine. 2019 Article Концепции охлаждения отливок с помощью криотехнологии новых сыпучих материалов и способов литья / В.С. Дорошенко, П.Б. Калюжный // Металл и литье Украины. — 2019. — № 5-6 (312-313). — С. 33-39. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. 2077-1304 DOI: https://doi.org/10.15407/steelcast2019.05.033 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/166688 621.74.045.072.2 ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Процессы, технологии и материалы литейного производства Процессы, технологии и материалы литейного производства
spellingShingle	Процессы, технологии и материалы литейного производства Процессы, технологии и материалы литейного производства Дорошенко, В.С. Калюжный, П.Б. Концепции охлаждения отливок с помощью криотехнологии новых сыпучих материалов и способов литья Металл и литье Украины
description	Литейное производство служит одним из лучших примеров ресурсоэффективности, поскольку отливки практически полностью доступны для переработки по окончании эксплуатационного цикла путем переплавки при производстве новых. В разрезе тематики повышения ресурсоэффективности производства описаны новые способы литья, сыпучие низкотемпературные и огнеупорные материалы для регулирования охлаждения отливок. Исследования выполнены под руководством проф. О.И. Шинского в ходе выполнения научной тематики ФТИМС НАН Украины.
format	Article
author	Дорошенко, В.С. Калюжный, П.Б.
author_facet	Дорошенко, В.С. Калюжный, П.Б.
author_sort	Дорошенко, В.С.
title	Концепции охлаждения отливок с помощью криотехнологии новых сыпучих материалов и способов литья
title_short	Концепции охлаждения отливок с помощью криотехнологии новых сыпучих материалов и способов литья
title_full	Концепции охлаждения отливок с помощью криотехнологии новых сыпучих материалов и способов литья
title_fullStr	Концепции охлаждения отливок с помощью криотехнологии новых сыпучих материалов и способов литья
title_full_unstemmed	Концепции охлаждения отливок с помощью криотехнологии новых сыпучих материалов и способов литья
title_sort	концепции охлаждения отливок с помощью криотехнологии новых сыпучих материалов и способов литья
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2019
topic_facet	Процессы, технологии и материалы литейного производства
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/166688
citation_txt	Концепции охлаждения отливок с помощью криотехнологии новых сыпучих материалов и способов литья / В.С. Дорошенко, П.Б. Калюжный // Металл и литье Украины. — 2019. — № 5-6 (312-313). — С. 33-39. — Бібліогр.: 19 назв. — рос.
series	Металл и литье Украины
work_keys_str_mv	AT dorošenkovs koncepciiohlaždeniâotlivokspomoŝʹûkriotehnologiinovyhsypučihmaterialovisposobovlitʹâ AT kalûžnyjpb koncepciiohlaždeniâotlivokspomoŝʹûkriotehnologiinovyhsypučihmaterialovisposobovlitʹâ
first_indexed	2025-07-14T22:35:32Z
last_indexed	2025-07-14T22:35:32Z
_version_	1837663565268385792
fulltext	33ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2019. № 5-6 (312-313) охлаждении и кристаллизации сплавов в литейной форме, создания методов литья с использованием вакуума и криотехнологий, а также рентабельных ре- сурсосберегающих технологических процессов полу- чения литых деталей рассматривали способ литья в оболочковые формы с опорным наполнителем (ОН) в контейнерах. Такие формы получают по разовым мо- делям или по горячей металлической модельной ос- настке. ОН (чаще кварцевый песок) упрочняет извне оболочку и препятствует вытеканию из нее метала при появлении в ней трещин или других нарушений целостности стенок. С целью ускорения на 25–50 % литейного процесса, согласно справочнику [2, с. 181], опорный слой вакуумируют во время заливки метал- лом оболочек, удаляя выделяющиеся газы. После образования на отливке достаточно толстой твердой корки вакуумирование прекращают. Учитывая опыт литья в вакуумируемые [3] и за- мороженные формы [4], а также формовку песчаной смесью с сыпучим зернистым льдом, входящим в ее состав [5, 6], предложено использовать для оболоч- ковых форм ОН из такой смеси с зернистым льдом Л итейное производство является одним из луч- ших примеров ресурсоэффективности, посколь- ку отливки практически полностью доступны для переработки, по окончании «жизненного» цикла отливки переплавляют для производства новых, еже- годно закупая миллионы тонн металлолома. Кроме того, современные системы позволяют регенериро- вать до 95 % песка для его возврата в производство форм. Таким образом, литейная промышленность заслуживает особой оценки в том, что касается пере- работки [1]. Многие литейные заводы вкладывают средства в технологию и сокращают потребление ре- сурсов на постоянной основе. Особенностями этого процесса и движущим инструментом является оциф- ровка при моделировании производства, а 3D-печать позволяют не только лить очень сложные детали, но и заменить энерго-, ресурсо- и трудоемкий метод проб и ошибок, что повышает не только конкурент- ные позиции литейных цехов, но и позволяет реали- зовать устойчивые стратегии [1]. В плане развития теории и практики теплообмен- ных процессов и структурообразования при течении, УДК 621.74.045.072.2 В.С. Дорошенко, д-р техн. наук, ст. науч. сотр., e-mail: doro55v@gmail.com П.Б. Калюжный, канд. техн. наук, ст. науч. сотр., e-mail: kpb.cmw@ukr.net Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев, Украина Концепции охлаждения отливок с помощью криотехнологии, новых сыпучих материалов и способов литья Литейное производство служит одним из лучших примеров ресурсоэффективности, поскольку отливки практически полностью доступны для переработки по окончании эксплуатационного цикла путем переплавки при производстве новых. В разрезе тематики повышения ресурсоэффективности производства описаны новые способы литья, сыпучие низкотемпературные и огнеупорные материалы для регулирования охлаждения отливок. Исследования выполнены под руководством проф. О.И. Шинского в ходе выполнения научной тематики ФТИМС НАН Украины. Процессы регулирования в широких пределах охлаждения отливки в песчаной форме позволяют как оптимально сокращать время охлаждения отливки в форме, так и влиять на формирование структуры металла. В первом случае создаются основания уменьшения длины конвейерной ветки формовочно- заливочных линий, на которой охлаждают отливки в формах, или площадей под формы на заливочном плацу, а также для комплектации литейных роторно-конвейерных комплексов соразмерными по величине роторными модулями, на которых выполняют операции формовки, заливки и охлаждения отливок, приведя их к примерно одинаковой длительности. Во втором случае увеличение скорости кристаллизации и охлаждения отливки имеет пределы, превышение которых может привести к ухудшению служебных свойств металла, в частности, для графитизированных чугунов. Поэтому привлечены процессы термообработки металлов и показаны примеры взаимного дополнения процессов литья и термообработки металла. Для отливок из чугуна предложены способы литья в сочетании с изотермической закалкой отливок. Применение для такой закалки твердо-газовых дисперсных сред (в отличие от традиционных жидких) повышает экологические условия производства. А охлаждение отливок, вплоть до их закалки, при помощи криотехнологии с плавлением льда, испарением воды и конденсацией пара в контакте со льдом приближают процесс производства к природоподобным технологиям. Ключевые слова: литье, охлаждение отливок, криотехнология, изотермическая закалка, термообработка, высокопрочный чугун, лед, пропант. ПРОЦЕССЫ, ТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛЫ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА 34 ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2019. № 5-6 (312-313) ПРОЦЕССЫ, ТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛЫ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА цессам литейного производства, как это подробнее описано в работе [8]. Исследуя научные предпосылки, создавая тео- ретические основы и развивая технологию регули- рования в широких пределах охлаждения отливки в песчаной форме [3, 4], мы достигаем двух положи- тельных эффектов, которые позволяют не только оп- тимально сокращать время охлаждения (выдержки) отливки в форме (1), но и влиять на формирование структуры металла (2). Первый эффект полезен для сокращения длины конвейерной ветки для охлажде- ния отливок на формовочно-заливочных линиях или площадей на заливочном плацу, а также для ком- плектации литейных роторных линий соразмерными по величине роторными модулями, разбивая процесс формовки и литья на операции примерно одинако- вой длительности. Второй эффект показывает, что увеличение скорости кристаллизации и охлаждения отливки имеет свои технологические пределы c той точки зрения, что может привести к потере свойств пластичности и прочности металла, как это отмечал д-р техн. наук В.Б. Бубликов для высокопрочного чу- гуна (ВЧ). Это вынуждает литейщика учитывать со- ответствующие отработанные технологии в области металловедения и термообработки (ТО) металлов и действовать по ним. Таким образом, в вышеописанном способе с при- менением криотехнологии, процесс литья неизбежно дополняется другим металлургическим переделом – технологией ТО металлопродукции. Развивая такую взаимодополняемость (комплементарность) литья и ТО в исследовательской работе под руководством профессора О.И. Шинского «Научные и технологи- ческие основы создания высокопроизводительных литейных процессов получения литых конструкций из железоуглеродистых сплавов в песчаных фор- мах» для отливок из ВЧ, предложен способ литья в сочетании с изотермической закалкой отливок [9]. Этот и ряд аналогичных способов [10–12] основаны на литье ВЧ в вакуумируемой (на момент заливки металлом) форме из сухого песка без связующего с удалением отливок в горячем аустенитном состоянии из сыпучего песка формы. Затем отливку в течение до 15 с переносят на закалку с изотермической вы- держкой для получения бейнитной структуры метал- лической матрицы. Традиционную изотермическую закалку с аустенитного состояния отливки изменили таким образом, что отливку в аустенитном состоянии извлекают из формы, а не достигают этого состояния длительным нагревом в термопечи с выдержкой при температуре насыщения аустенита углеродом не- редко до получаса и более. Такой процесс литья с ТО (особенно с толщиной стенки отливки выше 20 мм) дает возможность полу- чения отливки быстрее, чем при традиционном ее охлаждении в сухом песке формы. Изотермически закаленный ВЧ (Austempered Ductile Iron, АDI) мо- жет достигать прочности sв = 1200–1300 МПа и вы- ше. Кроме того, предложен способ закалки отливки из ВЧ в псевдоожиженном (кипящем) слое песка [13], который по скорости охлаждения отливки находится в количестве 5–100 %. Зернистый (гранулированный или чешуйчатый) лед получают на серийно выпу- скаемых льдогенераторах (с обширной номенклату- рой по производительности) преимущественно для пищевой промышленности и охлаждения пищевых продуктов. При засыпке песчаной оболочки таким ОН в контейнере она с комнатной температуры в те- чение нескольких минут охладится до температуры, близкой к температуре ОН со льдом. Затем заливка металлом такой оболочки, затвердевание и охлаж- дение отливки будет подобно литью в заморожен- ной форме, для которой отмечено получение более мелкозернистой структуры для отливок из чугуна с незначительным ускорением охлаждения, по сравне- нию с песчано-глинистыми формами без применения криотехнологии [4]. Подключение к песчаной форме трубопровода от вакуумного насоса и вакуумирование сыпучего ОН обеспечит направленный газоотвод и даст эффект вакуумного всасывания, которое улучшит формоза- полнение металла, сравнимое с таким показателем для прокаленных форм и нагретых до температуры около 800 °С. Замороженные формы рекомендуют заливать в течение не более 3 мин [7], во избежание конденсации на холодной поверхности их полости влаги из воздуха цеха. В нашем случае также следу- ет принять меры, чтобы до заливки металлом лед ОН не начал таять и не увлажнил песчаную оболочку в среде низкотемпературного наполнителя. Песчаная оболочка служит «теплоизолятором» для металла при заливке, но таяние льда, особенно при ОН на 100 % изо льда, позволит оболочке с от- ливкой двигаться вниз ко дну контейнера, проплав- ляя лед в контейнере. Быстрое охлаждение отливки будет подобно операции закалки в литейной форме. В конечном итоге отливка быстро окажется в контей- нере с водой. Оболочковая форма осыплется с от- ливки из-за перепада температур и разной усадки металла и неметаллических материалов. Наличие льда в ОН от 5 до 100 % обеспечит версии взаимо- действия отливки и формы от варианта литья в замо- роженные формы до варианта литья с самозакалкой отливки в литейной форме путем ее контакта с пла- вящимся льдом и водой, заполняемой формовочный контейнер. Толщиной оболочковой формы в зави- симости от вида металла и толщины стенки отлив- ки можно регулировать скорость процесса кристал- лизации, степень зернистости структуры и нередко фазовый состав металла отливки. А температурой и массой ОН и долей в нем льда также можно в некото- рых пределах регулировать операции, свойственные термообработке. Многие сплавы металлов для литья в кокиль с быстрым охлаждением могут входить в область при- менения такого литейного способа с термообработ- кой, а именно, закалки отливок в литейной форме. При этом процессы плавления льда, испарения воды и конденсации пара в контакте со льдом напомина- ют привычные для нас процессы круговорота воды, наблюдаемые в природе. Поэтому их относят к эко- логическим природоподобным технологическим про- 35ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2019. № 5-6 (312-313) ПРОЦЕССЫ, ТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛЫ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА Примеры пескоструйной обработки металлоизделий в специальных камерах разной величины между двумя процессами ее закалки при контакте с маслом и водой [14]. Сухой дисперсный компонент не дает пара и продуктов горения в контакте с горячей отливкой (это улучшает условия труда) и не требу- ет мытья отливки после закалки, как часто требуется после охлаждения в жидкой (полимерные растворы) среде, а также уменьшает вероятность переохлажде- ния отливки. Для случаев прилипания краски к поверхности отливки, песчаных слоев или местных зон пригара, особенно для крупных отливок и в местах подвода к ним металла, рассмотрен способ закалки подачей на горячую подвешенную и вращающуюся в камере отливку воздушно-песчаной смеси (как при песко- струйной обработке), включая использование щеле- вого сопла или двух и более сопел. Пескоструйную обработку нередко используют в литейных цехах, как, например, по способу [15], со- гласно которому за такой обработкой следует вы- держка отливки из чугуна при температуре до 400 °C в течение 2–3 часов. Отработанный материал осы- пается вниз и поступает в сепаратор, а затем – сно- ва на обработку. Разная степень усадки при охлаж- дении горячих металла и неметаллических слоев способствует их легкому отделению, что допустимо также для отливок, выбитых в аустенитном состоя- нии из форм из смесей по-сырому, практически вся- кий налет быстро удаляется с поверхности отливки вместе с ее охлаждением. Традиционные способы пескоструйной обработки в ручном режиме (рисунок) доступны для автоматизации, в том числе с примене- нием роботов-манипуляторов [16], а также несколь- ких форсунок, обеспечивающих равномерный поток дисперсного материала вокруг отливки. Такие автоматы-манипуляторы все шире приме- няют на участках литья по выплавляемым и гази- фицируемым моделям. Причем типовые траектории подготовительных операций формовки: окунания блока (кластера) разовых моделей в емкость с жид- кой суспензией или краской, обсыпания его песчаной композицией в барабане и помещения на конвейер в сушило, мало отличаются от нового цикла операций по режиму ТО: извлечения горячей отливки из сухого песка формы, помещения ее в камеру для закалки, а затем – в емкость для засыпки закаленной отливки нагретой песчаной средой для изотермической вы- держки, на который несложно перепрограммировать такого типа автоматы-манипуляторы. Способ сочетания литья и ТО экономит продолжи- тельность производства металлопродукции, затраты на нагрев и выдержку для аустенизации отливок из ВЧ, присущих традиционно раздельным процессам литья и ТО. К сожалению, ВЧ типа АDI редок для це- хов Украины, хотя в ряде стран Европы и США марки ADI стандартизированы, и эти чугуны быстро рас- пространяются в машиностроении как материалы с 36 ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2019. № 5-6 (312-313) ПРОЦЕССЫ, ТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛЫ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА повышенными прочностными и функциональными свойствами. Среди новых сыпучих огнеупорных материалов рассмотрим применение в литейном производстве пропантов. Использование пропантов для литья по газифицируемым моделям (ЛГМ) описано В.А. Ан- дерсоном (НТП «Кварц», Киев) в качестве сыпучего формовочного материала высокой текучести для за- полнения тонких каналов разовых моделей гидро- аппаратуры [17]. Пропант (или проппант, от англ. Propping agent – расклинивающий агент) – гранули- рованный материал, созданный для повышения от- дачи скважин в нефтедобывающей технологии гидро- разрыва пласта (ГРП). Пропанты алюмосиликатные (ГОСТ Р 51761-2013) или магнезиально-кварцевые (ГОСТ Р 54571-2011) и др. закачивают в нефтяные или газовые пласты под давлением. Пропанты, имея вы- сокую способность к проникновению сквозь скважину в трещины от ГРП, удерживают для скачивания без остатка нефти и газа из стареющих скважин. В Украине пропанты применяют с 1950-х гг. (http://newgas.org.ua) для добычи углеводородов на истощенных месторож- дениях. Алюмосиликатный пропант – гранулирован- ный огнеупорный материал, каждая гранула которо- го – керамическое изделие, полученное высокотемпе- ратурным обжигом фракционированного глинозема. Для литейных форм пригодны алюмосиликатный или магнезиально-кварцевый (на основе силиката маг- ния и кварцевого песка) пропанты, насыпной плот- ности около 1,8 г/см3, сферичности 0,9 и среднего размера 0,339 мм. Последний вид пропанта полу- чают сначала выжиганием природного серпентинита при 750–1150 °C для удаления влаги и образования форстерита, а затем выполняют помол материала с кварцполевошпатным песком, гранулирование шихты и выжигание гранул при 1200–1350 °C [18]. Высокую текучесть и проницаемость гранул про- панта, созданного для максимального заполнения трещин, в литейных процессах целесообразно реа- лизовать для заполнения возможных пустот вокруг стенок разовой модели либо отливки. Последний способ аналогично способам [9, 11, 12] заключается в удалении горячей отливки из сыпучего песка фор- мы и ТО в виде изотермической закалки ее (включая изотермическую выдержку при температуре бейнит- ного превращения) в горячей среде не песка, а про- панта, которым засыпают отливку в контейнере [10]. В дополнение к отмеченным выше преимуще- ствам отметим: по сравнению с традиционной изо- термической закалкой в нагретых жидких средах в виде расплавов солей или щелочей, способных к вредным выделениям, совмещение литья и изотер- мической закалки с удалением горячей отливки из формы сокращает охлаждение отливки в песчаной форме и экономит на ее нагревании до аустенитного состояния и выдержке (аустенизации). При этом уда- лением источника нагрева с песчаной формы также экономят на охлаждении сыпучего песка для повтор- ного изготовления формы. Высокая текучесть гранул пропанта, нагретого до температуры бейнитного пре- вращения, позволяет быстро засыпать отливки для изотермической выдержки этими гранулами в кон- тейнере и удалить гранулы по окончании ТО. Фор- мовочные кварцевые пески для этого имеют худшую текучесть (песчинки могут не заполнять поднутрения отливки и после ТО оставаться в полостях отливки), а также меньшую теплопроводность, что потребует больше затрат для обеспечения изотермы нагретой сыпучей среды вокруг отливки. Кроме того, высокая газопроницаемость пропанта также полезна при ЛГМ для уменьшения «потерь» ва- куума по глубине формы при заполнении пропантом тонких каналов моделей в песчаной форме или фор- мовке целиком из пропанта, это позволяет эффектив- но удалить газы от деструкции модели. Эта повышен- ная проницаемость гранул также позволит создавать металло-пропантовые композиты путем протекания расплава металла на сотни миллиметров сквозь по- ры пропанта под давлением на металл или засасы- ванием металла вакуумированием пропанта. Такие композиты на основе железоуглеродистых сплавов будут иметь значительно меньший удельный вес, чем монолитный сплав. Пропант с Al2O3 позволит изготав- ливать композитные слои на абразивном металличе- ском инструменте, а также изготавливать отливки с поверхностями «противоскольжения» частичной про- питкой металла через тонкий слой пропанта методом целенаправленного создания механического пригара на поверхности отливки [19]. Таким образом, в статье изложены концепции ох- лаждения отливок с помощью криотехнологии, новых сыпучих материалов и способов литья. Регулирование в широких пределах охлаждения отливки в песчаной форме позволяет не только оптимально сокращать время охлаждения отливки в форме, но и влиять на формирование структуры металла. В первом случае имеются основания для уменьшения длины конвейер- ной ветки формовочно-заливочных линий, на которой охлаждают отливки в формах, или площадей под фор- мы на заливочном плацу, а также для комплектации литейных роторно-конвейерных комплексов соразмер- ными по величине роторными модулями, на которых выполняют операции формовки, заливки и охлажде- ния отливок примерно одинаковой длительности. Во втором случае увеличение скорости кристаллизации и охлаждения отливки имеет пределы роста, превы- шение которых может привести к потере свойств пла- стичности и прочности металла, в частности, для гра- фитизированных чугунов. Это требует от литейщика учитывать соответствующие технологии ТО металлов и действовать по ним, что показано на примерах до- полнения процесса литья таким металлургическим пе- ределом, как ТО металлопродукции. В частности, для отливок из ВЧ предложены способы литья в сочетании с изотермической закалкой отливок. Применение для закалки отливок твердо-газовых дисперсных сред (в отличие от традиционных жидких) повысит экологи- ческую безопасность производства. А предложенные для охлаждения отливок элементы криотехнологии с плавлением льда, испарением воды и конденсацией пара в контакте со льдом приближают процесс произ- водства к природоподобным технологиям. 37ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2019. № 5-6 (312-313) ПРОЦЕССЫ, ТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛЫ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА 1. Carina Hendricks. Tremendous potential – environmental, economic and social sustainability in foundries. GMTN 2019 – Specialist article, no. 6. January 2019. URL: www.gifa.com 2. Специальные способы литья. Справочник / Под ред. В.А. Ефимова. М.: Машиностроение, 1991. 436 с. 3. Дорошенко В.С. Регулирование охлаждения отливки в вакуумируемой форме фильтрацией хладагентов и движением частиц песка. Литейное производство. 2013. № 10. С. 32–37. 4. Черновол А.В., Дорошенко В.С. Способы воздействия песчаной вакуумируемой формы на кристаллизацию и охлаж- дение отливки. Литье – 2007: Тез. докл. К.: Редакция журнала «Процессы литья», 2007. С. 37–38. 5. Патент 77595 Україна, МПК В22С 9/02. Спосіб виготовлення виробів з сипкого наповнювача / О.Й. Шинський, В.С. До- рошенко; опубл. 25.02.2013, Бюл. № 4. 6. Патент 95319 Україна, МПК В22С 9/02. Спосіб формування / О.Й. Шинський, В.С. Дорошенко; опубл. 25.12.2014, Бюл. № 24. 7. Солоненко Л.І. Теоретичні та технологічні основи виготовлення виливків з алюмінієвих сплавів в екологічно безпечні низькотемпературні кварцові форми: дис. … канд. техн. наук: 05.16.04. Дніпро, 2018. 144 с. 8. Дорошенко В.С. Литейное производство как среда для природоподобных технологий. Литье и металлургия. 2018. №. 2. С. 23–28. 9. Патент 123731 Україна, МПК B22 D7/00, B22 D23/00, С21D5/02, С21D1/20, B22 D27/04. Спосіб виготовлення виливків з бейнітного або аусферитного чавуну з кулястим графітом / В.С. Дорошенко, В.О. Шинський; опубл. 12.03.2018, Бюл. № 5. 10. Патент 131581 Україна, МПК B22D 7/00, B22D 23/00. Спосіб виготовлення виливків з бейнітного або аусферитного залізовуглецевого сплаву (чавуну, сталі) / В.С. Дорошенко, В.О. Шинський; опубл. 25.01.2019, Бюл. № 2. 11. Патент 131907 Україна, МПК B22D 7/00, B22D 23/00, B22D 27/04, C21D 1/20. Спосіб виготовлення виливків / В.С. До- рошенко, В.О. Шинський; опубл. 11.02.2019, Бюл. № 3. 12. Патент 131968 Україна, МПК B22 D7/00, B22 D23/00, C21D 1/20, C21D 5/02. Спосіб виготовлення виливків з бейнітного або аусферитного чавуну / В.С. Дорошенко, В.О. Шинський; опубл. 11.02.2019, Бюл. № 3. 13. Патент 133701 Україна, МПК B22D 7/00, B22D 23/00, B22D 27/04, C21D 5/02, C21D 1/20. Спосіб виготовлення виливків з ізотермічно загартованого бейнітного чавуну / В.С. Дорошенко, П.Б. Калюжний, В.О. Шинський; опубл. 25.04.2019, Бюл. № 8. 14. Гуляев А.П. Металловедение. 6-е изд. М.: Металлургия, 1986. 544 с. 15. Патент 68163 Україна, МПК A47J 27/00, A47J 37/00, C21D 1/00, C21D 5/00. Спосіб виготовлення чавунного посуду / Ю.М. Згібнєв; опубл. 12.03.2012, Бюл. № 5. 16. Дорошенко В.С., Гнатуш В.А. Скільки ливарних машин випускають у світі та як застосувують роботи у ливарних про- цесах? Промышленность в фокусе. 2019. № 5. С. 40–44. 17. Дорошенко В.С. Застосування пропантів у ливарних процесах. XI Міжнародна науково-технічна конф. Нові матеріали і технології в машинобудуванні – 2019: матеріали науково-техн. конф., 30–31.05.2019, м. Київ / ред. Р.В. Лютий, І.М. Гурія. Київ: КПІ ім. І. Сікорського, 2019. С. 68–70. 18. Патент 2613676 С1 Россия, C09K 8/80, C04B 35/20, C04B 35/622, C04B 35/64. Способ изготовления магнийсиликатного проппанта и проппант / В.Г. Пейчев и др.; опубл. 21.03.2017, Бюл. № 9. 19. Дорошенко В.С. Оболочковые литые конструкции с декоративным пригаром. Литво. Металургія. 2017: Матеріалы XІII міжнародн. науково-практич. конф. (23–25.05.2017, м. Запоріжжя). Запоріжжя: АА Тандем. С. 48–50. ЛИТЕРАТУРА Поступила 02.06.2019 1. Carina Hendricks. (2019). Tremendous potential – environmental foundations. GMTN 2019 – Specialist article, no. 6. January 2019. URL: www.gifa.com [in English]. 2. Efimov, V.A. (Ed.) (1991). Special casting methods. Handbook. Moscow: Mashinostroenie, 436 p. [in Russian]. 3. Doroshenko, V.S. (2013). Regulation of casting cooling in evacuated form by filtration of refrigerants and movement of sand particles. Liteynoe proizvodstvo, no. 10, pp. 32–37 [in Russian]. 4. Chernovol, A.V., Doroshenko, V.S. (2007). Ways of the effect of a sandy vacuumized form on crystallization and cooling of a casting. Lit’e – 2007: Tez. dokl. Kyiv: Redaktsiya zhurnala “Protsessy lit’ya”, pp. 37–38 [in Russian]. 5. Shinskiy, O.Y., Doroshenko, V.S. (2013). Patent 77595 Ukraine, MPK V22S 9/02. A method of making products from loose filler. Opubl. 25.02.2013, Byul. no. 4 [in Ukrainian]. 6. Shinskiy, O.Y., Doroshenko, V.S. (2014). Patent 95319 Ukraine, MPK V22S 9/02. A molding method. Opubl. 25.12.2014, Byul. no. 24 [in Ukrainian]. 7. Solonenko, L.І. (2018). Theoretical and technological bases for the development of willows in aluminum and alloys in ecologically safe low temperature quartz molds: Candidate’s thesis: 05.16.04. Dnipro, 144 p. [in Ukrainian]. 8. Doroshenko, V.S. (2018). Foundry production as a medium for nature-like technologies. Lit’e i metallurgiya, no. 2, pp. 23–28 [in Russian]. REFERENCES 38 ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2019. № 5-6 (312-313) ПРОЦЕССЫ, ТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛЫ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА Received 02.06.2019 9. Doroshenko, V.S., Shinskiy, V.O. (2018). Patent 123731 Ukraine, MPK B22 D7/00, B22 D23/00, S21D5/02, S21D1/20, B22 D27/04. Method of making castings from bainite or ausferrite spheroidal graphite cast iron. Opubl. 12.03.2018, Byul. no. 5 [in Ukrainian]. 10. Doroshenko, V.S., Shinskiy, V.O. (2019). Patent 131581 Ukraine, MPK B22D 7/00, B22D 23/00. Method of making castings from bainite or ausferrite iron-carbon alloy (cast iron, steel). Opubl. 25.01.2019, Byul. no. 2 [in Ukrainian]. 11. Doroshenko, V.S., Shinskiy, V.O. (2019). Patent 131907 Ukraine, MPK B22D 7/00, B22D 23/00, B22D 27/04, C21D 1/20. Method of manufacturing of castings. Opubl. 11.02.2019, Byul. no. 3 [in Ukrainian]. 12. Doroshenko, V.S., Shinskiy, V.O. (2019). Patent 131968 Ukraine, MPK B22 D7/00, B22 D23/00, C21D 1/20, C21D 5/02. Method of making castings from bainite or ausferrite cast iron. Opubl. 11.02.2019, Byul. no. 3 [in Ukrainian]. 13. Doroshenko, V.S., Kalyuzhniy, P.B., Shinskiy, V.O. (2019). Patent 133701 Ukraine, MPK B22D 7/00, B22D 23/00, B22D 27/04, C21D 5/02, C21D 1/20. A method for making castings from isothermal hardened bainite cast iron. Opubl. 25.04.2019, Byul. no. 8 [in Ukrainian]. 14. Gulyaev, A.P. (1986). Metal science. 6th ed. Moscow: Metallurgiya, 544 p. [in Russian]. 15. Zgibnev, Yu.M. (2012). Patent 68163 Ukraine, MPK A47J 27/00, A47J 37/00, C21D 1/00, C21D 5/00. Method of making iron dishes. Opubl. 12.03.2012, Byul. no. 5 [in Ukrainian]. 16. Doroshenko, V.S., Gnatush, V.A. (2019). How many casting machines are produced in the world and applied work in foundry processes? Promyshlennost’ v fokuse, no. 5, pp. 40–44 [in Ukrainian]. 17. Doroshenko, V.S. (2019). Application of proppants in foundry processes. XI Mizhnarodna naukovo-tekhnichna konf. Novi materialy i tekhnologii v mashynobuduvanni – 2019: materialy naukovo-tekhn. konf., 30–31.05.2019, m. Kyiv. red. R.V. Lyutyj, I.M. Guriya. Kyiv: KPI im. I. Sikorskogo, 2019, pp. 68–70 [in Ukrainian]. 18. Peychev, V.G. et al. (2017). Patent 2613676 C1 Russia, C09K 8/80, C04B 35/20, C04B 35/622, C04B 35/64. A method of manufacturing magnesium silicate proppant and proppant. Opubl. 21.03.2017, Byul. no. 9 [in Russian]. 19. Doroshenko, V.S. (2017). Molded shell constructions with decorative burn-on. Lytvo. Metalurgiya. 2017: Materialy XIII mizhnarodn. naukovo-praktych. konf. (23–25.05.2017, m. Zaporizhzhia). Zaporizhzhia: AA Tandem, pp. 48–50 [in Russian]. Анотація В.С. Дорошенко, д-р техн. наук, ст. наук. співр., e-mail: doro55v@gmail. com; П.Б. Калюжний, канд. техн. наук, ст. наук. співр., e-mail: kpb.cmw@ukr.net Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ, Україна Концепції охолодження виливків за допомогою кріотехнології, нових сипучих матеріалів і способів лиття Ливарне виробництво служить одним з кращих прикладів ресурсоефективності, оскільки виливки практично повністю доступні для переробки після закінчення експлуатаційного циклу шляхом переплавки при виробництві нових. З огляду підвищення ресурсоефективності виробництва описано нові способи лиття, сипучі низькотемпературні і вогнетривкі матеріали для регулювання охолодження виливків. Дослідження виконано під керівництвом проф. О.Й. Шинського у ході виконання наукової тематики ФТІМС НАН України. Процеси регулювання в широких межах охолодження виливка в піщаній формі дозволяють як оптимально скорочувати час охолодження виливка у формі, так і впливати на формування структури металу. У першому випадку створюються підстави для зменшення довжини конвеєрної гілки формувально- заливальних ліній, на якій охолоджують виливки в формах, або площ під форми на заливальному плацу, а також для комплектації ливарних роторно-конвеєрних комплексів пропорційними за величиною роторними модулями, на яких виконують операції формовки, заливки і охолодження виливків, привівши їх до приблизно однакової тривалості. У другому випадку збільшення швидкості кристалізації і охолодження виливка має межі, перевищення яких може призвести до погіршення службових властивостей металу, зокрема, для графітизованих чавунів. Тому залучено процеси термообробки металів і показано приклади взаємного доповнення процесів лиття та термообробки металу. Для виливків з чавуну запропоновано способи лиття в поєднанні з ізотермічним гартуванням виливків. Застосування для такого гартування твердо-газових дисперсних середовищ (на відміну від традиційних рідких) підвищить екологічні умови виробництва. А охолодження виливків, аж до їх гартування, за допомогою кріотехнології з плавленням льоду, випаровуванням води і конденсацією пари в контакті з льодом наближають процес виробництва до природоподібних технологій. Ключові слова Лиття, охолодження виливків, кріотехнологія, ізотермічне гартування, термообробка, високоміцний чавун, лід, пропант. 39ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2019. № 5-6 (312-313) ПРОЦЕССЫ, ТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛЫ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА Summary Foundry is one of the best examples of resource efficiency, since castings are almost completely available for processing at the end of the operating cycle by re-melting in the production of new ones. In terms of increasing the resource efficiency of production, new casting methods, bulk low-temperature and refractory materials for regulating the cooling of castings are described. The studies were performed under the guidance of prof. O.I. Shinskii in terms of scientific topics of the PTIMA NAS of Ukraine. The regulation processes over a wide range of cooling of a casting in a sandy mold allow both to optimally shorten the cooling time of the casting in the mold, and to influence the formation of the metal structure. In the first case, bases are created to reduce the length of the conveyor branch of the molding and casting lines, on which castings in molds or areas for molds on the casting pad are cooled, as well as for assembling casting rotary conveyor complexes with proportional rotor modules on which molding, pouring and cooling castings operations are performed, bringing them to about the same duration. In the second case, an increase in the rate of crystallization and cooling of the casting has growth limits, the excess of which can lead to a deterioration in the service properties of the metal, in particular, for graphitized cast irons. Therefore, the processes of heat treatment of metals are involved and examples of the mutual complement of the processes of casting and heat treatment of metal are shown. For castings made of iron, casting methods have been proposed in combination with isothermal quenching of castings. The use of solid-gas dispersed media for such quenching (as opposed to traditional liquid) will increase the environmental conditions of production. And the cooling of castings, up to their hardening, using cryotechnology with ice melting, water evaporation and condensation of steam in contact with ice bring the production process closer to nature-like technologies. Casting, cooling of castings, cryotechnology, isothermal hardening, heat treatment, high- strength cast iron, ice, proppant.Keywords V.S. Doroshenko, Dr. Sci. (Engin.), Senior Researcher, e-mail: doro55v@gmail.com; P.B. Kaliuzhnyi, PhD (Engin.), Senior Researcher, e-mail: kpb.cmw@ukr.net Physico-technological Institute of Metals and Alloys of the NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine Concepts of cooling castings using cryotechnology, new bulk materials and casting methods

Концепции охлаждения отливок с помощью криотехнологии новых сыпучих материалов и способов литья

Institution

Ähnliche Einträge