Пошук академічних текстів

Реєстраційний номер

0523U100073, Докторська дисертація

На здобуття

Доктор технічних наук, 05.16.04, Ливарне виробництво

Дата захисту

19-04-2023

Статус

Запланована

Назва роботи

Теоретичні та технологічні основи паро-мікрохвильового структурування піщано-рідкоскляних сумішей для виготовлення виливків

Здобувач

Солоненко Людмила Ігорівна, Кандидат технічних наук

Керівник Реп'ях Сергій Іванович
Консультант Реп'ях Сергій Іванович
Опонент Ямшинський Михайло Михайлович
Опонент Селівьорстов Вадим Юрійович

Опис

У дисертації наведені теоретичні та технологічні узагальнення в рамках вирішення науково-технічної проблеми створення екологічно безпечних ливарних форм та стрижнів з піщано-рідкоскляної суміші, що структуровані за ПМЗ-процесом, для виливків загальномашинобудівного призначення, шляхом визначення закономірностей формування властивостей і кінетики структурування суміші, оптимізації її складу та реалізації результатів досліджень у виробництві, що зумовлює підвищення екологічної безпеки та санітарно-гігієнічних умов виробництва, скорочення циклу та енергоємності процесу виготовлення виливків, підвищення їх якості та, відповідно, зниження їх собівартості. З використанням наважок різних матеріалів і різної маси дослідили особливості їх нагрівання в резонаторі мікрохвильових печей зі стоячею хвилею при частоті випромінювання 2,45 ГГц і номінальною потужністю магнітрону 700...1200 Вт. Встановлено, що з віддаленням від вісі обертового столу потужність мікрохвильового випромінювання зменшується з χ=0,40...0,72 до χ=0,29...0,36 від номінальної потужності магнетрону мікрохвильової печі. При цьому, при однаковій масі, швидкість підвищення температури матеріалів, що нагрівають прямо пропорційна їх відносній діелектричній проникності, яка (для мінералів) залежить виключно від їх хімічного складу, що треба враховувати під час вибору складу піщано-рідкоскляних сумішей, що структурують в паро-мікрохвильовому середовищі (за ПМЗ-процесом). Досліджено кінетику структурування кварцового піску плакованого натрієвим рідким склом та структурованого за ПМЗ-процесом. Встановлено, що при використанні ПМЗ-процесу виділення води з структурованої суміші проходить в три етапи при 100…128 °С. При цьому, наявність рідкого скла в кварцовому піску та його низька уявна щільність суттєво знижують масу піщано-рідкоскляної суміші, яку можливо обробити фіксованою кількістю насиченої водяної пари, по відношенню до чистого кварцового піску, що пов'язано з процесами гідратації-дегідратації рідкого скла, його кількістю, відносною пористістю суміші та часом її нагрівання мікрохвильовим випромінюванням. Симплекс-плануванням активного експерименту оптимізовано склад піщано-рідкоскляної суміші за ПМЗ-процесом при раціональному рівні його основних технологічних параметрів. За отриманими даними розроблено функціональні залежності між рядом параметрів і властивостей структурованих формувальних та стрижневих сумішей, які визначають на зразках за стандартними і загальноприйнятими методиками. Визначено інтегрально-ефективні величини теплофізичних параметрів кварцового піску, плакованого рідким склом в кількості від 0,5 до 3,0 % і структурованого за ПМЗ-процесом при заливці в нього алюмінієвого сплаву і сірого чавуну. Встановлено, що характер механічного руйнування піщано-рідкоскляної суміші, структурованої за ПМЗ-процесом, не залежить від вмісту рідкого скла, яке пішло на плакування кварцового піску, але залежить від тривалості ПМЗ-процесу, зі збільшенням часу якого змінюється від адгезійного (до 2 хв) до змішаного (2...4 хв) і когезійного (понад 4 хв). Робота вибивання піщано-рідкоскляних сумішей структурованих за ПМЗ-процесом, що містять від 0,5 до 2,5 % (за масою, понад 100 % піску) рідкого скла, зі збільшенням температури їх попереднього нагріву від 800 до 1100 °С, знижується з 185…15 Дж до 0, а водостійкість близька до абсолютної за час дослідів, що дозволяє ці суміші легко видаляти з виливків ударно-вібраційними способами. Вибивання стрижнів, температура нагріву яких не перевищувала 600 °С, рекомендовано здійснювати шляхом занурення виливків у воду. Досліджено кінетику карбонізації частково дегідратованого рідкого скла в тонкому шарі на повітрі, з якої витікає, що зі збільшенням відносної вологості повітря інтенсивність карбонізації рідкого скла та, відповідно, маса карбонату і гідрокарбонату, що утворилася в тонких плівках рідкого скла, зростають. Розроблено опис механізму масопереносу рідкого скла в пласкому капілярі під дією мікрохвильового випромінювання та розроблено рекомендації щодо спарювання форм та стрижнів з піщано-рідкоскляних структурованих сумішей шляхом їх склеювання рідким склом в мікрохвильовому випромінюванні. Встановлено причини та розроблено опис механізмів виникнення дефектів вимоїна та внутрішня тріщина, які притаманні виключно ливарним формам та стрижням з піщано-рідкоскляної суміші, структурованої за ПМЗ-процесом. Досліджено якість поверхні виливків, які отримано в піщано-рідкоскляних формах за ПМЗ-процесом. Встановлено, що їх пригар має термічний характер і, за винятком виливків з чавуну, є легковидаляємим. Ступінь точності поверхні таких виливків з бронзи, сталі та чавуну відповідає 7...10 класу, а алюмінієвих сплавів – 5...14 класу відповідно до ДСТУ 8981:2020. Проведено аналіз якості виливків поточного виробництва та виливків, що виготовлені у формах з піщано-рідкоскляних сумішей, структурованих за ПМЗ-процесом.

Додано в НРАТ

2023-05-10