РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СНИЖЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ПРИГАРА НА ПОВЕРХНОСТИ СТАЛЬНЫХ ОТЛИВОК В ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫХ ФОРМАХ

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены причины образования пригара на поверхности стальных отливок, получаемых в песчано-глинистых формах, и предложена технология его снижения. Проведено исследование влияния гранулометрического состава формовочной смеси, типа противопригарного покрытия и температуры заливки стали на интенсивность дефекта. Экспериментально показано, что оптимизация зернового состава смеси, применение композиционного покрытия на основе циркона и графита и контроль температурного режима позволяют снизить толщину пригара с 0,72 мм до 0,26 мм и уменьшить площадь поражения поверхности до 7–12 %. Разработанная технология обеспечивает сокращение трудоёмкости зачистки на 35–42 %, уменьшение расхода металла на 2 % и снижение брака на 20–25 %, что подтверждает её практическую эффективность и возможность внедрения на литейных предприятиях.

ABSTRACT

The article examines the causes of sand burn-on (fused sand layer) formation on the surface of steel castings produced in sand-clay molds and proposes a technology to reduce it. The study investigates the influence of the granulometric composition of the molding mixture, the type of anti-adhesive coating, and the steel pouring temperature on the intensity of the defect. Experimental results show that optimizing the sand particle size distribution, applying a composite zircon-graphite coating, and controlling the pouring temperature can reduce the burn-on thickness from 0.72 mm to 0.26 mm and the affected surface area to 7–12%. The developed technology decreases cleaning labor by 35–42%, reduces metal consumption by 2%, and lowers the defect rate by 20–25%, confirming its practical effectiveness and suitability for implementation in foundries.

Ключевые слова: сталь, песчано-глинистая форма, пригары, противопригарное покрытие, температура заливки, отливки.

Keywords: steel, sand-clay mold, burn-on, anti-adhesive coating, pouring temperature, castings.

Введение

Литьё стальных отливок в песчано-глинистые формы остаётся одним из наиболее распространённых методов производства деталей для машиностроения, транспорта и энергетики. Одной из главных проблем данного процесса является образование пригара — плотного слоя спекшегося песка и оксидов на поверхности отливки, что снижает качество поверхности, увеличивает трудоёмкость зачистки и уменьшает точность геометрических размеров деталей. По данным литейных предприятий, доля пригара в дефектах стальных отливок достигает 28–43 %, что обуславливает актуальность разработки методов его снижения. В связи с этим цель настоящего исследования заключается в создании технологии уменьшения образования пригара на поверхности стальных отливок в песчано-глинистых формах с учётом состава формовочной смеси, характеристик противопригарного покрытия и температурного режима заливки. Для достижения этой цели в работе решались задачи по изучению влияния гранулометрического состава песка на образование пригара, оценке эффективности различных типов покрытий, анализу зависимости толщины и площади пригара от температуры заливки, а также разработке комплексной технологической схемы, позволяющей минимизировать дефект и улучшить качество отливок.

Материалы и методы исследования

Исследования проводились в лабораторных условиях с моделированием технологических параметров, характерных для литейных производств, применяющих песчано-глинистые формы. Формовочная смесь готовилась на основе кварцевого песка с контролируемым гранулометрическим составом и содержанием бентонита, что позволяло оценить влияние структуры формы и её термостойкости на образование пригара. Влажность смеси варьировалась в пределах 3,0–4,0 %, уплотнение осуществлялось по стандартной методике с получением плотности около 1,55–1,62 г/см³ [1].

Три состава формовочной смеси отличались уровнем глинистого компонента, что позволило определить оптимальное содержание связующего для обеспечения огнеупорности и минимизации химического взаимодействия с расплавом. Основные параметры смеси представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Составы формовочной смеси

Для защиты поверхности формы использовались два типа противопригарных покрытий — графитовое и цирконовое — выбранные на основании их распространённости и различий в теплопроводности. Покрытия наносились кистевым методом, толщина сухого слоя составляла 0,18–0,22 мм.

Для моделирования реальных условий применялась литая сталь марки 20Л. Температура заливки изменялась в диапазоне 1520–1580 °C, что позволило оценить пределы устойчивого состояния поверхности формы. Тепловые процессы контролировались контактными термопарами с погрешностью ±5 °C.

После затвердевания образцов выполнялся отбор поверхностных слоёв толщиной 0,6–1,0 мм для анализа структуры пригара. Измерения толщины проводились микрометрами (точность 0,01 мм) и подтверждались микрошлифами. Для определения состава силикатных включений применялась сканирующая электронная микроскопия с ЭДС-анализом [2; 3].

Такой методический подход позволил получить сопоставимые данные о влиянии состава смеси, типа покрытия и температурного режима на интенсивность образования пригара и выявить параметры, обеспечивающие его минимизацию при производстве стальных отливок.

Результаты и обсуждения

Экспериментальные исследования показали, что толщина пригара на поверхности стальных отливок напрямую зависит от гранулометрии формовочной смеси, типа покрытия и температуры заливки. Смеси с преобладанием мелких частиц (0,16–0,20 мм) создают плотную структуру формы с низкой газопроницаемостью, что приводит к толщине пригара до 0,74 мм при 1600 °C [4]. Оптимальное сочетание частиц 0,32–0,50 мм снижало толщину дефекта до 0,44 мм, одновременно обеспечивая достаточную прочность формы. Влияние гранулометрического состава формовочной смеси на толщину пригара показано в таблице 2.

Таблица 2.

Влияние гранулометрии на толщину пригара

Применение противопригарных покрытий существенно снизило толщину и площадь пригара. Графитовое покрытие уменьшало толщину лишь на 15–20 %, в то время как цирконовое покрытие снижало её более чем вдвое. Наилучшие результаты показал композиционный состав циркон + графит: толщина пригара не превышала 0,26 мм при 1540 °C и 0,39 мм при 1600 °C, а площадь поражения поверхности сократилась до 7–12 %. Результаты показаны в таблице 3, где приведены значения толщины пригара для разных покрытий.

Таблица 3.

Влияние покрытий на толщину пригара

Сравнительный анализ показывает, что комбинированный подход — оптимизация зернового состава формы, применение композиционного покрытия и контроль температуры заливки — обеспечивает минимальное образование пригара [5]. В результате трудоёмкость зачистки уменьшается на 35–42 %, расход металла на мехобработку сокращается на 2 %, а доля брака снижается на 20–25 %. Таким образом, разработанная технология подтверждает эффективность комплексного регулирования всех факторов, влияющих на качество поверхности отливок.

Заключение

В результате проведённых исследований разработана технология снижения образования пригара на поверхности стальных отливок в песчано-глинистых формах. Оптимизация гранулометрического состава формы, применение композиционного циркон-графитового покрытия и контроль температуры заливки позволили снизить толщину пригара с 0,72 мм до 0,26 мм и уменьшить площадь поражения поверхности до 7–12 %. Комплексное использование этих факторов обеспечивает снижение трудоёмкости зачистки на 35–42 %, сокращение расхода металла на 2 % и уменьшение доли брака на 20–25 %. Полученные результаты подтверждают практическую эффективность предложенной технологии и её возможность внедрения на литейных предприятиях для повышения качества отливок и снижения производственных затрат.

Список литературы:

1. N.D. Turakhodjayev, Sh.M. Chorshanbiyev, U.D. Eshankulov, F.K.Abdullayev.  selection of parts  with  high  strength  characteristics  of  steel  using  the  developed  optimal composition  of modifiers. Technical science and innovation. 2023,No1(15)
2. Turakhodjaev N., Saidmakhamadov N., Turakhujaeva, S., Akramov, M., Turakhujaeva, A., & Turakhodjaeva, F. (2020). Effect of metal crystallation period on product quality. Theoretical & Applied Science, (11), 23-31.
3. N.D. Turakhodjayev, Sh.M.Xojibekova. Образование пригаров в литых стальных изделиях. "Экономика и социум" №6(133) 2025 www.iupr.ru
4. N.D. Turakhodjayev, Sh.M.Xojibekova. Po‘latdan tayyorlangan quyma mahsulotlarda kimyoviy kuyishlarning hosil bo‘ishi. O‘zbekistonda mashinasozlikning zamonaviy yo‘nalishlari va dolzarb muammolari. TDTU OF 13-14 may 2025-y.
5. S.A. Rasulov “Quyma mahsulotlarni loyihalash va ishlab chiqarish”. O‘quv qo‘llanma. T.: “Fan va texnologiyalar” nashriyoti, 2019. 48-55 bet.