книги из ГПНТБ / Строение и свойства стеклокристаллических материалов на основе горных пород и шлаков (г. Чимкент, 8-10 октября 1974 г.) [сборник статей] 250-летию АН СССР посвящается

ранства печи (приняли линейный закон изменения) и перепад тем­ пературы по диаметру и длине трубы, ь результате расчета устанолили, что разные условия охлаждения приводят к различной ве­ личине напряженности плит и труб. Ьо всех случаях охлаждения, вплоть до температуры перехода материала в упругое состояние (^ 6 0 0 о0).напряжения по абсолютной величине малы. Это является следствием имеющей место релаксации напряжений в литом мате­ риале за счет неупругих свойств остаточного стекла. Переход

каменного литья на разрыв.

Исследования показали, что интервал температур 700-600°С является наиболее опасным периодом охлаждения отливки. Пере­ ход стеклообразной фазы в этом температурном интервале из вязкоупругого состояния ь упругое сопровождается резким изменением свойств литого материала в целом, что существенным образом увеличивает уровень напряженности в изделии. Поэтому скорость охлаждения отливки в интервале температур 700-500°С (этот-ин­ тервал выбирается с ууетом инерционности процеоса) должна быть невысокой. Расчеты показали, что в плите толщиной 40мм эффект релаксации проявляется наиболее полно, если ее поверхность ох­ лаждается в интервале 70С-500°С со скоростью не выше 70 град/час. Б начальный период о т ж и г е б интервале тоыператур 9007С0°С,когда иатериал отливки обладает значительными неупру­ гими свойствами, скорость охлаждения поверхности плиты может быть увеличена до ISO-ISO град/час. Охлаждение отливки при

температуре ниже 500°С можно производить со скоростью 180-200 град/час. Таким образом, по данным расчета общее время отжига плиты толщиной 400 мы при однослойном продвижении в печи и двухстороннем охлаздепии по базовым плоскостям может соста­ вить 6-7 часов вместо 20-24 часов при существующая технологии.

Расчеты, проведенные применительно к двухстороннему ох-, лаждени» плиты толщиной 13 мм, позволили установить, что скорооть охлаждения ее поверхности может ооставить даже 450 град/час. При этом напряжении растяжения, возника­ ющие в центральных слоях в момент перехода литого материала из вязкоупругого в уярувое состояние, не превышают 40-45 кг/см*'« Поэтому время медленного охлаждения таких изделий мо-

380

может составить около 2-х часов, в то время как на камнелитей­ ных предприятиях при существующей технологии на этот вопрос затрачивают IO-I2 час. /6 / . Такую технологию можно осуществить только в принципиально иных теплотехнических агрегатах, чем - обычные туннельные печи с тележками или поддонами. Предпочти­ тельными для этой цели являются конвейерные печи с роликовым, цепным или сетчатым подом, имеющие небольшой объем рабочего пространства и позволяющие плавно и.достаточно точно регулиро­ вать тепловой режим обработки изделия /7 / . ъоэможность организа­ ции скоростного отжига камнелитых плиточных изделий в печах с роликовым подом подтверждена прямыми экспериментами в лабора­ торных условиях /8 / и на опытно-промышленном агрегате в ус­ ловиях Донецкого комбината камнелитых и керамических изделий.

Новые интересные сведения были получены при изучении про­ цесса термической обработки труб. Расчеты температурных полей и напряжений в трубах при скоростях охлаждения среды *г100 град/час. позволили установить, что возникновение и развитие температурных напряжений связано в основном не с изменением скорости охлаждения, а с той или иной степенью неравномернос­ ти распределения температур по длине и диаметру трубы. Исследо­

вания показали, что при равномерном и одинаковом в течение всего периода отжига распределения температур (данныо получены при

ние температурной неравноме’риости по длине трубы приводит к значительному росту напряжений и несимметричности их распреде­ ления относительно центра стенки изделия. Если же неравномер­ ность распределения температур по длине трубы изменяется с те­ чением времени охлаждения, то уровень напряженности в изделия возрастает до 300-400 кг/сы^. Причиной этого может являться неодновременность протекания фазового превращения в ооседних сечениях вдоль оси трубы. Например, напряжение в камнелит ой трубе диаметром 800 мм и длиной 1000 мм, устанавливаемой в тун­ нельной печи на торец, не превышают 50 кг/сн^ при условии, что температура по высоте печи постоянна. Перепад температур по высоте трубы в пределах 100-200 град, приводит в увеличению напряжений в несколько раз. Уменьшение окорооти охлаждения в интервале 700-600°С до 25 град/час с целью макоимального про­

явления релакоационных овойств литого материала не приводит к

381

связанные с затвердеванием внутренних слоев,, выравниванием тем­ пературы по сечению, кристаллизацией переохлажденных переферийных частей. Успешное проведение этой важной технологической операции зависит не только от конструкции и выбранного цехина термической печи, а и от температурно-внутренних условий фор­ мирования издали** ( начальной температуры рюплава и формы, времени выдержки без формы и др.) В каждом конкретном случае ати параметры должны оптимизироваться на основе расчетов, ре­ зультатов лабораторных я производственных иследованяй о учетом свойств и превращений, проистодя™иг в литом материале. Это поз­ воляет выбрать правильное направление организации рациональной технологии термической обработки различны* камнелитых изделий.

Ли т е ь а т у о а

т. А.Р.Ржааицын. Расчет сооружений о учетом пластических свойств материала. Т<осстройиадат. К. 1954.

2. И.И.Быков. Фиаиио-механичоокие свойства литых окисних мате­ риалов в твердо-жидком состоянии. В сб. "Литейные свойства сплавов".Изд.ИПЛ АН УССР. К. Т972.

3. В.А.Чечулин В.А.,А.И.Новиков, А.М.Нашольокяй, В.М,Карпов. Исследование теплофизичоских свойств каннелитых отллвзк при повышенны» температуоат В об."Совершенствование процессов производства отливок". Изд.Дермск.полите»н.*н-та.Пермь. 1971. стр,Г7П.

4. И.И.Киков, В.И.аахненко.Л. А.Избенко. Опит разработки рацио­ нального режима отжига каменного литья с помощью электронновычислительной техники. Иад. Инст.техн.инФ. К. 1% 9,стр.б7.

5.И.И.Быков, В.И.Махненко. Исследование упруго-вязких напря­ жений в процессе охлаждения каннелитых труб. "Физика и хи­

мия обработки материалов", 3, т972

6. И.Е.Лмдовский, В.А.Дорофеев. Камнелитейное производство. ■Металлургия". * 9 6 Ь

7. В.А.Криванлин, Б.Л.Марков "Металлургические печи"."Метал­ лургия". 1%7.

8. И.И.Быков, Б.Х.Хан, Н.И.Назаренко, А.М.Пенкисович ,П.Б.Ста­ ры*. опыт скоростного отжига иамнелитнт плиток. "Ст. и пер;. 8, 1972

383

С.Е.БАРАНЦКВА, Л.АЛУНИНА, Ю.У.КОСТШИН, Л.Г.ЛАЩИНСКИЙ

РАЗРАБОТКА РЕЖИМА СИТАЛЛИЗАЦИИ ДЛЯ ШЛАКО - ООДЕРЖАИЕГО СТЕКЛА ПШ-75

Б системе .^O^-AT^O^-CaO-UcfO-^O + (Fe203, Cz^Oj) / I /

разработан состав стекла, ппитлный для получения на его осно­ ве пироксенового тлакоситалла ПИ-75. Разработан оптимальный ре­

Для получения наиболее полной информации и подтверждения правильности выбранных параметров ситаллизации нами проведено систематическое исследование образцов стекла ПШ-75, термооб­ работанных при шести режимах (табл.1).

Исследование исходного стекла и продуктов его кристалли­ зации проводилось комплексным методом, включат’' im дифференци­ ально-термический анализ, рентгенофазовое и электронноиикроскопическое исследование, инфпакрасную спектроокопию в сочетании с определением плотности, микротвердости, температуры начала размягчения и химической устойчивости в 20.2^6 НСТ.

Исследование свойств образцов, их строения, фазового состава, степени полноты его коисталлизапии и стоуктуры в за­ висимости от условий термообработки показали непрерывно изме­ няющуюся картину.

В исходном стекле рентгенофазовыи анализом не фиксирует­ ся кристаллическая фаза, на термограмме стекла имеетоя ярковыраженный эндозфФект, указывающий на склонность его к ликвапии, а также' интенсивный экзоэфйект при Я70°п, свидетельствующий о высокой кристаллизационной способности.

3 8 4

ет на протекание процессов структурного упорядочения, предшест­ вующего кристаллизации, а возможно и незначительной кристалли­ зации шпи.-олидов А , . 5/ не диагностированных данными экспери­ ментальными приемами.

Таблица I Условия термообработки стекла ПШ-75

гистрируется в результате ее незначительного количества. Одна­ ко уменьшение глубины эвдоэффекта и некоторое снижение высоты зкэоэффекта на термограмме образца, обработанного по режиму П, по сравнению с исходным стеклом, указывает на протекание сла­

новой фазы. Это подтверждается резким снижением высоты экзоэффекта и глубины эндоэффекта на термограмме образца, обработан­ ного по Шрежиму. На электронно-микрофотографии видна ярко вы­ раженная кристаллическая фаза. Однако, кристаллизационные про­

385

цессы в стокле не завершены, что подтверждается продолжением изменения свойств и неполный погашение!! эндо- и экэоэффектов.

Начало формирования пироксеновой фазы сс/шовохдается рез­

почти полную завершенность кристаллизационного процесса. Спект­ ры поглощения по своей форме все более приближаются к спектру эталонного диопсида. Однако, свойства образцов, продолжают из­ меняться, что указывает на еще неполную завершенность процесса ситаллизации стекла.

Образец, обработанный по полному режиму (табл.1, позиция У1), характеризуется почти не изменяющимися, по сравнению с пре­ дыдущим образцом свойствами, максимальной интенсивностью рент­ геновского спектра, наиболее близким подобием М-спектра образ­ ца спектру эталона. Образец обладает плотной и однородной струк­ турой. Отмечено полное погасание термоэффектов.

Все это указывает на практически полную завершенность кристаллизации стекла и позволяет принять режим У1 в качестве оптимального,

Изучение структурных превращений, фазового состава и свойств стекла ПШ-75 и продуктов его кристаллизации на разных стадиях ситаллизации (табл.1) показало, что, в целом, превраще­ ние стекла в ситалл происходит в интервале 800-850°С, однако, практически полное завершение этого процесса наблюдается при 920°С. Об этом свидетельствуют максимальные показатели изученных свойств и наибольшая степень завершенности кристаллизационного процесоа стекла.

Таким образом, на основании проведенного исследования для отекла ПШ-75 рекомендован двухстадийный режим ситаллизации:

выдержка при 690°С 2 часа и при 920°С - I чао со скоростью подъ­ ема температуры от 690 до 920°С 120°/чао.

586

Ли т е р а т у р а :

1.Жунина Л.А., Баранцева С .Е ., Шарай В.Н., Костюнин ю.М. Тезисы докладов к Всесоюзному совещанию "Исследование стек­ лообразных систем и синтез новых стекол на их основе". М., 1971, 187.

2.Колесова В.А. Изв. АН СССР, серия "Неорганические материа­

лы", 2, 1566, 8, 1947.

3. Плюонина И.И. Инфракрасные спектры силикатов, МГУ, М. ,1967, 58.

4. Жунига Л.А., Баранцева С.Е., Костюнин Ю.М., Дащинский Л.Г. Тезисы докладов IX Всесоюзного совещания по эксперименталь­ ной и технической минералогии и петрографии, Изд. АН СССР,

Иркутск, 1973, 320.

5.Баранцева С .Е ., Жунина Л.А., Шарай Б.Н. Производство и ис­ следование стекла и силикатных материалов, вып.З, Ярославль, 1973, 163.

6. Баранцева С .Е ., Жунина Л.А. и др. Теория и практика производства камнелитейных труб, Алма-Дта, 1972, 153.

В.Д. ЛАЗУРЕНКО, В. И.СКОПАРОВ

СИНТЕЗ СТЕКЛОКРИЙАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ИШАКОВ КОМБИНАТА "ЮЖУРАЛНИКЕЛЬ" И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ СВОЙСТВ И СТРУКТУРЫ

Вопросу использования шлаков цветной металлургии для син­ теза стеклокристаллических материалов посвящены работы /1 -3 /.

Нами синтезировались стекла на основе шлака комбината "Юж­ уралникель" следующего химического состава (вес.%)': ^tOg 7,0{ Ре общ. 19,0-21,0; I , 2-1,4. Количество вводимого шлака составило 65 вео.%.

В качестве подшихтовочных материалов использовались техничеокие: кварцевый песок, доломит, глинозем, а также не­ большие количества (3,0 вес.%) углекислых калия, лития и суль­ фата натрия марки "хч".

Стекла варились в шамотных тиглях в лабораторной печи, отапливаемой еотесствеынш газом. Максимальная температура варки 1450°С, выдержка один час. Все стекла хорошо провари: -> лиоь и осветлились. Выработка осущетовлялась методом отливки

387

на металлическую плиту» Было синтезировано более 20 соста ­

объемной кристаллизацией. Тепловая обработка лучших образцов

Полученные после термообработки стеклокристаллические ма­

териалы исследовалиоь на основные физико-химические свойства .

Температура начала размягчения изучалась методом погружения ме­ таллического стержня в образец при нагревании е го в тигельной злектричеокой печи. Для большинства исследованных стеклокристал ­ л ических образцов температура размягчения лежит в пределах

д ается расслоение, характеризующееся наличием мелких ликвацион-

вых капель. Прачем, в образце, синтезированном о добавкой

^ а2 ^ ® 4 0Ш1 Риволожаны Р*ДК0« При температуре обработки 800°С заметно выделяются кристаллические образования; наимень­ ший размер кристаллов характерен для об разцов ,в соста в которых введена h l g

388

Структуры образца, обработанного при ЦОС0, по величине крис­ таллов идентичен образцам, прошедшим тепловую обработку при

900°С.

фазовый состав продуктов тепловой обработки изучен на рентгеновской установке УРС-50И. На всех рентгенограммах от­ четливо прослеживаются линии с кежплоскостными расстояниями, характерными для твердых растворов диопсида - СеМд обо­ гащенных железистой составляющей. Максимальное количество крис­ таллической фазы выделяется в температурном интервале 800900°С, что также подтверждается наличием экзотермических эффект тов по данным ДТА.

Таким образом, на основании изучения свойств, структуры и фазового состава продуктов термообработки стекол, полученных на основе шлака комбината "Южуралникель", можно сделать заклю­

чения о целесообразности его применения для синтеза стеклокриоталлических материалов, имеющих повышенные значения твердости и температуры начала размягчения. Материалы на их основе можно рекомендовать для изготовления износостойких деталей, работаю­ щих в нейтральной среде.

Ли т е р а т у р а :

1.Н.М.Павлушкин, Т.Д.Нурбеков. Синтез железосодержащих стекол шлакового состава. Техн.информация. Стеклообразные системы

иновые стекла на их основе. М., 1971.

2.И.И.Китайгородский, Н.М.Павлушкин, С.В.Петрав. Возможность использования шлаков цветной металлургии для производства стеклокристаллических материалов. "Цветные металлы", 7,1966.

3. Ю.Д.Кручиннн, Л.П.Кручинина, 0 .В.Кузнецова. Еелезосодержащие стекла на основе никелевого шлака. Сб.трудов УПИ им. С.И.Кирова, апрель 1972 г.

В.А.БЫКОВ, И.Я.ЧЕРНЯВСКИЙ, Ю.Д.КРУЧИННН

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ШЛАКОСИТШОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ПЕСКОВЫХНАСОСОВ

Высокая механическая прочность, износоустойчивость и хи­ мическая стойкость ишакооиталла делает его перспективным мате­ риалом для изготовления деталей насосов, работающих в агрессив­ ных средах.

УралНИИстромпроектом совместно с Уральским политехничес­

369