Дорошенко В.C.

(ФТИМС НАН Украины, г. Киев)

ФОРМООБРАЗУЮЩИЕ И СВЯЗУЮЩИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ ПРИ ЛИТЬЕ ПО ЛЕДЯНЫМ МОДЕЛЯМ

Криотехнологии формовки разрабатываются для решения задач экологизации и снижения ресурсоемкости процессов точного литья. Способ литья по ледяным моделям (ЛЛМ) служит примером малоотходных процессов литья металла по разовым моделям без применения органических материалов в соответствии с идеей подражания циклическим природным процессам. При ЛЛМ агрегатные переходы воды: - из жидкого в твердое при замораживании ледяной модели (ЛМ), - опять в жидкое при плавлении ЛМ и удалении из литейной формы, - а затем испарение влаги при сушке песчаной формы в совокупности подобны кругообороту воды в природе. Развитие холодильной техники, сделавшее холод доступным в больших масштабах с широкими возможностями использования низких температур для различных процессов, включая агрегатные изменения вещества, дает толчок криотехнологии. Когда мы видим в продуктовых супермаркетах многометровые ряды морозильных шкафов и бонет с замороженными продуктами размерами от горошины до мясной туши, то это дает основание полагать, что таких же размеров и температуры ЛМ можно производить в цехе ЛЛМ.

Обычно на производство 1 т льда в блоках расходуется до 100 кВт·ч электроэнергии. Замораживание ЛМ на 1 т отливок развесом 1 кг из черных металлов требует до 50 кВт·ч электроэнергии. ЛМ состоит из воды на >95 %. Способы получения оболочковой формы путем послойного нанесения на ЛМ порошкового покрытия или фильтрации расплава модели сквозь окружающую ее песчаную смесь с кристаллогидратами вовлекает в формовочные процессы два сравнительно новых физико-химических механизма. Порошковая краска (ПК) с добавками гипса и цемента, твердеющая на ЛМ в контакте с водой, удерживается на ЛМ поверхностным электрозарядом, появляющимся на стенках ЛМ при 10-15 °С ниже нуля. Нанесение ПК (1-3 слоя) на ЛМ сопровождали конденсацией пара из окружающего воздуха на поверхности охлажденного контактом с ЛМ слоя ПК (при температуре ниже точки росы). Ускоряли увлажнение слоев ПК повышением влажности воздуха - распылением у поверхности ПК аэрозоля в капельно-жидкой дисперсной фазе. Использовали связующие свойства воды для образования полутвердого покрытия при смачивании и схватывании в нем гипса и цемента. После формовки в контейнере с быстрой засыпкой и виброуплотнением вокруг ЛМ сухой песчаной смеси с добавкой порошков этих гидратационных вяжущих прочности полутвердого покрытия (в процессе твердения) было достаточно, чтобы удержать об обрушения сухую смесь при плавлении ЛМ и капиллярной фильтрации ее расплава в песчаную среду формы. Наличие гидратационных вяжущих вызывало процесс хемосорбции с образованием новой твердой фазы, связывающей сыпучую смесь на толщину фильтрации в ней расплава ЛМ. Таким образом, ЛМ, выполнив формообразующую функцию - перенесение конфигурации модели отливки на полость песчаной формы, расплавилась от тепла окружающей песчаной смеси, в виде фильтрата пропитала эту смесь и послужила реагентом для ее отверждения [1].

На рис. показаны ЛМ и оболочки, выполненные во ФТИМС НАНУ.