Статті КЛВ (ДМетІ)

Permanent URI for this collectionhttp://crust.ust.edu.ua/handle/123456789/15009

ENG: Articles

Browse

Now showing 1 - 40 of 98

Структурування формувальних та стрижневих сумішей за способом паро-мікрохвильового затвердіння
(ТОВ «ТЕРМАЛ ЕНД МЕТІРІАЛ ЕНЖІНІРІНГ СЕНТЕР», 2021) Солоненко, Людмила Ігорівна; Реп’ях, Сергій Іванович; Узлов, Костянтин Іванович
UKR: Мета – дослідити властивості піщано-рідкоскляних сумішей, які структуровані в паро-мікрохвильовому середовищі (ПМЗ-процес). Методика. В дослідженнях для порівняння властивостей виготовляли стрижні за СО2-процесом та за способом паро-мікрохвильового затвердіння. Суміші виготовляли з кварцового піску марки 1К3О3016 та натрієвого рідкого скла з питомою щільністю 1440 кг/м3 та силікатним модулем МSiO2 = 2,93. Межу міцності на стиск отриманих зразків визначали відповідно до ГОСТ 23409.7-78, обсипальність зразків – до ГОСТ 23409.9 і газотвірну здатність – до ГОСТ 23409.12-78. Результати. Виготовлені ливарні форми та стрижні за способом паро-мікрохвильового затвердіння (ПМЗ-процесом) відразу після структурування придатні до використання, оскільки мають високу міцність, практично не містять вологи і, відповідно, практично негазотвірні, тобто не потребують послідуючого сушіння. Спосіб ПМЗ завдяки можливості отримувати ливарних форм та стрижнів із сумішей з вмістом РС від 0,5 до 1,5 % придатний для виготовлення в них виливів із сталі, чавуну і кольорових сплавів. Таким способом можливо виготовляти стрижні і форми будь-якої складності, а їх обмеження за масою і розмірами будуть обумовлені тільки вантажопідйомністю і розмірами робочого простору камери використовуваємої мікрохвильової (надвисокочастотної) печі. Наукова новизна. Вперше встановлено властивості піщано-рідкоскляних сумішей, які структуровані в паро-мікрохвильовому середовищі (за ПМЗ-процесом), з використанням 1...3 % (за масою) висушеного пилоподібного рідкого скла в кварцовому піску, та кварцового піску, плакованого 2...6 % рідкого скла і висушеного до сипучого стану. Практична цінність. Структурування за ПМЗ-процесом можна використовувати для виготовлення піщано-рідкоскляних форм та стрижнів масою до 6 кг при одиничному, мало- та дрібносерійному виробництві виливків з залізовуглецевих та кольорових сплавів.
Вибиваємість з виливків піщано-рідкоскляних стрижнів, що структуровані паро-мікрохвильовим затвердінням
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Солоненко, Людмила Ігорівна; Реп'ях, Сергій Іванович; Узлов, Костянтин Іванович; Білий, Олександр Петрович; Усенко, Руслан Вікторович
UKR: Мета досліджень – встановити вплив температури попереднього нагрівання та вмістрідкого скла в піщано-рідкоскляняних сумішах, що структуровані за ПМЗ-процесом на роботу їх руйнування під дією ударного навантаження. Методика.У роботі використовували кварцовий пісок марки 1К2О202, воду, натрієве рідке склоз питомою щільністю 1,42...1,44 г/см3 і силікатним модулем 2,8...3,0. Структурування сумішей проводили в мікрохвильовій печі з випромінюванням частотою 2,45 ГГц і потужністю магнетрона 0,9 кВт. Термічну обробку зразків проводили в лабораторній печі опору в інтервалі температур від 100 до 1100 С з ізотермічною витримкою зразка при заданій температурі впродовж 45...50 хв. Роботу вибивання зразків розраховували за методикою ЦНДІТМАШ. Руйнування зразків структурованих сумішей за ПМЗ-процесом проводили на лабораторному копрі марки 5033А. Структуру зразків досліджували на оптичному мікроскопі при збільшенні 100. Результати. Зі збільшенням температури попереднього нагріву робота вибивання піщано-рідкоскляних сумішей структурованих в паро-мікрохвильовій середовищі за способом ПМЗ, що містять від 0,5 до 2,5 % рідкого скла з модулем 2,8...3,0 знижується за експонентною залежністю і при температурі попереднього нагріву від 800 до 1100 °С, практично, стає рівною нулю. Робота вибивання сумішей, попередньо нагрітих до 600 °С, не перевищує 20 Дж. З цього випливає, що такі стрижні або їх окремі частини можуть бути видалені з виливків ударно-вібраційних способом навіть із сплавів на основі міді та алюмінію. Вибивання стрижнів або їх частин, у яких після контакту з залитим в ливарну форму розплавом температура не перевищила 600 °С, рекомендовано здійснювати шляхом занурення виливків в воду. Наукова новизна. Структурування формувальних і стрижневих сумішей в паро-мікрохвильовому середовищі вирішує проблему вибивання піщано-рідкоскляних сумішей, що містять рідкого скла до 2,5%, з виливків з більшості ливарних сплавів, що використовують в промисловості. Практична значущість. Результати досліджень будуть корисні при розробці технологій та обладнання, призначених для видалення піщано-рідкоскляних стрижнів та форм, що структуровані за ПМЗ-процесом.
Удосконалення системи класифікації зв’язувальних матеріалів, формувальних і стрижневих сумішей у ливарному виробництві
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Лютий, Ростислав Володимирович; Ямшинський, Михайло Михайлович; Селівьорстов, Вадим Юрійович; Іванов, Валерій Григорович
UKR: Поява нових наукових і технологічних розробок, зокрема створення зв’язувальних компонентів (ЗК) із раніше не дослідженою будовою та властивостями, потребує встановлення їх місця серед інших матеріалів, що зрештою зумовлює галузь їх застосування та створює умови для запровадження у виробництво. Кафедрою ливарного виробництва КПІ ім. Ігоря Сікорського протягом 2010-2021 рр. створено ряд нових екологічних ЗК фосфатного класу, які мають оригінальні схеми синтезу та значною мірою відрізняються від раніше відомих у ливарному виробництві металофосфатних ЗК. Створення цих матеріалів та позитивні результати їх лабораторних випробувань визвали необхідність проведення їх порівняльного аналізу з іншими ЗК та класифікації за загальноприйнятими ознаками. У статті представлено стислу характеристику 12 розроблених ЗК. Створено удосконалену системну класифікацію за хімічною природою та питомою міцністю, яка охоплює усі відомі світові зразки, а також створені нові матеріали. Проаналізовано усі можливі варіанти фізико-хімічних процесів, які призводять до твердіння формувальних та стрижневих сумішей і на цій основі створено нову системну класифікацію. Вказану систему можна розглядати як наукову основу для вибору технологічних режимів зміцнення ливарних форм і стрижнів, аналізу їх поведінки після заливання та під час вибивання форм, можливості повторного використання і регенерації сумішей.
Дослідження впливу домішок в бронзі БрО3А3 на її механічні властивості
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Кімстач, Тетяна Володимирівна; Узлов, Костянтин Іванович; Солоненко, Людмила Ігорівна; Реп'ях, Сергій Іванович; Білий, Олександр Петрович; Білий, Андрій Петрович; Іванова, Людмила Харитонівна; Хричиков, Валерій Євгенович
UKR: Постановка проблеми. Дослідити вплив основних легуючих компонентів Sn, Al по 3…4% кожного без урахування впливу домішок, а також кремнію, заліза, цинку та свинцю в бронзі системи Сu- Sn-Al на її механічні властивості. Мета. Встановити припустимі концентрації домішок кремнію, заліза, цинку та свинцю в бронзі системи Сu-Sn-Al при вмісті олова та алюмінію 3…4% кожного. Методика. Сплави для досліджень готували сплавленням первинних шихтових матеріалів технічної чистоти в індукційній печі тигельній з використанням графітового тигля і деревного вугілля в якості покривного матеріалу. Механічні властивості досліджуваних сплавів розраховували за результатами випробувань відповідних зразків при їх статичному розтягуванні і ударному вигині при кімнатній температурі відповідно до діючих стандартів. Мікроструктурні дослідження проводили на металографічних мікрошліфах, приготовлених за стандартними методиками на оптичному мікроскопі Neophot-21. Контроль хіміч- ного складу сплавів здійснювали на прецизійному аналізаторі EXPERT 4L на зразках, вирізаних з трефовидних проб. Оцінку ступеня впливу кожної з домішок на механічні властивості оцінювали за коефіцієнтами регресії завдяки вирішенню системи відповідних лінійних рівнянь методом Г. Крамера. Результати та їх обговорення. За результатами досліджень у роботі встановлені припустимі концентрації домішок кремнію, заліза, цинку та свинцю в бронзі системи Сu-Sn-Al при оптимальному вмісті олова та алюмінію 3…4% кожного. Висновки. Вперше встановлено вплив оптимальної кількості легуючих компонентів (Sn, Al по 3…4% кожного) без урахування впливу домішок, а також домішок кремнію, заліза, цинку та свинцю в бронзі БрО3А3 на її механічні властивості. Практичне використання одержаних закономірностей при приготуванні бронзи БрО3А3 є запорукою отримання виливків з заданим рівнем властивостей.
Дослідження умов утворення усадкової раковини в нижній шийці прокатних валків виконання СПХН-60
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Білий, Олександр Петрович; Солоненко, Людмила Ігорівна; Осипенко, Ірина Олександрівна; Усенко, Руслан Вікторович; Реп'ях, Сергій Іванович; Хричиков, Валерій Євгенович
UKR: В роботі досліджена можливість попередження виникнення усадкових раковин закритого типу в нижніх шийках чавунних прокатних валків виконання СПХН-60 за рахунок зміни теплофізичних та розмірних параметрів елементів комбінованої ливарної форми, яку на сьогодні використовують в ливарних цехах. Дослідження виконано за результатами термографування реальних валків виконання СПХН-60, адаптування отриманих даних та комп’ютерного моделювання процесу затвердіння чавунних валків в комбінованій кокільно-піщаній формі, а також вперше розробленого параметричного критерію послідовного затвердіння в системі нижня шийка валку та його бочки. Встановлено закономірності комплексного впливу діаметрів бочки і нижніх шийок валків, розмірів і теплофізичних параметрів матеріалів комбінованої форми на послідовність затвердіння даних елементів виливка. Отримані дані свідчать про те, що підвищення рівня теплофізичних властивостей формувальної суміші для нижньої шийки валка в межах використання відомих на сьогодні вогнетривких неметалевих матеріалів не дозволяє попередити виникнення усадкової раковини в нижній шийці валків виконання СПХН-60. Підвищення рівня теплоакумулюючої здатності формувальної суміші для нижньої шийки валка до 10000 Вт с0,5/(м²град) дозволить попередити виникнення усадкової раковини в нижній шийці валків виконання СПХН-60, але не є доцільним у зв'язку з появою шару вибіленого чавуну в нижній шийці, що неприпустимо для будь-якого прокатного валку. Для вирішення даної задачі рекомендовано для валків виконання СПХН-60 використовувати екранування валкової комбінованої форми в певний момент часу затвердіння розплаву в бочці. Мета роботи – дослідити можливість попередження виникнення усадкових раковин закритого типу в нижніх шийках прокатних валків за рахунок змін теплофізичних параметрів їх формувальних сумішей. Методика. В роботі використано метод термографування та комп'ютерного моделювання за програмою LVMFlow. Наукова новизна. Вперше встановлено закономірності комплексного впливу теплофізичних та розмірних параметрів елементів комбінованої ливарної форми на виникнення усадкової раковини в нижньої шийки прокатних валків виконання СПХН-60. Практична значущість. Використання результатів досліджень дозволить скоротити час та витрати на технологічні зміни виготовлення прокатних валків виконання СПХН-60 з метою попередження виникнення в їх нижніх шийках усадкових раковин шляхом зміни використуємих формувальних матеріалів та розмірів конструктивних елементів комбінованої ливарної форми.
Фізичні та ливарні властивості сплавів системи Cu-Sn-Al
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Кімстач, Тетяна Володимирівна; Узлов, Костянтин Іванович; Реп'ях, Сергій Іванович; Мазорчук, Володимир Федорович; Усенко, Руслан Вікторович; Іванова, Людмила Харитонівна
UKR: Мета. Визначення фізичних та ливарних властивостей олов'яно-алюмінієвої бронзи, що містить Sn – до 6,73 % та Al – до 7,53 %, за масою. Методика. Плавки проводили у графітовому тиглі в індукційній печі під шаром деревного вугілля. Температуру ліквідус і солідус сплавів визначали за результатами термографування розплаву, що твердіє. Величину вільної (С) та абсолютно утрудненої (АЗ) лінійної усадки та температуру переходу сплаву з пластичного в пружний стан при охолодженні в ливарній формі визначали за загальноприйнятими методиками. Рідкоплинність бронз оцінювали довжиною заповненого каналу спіральної проби за ГОСТ 16438.Оцінку схильності бронзи БрО3А3 до пригару та до утворення гарячих i холодних тріщин здійснювали за результатами візуального дослідження поверхні зразків. Питому щільність литої бронзи визначали розрахунковим шляхом. Механічні властивості досліджуваних сплавів розраховували за результатами випробувань відповідних зразків при їх ударному вигині при кімнатній температурі відповідно до діючих стандартів. Контроль хімічного складу сплавів здійснювали на прецизійному аналізаторі EXPERT 4L на зразках, вирізаних з трефовидних проб. Мікроструктурні дослідження проводили на металографічних мікрошліфах, приготовлених за стандартними методиками на оптичному мікроскопі Neophot-21. Величину достовірності апроксимації та відповідні залежності будували з використанням комп'ютерної програми EXEL. Результати. За якісними та кількісними показники та оцінки фізичних та ливарних властивостей бронз системи Cu-Sn-Al із вмістом Sn до 6,73 % та Al до 7,53 %, визначено, що з числа можливого вмісту олова і алюмінію в системі Сu-Sn-Al найбільш перспективною є бронза з 3...4% (мас.) кожного з зазначених легуючих компонентів. Наукова новизна. Вперше визначено ряд фізичних та ливарних властивостей бронз системи Cu-Sn-Al із вмістом Sn до 6,73 % та Al до 7,53 %. Вперше встановлено, що лінійна усадка таких бронз, температура переходу з пластичного в пружний стан при охолодженні після затвердіння та величина ударного вигину при нормальній температурі залежать від їх структури, тобто від фазового складу, який визначається вмістом в бронзі її легуючих елементів. Практична значимість. За результатами досліджень фізичних та ливарних властивостей бронзу БрО3АЗ рекомендовано використовувати як ливарний матеріал.
Corrosion Resistance of Reinforced Layers of 15х11МФ Steel Steam Turbine Blades
(Національний науковий центр «Харкiвський фiзико-технiчний інститут», 2021) Hlushkova, D. B.; Bahrov, V. A.; Hrinchenko, O. D.; Hnatiuk, A. A.; Kalinina, N. E.; Kalinin, V. T.
ENG: The reliability of the vane apparatus of steam turbines largely determines the operation of the turbine as a whole. The results of scientific research indicate that the surface operation of the blades in the wet-steam flow is caused by a combination of corrosion and drip erosion. The presence of chemical elements and compounds in the working fluid intensifies the process of blade wear. The pH value of the working environment, which can fluctuate significantly during operation, has a significant effect on the wear characteristics. The influence of methods of strengthening the leading edges of steam turbine blades made of steel is analyzed 15H11MF on corrosion resistance. Corrosion tests of blade samples were carried out, the inlet edges of which were strengthened in three ways: high current amplification, electrospark alloying with T15K6 alloy, electrospark alloying with steel 15H11MF. According to the results of the tests, the layer strengthened by hardening by high-frequency currents has the lowest corrosion rate, the layer strengthened by electrospark alloying with T15K6 hard alloy has the highest. The corrosion rate of the layer reinforced by electrospark alloying of steel 15H11MF is 2.1 less than that of the layer reinforced with T15K6 alloy.
Complex of Mathematical Models and Methods to Calculate Pressure Effect on Sulfide Distribution in Steel
(Хмельницький національний університет, Україна, 2021) Selivyorstova, Tetjana V.; Selivyorstov, Vadim Yu.; Kuznecov, Vitaliy V.
ENG: Primary objective is to develop computational method to analyze digital pictures of sulfide prints, helping obtain qualitative image characteristics, and to formulate mathematical model of the distribution of sulphide inclusions to determine specific features of the pressure effect on the macrostructure formation of carbon steel castings flooded into the uncooled mold. The research was carried out using images of sulfide prints of templates cut of steel cylindrical castings; L500 steel was applied. The castings result from industrial tests of a method of gas-dynamic effect on the fusion in the foundry forms under the conditions of a casthouse of Dnipropetrovsk aggregate plant PJSC. Digital pictures of sulfide prints, obtained in terms of the increased rate of gas pressure and maximum pressure, were binarized; defective fra gments were removed; and zo ning took place. The developed computational method has been applied for fragments of images, representing different zones; data arrays have been received containing sizes and amounts of inclusions in the fragment. The developed computational method to analyze digital images of sulfide prints has been implemented. ASImprints software support has helped obtain qualitative characteristics of images; namely, distribution of amount of the certain-size sulfide inclusions. The computational method to analyze digital images of sulfide prints has made it possible to study the set of patterns of sulfide prints. The dependences have been obtained, describing specific features of sulfide inclusion distribution while varying gas-dynamic pressure method in terms of fusion in the casting form. It has been demonstrated that the distribution describes effectively the power-series distribution to compare with the exponential one. Mathematical model of the power -series distribution parameter dependence upon pressure has been developed. Deviation of the distribution parameters in terms of the experimental values and the model values has been evaluated. The research demonstrates the ways to apply an algorithm of simple recursive casting for quantitative analysis of digital images of sulfide prints. Use of ASImprints, being software implementation of the computational method to analyze digital images of sulfide prints making it possible to obtain qualitative characteristics of images, has helped identify that the increased pressure within a casting-device for gas injection system results in the increased specific amount of inclusions and the decreased specific zone of sulfide inclusions respectively. It has been defined that exponential function describes reliably the nature of sulfide inclusion distribution in the digital image of sulfide print. The research has demonstrated that fragments of a sulfide print, belonging to one zone, are statistically homogeneous. Thus, it is possible to analyze quantitively digital image zone of a sulfide print on its fragment. Mathematical model of dependence of sulfide inclusion distribution in carbon-steel castings in terms of gas-dynamic effect on fusion solidifying in a mold has been developed. The model may be applied to predict sulfide inclusion distribution within the selected zones of cross section of the cylindrical castings solidifying in the uncooled mold in terms of the preset mode of gas-dynamic effect.
Внутрішні тріщини у стрижнях, що структуровані в паро-мікрохвильовому середовищі
(Фізико-технологічний інститут металів і сплавів Національної академії наук України, Київ, 2021) Солоненко, Людмила Ігорівна; Реп’ях, Сергій Іванович
UKR: Метою дослідження є з'ясування механізму виникнення внутрішніх тріщин в ливарних формах та стрижнях, що виготовляють за процесом паро-мікрохвильового затвердіння (ПМЗ), з піску, що плакований рідким склом. У дослідженнях використовували кварцовий пісок марки 1К1О102, який плакували содовим натрієвим рідким склом з величиною силікатного модуля 2,9 і питомою щільністю 1440 кг/м3 при 20 °С. Дилатометричні вимірювання проводили в камері спеціально пристосованої для цього мікрохвильової печі з потужністю магнетрону 700 Вт і частотою 2,45 ГГц. Лінійну зміну висоти піску в ємності фіксували шляхом відеореєстрації показань індикатора годинникового типу у часі. Випробування пісків проводили як в середовищі мікрохвильового, так і паро-мікрохвильового випромінювання з попереднім просіюванням сухого плакованого піску через сито з осередком0,4 мм і 0,63 мм. В статті представлено результати дилатометричних досліджень зміни розмірів зразків з чистого піску і піску, що плакований рідким склом, від часу їх обробки мікрохвильовим випромінюванням на повітрі і в середовищі водяної пари. Показано, що причиною появи внутрішніх тріщин в ливарних формах та стрижнях, які виготовляють за ПМЗ-процесом, є тимчасове припинення мікрохвильового впливу на суміш під час її структурування. В результаті цього через різницю у характері і величини зміни розмірів шарів структурованої і неструктурованої суміші в опоці (стрижневому ящику) на фронті структурування з'являється шар зі слабким механічним зв'язком між сусідніми піщинками, а згодом і внутрішня тріщина. Наукова новизна роботи полягає в з'ясуванні причин і механізму виникнення внутрішніх тріщин в ливарних формах і стрижнях, що виготовляють за процесом паро-мікрохвильового затвердіння з піску, що плакований рідким склом.
Method of Lines in Distributed Problems of Experimental Data Processing
(RS Global Sp. z O.O., Poland, 2021) Shvachych, Gennady Grygorovych; Vozna, Nataliіa; Ivashchenko, Olena V.; Bilyi, Oleksandr P.; Moroz, Dmytro
ENG: In many cases, the mathematical support of non-stationary thermal experiments is based on methods for solving the inverse heat conduction problem (IHCP), which include boundary thermal conditions determination, identification of heat and mass transfer processes, restoration of external and internal temperature fields, etc. However, at present, the main field of the IHCP application remains the processing and interpretation of the results of the thermal experiments. It was here where the most considerable theoretical and applied successes were achieved in methods' effectiveness and the breadth of their practical use. This paper highlights the issues of mathematical modeling of multidimensional non-stationary problems of metallurgical thermophysics. The primary research purpose aims at solving problems associated with identifying parallel structures of algorithms and programs and their reflection in the computers’ architecture in solving a wide range of applied problems. Supercomputers are currently inaccessible due to the enormous cost and service price. In this regard, a real alternative is cluster-type computing systems by which the simulation results are covered in this paper. Being a relatively new technology, cluster-type parallel computing systems are useful in solving a large class of non-stationary multidimensional problems, while allowing to increase the productivity and quality of computations. The software developed in this paper can be used to plan and process the results of a thermophysical experiment. The algorithms developed in the application program package are simply reconstructed to solve other coefficient and boundary problems of thermal conductivity. The developed algorithms for solving thermophysical problems are highly accurate and efficient: the test solution for IHCP with accurate input data coincides with the thermophysical features of the sample material. The developed software for processing the results of a thermophysical experiment is self-regulating. Moreover, it is quite merely tuned to the solution of others and, in particular, of boundary IHCP.
Розрахунок кінетики просування фронту кристалізації ізосолідус залізовуглецевих сплавів у кокільних циліндричних формах
(Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ, 2021) Семенов, О. Д.; Хричиков, Валерій Євгенович; Куцова, Валентина Зіновіївна; Меняйло, Олена Валеріївна
UKR: Мета роботи – оцифрування експериментальних термографічних вимірів процесів твердіння в кокілі циліндричних виливків із залізовуглецевих сплавів, їх інтерполяція для діапазону вмісту вуглецю 0,1...4,83 % і розробка графоаналітичної методики побудови кінетики просування фронту ізосолідус. Сучасні аналітичні розрахунки твердіння і охолодження виливків методом інтегрального теплового балансу Стефана-Шварца, А. І. Вейника, М. І. Хворінова не дозволяють встановити вплив хімічного складу сплаву, повітряного зазору між затверділим шаром металу і кокілем, ступінь чорноти поверхні, розширення кокілю при нагріванні, усадки метала виливка та залежність теплофізичних коефіцієнтів від температури. Програми комп’ютерного моделювання процесів затвердіння підвищують точність розрахунків тільки за умови адаптації з результатами експериментальних вимірювань температур твердіння виливків, що мають конкретний хімічний склад. В роботі оцифровано результати дев’яти експериментальних досліджень процесів твердіння циліндричних виливків зі сплавів Fe-C, отримані Б. Б. Гуляєвим, О. Н. Магницьким, Л. М. Постновим в координатах параметричного критерію (τ/R2) і відносної товщини (х/R) затверділого шару металу (х). Отримані залежності кристалізації 100 % твердої фази з кроком 0,05 х/R інтерполювали в діапазоні вмісту вуглецю 0,04...4,83 %. Наведено приклади розрахунку тривалості твердіння циліндричних виливків різних хімічних складів, а за гіпотезою приведеної товщини М. І. Хворінова можливо встановити в першому наближенні тривалість затвердіння виливків у формі куля і плита. Отримані результати рекомендовано використовувати для оцінки точності комп’ютерного моделювання процесів затвердіння еталонних сплавів Fe-C і подальшого корегування теплофізичних коефіцієнтів, які взято в розрахунках. Побудовано кінетику просування фронту ізосолідус для сплаву Fe-0,3%C, який охолоджується в циліндричній виливниці, розрахована його загальна тривалість затвердіння. Використовуючи графіки в координатах τ/R2 і х/R можна розрахувати тривалість кристалізації виливків різних розмірів, мінімальний час безпечного переміщення виливниці зі злитком з кесона до ділянки охолодження виливків для виконання технології гарячого посаду злитка в термічну піч, реалізувати технологію впливу на рідкий метал в ливарній формі або газодинамічного тиску в процесі кристалізації рідкої фази.
Intelligent Decision Support System
(RS Global Sp. z O.O., Poland, 2021) Shvachych, Gennady; Pobochij, Ivan; Sazonova, Maryna; Bilyi, Oleksandr P.; Moroz, Dmytro
ENG: Here one of the new efficient approaches to solving problems of intelligent support of making decisions of a cooperate enterprise scale is analyzed, bearing in mind that the enterprise is oriented towards integration of two interconnected information technologies: a technology of constructing information storages and a technology of intelligent data analysis. A new conception of the role of informating-controlling systems in controlling and operating pipe manufacturing process is suggested. It broadens a traditional view over information systems just as if it were only an instrument of a computer data analysis. The role of the modern information systems in the manufacturing as an independent scientific and applied direction serving as a connecting link in the triad “raw product – ngineering process – end product” is substantiated. Some problems connected with plantation of the informating-controlling systems in the pipe manufacturing is formulated. It broadens a traditional view over information systems just as if it were only an instrument of a computer data analysis. The practical application of this product permits the operating personnel of the enterprise to control the engineering process, analyze the processes passing in each mill, adjust the PRP mills’ engineering characteristics in the pipe-manufacturing process. The suggested approach influences quite strongly the production’s quality improving and enables to work stably in the thin-walled pipe grades sphere.
Визначення впливу дисперсності залізовмісної складової на технологічні властивості формувальних та стрижневих сумішей
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Селівьорстов, Вадим Юрійович; Доценко, Юрій Валерійович; Хричиков, Валерій Євгенович
UKR: Представлені результати досліджень вибору раціонального способу отримання залізовмісної складової різної дисперсності в кульових млинах для формувальних та стрижневих залізофосфатних ХТС, а також вплив дисперсності окалини на міцність суміші даного типу. Встановлено, що для отримання високодисперсної залізовмісної складової фосфатної ХТС в умовах діючого виробництва найбільш раціональним є застосування механічного способу – тобто подрібнення в кульових млинах, оскільки він є ефективним як з технологічної, так і з економічної точки зору, зважаючи, в тому числі, на розповсюдженість даного виду обладнання. Кожен із зразків окалини завантажувався в кульовий млин згідно з інструкцією і подрібнювався протягом 40 хвилин. Кожні 5 хвилин млин зупиняли і відбирали пробу масою 100 грамів, після чого визначався гранулометричний склад окалини в даному зразку. Згідно з літературними джерелами загальноприйнятої класифікації за даними гранулометричного складу не існує [7].Це пов’язано з різноманітністю цілей, задля яких визначають гранулометричний склад того чи іншого матеріалу. Гранулометричний склад різноманітних матеріалів встановлюється стандартами і технічними умовами, які розробляються для кожного окремо взятого споживача даної сировини. Нормативний документ по визначенню гранулометричного складу окалини металургійних комбінатів на сьогодні невідомий. Визначений гранулометричний склад прокатної окалини після подрібнення її в кульовому млині. Питома поверхня окалини на рівні 2300-2500 м2/г досягається вже через 20 хвилин подрібнення в кульових млинах, що підтверджує технологічну доцільність їх використання для подрібнення металевої складової залізофосфатних ХТС. Отримані дані щодо достатньо високої міцності на стиснення зразків залізофосфатної суміші, що досягає 3,5 – 4 МПа, і є цілком прийнятною для використання суміші для виготовлення об’ємних піщаних форм та стрижнів, показали перспективність проведення подальших досліджень у цьому напрямку.
Аналіз впливу різних середовищ на корозійну стійкість мідних сплавів
(Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, 2021) Кімстач, Тетяна Володимирівна; Узлов, Костянтин Іванович; Реп’ях, Сергій Іванович; Солоненко, Людмила Ігорівна
UKR: Мета роботи – встановлення взаємозв'язку корозійних пошкоджень із хімічним складом, а також зовнішніми чинниками, що впливають на корозію міді і мідних сплавів у різних умовах експлуатації. Методика. Об’єкт аналізу – актуальна нормативно-технічна база даних щодо складів стандартних та перспективних сплавів на основі міді для експлуатації в умовах агресивних середовищ (атмосфери, газів, розчинів солей і лугів, водних середовищ). Застосовано метод зіставного аналізу з метою обґрунтування перспективи використання спеціальних бронз для виготовлення корозійностійких деталей машин і механізмів. Результати та їх обговорення. Проаналізовано поведінку мідних сплавів у різних умовах експлуатації і розглянуто фактори, що викликають їх руйнування. Показано взаємозв'язок корозійних пошкоджень із хімічним складом, а також зовнішніми чинниками, що викликають корозію. Наведено відомості про швидкість корозії мідних сплавів у різних середовищах. Розглянуто питання раціонального використання мідних сплавів стосовно до своєрідних умов роботи деталей і споруд. Наведено актуальну інформацію щодо проблеми підвищення надійності та довговічності роботи виробів із мідних сплавів, одним із методів вирішення якої бачиться цілеспрямований вибір матеріалу для їх виготовлення залежно від умов експлуатації. Практична значимість. За результатами досліджень у роботі обґрунтовано ефективні галузі використання технічної міді, латуней, олов’яних, крем’янистих, алюмінієвих, нікелевих бронз із точки зору особливостей їх опору корозійним пошкодженням. Висновки. Встановлено, що мідні сплави характеризуються високою корозійною стійкістю в різних середовищах. У морських і океанських середовищах корозійна стійкість алюмінієвих бронз перевершує в ряді випадків стійкість усіх інших мідних сплавів. Зазначено, що найбільшу корозійну стійкість серед мідних сплавів мають алюмінієві бронзи і мідно-нікелеві сплави.
Моделювання впливу технологічних факторів на процес утворення газової пористості у відливках з вторинних алюмінієвих сплавів
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Трегубенко, Ганна Василівна; Меняйло, Олена Валеріївна
UKR: Мета. Дослідити вплив різних технологічних факторів на процес газовиділення водню при кристалізації вторинних алюмінієвих сплавів. Методика. Виконано моделювання процесу утворення газової пористості у відливках із вторинних алюмінієвих сплавів. Результати. Визначено, що для пізнішого виділення водню в газові бульбашки при затвердінні алюмінію та його сплавів необхідно підвищувати ступінь пересичення твердого металу воднем, зменшувати вихідний вміст водню в розплаві, підвищувати щільність і поверхневий натяг розплаву, збільшувати роботу утворення зародка газової бульбашки. Встановлено, щоб знизити інтенсивність виділення водню в газові бульбашки при затвердінні вторинних алюмінієвих сплавів потрібно зменшувати швидкість кристалізації та ступінь пересичення розплаву воднем. Наукова новизна. Вперше отримано математичну модель для прогнозування газовиділення водню в процесі затвердіння вторинних алюмінієвих сплавів. Практична значущість. Результати роботи можна застосовувати при виробництві конструкційних вторинних алюмінієвих сплавів для оптимізації технологічного процесу та мінімізації кількості газових пор та їх розмірів, а також отримання закритої газової пористості навіть після термо- або механічної обробки. Крім того, використання на практиці отриманих виразів дозволяє при отриманні литих алюмінієвих пористих сплавів (газарів) активно керувати процесом газовиділення водню при кристалізації та отримувати відливки з потрібною газовою пористістю.
Water Resistance of Structured Sand-Sodium-Silicate Mixtures
(Dnipro University of Technology, 2021) Solonenko, L. I.; Repiakh, Serhii I.; Uzlov, Kostiantyn I.; Mamuzich, I.; Bilyi, Oleksandr P.; Kimstach, Tetiana V.
ENG: Purpose. To establish regularities of changes in sand-sodium-silicate mixtures (SSSM) relative water resistance, structured by steam-microwave solidification method (SMS), on their structuring parameters and sodium silicate solute (SSS) dissolution conditions. Methodology. Technical purity water, SSS with 2.8–3.0 silicate modulus, quartz sand with 0.23 mm average particle size were used in this work. Studies were carried out on quartz sand samples, which were preliminarily cladded with 0.5–2.5 % (by weight) SSS and structured by SMS method. The fracture time of structured mixtures was evaluated on cubic specimens with 20 mm rib length, which were immersed in water at different temperatures. Findings. Changes in SSSM water resistance in water regularities depending on their manufacturing, use and storage conditions were established. Recommendations for SSSM rods removal from castings in water were developed. Originality. For the first time, it has been established that relative water resistance of the SSSM structured by SMS method decreases along with increase in water temperature in which it is destroyed. Depending on SSS mass used for quartz sand cladding in range 0.5–2.5 %, water resistance dependence on treatment in steam-microwave environment with 2–7 minutes’ running time acquires an inversion character with inversion point ∼3.1 minutes into the processing. For the first time, it has been discovered that in boiling water the relative water resistance of SSSM, structured by SMS-process and having preheating, monotonically increases with preheating temperature rising from 100 to 600 °С, sharply increases when heated to 600–700 °С and practically becomes absolute after preliminarily preheating to higher temperatures. Practical value. Research results will be useful in concepts of processes accompanying destruction of structured sands with water-soluble binders expanding, as well as in technologies and equipment development designed for SSS rods and mold rests removing from castings.
Аналіз поведінки водню при кристалізації вторинних алюмінієвих сплавів
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Трегубенко, Ганна Василівна; Меняйло, Олена Валеріївна
UKR: Мета. Дослідити поведінку водню при кристалізації вторинних алюмінієвих сплавів. Методика. Виконано моделювання процесу поведінки водню при кристалізації вторинних алюмінієвих сплавів. Результати. Виконано аналіз поведінки водню при затвердінні відливок із вторинних алюмінієвих сплавів. Отримані вирази для розрахунку поточних значень у процесі кристалізації вторинних алюмінієвих сплавів концентрацій водню в примежовому дифузному шарі, на фронті кристалізації, в об’ємі розплаву, який залишився і ефективного коефіцієнту розподілення водню. Наукова новизна. Уперше отримана математична модель для прогнозування поведінки водню в процесі затвердіння вторинних алюмінієвих сплавів. Практична значущість. Результати роботи можна застосовувати на практиці з метою оптимізації технологічного процесу і більш ефективного використання дорогоцінного обладнання для отримання якісних відливок із вторинних алюмінієвих сплавів.
Контроль експлуатаційної стійкості валків гарячої прокатки з високохромистих чавунів та швидкорізальних сталей
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Полякова, Наталія Володимирівна; Бойко, Максим Миколайович; Журавльова, Світлана Валеріївна; Чеченєв, Володимир Андрійович; Іващенко, Валерій Петрович; Хричиков, Валерій Євгенович
UKR: Мета. Властивістю, що визначає якість матеріалів робочого шару прокатних валків вважається їх зносостійкістю. Однак в умовах гарячої прокатки на її стабільність можуть вплинути такі властивості як корозійна стійкість та термостійкість. Поширеними матеріалами для виконання прокатних валків гарячої прокатки є білий високохромистий чавун та швидкорізальна сталь, питанням термостійкості яких у сучасній літературі не приділено достатньо уваги. Метою роботи є контроль якості високохромистого чавуну та швидкорізальної сталі як матеріалів валків гарячої прокатки за рахунок оцінки їх термостійкості. Методика. Експериментальні зразки високохромистого чавуну марки ІЧХ16НМФТ та швидкорізальної сталі марок Р5М5 та Р6М5 були піддані термоциклуванню за режимом: 200 циклів нагрівання до 600°С та охолодження до 20°С. Після випробувань оцінювали зміни мікроструктури та мікротвердості структурних. Результати. Представлені результати дослідження схильності матеріалів, що застосовуються для виробництва прокатних валків, до руйнування, викликаного термічною втомою. Досліджено умови зародження та зростання тріщин термічної втоми у білому високохромистому чавуні, оцінені структурні зміни, що відбуваються при термоциклуванні. На поверхні зразків білого високохромистого чавуну у процесі випробувань було виявлено утворення макро- та мікротріщин термічної втоми. Мікротріщини проходять по евтектичних карбіду, значною мірою поширюючись на залишковий аустеніт, по межі розділу карбіду з продуктами розпаду аустеніту. На поверхні зразків швидкорізальної сталі в описаних умовах випробувань тріщиноутворення не спостерігалося. Внаслідок термоциклування білого високохромистого чавуну відбувається зниження мікротвердості металевої матриці, а мікротвердість евтектичного карбіду у порівнянні з вихідним литим станом збільшується. Мікротвердість структурних складових швидкорізальної сталі змінюється менш істотно. Наукова новизна. Встановлено механізм впливу термоциклуваня білого високохромистого чавуну та швидкорізальної сталі на зносостійкість робочого шару прокатних валків з цих матеріалів. Практична значущість. Відбувається зниження зносостійкості прокатних валків з робочим шаром з високохромистого чавуну в литому стані внаслідок термовтомного руйнування під час експлуатації в умовах гарячої прокатки. Підвищити термостійкість високохромистого чавуну ІЧХ16НМФТ можна, за рахунок застосування спеціальних методів термообробки, спрямованих на отримання бейнітної структури металевої матриці. Рекомендується враховувати показники термостійкості матеріалів прокатних валків гарячої прокатки як додатковий критерій контролю їх якості.
Особливості реалізації графічного інтерактивного ігрового додатку для ознайомлення з технологією газодинамічного впливу на розплав в ливарній формі
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Селівьорстова, Тетяна Віталіївна; Селівьорстов, Вадим Юрійович; Чернов, Олександр Дмитрович
UKR: Стаття присвячена розробці інтерактивного графічного ігрового додатку для ознайомлення з особливостями нових ливарних технології, що базується на регульованому газодинамічного впливу на розплав в ливарній формі під час твердіння. Особливості навчального процесу при підготовці спеціалістів в галузі металургії, в тому числі ливарників, передбачає наявність ґрунтовної не тільки теоретичної і практичної підготовки, яка здійснюється в рамках ливарної лабораторії. Оснащення сучасної ливарної лабораторії вимагає суттєвих вкладень в обладнання, матеріали, крім того деякі ливарні технології не можуть бути адаптовані до навчального простору, це стосується і технології газодинамічного впливу на розплав в ливарній формі. Крім того, застосування графічного інтерактивного ігрового імітатора ливарної технології газодинамічного впливу на розплав в ливарній формі має незаперечні перспективи в рамках навчального процесу, особливу в умовах пандемії COVID-19. Тому розробка графічного інтерактивного ігрового додатку для ознайомлення з особливостями нової ливарної технології є актуальною задачею.
Дробно-дифенційний підхід для опису процесу живлення металів і сплавів, що твердіють в умовах регульованого газового тиску
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Селівьорстова, Тетяна Віталіївна; Селівьорстов, Вадим Юрійович; Мала, Юлія Анатоліївна
UKR: Для опису процесів фільтрації в складних дендритно-пористих середовищах запропонований ряд дробно-диференційних математичних моделей дифузійного типу. Описано нелінійне рівняння, що містить дробові похідні Рімана-Ліувілля за часом, яке може бути застосовано для коректного опису однофазної фільтрації не ньютонівської рідини в пористому середовищі.
Kinetics of Quartz Sand and Its Mixtures Drying by Microwave Radiation
(Dnipro University of Technology, 2021) Solonenko, Lyudmila I.; Repiakh, Serhii I.; Uzlov, Kostiantyn I.; Mamuzich, I.; Kimstach, Tetiana V.; Bilyi, Oleksandr P.
ENG: Purpose. Kinetics research and description of drying by microwave radiation mechanism development of quartz sand and its mixes with sodium silicate in limited quantity of water steam medium. Methodology. Distilled water, sodium silicate solute and quartz sand have been used in this research. Study has been performed on sand samples weighing 200 g. Mixtures drying and structuring have been performed by microwave radiation with power of 700W with frequency of 2.45 GHz in air and in saturated water weighing 1 g steam medium. Accuracy of temperature measurement is 1, mass is 0.02 g. Realized in this investigation drying kinetics has been specified as specimen weight change dependence and moisture evaporation from this mixture rate vs. drying duration. Dependencies have been built on the results of video recording and corresponding chrono-gravimetric measurements data digitalization. Mixtures during heating by microwave radiation temperature changes registration has been performed with an interval of 1560 s. Samples average heating rate has been estimated by calculation based on results in their temperature change determination during first 2 minutes of heating with microwave radiation. Findings. For the first time, microwave drying kinetics of quartz sand and its mixtures with sodium silicate in limited water medium (structured by SMS-process) has been studied. For the first time, based on SMS-process material balance, analytical dependence has been developed. This dependence application allows sand-sodium-silicate mixture structured by SMS-process maximum mass to calculate when using sodium silicate solute (silicate module 2.83.0) for quartz sand cladding and 1 g of saturated water steam for mixture structuring. It has been established that when mixtures structuring according to SMS-process water extraction from them takes place in three stages at ~100, 100108 and at 125138. Maximum appropriate heating temperature of sand-sodium-silicate mixture during structuring by SMS-process has been recommended as ~125. Exceeding of specified temperature leads to hydrated water from mixture releasing in steam form and its condensation on colder working surface of model-rod rigging. Resulting condensate leads to mixture restructuring in contact with equipment places and, accordingly, sharp quality deterioration in prepared molds and rods. For manufactured molds and rods quality stabilization, it has been recommended to pre-dry the quartz sand cladded with sodium silicate solute in microwave field for at least 3 minutes before structuring according to SMS-process. Originality. For the first time, data on drying kinetics has been obtained and quartz sand and its mixtures with sodium silicate in limited water steam medium microwave drying mechanism description has been developed. Influence of number of SMS-process basic parameters on structured quartz sand weight regularities has been established. Practical value. Research results will be useful in terms of ideas expanding about the processes that accompany granular materials drying, as well as in technologies and equipment for drying and structuring fine-grained dielectric materials and their mixtures development, creating new capillary-porous media, etc. under microwave radiation influence.
Кулястий графіт в заевтектичному чавуні
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Іванова, Людмила Харитонівна; Колотило, Євген Вікторович
UKR: Мета. Дослідження розподілу гадолінію в структурних складових валкового чавуну. Методика. Для дослідження впливу гадолінію на структурні складові плавку проводили в силітовій печі. Розплав чавуну перегрівали і методом примусового занурювання оброблювали зростаючими кількостями металевого гадолінію. Зразки охолоджувалися зі швидкістю, яка є в осерді реальної валкової ливарної форми – 0,5 град/c. Металографічний аналіз проводили на металомікроскопі моделі Neophot 21, рентгеноспектральний мікроаналіз проводили на установці MS-46 за прискорювального напругу 20 кВ і струму зонда 25 нА на зразках, виплавлених в індукційній печі ВЧИ-10 з охолодженням сплаву зі швидкістю 10 град/хв. Результати. Лабораторними дослідженнями були встановлені залишкові вмісти гадолінію в чавуні серцевини і шийок валків, що забезпечують отримання кулястого графіту з фактором форми 0,8...0,9. Визначено, що гадоліній зосереджений в основному в оболонці графітного включення, прилеглої до його центрального ядра. Після статистичної обробки результатів встановлено, що вміст гадолінію в центральному ядрі графітного включення – 0,015%. Встановлено, що розподіл гадолінію носить подібний з ітрієм характер, а в порівнянні з церієм – зворотний характер. Наукова новизна. Вперше проведено аналіз розподілу гадолінію в кулястому графіті заевтектичного чавуну. Практична значущість. Визначення ролі модифікатора в процесі формоутворення графіту дозволить створити найбільш ефективні модифікатори і розробити раціональну технологію отримання чавуну з кулястим графітом. Результати роботи будуть використані при виготовленні литих прокатних валків із комплексно модифікованих чавунів.
Прогнозування властивостей піщано-рідкоскляних сумішей, що структуровані в паро-мікрохвильовому середовищі
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Солоненко, Людмила Ігорівна; Реп'ях, Сергій Іванович; Узлов, Костянтин Іванович; Білий, Олександр Петрович; Усенко, Руслан Вікторович; Білий, Андрій Петрович; Іванова, Людмила Харитонівна
UKR: Багатофакторність, нерівнозначність і різновекторність впливу умов виробництва на якість виливків – характерні риси будь-якої ливарної технології. Ці особливості призводять до постійного «дрейфу» в часі оптимуму поєднання властивостей ливарних форм і стрижнів, співвідношень значущості факторів і технологічної вагомості параметрів в процесі формування якості виливків і стабільності технології їх виробництва. Тому робота, що присвячена розробці методики прогнозування властивостей піщано-рідкоскляних сумішей, що структуровані в паро-мікрохвильовому середовищі (ПМЗ-процес), є актуальною. Мета. Розробити методику розрахунку властивостей піщано-рідкоскляних сумішей, що структуровані в паро-мікрохвильовому середовищі. Методика.Для встановлення загальної структури передбачуваної залежності між обраними параметрами, заснованої тільки на інваріантності фізичної залежності при зміні масштабів одиниць, використовували -теорему аналізу розмірностей. З цією метою припустили, що між n даних фізичних величин (відібраних параметрів) існує якась залежність, у якій вид постійний навіть при зміні масштабів одиниць в деякому класі систем одиниць. Тобто, вона еквівалентна залежності між меншим числом p=n–k безрозмірних величин, де k – найбільше число величин з незалежними розмірностями серед вихідних n величин. Наукова новизна. Вперше розроблена методика розрахунку властивостей піщано-рідкоскляних сумішей, що структуровані за ПМЗ-процесом, що дозволяє на теоретичному рівні корегувати як склад суміші, так і її властивості. Практична значущість. Використання методики розрахунків властивостей піщано-рідкоскляних сумішей, структурованих за ПМЗ-процесом, дозволить підвищити точність аналізів і прогнозування властивостей сумішей та при необхідності, відповідним чином змінити склад суміші, скорегувати відповідні технологічні параметри виробництва формувальних та стрижневих сумішей, зменшити витрати на процес оптимізації складу цих сумішей.
Вплив піщано-рідкоскляних форм, структурованих паро-мікрохвильовим затвердінням, на пригар і шорсткість поверхні виливків
(Фізико-технологічний інститут металів і сплавів Національної академії наук України, Київ, 2021) Солоненко, Людмила Ігорівна; Реп’ях, Сергій Іванович; Білий, Олександр Петрович
UKR: Метою цієї роботи є вивчення впливу піщано-рідкоскляних форм, структурованих за способом паро-мікрохвильового затвердіння (ПМЗ-процес), на пригар і шорсткість виливків. У дослідженнях використовували форми, що були виготовлені за Сold-box-amin-процесом, Resol-CO2-процесом, СО2-процесом та ПМЗ-процесом, які заливали сталлю 30Л. Зразки виливків зі сталей 30Л, 20Х27Н18С2Л, сірого чавуну СЧ20, бронз БрА9Ж3Л, БрО5Ц5С5, БрО4Ц4С17 і алюмінієвого сплаву АЛ2 відливали в форми, що виготовлені за ПМЗ-процесом. Перегрів всіх сплавів над температурою ліквідус при заливці становив 120 ± 7 °C. Мікроструктуру зразків сталі 30Л досліджували на оптичному мікроскопі МБС-10 до і після їх травлення ніталем. Параметри шорсткості визначали на профілометрі в комплекті з інформаційно-обчислювальним комплексом мод. 170622. Встановлено, що якість поверхні виливків, виготовлених за ПМЗ-процесом, не поступається якості поверхні виливків, виготовлених в формах за Сold-box-amin, Resol-CO2, СО2-процесами, і для виливків зі сплаву АЛ2 знаходиться на рівні якості (по чистоті поверхні) з виливками, що виготовляють в оболонкових формах. Якщо врахувати, що ПМЗ-процес екологічно безпечніший, ніж Сold-box-amin, Resol-CO2-процес, і економічніший, ніж Сold-boxamin, Resol-CO2 і СО2-процес, то цей спосіб виготовлення форм і стрижнів, з числа перерахованих способів, при наявності відповідного обладнання та оснащення, є найбільш перспективним для виготовлення середнього і дрібного литва загальномашинобудівного призначення із залізовуглецевих і легкоплавких кольорових сплавів. Виходячи з викладеного, перспективні дослідження повинні бути спрямовані на встановлення закономірностей впливу ряду основних параметрів плакованих рідкоскляних сумішей і умов виготовлення форм і стрижнів за способом ПМЗ на якість литва та оптимізацію умов структурування подібних сумішей в умовах виробництва виливків в сучасних ливарних цехах.
Випаровування малих мас води при їх обертанні в області стоячих хвиль мікрохвильового випромінювання
(ТОВ «ТЕРМАЛ ЕНД МЕТІРІАЛ ЕНЖІНІРІНГ СЕНТЕР», 2021) Солоненко, Людмила Ігорівна; Реп’ях, Сергій Іванович; Узлов, Костянтин Іванович
UKR: Мета роботи – дослідити швидкість нагріву та випаровування води з одиночних та парних наважок води масою до 600 г в залежності від їх числа, маси та розміщення на обертовому столі мікрохвильової печі. Методика. Визначення впливу маси, кількості і місця положення наважок води на тривалість її випаровування проводили з використанням картонних стаканів, які встановлювали у центрі та рівновіддалено від центру обертання робочого столу мікрохвильової печі. Зміну маси наважок під час їх обробки мікрохвильовим випромінюванням проводили шляхом їх зважування через кожні 1...4 хв обробки. Обробку наважок мікрохвильовим випромінюванням проводили в печі з об'ємом робочої камери 32 літри, з номінальною потужністю магнетрону 900 Вт, частотою мікрохвильового випромінювання 2,45 ГГц. Результати. Встановлено, що для реалізації процесу структурування піщано-рідкоскляних сумішей за способом паро-мікрохвильового затвердіння використання наважок води (водяних зарядів) в резонаторі мікрохвильової печі більше 3 г недоцільно. Це зумовлено тим, що подальше збільшення маси наважок призводить до збільшення тривалості нагрівання та випаровування води з неї. При збільшенні маси води у наважок, що розташовані у центрі обертового столу, тривалість її випаровування мало залежить від маси наважок, розташованих на краю обертового столу. При цьому тривалість нагріву і випаровування води з парних наважок малої маси, розташованих як у центрі, так і на краю, зростає зі збільшенням їх маси. Наукова новизна. Вперше досліджено та встановлено час тривалості нагрівання та випаровування малих парних наважок води, розташованих на краю і в центрі обертового столу мікрохвильової печі, від їх вихідної маси. Практична цінність. Отримані дані будуть корисні для розробки технології структурування формувальних та стрижневих піщано-рідкоскляних сумішей за способом паро-мікрохвильового затвердіння.
Вплив піщано-рідкоскляних формувально-стрижневих сумішей, структурованих за способом паро-мікрохвильового затвердіння, на якість дрібних виливків
(Фізико-технологічний інститут металів і сплавів Національної академії наук України, Київ, 2021) Солоненко, Людмила Ігорівна; Реп’ях, Сергій Іванович; Узлов, Костянтин Іванович; Білий, Олександр Петрович
UKR: Мета досліджень – оцінити вплив способу виготовлення форм з піщано-рідкоскляних сумішей, що структуровані за способом паро-мікрохвильового затвердіння, на якість поверхні і точність розмірів литих виробів та встановити придатність способу паро-мікрохвильового затвердіння для виготовлення дрібних виливків загальномашинобудівного призначення. Ступінь точності литої поверхні за ДСТУ 8981:2020 та параметри її шорсткості досліджували на виливках Ø30×150 мм зі сталі 40Х24Н18С2Л, 30Л, сірого чавуну СЧ200, бронзи БрО5С5Ц5 і БрА9Ж3Л. Виливки отримували у ливарних формах, що виготовляли шляхом структурування кварцового піску, плакованого рідким склом, в паро-мікрохвильовому середовищі. Визначення параметрів шорсткості проводили на профілографі в комплекті з інформаційно-обчислювальним комплексом мод. 170622. Визначення впливу способу структурування формувальної суміші на точність розмірів лиття проводили на виливку «Плита решітки» зі сталі 40Х24Н18С2Л. Дослідження проводили порівнянням величин відхилень габаритних розмірів виливка «Плита решітки» від їх номінальних значень, а також зіставленням числа бракованих виливків, що були виготовлені у формах, які структурували за СО2-процесом та за способом паро-мікрохвильового затвердіння. Розміри виливків вимірювали штангенциркулем з величиною похибки вимірювань до 0,01 мм. Якість поверхні виливків на наявність поверхневих дефектів оцінювали візуально. За результатами досліджень встановлено, що відповідно до ДСТУ 8981:2020 ступінь точності литої поверхні виливків розміром від 100 до 250 мм відповідає 7–10 класу, що знаходиться на рівні ступеня точності бронзового лиття в оболонкові форми з термореактивних сумішей, а сталевих і чавунних виливків – на рівні лиття під низьким тиском в кокіль без піщаних стрижнів і вище, ніж у виливків, що виготовляють в піщано-глинистих, вакуум-плівкових формах і формах з рідкоскляних самотвердіючих сумішей. Точність розмірів виливків, виготовлених в формах за способом паро-мікрохвильового затвердіння, дещо вища, ніж виливків, виготовлених в формах за СО2-процесом. При цьому, у виливках, отриманих в формах за способом паро-мікрохвильового затвердіння, відсутні газові раковини і спаї, а остаточний брак за невідповідністю розмірів і виправний брак за поверхневими дефектами виливків, відповідно, в 3,7 і 13,5 рази нижче, ніж у виливків, що були виготовлені у формах за СО2-процесом. Вперше досліджено і відповідно до ДСТУ 8981:2020 встановлено ступінь точності литої поверхні та параметри її шорсткості для виливків з розмірами 100–250 мм зі сталі 40Х24Н18С2Л, 30Л, сірого чавуну СЧ200, бронзи БрО5С5Ц5 і БрА9Ж3Л, що були залиті в ливарні форми, суміш яких була структурована за способом паро-мікрохвильового затвердіння. Отримані дані будуть корисні при виборі способу виготовлення ливарних форм та стрижнів для виробництва дрібних виливків загальномашинобудівного призначення.
Використання спеціальних добавок для покращення вибивання рідкоскляних формувальних сумішей
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Іванов, Валерій Григорович; Крилова, Людмила Олександрівна; Каргінов, Володимир Петрович; Кудін, Вадим Валерійович; Матвейшин, Микита Віталійович; Хричиков, Валерій Євгенович
UKR: Мета досліджень – визначити ефективність технологічних добавок у рідкоскляну формувальну суміш з метою зменшення роботи вибивання. Методика. У роботі використовували формувальну суміш, що складалася з кварцового піску (марки 1К2О202) та натрієвого рідкого скла (питома щільність1,42...1,44 г/см3, силікатний модуль 2,8...3,0). В якості спеціальних технологічних добавок у формувальну суміш використовували суміш комплексну СК-3у, спучений вермикуліт та спучений графіт. Стандартні циліндричні зразки з рідкоскляної суміші попередньо висушували в печі протягом 1 години при температурі 200...220°C, потім прожарювали протягом 1 години при 500, 600 і 800°C та охолоджували з піччю. Роботу вибивання зразків розраховували за відомою методикою науково-дослідного інституту важкого машинобудування. Результати. Найменша робота вибивання відповідала добавці в рідкоскляну формувальну суміш вермікуліту та спученого графіту. Робота вибивання формувальної рідкоскляної суміші при температурах 500, 600 та 800 оС з використанням 4,0% спеціальної технологічної добавки, що складалася з СК-3у та вермикуліту, не перевищувала 100 Дж. Наукова новизна. Використання спеціальних добавок у рідкоскляні формувальні суміші, що при температурах їх використання суттєво збільшуються у об’ємі та порушують суцільність плівок зв’язуючого між зернами піску є резервом зниження трудомісткості вибивних та очисних робіт. Найкраще цьому відповідає спучений вермикуліт дрібної фракції (до 0,4 мм) в порівнянні зі спученим графітом. Останній при висушуванні суттєво збільшує лінійні розміри зразків, що може негативно вплинути на точність виготовлення стрижнів та виливків. Практична значущість. Результати досліджень можуть бути використанні при розробці технологічних процесів виробництва виливків у піщаних рідкоскляних сумішах для зменшення трудомісткості вибивних робіт.
Склеювання рідким склом структурованих піщано-рідкоскляних сумішей
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Солоненко, Людмила Ігорівна; Реп’ях, Сергій Іванович; Узлов, Костянтин Іванович; Іванова, Людмила Харитонівна
UKR: Мета – дослідження способу склеювання чистим рідким склом (РС) форм і стрижнів з структурованих піщано-рідкоскляних сумішей (ПРС), затвердіння якого здійснюють мікрохвильовим випромінюванням та розробка інженерної методики розрахунку мінімально припустимої міцності при розтягуванні клейового шва для структурованих сумішей. Методика. В дослідженнях використовували кварцовий пісок марки 1К3О3016 та РС (ГОСТ 13078-81) з силікатним модулем 2,9 і питомою щільністю 1,44 г/см3. Обробку зразків, що склеювали мікрохвильовим випромінюванням, проводили в печі мікрохвильового випромінювання з номінальною потужністю магнетрона 700 та 900 Вт і частотою випромінювання 2,45 ГГц. Міцність сумішей при розтягуванні визначали на приборі LRu-2e на зразках-вісімках. Результати. Розроблено методику розрахунку мінімально допустимої міцності клейового з'єднання при розтягуванні, урахування величини якого під час розробки виготовлення ливарних форм та стрижнів дозволить забезпечити цілісність залитим розплавом формам і попередить зміщення або відрив стрижнів, встановлених в них. Встановлено, що рідке скло в чистому вигляді можна використовувати в якості клейового матеріалу, що затверджується в мікрохвильовому випромінюванні, для склеювання ПРС, структурованих паро-мікрохвильовим затвердінням (за ПМЗ-процесом). Не рекомендовано використовувати РС в чистому вигляді в якості клейового матеріалу, що затверджується в мікрохвильовому випромінюванні, для склеювання ПРС, структурованих тепловим сушінням. Наукова новизна. Вперше встановлено явище одночасного переносу рідкого скла та кварцового піску, насиченого рідким склом, в структурованих піщано-рідкоскляних сумішах під час їх обробки паро-мікрохвильовим випромінюванням и виникнення нових капілярно-пористих структур з підвищеним вмістом в них силікату натрію. Практична значущість. Методика розрахунку мінімально припустимої міцності клейового з'єднання при розтягуванні дозволить отримати практичні дані врахування яких при розробці технології виготовлення ливарних форм та стрижнів забезпечить цілісність форм при їх заливці розплавом і попередить зміщення або відрив стрижнів, встановлених в них, що в цілому покращить якість виливків. Використання чистого рідкого скла при виготовленні клейових з'єднань в ливарних формах та стрижнях, що виготовлені за ПМЗ-процесом, дозволить знизити собівартість виготовлення виливків за рахунок відмови від використання інших видів клею.
Усунення утяжини у художніх виливках з різною товщиною стінки
(Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ, 2021) Хричиков, Валерій Євгенович; Семенов, О. Д.; Меняйло, Олена Валеріївна; Шалевська, І. А.; Мяновська, Яна Валеріївна
UKR: Мета роботи – усунення утяжини у художніх виливках з різною товщиною стінки. В роботі розглядається принципово новий метод попередження утворення утяжини. Дефект лиття - утяжина має вигляд заглиблення із заокругленими гладкими краями на поверхні у потовщеній частині виливку, що відрізняє його від усадкової раковини. Виникнення утяжини обумовлено утворенням в масивних частинах виливку теплових вузлів, з центру яких розплав фільтрується для живлення усадки затверділого шару на всі найближчі поверхні виливку. Тому в роботі вважали, що при переміщенні розплаву з теплового вузла, в його центрі утворюється пустота та розрядження, що призводить до втягування і викривлення затверділого шару металу на частині поверхні виливку з меншою міцністю. Для попередження утворення утяжини, як правило, використовують стрижні, що зменшують різнотовщинність стінки художнього виливку, надливи і потовщені ливники для живлення усадки термічного вузла виливка, холодильники внутрішні та зовнішні. Але не завжди можливо встановити надливи із-за недотримання конфігурації поверхні художнього виливку, внутрішні стрижні для невеликих виливків виготовити і закріпити у ливарній формі важко. Тому на прикладі виготовлення художнього виливку «Буйвол» при литті по моделям, що витоплюються, запропоновано нову методику усунення утяжини. В роботі враховували, що усадкові раковини і пористість в середині виливку не контролюються на відміну від високих вимог до точності форми поверхні художніх литих виробів. Розрядження, що виникає в центрі теплового вузла, усунули за рахунок переміщення атмосферного повітря по тонкій трубчастій голці із аустенітної нержавіючої сталі, яка використовується для медичних ін’єкцій. Трубку із зовнішнім діаметром 0,80 мм встановлювали в прес-формі одним кінцем в центрі термічного вузла потовщеної частини виливка, а другим – в ливарній формі з боку не робочої поверхні, яка недоступна для огляду і не порушує естетичний вид художнього виливку. Завдяки з’єднанню другого кінця трубки з атмосферним повітрям розрядження в центрі усадкової раковини не виникає. Нова ливникова система без масивного центрального живильника, який раніше підводили в тепловий вузол, дозволила усунути усадкові дефекти на зовнішній поверхні, зменшити витрати на ливникову систему, карбування поверхні в місці з’єднання живильника з художнім виливком, уникнути формування утяжини. Результати роботи рекомендовано використовувати при литті художніх і ювелірних виробів, що мають температуру розплаву меншу, ніж у трубчастій голці із нержавіючої сталі.
Аналіз ефективності перемішування компонентів залізофосфатної суміші у сухому стані
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Селівьорстов, Вадим Юрійович; Доценко, Юрій Валерійович
UKR: Представлені результати досліджень впливу часу перемішування вихідних компонентів у сухому стані на ступінь засвоєння залізовмісної складової формувальних та стрижневих залізофосфатних холоднотвердіючих сумішей. Експериментально визначений відсоток засвоєння дисперсної залізовмісної складової через кожну хвилину перемішування в лабораторних бігунах при загальному часі перемішування протягом 15 хвилин. Використовуючи оригінальну методику відокремлювання часток, під мікроскопом відділяли частинки окалини, що не засвоїлися (не розподілилися на поверхні піщинок), і зважували їх. Отримані залежності ступеня засвоєння металевої складової залізофосфатної суміші від часу перемішування при різному її початковому вмісті. Показано, що найбільший ступінь засвоєння залізовмісної складової залізофосфатних сумішей досягається в результаті перемішування складових суміші протягом перших чотирьох – п’яти хвилин. Потім цей показник починає знижуватися, оскільки починають руйнуватися піщинки під дією навантаження валків бігунів, а також знижуються сили електростатичної взаємодії між поверхнями піщинок і дисперсійним середовищем в порівнянні з силами взаємного тяжіння між дисперсними частинками залізовмісного компоненту суміші. Опираючись на приведений аналіз теоретичних положень та отриманих результатів експериментальних досліджень, висловлене припущення про можливість регулювання умов і параметрів твердіння фосфатних пов’язувальних систем, зокрема використанням залізовмісного наповнювача певної дисперсності та перемішуванням компонентів суміші в сухому стані протягом певного часу. Відомо, що для перемішування компонентів і засвоєння необхідної частини залізовмісної складової суміші використовується значна кількість енергії (в залежності від типу використовуваного агрегату). Для зниження енергоємності цього процесу актуальною задачею є визначення ступеня засвоєння залізовмісної складової фосфатних холоднотвердіючих сумішей при їх виготовленні за допомогою перемішування складових саме в сухому стані.
Модифікатор для внутрішньоформенного модифікування осьової зони прокатних валків
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Хитько, Олександр Юрійович; Іванова, Людмила Харитонівна; Хричіков, Валерій Євгенійович
UKR: Мета. Аналіз умов та модифікаторів для внутрішньоформенного модифікування при диференційованому впливі на окремі частини виливка, що твердне. Методика. Дослідження мікроструктури валкових чавунів за допомогою металографічного аналізу; стандартні методи контролю фізико–механічних та експлуатаційних властивостей чавунів. Результати. Розглянуті відомі модифікатори в умовах пізнього внутрішньоформенного модифікування. Розроблено новий склад модифікатора на базі силуміну та УДП SiO2. Наукова новизна. Вперше розроблений склад сумішевого графітизуючого модифікатора, що містить як основу легкоплавкий компонент – алюміній, а також ультрадисперсний порошок діоксиду кремнію. Практична значущість. Результати роботи можуть бути використані при виробництві прокатних валків. Використання розробленого модифікатора дає можливість диференційованого впливу на окремі частини виливка змінюючи макроструктуру чавуну базового складу.
Оптимізація зернового складу піщано-рідкоскляних сумішей для структурування способом паро-мікрохвильового затвердіння
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Солоненко, Людмила Ігорівна; Реп'ях, Сергій Іванович; Узлов, Костянтин Іванович
UKR: В роботі досліджено вплив розмірів піщано-рідкоскляних конгломератів суміші і вмісту в них натрієвого рідкого скла на основні фізико-технологічні показники формувальних та стрижневих сумішей структурованих в паро-мікрохвильовому середовищі, оптимізовано склад піщано-рідкоскляної суміші, структурованої в паро-мікрохвильовому середовищі (спосіб паро-мікрохвильового затвердіння – ПМЗ-процес). В дослідженнях використано стандартні і загальноприйняті методи і методики дослідження формувальних сумішей. Для виготовлення сумішей використовували: кварцовий пісок марки 1К2О202; натрієве рідке скло з силікатним модулем 2,8...3,0 і питомою щільністю 1,42...1,44 г/см3. Плакування кварцового піску проводили 0,5 і 2,5 % рідкого скла (за масою, понад 100% піску). Піщано-рідкоскляні конгломерати розсіювали в ситах і для досліджень використовували конгломерати з розмірами менш 0,315 мм, а також з розмірами від 0,315 до 0,63 мм. Оптимізацію складу суміші проводили за результатами симплекс-планування та реалізації експерименту шляхом побудови симплекс-трикутників та накладення їх форматованих зображень одне на одного із затемненими полями між ізолініями, які не відповідають необхідному рівню кожного з параметрів. Для побудови симплексних решіток використали модельза симплекс-решітчастим планом неповного куба в трійній системі Г. Шеффе. Вперше встановлено вплив розмірів піщано-рідкоскляних конгломератів суміші і вмісту в них натрієвого рідкого скла на основні показники формувальних та стрижневих сумішей структурованих в паро-мікрохвильовому середовищі, а також оптимізовано їх склад. Отримані дані будуть корисні при виготовлені ливарних форм та стрижнів, що структуровані за ПМЗ-процесом, які будуть мати прогнозовані показники властивостей, що відповідають допустимому їх рівню. Оптимальній склад піщано-рідкоскляної суміші, що структурована за ПМЗ-процесом, є суміш кварцового піску, частина якого пройшла крізь сито з осередком 0,315 мм та мають вміст рідкого скала (МSiO2=2,8...3,0, 2=1,42...1,44 г/см3) у кількості 1,5 % (за масою, поверх 100 % кварцового піску).
Дослідження особливостей цифрових зображень металоструктур, що містять карбіди
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Захаров, Олександр Олександрович; Селівьорстова, Тетяна Віталіївна; Селівьорстов, Вадим Юрійович; Балакін, Валерій Федорович; Камкіна, Людмила Володимирівна
UKR: Стаття присвячена розробці інформаційної моделі призначеної для аналізу цифрових зображень металоструктур з карбідними вкрапленнями. Проведений аналіз літературних джерел, встановлено, що дослідження металоструктур є актуальним інструментом оцінки якісних характеристик. Наявність карбідів в структурі металу має значний вплив на його якість. Наведений огляд методики вивченні структури металу, визначено важливість етапу обробки зображення металоструктур. Описані основні способи отримання цифрових зображень структури металу. Представлені зразки металоструктур, з карбідами. Запропоновано процедуру цифрової обробки зображень металоструктур з карбідними вкрапленнями, яка складається з переведення зображення в напівтонове, контрастування та порогової бінарізації. Продемонстровані результати визначення карбідних вкраплень із застосуванням процедури цифрової обробки зображень. Показані переваги та недоліки підходу, визначені напрямки вдосконалення.
Sand-Sodium-Silicate Mixtures Structured in Steam-Microwave Environment Effective Values of Thermo-Physical Properties
(Dnipro University of Technology, Ukraine, 2021) Solonenko, L. I.; Repiakh, Serhii I.; Uzlov, Kostiantyn I.; Dziubina, A. V.; Abramov, Serhii O.
ENG: Purpose. Sand-sodium-silicate mixtures, structured by steam-microwave solidification, thermo-physical properties integral-effective values during Al-Mg alloy and graphite cast iron pouring determination. Sand-sodium-silicate mixture apparent density changing according to quartz sand, cladded with sodium silicate solute, fractional composition and its influence on BrA9Zh3L bronze microstructure establishment. Methodology. Quartz sand with 0.23 mm average particle size, sodium silicate solute, aluminum alloy with 8.5 % Mg, flake graphite cast iron SCh200 (DSTU 8833:2019), bronze BrA9Zh3L (GOST 493-79) were used. Mixtures structuring was carried out in 700 W magnetron power microwave furnace. Sand-sodium-silicate mixture thermo-physical properties integral-effective values were calculated by G. A. Anisovich method, using castings results and molds thermography. Structured mixtures apparent density was determined on samples 50x120 mm dimension. Metallographic studies were realized using Neophot-21 optical microscope. Findings. It was found that with sodium silicate solute, used for sand cladding, amount increasing from 0.5 to 3 % mold material apparent density decreases and thermal activity lowers. This leads to castings grains size increasing. Mixture sodium silicate solute content was recommended limiting 1.5 % for fine-grained microstructure castings obtaining and cladded sand using, which particles pass through mesh side less 0.315 mm sieve. Sands with sodium silicate solute content more than 1.5 %, which don’t pass through sieve 0.4 mm mesh side, were recommended as casting molds heat-insulating material using. Originality. For the first time, when aluminum-magnesium alloy and graphite cast iron pouring, quartz sand cladded with sodium silicate solute in amount from 0.5 to 3.0 % (weight, over 100 % quartz sand), steam-microwave radiation structured, thermo-physical properties integral-effective values were determined. Practical value. Data obtained using will improve castings solidification time and rate analytical calculations accuracy, forecast level and residual stresses sign in them, shrinkage defects locations. This will reduce casting technology developing time and costs and castings manufacturability.
Efficient Algorithms for Parallelizing Tridiagonal Systems of Equations
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Shvachych, Gennady Grygorovych; Vozna, Nataliіa; Ivashchenko, Olena V.; Bilyi, Oleksandr P.; Moroz, Dmytro
ENG: The article is devoted to the development of the maximal parallel forms of mathematical models with a tridiagonal structure. The example of solving the Dirichlet and Neumann problems by the method of straight lines and the sweep method for the heat equation illustrates the direct fundamental features of constructing parallel algorithms. It is noted that the study of the heat and mass transfer processes is run through their numerical modeling based on modern computer technology. It is shown that with the multiprocessor computing systems’ development, there disappear the problems of increasing their peak performance. On the other hand, building such systems, as a rule, requires standard network technologies, mass-produced processors, and free software. The noted circumstances aim at solving the so-called big problems. It should be borne in mind that the classical approach to solving the tridiagonal structure models based on multiprocessor computing systems is far more time-consuming compared to single-processor computing facilities. That is explained by the recurrence relations that make the basis of classical methods. Therefore, the proposed studies are relevant and aim at the distributed algorithms development for solving applied problems. The proposed research aims to construct the maximal parallel forms of mathematical models with a tridiagonal structure. The paper proposes the schemes to implement parallelization algorithms for applied problems and their mapping to parallel computing systems. Parallelization of tridiagonal mathematical models by the method of straight lines and the sweeping method allows designing absolutely stable algorithms with the maximum parallel form and, therefore, the minimum possible time for their implementation on parallel computing devices. It is noteworthy that in the proposed algorithms, the computational errors of the input data are separated from the round-off errors inherent in a PC. The proposed approach can be used in various branches of metallurgical, thermal physics, economics, and ecology problems in the metallurgical industry.
Оптимізація вмісту олова та алюмінію в олов’яній бронзі за показниками механічних властивостей
(Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, 2022) Кімстач, Тетяна Володимирівна; Узлов, Костянтин Іванович; Реп'ях, Сергій Іванович; Солоненко, Людмила Ігорівна
UKR: Постановка проблеми – розроблення нових складів ливарних бронз, у яких поєднані найкращі рівні властивостей, притаманні як олов'яним, так і алюмінієвим бронзам. Мета. Отримання закономірностей між показниками механічних властивостей та вмісту легувальних компонентів у бронзі системи Сu−Sn−Al за вмістом олова та алюмінію до 6 % кожного. Методика. Сплави для досліджень готували шляхом сплавлення первинних шихтових матеріалів технічної чистоти в індукційній печі тигельної з використанням графітового тигля і деревного вугілля як покривного матеріалу. Механічні властивості досліджуваних сплавів розраховували за результатами випробувань відповідних зразків із їх статичним розтягом й ударним вигином за кімнатної температури згідно з діючими стандартами. Контроль хімічного складу сплавів здійснювали на прецизійному аналізаторі EXPERT 4L на зразках, вирізаних із трефоподібних проб. Побудову поверхонь відгуку досліджуваної багатокомпонентної системи проводили методом симплекс-планування Г. Шеффе з моделями четвертого та третього ступеня. Результати та їх обговорення. За результатами досліджень сплавів системи Сu−Sn−Al у роботі встановлено функціональні залежності між показниками механічних властивостей та вмістом Sn та Al з масовою часткою від 1 до 6 % кожного, що дає можливість прогнозувати рівень механічних властивостей за хімічним складом такої бронзи при литті. Висновки. Встановлено, що у досліджених межах вмісту олова та алюмінію найкраще поєднання механічних властивостей має бронза БрО3А3 з умістом Sn = (3...4) % та Al = (3...4) %. Бронза БрО3А3 має більш високі (зокрема пластичні) значення механічних властивостей порівняно із властивостями олов'яних бронз, які найчастіше використовують в промисловості. Це дає підставу рекомендувати дану бронзу для виготовлення фасонних виливків та підшипників тертя.
Характер механічного руйнування піщано-рідкоскляних сумішей, що структуровані у паро-мікрохвильовому середовищі
(НМетАУ, Дніпро, 2022) Солоненко, Людмила Ігорівна; Реп'ях, Сергій Іванович; Узлов, Костянтин Іванович; Карпова, Тетяна Петрівна
UKR: Мета. Дослідити характер та розробити опис зміни характеру механічного руйнування піщано-рідкоскляних сумішей від часу їх структурування у паро-мікрохвильовому середовищі. Методика. Міцність на розтяг структурованих сумішей визначали на приладі мод. LRu-2e відповідно до ГОСТ 23409.7. Структуру поверхонь руйнування піщано-рідкоскляних сумішей досліджували на растровому електронному мікроскопі мод. РЕМ-106І при прискорювальній напрузі від 20 до 30 кВ і силі струму зонда від 4 А до 30 А у вторинних електронах з діаметром зонда від 1000 до 200 нм. Розробку опису механізму руйнування піщано-рідкоскляних сумішей виконано за результатами аналізу, зіставлення, виключення та узагальнення відомих та отриманих авторами даної роботи експериментальних та теоретичних досліджень, опублікованих у відкритих наукових джерелах з аналізованої тематики. Результати. Не залежно від вмісту рідкого скла в структурованій піщано-рідкоскляній суміші характер її руйнування залежить від часу паро-мікрохвильової обробки, який зі збільшенням часу обробки змінюється від адгезійного до змішаного і когезійного. Відповідно до розробленого опису механізму руйнування перехід від адгезійного до когезійного механізму руйнування викликано характером ходи залежності підвищення в часі як адгезійної міцності в системі кварц-рідке скло, так і когезійної міцності рідкого скла в манжетах суміші. При цьому зміна когезійної міцності рідкого скла у часі при мікрохвильовій обробці має екстремальний характер і, вочевидь, зумовлена ступенем полімеризації силікату натрію з рідкого скла під час його дегідратації. Наукова новизна. Вперше розроблено опис зміни характеру механічного руйнування піщано-рідкоскляних сумішей від часу їх структурування у паро-мікрохвильовому середовищі. Практична значимість. Отримані дані дозволять розширити уявлення про властивості піщано-рідкоскляних форм та механізм їх руйнуванні під механічним впливом, оцінити можливості способу структурування в паро-мікрохвильовому середовищі, цілеспрямовано вибрати напрями досліджень та практичних дій в частині керування рівнем властивостей структурованих піщано-рідкоскляних сумішей.
Вплив модифікування високодисперсним карбідом кремнію на ливарні властивості вторинного сплаву системи Al-Si
(Фізико-технологічний інститут металів і сплавів Національної академії наук України, Київ, 2022) Ямшинський, М. М.; Селівьорстов, Вадим Юрійович; Лук’яненко, І. В.; Кивгило, Б. В.
UKR: Одним із основних напрямів застосування алюмінію є авіакосмічна та транспортна промисловість, які постійно підвищують вимоги до властивостей литих виробів. Застосування алюмінію в якості основного матеріалу для виготовлення різноманітних конструкцій транспортних засобів дозволяє значно знизити масу конструкції, що призводить до зниження витрат пального. Щоб відповідати вимогам сучасного світу в роботі розглянуто дослідження в напрямі поліпшення якості та підвищення властивостей виробів із вторинного алюмінієвого сплаву АК12. Проаналізовано сучасні технології оброблення рідкого алюмінієвого сплаву. За результатами аналітичного огляду встановлено, що найбільший інтерес представляють модифікатори, які впливають на розміри первинного зерна i форму включень евтектичного кремнію. Встановлено, що процеси модифікування не змінюють хімічного складу сплаву, а сприяють зміні величини і форми структурних складових сплаву. В роботі розглянуто вплив ультрадисперсного модифікатора SiC розміром часток до 200 нм на ливарні властивості вторинних алюмінієвих сплавів: рідкотекучість, лінійну та об’ємну усадки. Рідкотекучість досліджували в піщано-глинисті (ПГФ) та металеві форми. Встановлено, що додавання 0,1 % SiC покращує рідкотекучість вторинного сплаву з 560 до 630 мм для ПГФ та з 230 до 295 мм для кокілю внаслідок очищення від неметалевих вкраплень. Подальше підвищення вмісту SiC до 0,2 % не призводить до явного підвищення рідкотекучості. Дослідженням лінійної усадки встановлено, що підвищення вмісту модифікатора до 0,2 % сприяє її зменшенню. В той же час підвищення температури заливання сплаву сприяє збільшенню загальної лінійної усадки, що пов’язано із тривалим часом знаходження металу в рідкому стані. Внаслідок швидкої кристалізації розплаву з додатковими центрами зародкоутворення у вигляді ультрадисперсного модифікатора, коефіцієнт об’ємної усадки зменшується з 28 до 20 %. Запропоновані технічні рішення модифікування сплавів вторинного сплаву АК12 можна застосовувати в процесах, що дозволить підвищити якість литої металопродукції за економного використання енергоресурсів і матеріалів на її виробництво.
Synthesis of Phosphosulphate Substance and Properties of Its Structured Mixture with Quartz Sand
(Dnipro University of Technology, Ukraine, 2022) Liutyi, R. V.; Tyshkovets, M. V.; Yamshinskij, M. M.; Selivorstov, Vadim Yu.; Ivanov, V. G.
ENG: Purpose. Creation of binder based on orthophosphoric acid and aluminum sulfate, study on its structure and physicochemical patterns of formation, determination of the properties of structured mixtures for the needs of foundry. Methodology. In the work, X-ray qualitative and quantitative analysis was performed on the Rigaku Ultima IV unit, and differential thermal analysis was performed on the STA 449 C Jupiter synchronous thermal analyzer. Orthophosphoric acid, technical thermal, of 85% concentration, 18-hydrous sulfate of aluminum Al2(SO4)3 18H2O and quartz sand of brand 3K5O3025 were used. The strength of core mixtures was determined on the US-700 unit on standard cylindrical samples with a diameter and height of 50mm. The roughness of the cast surfaces was determined on a profilometer model 107622 with computer processing of the obtained data and construction of profilograms. To determine the propensity of the core mixtures to form caking, a hexagon sample was used according to the method by M. Fedorov. Breakability was determined on standard cylindrical samples with a diameter and height of 50 mm according to the original method described in the text of the article. Findings. For the first time, the mechanism of formation of aluminum phosphates with binding properties during the interaction of aluminum hydrate crystal sulfate Al2(SO4)3 18H2O with orthophosphoric acid in the temperature range of 100200 has been investigated. The formation is proved of an intermediate phase during heating aluminum hydroxide Al(OH)3, which, in contrast to its sulfate, according to the results of thermodynamic analysis is able to interact with acid. Formation of aluminum in the system of ortho- and metaphosphates, which features binding properties and ensures high strength of samples based on quartz filler, has been established. The thermal transformations of the obtained binder, which consists of a combination of aluminum phosphates with its residual sulfate, are studied. Stages of gradual disintegration of crystal hydrates, formation of new aluminum phosphates and thermal decomposition of residual sulfate are recorded. The tendency to burn and knockout of the developed core mixtures was determined. Originality. For the first time, a description has been developed of the mechanism of formation of aluminum phosphates with binding properties during the interaction of its sulfate crystal hydrate Al2(SO4)3 18H2O with orthophosphoric acid in the temperature range of 100200. Practical value. A new inorganic binder from orthophosphoric acid and 18-aqueous aluminum sulfate has been obtained for foundry production. The scheme of its preparation involves preliminary mixing and heating of the specified reagents with the resulting formation of a dry powder material which consists of phosphates and residual aluminum sulfate, and therefore it is called phosphosulfate. The binding has a long shelf life and is introduced into the mixture in a ready-made form while the technology of its production is less energy-intensive and long-lasting compared to the preparation of traditional metal phosphate binding.
Вплив ливарної форми і перегріву розплаву алюмінієвої бронзи на структуру виливків і якість їх поверхні
(Фізико-технологічний інститут металів і сплавів Національної академії наук України, Київ, 2022) Солоненко, Людмила Ігорівна; Реп'ях, Сергій Іванович; Узлов, Костянтин Іванович; Мазорчук, Володимир Федорович
UKR: Роботу присвячено виявленню закономірностей впливу ливарної форми, структурованої в паро-мікрохвильовому середовищі (спосіб паро-мікрохвильового затвердіння – ПМЗ-процес) з піщано-рідкоскляної суміші (ПРС), та перегріву розплаву міді з 9,4 % Аl на структуру виливків та якість їх поверхні. У роботі використано стандартні та загальноприйняті методи та методики досліджень. Мета роботи – виявлення закономірностей впливу моноблочної та комбінованої ливарної форми, виготовленої з сухих сумішей, структурованих за ПМЗ-процесом, та перегріву розплаву виливків на структуру та якість їхньої поверхні. Завдання досліджень – встановити вплив вмісту рідкого скла та розмірів піщано-рідкоскляних конгломератів ПРС, температури перегріву розплаву алюмінієвої бронзи на структуру виливків, якість їх поверхні, швидкість затвердіння, оптимізувати склад ПРС за вмістом рідкого скла та розмірами її піщано-рідкоскляних конгломератів. Встановлено, що суміші, які структуровані за ПМЗ-процесом з 1,5 % рідкого скла та розмірами конгломератів до 0,315 мм, дозволяють отримувати мідні та бронзові виливки без пригару (купрату натрію). При цьому, ПРС з розмірами конгломератів до 0,315 мм і більше 0,315 мм рекомендовано використовувати, відповідно, як формувальну суміш для виливка та як теплоізоляційну суміш для його ливникової системи. Зі збільшенням перегріву розплаву з 80 до 130 °С час затвердіння розплаву у ливарних формах, структурованих за ПМЗ-процесом, збільшується. При цьому з підвищенням перегріву найбільш інтенсивно зростає тривалість кристалізації розплаву при незначному збільшенні відведення часу теплоти перегріву від розплаву. Залежність швидкості об'ємного затвердіння від вмісту у ПРС рідкого скла в межах від 0,5 до 2,5 % носить екстремальний характер з максимумом при вмісті 1,5 % рідкого скла. Макроструктура виливків зі зміною вмісту в ПРС рідкого скла практично не змінюється, але переходить з дрібнокристалічної у великокристалічну зі збільшенням температури перегріву розплаву при заливанні. За результатами виконаних досліджень розроблено рекомендації щодо застосування ПРС, структурованих за ПМЗ-процесом, для виробництва виливків.