ФГБОУ ВО «Чувашский государственный университет им. И. Н. Ульянова», Чебоксары, Россия:

И. Е. Илларионов, профессор, зав. кафедрой «Материаловедение и металлургические процессы», докт. техн. наук, эл. почта: tmilp@rambler.ru
И. А. Стрельников, доцент кафедры «Материаловедение и металлургические процессы», канд. техн. наук
Ш. В. Садетдинов, профессор кафедры «Материаловедение и металлургические процессы», докт. хим. наук, эл. почта: avgustaf@list.ru

ФГБОУ ВО «Чувашский государственный аграрный университет», Чебоксары, Россия:

Л. Ш. Пестряева, доцент, канд. пед. наук

Для теплоизоляции прибылей отливок изготавливают теплоизоляционные оболочки из торфосодержащих смесей, которые характеризуются как недорогостоящие, недефицитные и экологически безопасные вещества. Однако из-за низких прочностных характеристик и высокой степени пожароопасности их широкое применение в литейном производстве ограничено. В статье представлены результаты исследований разработки эффективных смесей для утепления прибылей стальных отливок с использованием торфа и боратных соединений. Описана разработка эффективной теплоизоляционной смеси для теплоизоляции прибылей отливок на основе торфяной массы с использованием глицеробората общей формулы (СН₂О)₃ВОН, глицеробората олеиновой кислоты общей формулы С₁₇Н₃₃СООСН(СН₂О)₂ВОН и глицеробората стеариновой кислоты общей формулы С₁₇Н₃₅СООСН(СН₂О)₂ВОН. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: определение содержания трепела в торфяной массе, при котором значение коэффициента теплопроводности составляет 0,42 Вт/(м·К) и показателя осыпаемости смеси при данном значении; исследование влияния глицероборатов на связующие свойства технических лигносульфонатов; создание теплоизоляционной смеси из торфа, трепела, лигносульфоната и глицероборатов; изучение осыпаемости, формуемости, предела прочности на сжатие во влажном состоянии и предела прочности на растяжение в сухом состоянии теплоизоляционной смеси от содержания глицероборатов. Исследованиями влияния глицероборатов на связующие свойства технического лигносульфоната установлено повышение его связующего свойства по отношению к наполнителям на 35–39 %, что способствует уменьшению осыпаемости, улучшению формуемости и повышению прочностных свойств теплоизоляционных смесей. Испытания смесей, состоящих из торфа, трепела, лигносульфоната и глицероборатов на осыпаемость, формуемость, предел прочности при сжатии образцов во влажном состоянии и предел прочности сухих смесей при растяжении показали, что добавка глицероборатных соединений улучшает технологические показатели смеси. Разработана эффективная теплоизоляционная смесь для прибылей отливок стального литья следующего состава, % (мас.): торфяная масса — 60; трепел — 20; технический лигносульфонат — 10–12; глицероборат (глицероборат олеиновой кислоты, глицероборат стеариновой кислоты) — 8–10.

1. Гацуро В. М., Вовся С. А. Применение экзотермических вставок при производстве стального литья — путь к экономии // Литье и металлургия. 2008. № 2 (46). С. 131–133.
2. Nwaogu U. C., Tiedje N. S. Foundry Coating Technology: A Review // Materials Sciences and Application. 2011. № 2. Р. 1143–1160. DOI: 10.4236/msa.2011.28155.
3. Илларионов И. Е., Журавлев А. Ф. О применении торфсодержщих теплоизоляционных смесей на металлофосфатных связующих // Литейное производство. 2011. № 6. С. 35–37.
4. Fisher S. F., Brachmann J., Buhrig-Polaczek A., Weiss P. Metallurgische Verbesserung von mischkristallfertigten Gusseisen mit Kugelgrafit // Giesserei. 2017. Vol. 7. S. 40–51.
5. Snelling D., Williams Ch., Druschitz A. Mechanical and Material Properties of Castings Produced via 3D Printed Molds // Additive Manufacturing. 2019. Vol. 27. P. 199–207. DOI: 10.1016/j.addma.2019.03.04.
6. Илларионов И. Е., Пестряева Л. Ш., Садетдинов Ш. В., Моисеева О. В. Влияние фосфатборатных соединений на физико-механические свойства фурановой смеси // Заготовительные производства в машиностроении. 2019. Т. 17. № 8. С. 339–341.
7. Стрельников И. А., Пестряева Л. Ш., Садетдинов Ш. В. Влияние дипинаконборатов на физико-механические свойства лигносульфонатных связующих и смесей // Литейщик России. 2020. № 11. С. 25–28.
8. Илларионов И. Е., Гамов Е. С., Васин Ю. П., Чернышевич Е. Г. Металлофосфатные связующие и смеси : монография. — Чебоксары, 1995. — 524 с.
9. Лютый Р. В., Гурия И. М., Шаповалов Д. В., Кеуш Д. В. Образование связующих композиций на основе ортофосфорной кислоты и солей металлов в формовочных смесях // Литейное производство. 2013. № 5. С. 16–19.
10. Tikhomirova I. N., Belyakov A. V., Zakharov A. I., Makarov A. V. Degree of silicic acid polymerization in alkali-matal silicate solutions // Glass and Ceramics. 2017. Vol. 74, Iss. 5-6. Р. 220–223.
11. Неглинский О. И., Маtео-larrauri J. Развитие и перспективы технологии производства песчаных стержней с неорганичнскими связующими // Литейщик России. 2019. № 1. С. 21–24.
12. Fedoryszyn A., Dako J., Dako R., Asanowicz M., Fulko T., Ociowski A. Characteristic of Core Manufacturing Process with use of Sand, Bonded by Ecological Friendly Nonorganic Binders // Archives of Foundry Engineering. 2013. Vol. 13, Iss. 3. P. 19–24.
13. Sobczak J. J., Drenchev L. B., Sobczak N., Asthana R. On Design of Metal-Matrix Composites Lighter than Air // Materials Science Forum. 2013. Vol. 736. P. 55–71.
14. Стрельников И. А., Пестряева Л. Ш., Садетдинов Ш. В. Влияние тиокарбамидборатного модификатора на прочность формовочной смеси и качество отливок из магниевых сплавов // Литейное производство. 2021. № 4. С. 12–15.
15. Илларионов И. Е., Журавлев А. Ф. О применении торфсодержщих теплоизоляционных смесей на металлофосфатных связующих // Литейное производство. 2011. № 6. С. 35–37.
16. Илларионов И. Е., Пестряева Л. Ш., Садетдинов Ш. В., Стрельников И. А., Жирков Е. Н. Разработка теплоизоляционных смесей для прибылей стальных отливок с применением фосфатборатов // Черные металлы. 2020. № 7. С. 28–33.

17. Хорошавин Л. Б., Медведев О. А., Беляков В. А., Беззапонная О. В. Торфяные пожары и способы их тушения // Пожаровзрывобезопасность. 2012. Т. 21. № 11. С. 85–89.
18. Стрельников И. А., Пестряев Д. А., Садетдинов Ш. В. Новые торфсодержащие и теплоизоляционные смеси для утепления прибылей отливок // Литейное производство. 2020. № 3. С. 22–25.
19. Журавлев А. Ф. Разработка металлофосфатных теплоизоляционных смесей для повышения качества и выхода годного металла отливок. Автореферат дис. … канд. техн. наук. — Нижний Новгород, 2012. — 16 с.
20. Назаратин В. В. Новые теплоизоляционные смеси // Металлургия. Машиностроение. 2008. № 5. С. 45–49.
21. Müller J., Deters H., Oberleiter M., Zupan H., Lincke H., Resch R., Körschgen J., Kasperowski A. Nothing is impossible – advancements in inorganic binder sjstems // Casting Plant Technology. 2015. Vol. 2. P. 16–22.
22. Петрова Н. В., Журавлев А. Ф., Илларионов И. Е., Стрельников И. А. Разработка и исследование составов торфосодержащих металлофосфатных смесей для изготовления разделительных пластин теплоизолированных легкоотделяемых прибылей // Вестник Чувашского гос. пед. ун-та им. И. Я. Яковлева. 2010. № 4(68). С. 159–162.
23. Илларионов И. Е., Журавлев А. Ф. Перспективы применения металлофосфатных смесей в литейном производстве // Вестник Чувашского гос. пед. ун-та им. И. Я. Яковлева. 2013. № 4-2(80). С. 87–90.
24. Шварц Е. М. Взаимодействие борной кислоты со спиртами и оксикислотами : монография. — Рига : Зинатне, 1990. — 414 с.
25. US Appl.577.454.06.02.1984 (C1.C10 M169/06). Grease composition Eur. Pat. Appl.EP. 151859 / Doner J. P., Horodysky A. G., Keller J. A. 21.08.1985 // C.A. 1985. Vol. 103. – 163256x.
26. Liston T. V. Gomposition from a complex produced by conversion of a borated fatty acid ester of glycerin or its mixtures and oil-soluble alkyl- or Alekenylsuccinimide // Ger.Offen.DE 3. 406254 (C1. C10 M1/54) (BRD), 30.08.1984; US Appl. 469.499, 24.02.1983 // C.A. 1984. Vol. 101, Iss. 22. – 194983y.
27. Петрова Н. В., Илларионов И. Е., Журавлев А. Ф., Музянов В. В. Разработка и исследование торфсодержащих теплоизоляционных смесей на металлофосфатных связующих // Вестник Чувашского гос. пед. ун-та им. И. Я. Яковлева. 2010. № 4(68). С. 153–158.
28. Трифонова О. Н. Химическая модификация древесины с целью снижения ее горючести // Пожаровзрывобезопасность. 2018. Т. 17. № 1. С. 23–25.
29. Пат. 2393048 РФ. Теплоизоляционная смесь и литейная форма / В. В. Назаратин, В. С. Дуб, Л. И. Берман, Ю. Н. Кригер, М. Ф. Дрожжина; заявл. 08.06.2008 ; опубл. 27.06.2010, Бюл. № 18.
30. Евстифеев Е. Н., Савускан Т. Н. Малотоксичные холоднотвердеющие смеси на основе модифицированных технических лигносульфонатов // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2013. № 10. С. 270–273.
31. Илларионов И. Е. Применение технологии получения металлофосфатных связующих, стержневых и формовочных смесей на их основе // Черные металлы. 2018. № 4. С. 13–19.
32. ГОСТ 2138–91. Пески формовочные. Общие технические условия. Введ. 01.01.1993.
33. ГОСТ 3226–93. Глины формовочные огнеупорные. Общие технические условия. Введ. 01.01.1995.
34. ГОСТ 23409.6–78. Пески формовочные, смеси формовочные, стержневые. Введ. 01.01.1980.
35. ГОСТ 23409.15–78. Смеси формовочные. Метод определения формуемости. Введ. 01.01.1980.
36. Пат. 2455108 РФ. Теплоизоляционная смесь для утепления прибылей отливок / И. Е. Илларионов, И. А. Стрельников, А. Ф. Журавлев; заявл. 03.05.2011 ; опубл. 10.07.2012, Бюл. № 19.