X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Основной задачей высших технических учебных заведений является подготовка и выпуск специалистов в машиностроительной отрасли, способных демонстрировать высокий уровень своей квалифицированности, решать конкретные задачи и вести научный поиск. Поэтому возникает необходимость комплексного и компетентного обучения будущих кадров в этой области.

В литейном производстве для формирования знаний, умений и навыков студенту необходимо провести научно-исследовательскую работу, заключающуюся в исследовании влияния состава связующих и температуры прокалки керамических оболочковых форм, изготовленных на основе водного раствора кремнезоля, на теплофизические и механические характеристики многослойных оболочковых форм, при изготовлении охлаждаемых лопаток ГТД.

В данной статье рассмотрена методика написания магистерской диссертации на актуальную в литейном производстве тему: «Влияние состава связующих и температуры прокалки на физико-механические свойства многослойной оболочковой формы, изготовленной из коллоидного раствора на водной основе».

Главная часть литейной формы – оболочка, служащая непосредственно для формообразования наружного профиля лопатки (отливки). Точность и стабильность размеров отливки лопаток во многом зависит от качества исходных материалов. Однако, используемые в литье по выплавляемым моделям материалы, зачастую, являются дорогими, дефицитными и неэкологичными, а способ формообразования характеризуется высокой трудоемкостью, энергозатратностью и длительностью. Несмотря на большое количество уже разработанных и успешно применяемых в ЛВМ связующих материалов, до сих пор не существует состава, позволяющего получать качественные, удовлетворяющие требованиям производства и мировым стандартам экологической безопасности. Таким образом, разработка ресурсосберегающей технологии ЛВМ в многослойные оболочковые формы для литья сложных газотурбинных лопаток из жаропрочных сплавов на недорогих и безопасных материалах является весьма актуальной задачей литейного производства.

Целью данной методики является: умение правильно сформулировать цель исследования и достижение ее посредством решения поставленных задач, умение обосновать уникальность исследования и делать обоснованные выводы путем сравнительного анализа полученных результатов исследования.

Задачами методики являются: выбор наполнителя и температур прокалки многослойной оболочковой формы для повышения предела прочности при вытопке модельной массы из оболочек и понижения предела прочности при заливке оболочек расплавом, изготовление образцов для определения предела прочности на изгиб, определение физико-механических свойств керамических образцов, проведение сравнительного анализа полученных результатов.

Магистерская диссертация имеет следующую структуру:

Введение;

Состояние вопроса литья лопаток ГТД из жаропрочного сплава;

Выбор формовочных материалов для литья по выплавляемым моделям жаропрочных сплавов (огнеупорные материалы, связующие, материалы обсыпки);

Методика исследования;

Методика определения предела прочности при изгибе многослойной оболочковой формы;

Результаты исследования физико-механических свойств, изготовленных из кремнезольного связующего на водной основе;

Выводы.

Для лучшего понимания методики выполнено подробное описание каждого пункта структуры магистерской диссертации.

Введение

В введении диссертации обосновывается актуальность исследуемой проблемы, формулируется основная цель исследования и пути ее достижения посредством правильно поставленных задач исследования. Например:

Цель «Разработка ресурсосберегающей технологии литья по выплавляемым моделям в многослойные оболочковые формы для литья сложных газотурбинных лопаток из жаропрочных сплавов на недорогих и безопасных материалах» достигается путем решения следующих задач:

– Применение в качестве связующего кремнезоля вместо этилсиликата. При использовании кремнезоля увеличивается срок годности (живучести) суспензии и повышается качество заготовок вследствие стабилизации геометрических размеров, снижения шероховатости, за счет подавления реакций на границе металл- форма.

Состояние вопроса литья лопаток ГТД из жаропрочного сплава

Ведется литературный обзор литья лопаток ГТД из жаропрочного сплава и проводится патентное исследование. Приводится общее описание охлаждаемой лопатки, условия его эксплуатации, необходимость применения жаропрочного сплава, трудоемкость изготовления лопаток со сложной конфигурацией, методы получения данной детали. Исходя из вышеуказанного, обосновывается применение коллоидного раствора кремнезоля на водной основе.

Выбор формовочных материалов для литья по выплавляемым моделям жаропрочных сплавов

Ведется литературный обзор видов материалов наполнителя, современных связующих на водной основе и материалов обсыпки, используемых в литье жаропрочных сплавов. Учитывая экономичность, трудоемкость, энергозатратность, взрыво- и пожаробезопасность применения данных материалов отбираются материалы для исследования их влияния на физико-механические свойства многослойной оболочковой формы.

Методика исследования

Описываются методика изготовления образцов для определения предела прочности при изгибе, методика приготовления связующего с различными материалами наполнителя, технология изготовления образцов–пластин и применяемые материалы и оборудования.

Для испытаний при изгибе изготавливаются восковые модели «Лодочка» из модельной массы ЗГВ-101 (рисунок 1), которые в последующем облицовываются последовательным нанесением 6 – 7 слоев керамического покрытия, путем окунания в связующее с последующей обсыпкой и сушкой каждого слоя на воздухе для получения образцов. Далее модельная масса выплавляется (удаляется) в бойлерклаве и полученные прямоугольные образцы – пластины (рисунок 4) прокаливаются в высокотемпературной печи при температурах 800, 900 и 1000 ˚С.

Рисунок 1 [1] – Модель восковая «Лодочка»

Рисунок 2 – Образцы облицованные первым слоем

Рисунок 3 – Образцы облицованные седьмым слоем

Рисунок 4 – Керамические образцы, изготовленные на основе кремнезольного связующего

На кафедре МиТЛП разработана специальная установка, представленная на рисунке 5, позволяющая определять прочность на изгиб, неупругую деформацию, ползучесть, эффективную вязкость в широких регулируемых интервалах температур печи с силитовыми нагревателями до 1450˚С и скоростей автоматического нагружения образцов с регистрацией на самопишущих электронных приборах.

Рисунок 5 - Установка для исследования термомеханических свойств оболочковых форм

1 – рычаг верхний; 2 – система нагружения; 3 – высокотемпературная печь; 4 – подставка; 5, 6 – кронштейн; 7 – керамические упоры; 8 – жаропрочный клин нагружения; 9, 10 – система фиксации верхней плиты; 11, 12 – система фиксации деформации образца; 13, 14, 15, 16, 17 – система записи нагрузки и деформации образца; 18 – одноканальным измерителем –регулятором; 19 – платино-платинородиевая термопара.

Испытания образцов для определения прочностных характеристик многослойной оболочковой формы, используемой для литья лопаток ГТД из жаропрочного сплава проводятся при 20 и 1050 ˚С.

Методика определения предела прочности при изгибе многослойной оболочковой формы

Приводится методика определения предела прочности образцов оболочковых форм путем испытания образцов по схеме трехточечного изгиба.

Рисунок 6 [1] - Схема испытания образца при изгибе

Метод испытания образцов по схеме трехточечного изгиба заключается в том, что на поверхность прямоугольного образца, который располагается на двух опорах из электрокорундовой подставки с углами в 30°, перпендикулярно прилагают нагружающее усилие через заточенный под тем же углом в 30° жаропрочный стержень.

Рисунок 7 – Подставка электрокорундов

Результаты исследования физико-механических свойств, изготовленных из кремнезольного связующего на водной основе

Проводится анализ результатов исследования с составлением графиков и гистограмм изменения прочностных характеристик с применением различных материалов наполнителя, связующего и материала обсыпки и в зависимости от различных температур прокалки и испытаний.

Выводы

При использовании в качестве связующего коллоидного раствора кремнезоля на водной основе при изготовлении лопаток ГТД из жаропрочного сплава вместо этилсиликата, достигается экономическая эффективность за счет увеличения срока годности (живучести) суспензии, повышается качество заготовок за счет снижения шероховатости и подавления реакций на границе металл – форма.

В зависимости от применения в качестве наполнителя дистенсиллиманита фракции F1000 и плавленного кварца фракции F280, а в качестве материалов обсыпки – электрокорунда (F70, F46, F36), плавленного кварца (F36) можно управлять прочностными характеристиками многослойной оболочковой формы.

В результате проведенных исследований получена зависимость прочности при изгибе от температуры прокалки и температуры испытаний керамических образцов.

Подобран оптимальный состав связующего, при котором достигается повышение предел прочности при вытопке модельной массы из оболочек и понижение предела прочности при заливке оболочек расплаво

Заключение

В магистерской диссертации рассмотрены современные материалы, применяемые для получения многослойной оболочковой формы, при литье лопаток ГТД из жаропрочного сплава; описана технология изготовления керамических форм; выявлено влияние состава связующих и температуры прокалки на физико-механические свойства многослойной оболочковой формы, изготовленной из коллоидного раствора на водной основе.

Список использованной литературы

Мухамадеев И.Р., Деменок О.Б., Ганеев А.А., Павлинич С.П., Аликин П.В. Выбор связующих на водной основе для оболочковых форм литья по выплавляемым моделям титановых сплавов // Вестник ЮУрГУ. Серия: «Металлургия». 2015. Т. 15, № 3. С. 95–104

ОЦЕНКА ЗА ПЕДАГОГИЧЕСКУЮ ПРАКТИКУ

(методико-педагогический раздел)

Оценка ___________________________

Куратор практики Иванова А.Д.

Канд.пед.наук, доцент кафедры СиСТ

«_____»_____________ 2017

Код для цитирования: Скопировать