Волгоградский государственный технический университет, Волгоград, Россия

Н. А. Кидалов, заведующий кафедрой «Машины и технология литейного производства» (МиТЛП), докт. техн. наук, профессор, эл. почта: nich@vstu.ru
А. А. Белов, доцент кафедры МиТЛП, канд. техн. наук, эл. почта: aa-belov@bk.ru
Н. В. Белова, доцент кафедры МиТЛП, младший научный сотрудник Управления науки и инноваций, канд. техн. наук
С. Р. Поляк, аспирант кафедры МиТЛП, инженер второй категории

Представлено исследование влияния комплексной технологической добавки на остаточную прочность песчано-жидкостекольных смесей в диапазоне температур от 300 до 1000 °C, что косвенно позволяет оценить выбиваемость литейных форм и стержней в условиях получения тонкостенного и крупногабаритного стального литья. В качестве компонентов комплексной добавки использовали следующие материалы: отработанную кофейную гущу фракцией 0,2–0,4 мм, являющуюся побочным продуктом после экстракции молотых зерен при приготовлении кофе в кофемашинах, огнеупорную глину Берлинского месторождения с содержанием оксида алюминия 28–33 % и металлургическую пыль, образующуюся в процессе очистки газов, отходящих от дуговых сталеплавильных печей и представляющую собой мелкодисперсный порошок фракцией 5–40 мкм с содержанием оксидов железа до 76 %. В результате экспериментов установлено, что применение комплексной добавки в составе песчано-жидкостекольной смеси приводит к значительному разупрочнению испытуемых образцов во всех рассматриваемых температурных интервалах. Кроме того, следует отметить и объемный характер разрушения испытуемых образцов с комплексной добавкой в интервале температур от 800 до 1000 °C, что немаловажно при выбивке стержней из труднодоступных полостей в получаемых отливках. Путем лабораторной апробации добавки в составе песчано-жидкостекольной смеси для получения заданных полостей в стальной отливке детали «корпус нижний» показана возможность использования разработанного состава при более высоких температурах прогрева литейных стержней, достигающих согласно результатам конечно-элементного моделирования, более 1200 °C.

Исследование выполнено при финансовой поддержке ВолгГТУ в рамках научного проекта № 8/647-24.
В работе принимал участие старший преподаватель кафедры «Машины и технология литейного производства» Волгоградского государственного технического университета В. Ф. Жаркова.

1. Гутько Ю. И., Войтенко В. В. Экспериментальные исследования влияния мелкодисперсных металлических порошков на физико-технические характеристики песчано-жидкостекольных литейных стержней // Литейщик России. 2024. № 4. С. 21–26.
2. Леушин И. О., Кошелев О. С., Леушина Л. И., Марков А. И. Производство стержней для стального и чугунного литья из смесей со связующим на основе комбинации неорганических солей // Черные металлы. 2022. № 1. С. 37–41.
3. Свинороев Ю. А., Гутько Ю. И., Батышев К. А., Семенов К. Г. Разупрочняющие добавки песчано-жидкостекольных смесей при производстве отливок из чугуна и стали // Литейное производство. 2021. № 6. С. 13–17.
4. Крутилин А. Н., Гуминский Ю. Ю., Русевич О. А., Кульбицкая Л. В. Повышение эффективности использования жидкостекольных смесей. Обзорная информация. Ч. 1. Модифицирование // Литье и металлургия. 2018. № 1(90). С. 47–54.
5. Li Y., Zhao J., Du X. et al. The optimization of the properties of sodium silicate bonded ceramic sand by nano-oxide particles and ultrasonication // International Journal of Metalcasting. 2022. Vol. 16. P. 234–241.

6. Жуковский С. С. Холоднотвердеющие связующие и смеси для литейных стержней и форм : справочник. — Москва, 2010. — 256 с.
7. Леушин И. О., Титов А. В., Ракитин С. Р. Оценка возможности вторичного использования легковыбиваемой стержневой смеси, содержащей измельченные отходы силиконовых резин // Литейное производство. 2024. № 1. С. 20–24.
8. Кидалов Н. А., Белова Н. В., Белов А. А., Адамова А. С. Разупрочнение песчаных смесей на жидкостекольном связующем в результате термоокислительной деструкции комбинированной углеродосодержащей добавки. Часть 1 // Черные металлы. 2022. № 12. C. 24–29.
9. Al-Saraireh F. M. An assessment of the efficiency of utilizing complex modifiers for softening the liquid-glass mixtures to improve iron and steel casting // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2018. Vol. 9, Iss. 13. P. 3231–3235.
10. Kim P., Bae M. A., Baek J. Ho, Jae J. Ho, Lee M. Sig. Effect of silica nanoparticle dispersion on flexural strength of sand mold with sodium silicate binder // Korean Journal of Metals and Materials. 2022. Vol. 60, Iss. 6. P. 478–487. DOI: 10.3365/KJMM.2022.60.6.478
11. Izdebska-Szanda I., Balinski A. New generation of ecological silicate binders // Procedia Engineering. 2011. Vol. 10. P. 887–893. DOI: 10.1016/j.proeng.2011.04.146
12. Xu Y., Zhang Y., Huang J., Chen G. Mechanical properties, microstructure and consolidation of sand modified with sodium silicate // Engineering Geology. 2022. Vol. 310. 106875. DOI: 10.1016/j.enggeo.2022.106875
13. Пат. 2820616 РФ. Смесь для изготовления литейных форм и стержней / Кидалов Н. А., Белова Н. В., Белов А. Ал., Дибров А. И., Мирошкин Н. Ю.; заявл. 27.12.2023 ; опубл. 06.06.2024
14. Кидалов Н. А., Белов А. А., Белова Н. В., Поляк С. Р. Оценка возможности применения комплексной технологической добавки с целью снижения остаточной прочности песчано-жидкостекольных смесей, используемых для производства стального литья // Черные металлы. 2025. № 2. C. 41–46.
15. Кидалов Н. А. Использование отходов химических и металлургических производств при разработке ресурсосберегающих технологий для изготовления стальных отливок: дис. … докт. техн. наук. — М., 2006. — 352 с.
16. ГОСТ 2138-91. Пески формовочные. Общие технические условия. — Введ. 01.01.1993.
17. ГОСТ 13078-81. Стекло натриевое жидкое. Технические условия. — Введ. 01.01.1982.
18. ГОСТ 23409.6–78. Пески формовочные, смеси формовочные и стержневые. Метод определения газопроницаемости. — Введ. 01.01.1980.
19. Эйтель В. Физическая химия силикатов / пер. с англ. А. А. Леонтьевой [и др.] ; под ред. и предисл. Н. Н. Курцевой. — Москва : Изд-во иностр. лит., 1962. — 1055 с.
20. Rahimi R. A., Ahmadi A., Kakooei S., Sadrnezhaad S. K. Corrosion behavior of ZrO₂–SiO₂–Al₂O₃ refractories in lead silicate glass melts // Journal of the European Ceramic Society. 2011. Vol. 31. P. 715-721. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2010.11.022
21. ГОСТ 977-88. Отливки стальные. Общие технические условия. — Введ. 01.01.1990.