Розробка методу лиття метало-піщаних композитів за полімерними моделями в контексті сучасної систематизації композиційних матеріалів
DOI:
https://doi.org/10.31649/2413-4503-2026-23-1-34-41Ключові слова:
композиційні матеріали, систематизація, лиття за моделями, що газифікуються (ЛГМ-процес), метало-піщаний композит, стрижнева оснастка, 3D-друк, каркасно-комірчаста структура, зменшення маси, захисні спорудиАнотація
В умовах динамічного розвитку композиційних матеріалів (КМ) критично необхідною є їхня наукова систематизація, оскільки традиційні класифікаційні підходи недостатні для ефективного прогнозування експлуатаційних властивостей при проектуванні таких матеріалів. У першій частині роботи представлена багатофакторна, багаторівнева схема систематизації КМ. Ця блок-схема відображає взаємозв'язок технологічних, структурних та функціональних аспектів створення матеріалу, що слугує методологічним підґрунтям для позиціонування об’єктів дослідження в межах сучасної системи матеріалознавства. На основі систематизації розроблено спосіб лиття метало-піщаних композиційних матеріалів (ЛКМ) із застосуванням ЛГМ-процесу (лиття за моделями, що газифікуються). Мета полягала у подоланні обмежень ЛГМ-процесу при отриманні конструкційних КМ із замкненими, неметалевими, заповненими комірками, та зниженні собівартості виробництва шляхом оптимізації стрижневого оснащення. Сутність інновації – принципово нове використання полімерної моделі як комбінованої формувальної та стрижневої оснастки (носія). Модель використовується для формування піщаних стрижнів з піщано-рідкоскляної суміші (CO2-процес), які утримуються в ливарній формі та залишаються в тілі ЛКМ. Це усуває необхідність у дороговартісній традиційній стрижневій оснастці, підвищуючи економічну ефективність процесу. Розроблений спосіб використовує тонкостінні полімерні оболонки, виготовлені з ППС, 3D-друком із PLA або термоформуванням. Використано ту особливість, що для друкованих моделей можливе регулювання газотвірності за рахунок зміни товщини стінок та використання інтегрованого піщаного стрижня як внутрішньої розпірки.
Отриманий метало-піщаний композит (стрижні з густиною 1,6…2,0 г/см³ в матриці з густиною >7,0 г/см³) має істотне зменшення маси виробу без втрати міцності. Прискорена кристалізація металу через зменшення товщини стінок сприяє формуванню дрібнозернистої структури високої міцності. Армування надає виливку додаткових функціональних властивостей, зокрема підвищення опору імпульсному проникаючому руйнуванню, що є критичним для бронеперешкод і захисних споруд. Спосіб технологічно гнучкий, дозволяючи отримувати як метало-піщаний КМ, так і каркасно-комірчастий цільнометалевий виріб. Технологія спроектована для розробки легковагих модулів швидкісного будівництва захисних споруд.
Посилання
W. D. Callister and D. G. Rethwisch, Materials Science and Engineering: An Introduction, 9th ed. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2014.
D. Hull and T. W. Clyne, An Introduction to Composite Materials, 2nd ed. Cambridge: Cambridge University Press, 1996.
ASM International, ASM Handbook. Volume 21: Composites. Materials Park, OH: ASM International, 2001.
O. P. Cheiliakh and Ya. O. Cheiliakh, "Implementation of Physical effects in the Operation of Smart Materials to Form Their Properties," Progress in Physics of Metals, vol. 21, no. 3, pp. 363 – 463, 2020.
Altenbach, H., J. Altenbach, K. Naumenko: Ebene Fl ¨achentragwerke – Grundlagen der Modellierung und Berechnung von Scheiben und Platten. Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg, New York, 2. Aufl., 2016.
Olena Dana, An Analysis of the Features of Cast Composite Materials Based on Light Alloys Reinforced by Particles. Journal of Casting Materials Engineering 2022/6/1.
D. B. Miracle, "Metal matrix composites – From science to technological significance," Composites Science and Technology, vol. 65, pp. 2526–2540, 2005. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2005.05.02.
A. Mortensen and J. Llorca, "Metal Matrix Composites," Annual Review of Materials Research, vol. 40, pp. 243–270, 2010. https://doi.org/10.1146/annurev-matsci-070909-104511
P. Garg, A. Jamwal, D. Kumar, K. K. Sadasivuni, C. M. Hussain, and P. Gupta, "Advance research progresses in aluminium matrix composites: manufacturing & applications," Journal of Materials Research and Technology, vol. 8, no. 5, pp. 4924–4939, 2019. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2019.06.028.
W. Jiang and Z. Fan, "Novel technologies for the lost foam casting process," Frontiers of Mechanical Engineering, vol. 13, no. 1, pp. 37–47. 2018.
K. A. Guler, A. Kisasoz and A. Karaaslan, "A novel method for Al/SiC composite fabrication: Lost foam casting," International Journal of Materials Research, vol. 3, pp. 304–308. 2011.
П. Б. Калюжний, В. А. Слюсарев та Д. О. Калашник, "Армування виливків за технологією лиття за моделями, що газифікуються," Металознавство та обробка металів, № 4, с. 48 – 53. 2017.
В. С. Дорошенко та В. О. Шинський, "Виливок з чавуну з кулястим графітом," Патент України, МПК B22 D7/00, B22 D23/00. № 126031, 11.06.2018.
А. Н. Цибрик, М. И. Аверченков та В. А. Цибрик, Osnovy strukturno-geometricheskogo uprochneniya detaley Київ: Наукова думка, 1979.
О. Й. Шинський та В. С. Дорошенко, «Литий матеріал стільникової структури з крізними порами»," Патент України, МПК В22С 7/02, В22С 9/04. № 96915, 26.12.2011.
Р. В. Лютий, І. М. Гурія, Формувальні матеріали: підручник для студ. спец. 136 «Металургія». Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020.
О. Й. Шинський та В. С. Дорошенко, "Просторовий металевий виливок," Патент України, МПК В22D 7/00, В22D 23/00, В22D 25/00. № 90494, 11.05.2010.
В. П. Лихошва, П. М. Каричковський, О. А. Пелікан та ін., "Спосіб одержання зносостійких біметалевих плоских виливків," Патент України, МПК B21C 5/00, B21D 19/00. № 128924 U, 10.10.2018.
Патент 157522, Україна, "Спосіб лиття металу за 3D-друкованими моделями, що газифікуються у вакуумованих формах з сипкого піску," Опубл. 30.10.2024.
В. С. Дорошенко, Виготовлення метало-піщаного композиту методом лиття за моделями, що газифікуються, Нові матеріали і технології в машинобудуванні – 2025: XVІІ МНТ конференція. Київ, Україна: 25…26.09.2025, с. 211 – 219.
І. А. Шалевська, В. С. Дорошенко та М. М. Дьяченко, "Особливості вибору дисперсних неметалевих матеріалів для армування литих металоконструкцій," у Литво. Металургія. 2023: XIX МНП конференція. Харків – Київ, Україна: 10..12.10.2023, с. 224 – 227.
М. М. Дьяченко, І. А. Шалевська, І. В. Корнієць, С. В. Гнилоскуренко та І. А. Небожак, "Дослідження формування перехідного шару в системі «метал-неметалевий наповнювач»," на Перспективні технології, матеріали й обладнання в ливарному виробництві: X Міжнародн. наук.-техн. конференція. Краматорськ, 21 – 23.10.2025, с. 44 – 45.
І. А. Шалевська, В. C. Дорошенко, П. Б. Калюжний, та Ю. Г. Квасницька, "Огляд застосування металевих литих матеріалів у будівництві підземних та захисних споруд," Метал і лиття України, № 4, с. 54-61. 2022. https://doi.org/10.15407/steelcast2022.04.054
Національна академія наук України, Національна академія наук України в 2020 – 2025 роках. Основні підсумки. Київ: Академперіодика, 2025.
Д.С. Козак, В.Б. Бубликов, А.А. Шейко та ін., "Спосіб виготовлення виливка корпусу контейнера для захоронення та транспортування радіоактивних відходів," Патент України, МПК B22D 25/00, B22D 15/00, G01F 5/00. № 88741, 10.11.2009.
##submission.downloads##
-
PDF
Завантажень: 0
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
