Технология литья по песчаным формам на фурановых смолах

Когда слышишь про фурановые смолы в литейке, многие сразу думают про дешевизну и простоту. Но вот на практике в ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье мы столкнулись с тем, что эта технология требует тонкой настройки — особенно для ответственных деталей типа узлов для портовых кранов или компонентов нефтехимического оборудования.

Почему выбрали именно фурановые смолы

Изначально перешли на фурановые смолы лет семь назад, когда нужно было срочно делать партию ковшей для металлургического оборудования. Традиционные связующие давали брак по поверхности, а здесь — минимальная усадка и хорошая газопроницаемость. Но сразу скажу: если смолу неправильно подобрать под марку стали, например для жаропрочной стали, получишь трещины в теле отливки. У нас был случай с крыльчаткой судового насоса — пришлось переделывать три партии, пока не нашли оптимальное соотношение смолы и катализатора.

Кстати, многие недооценивают важность песка. Мы используем кварцевый с модулем крупности 1.8-2.2, но для высокохромистого чугуна пришлось перейти на хромитовый — иначе пригар не избежать. Это тот нюанс, который в учебниках редко пишут, а в цехе узнаешь только после пары неудачных плавок.

Сейчас на сайте https://www.xszgsteel.ru мы даже вынесли отдельный раздел по техподдержке, где инженеры консультируют по подбору смесей. Потому что одно дело — теория, а другое — когда тебе нужно обеспечить стабильность для детали дорожно-строительной техники, которая будет работать в условиях вибрации.

Проблемы с газотворностью и как их обходим

Самое слабое место литья на фурановых смолах — это газовые раковины в верхних частях отливки. Особенно заметно стало при переходе на легированные стали с высоким содержанием хрома. Раньше думали, что дело в недостаточной вентиляции формы, а оказалось — проблема в скорости полимеризации смолы. Пришлось экспериментировать с температурой подогрева смеси: для нержавеющей стали, например, держим не выше 18°C, иначе смола 'закипает' в толще формы.

Запомнился заказ на корпусные детали для лесозаготовительной техники — там геометрия сложная, с карманами. Так вот, пришлось вручную добавлять дополнительные выпоры в зонах, где CFD-моделирование показывало застой газов. Кстати, сейчас для таких случаев мы используем 3D-печать песчаных форм — но это уже тема для отдельного разговора.

Важный момент: нельзя экономить на катализаторе. Как-то попробовали взять подешевле — и получили формы, которые крошились при выбивке. Причем брак проявился только на углеродистой стали, на чугуне все было нормально. Вот такие парадоксы.

Особенности для разных марок металлов

С углеродистой сталью проблем минимум — достаточно стандартной рецептуры. А вот когда в ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье начали осваивать отливки из жаропрочной стали для нефтехимии, пришлось полностью пересматривать технологию. Добавили прокалку форм при 600°C перед заливкой — иначе на поверхности появлялись побежалости, которые снижали стойкость к термоциклированию.

Для нержавеющей стали важнее всего контроль серы в связующем. Была история с заказом из Европы на патрубки для химического оборудования — так там техзадание прямо запрещало использовать смолы с серой выше 0.1%. Пришлось искать нового поставщика, хотя до этого десять лет работали с одним и тем же материалом.

С высокохромистым чугуном вообще отдельная песня. Здесь фурановые смолы показывают себя лучше всего — дают чистую поверхность без пригара. Но нужно жестко контролировать влажность песка: даже 0.2% сверх нормы приводят к пористости в критичных сечениях. Мы для таких случаев держим отдельный бункер с осушенным песком.

Экономика процесса: где реальная выгода

Если считать только стоимость материалов — кажется, что фурановые смолы дороже. Но когда учтешь сокращение брака на 15-20% для сложных отливок типа роторов судовых насосов, картина меняется. Особенно если брать в расчет уменьшение механической обработки — поверхность выходит такой чистой, что иногда можно сразу на шлифовку отправлять.

Правда, есть нюанс с экологией. У нас в цехе стоит мощная вентиляция над участком приготовления смесей — без этого работать невозможно. Как-то пробовали 'экологичные' модификации смол с пониженным выделением формальдегида — но они хуже работают с жаропрочными сталями, пришлось вернуться к классике.

Сейчас рассматриваем переход на холоднотвердеющие смеси для крупных деталей металлургического оборудования — там где раньше использовали жидкое стекло. Предварительные испытания показывают, что для габаритных отливок это может дать прирост производительности на 30%, но пока не решены вопросы с выбиваемостью.

Что бы я изменил в стандартных рекомендациях

В большинстве справочников пишут универсальные пропорции смолы 1.2-1.8% от массы песка. Но мы на практике для каждой группы сталей вывели свои цифры: для углеродистой — 1.4%, для легированной — 1.6%, а для нержавейки и вовсе 1.8%. И это еще без учета сезона — зимой приходится увеличивать дозировку из-за низкой температуры в цехе.

Еще момент — время уплотнения смеси. Раньше ориентировались на стандартные 90 секунд, пока не заметили, что для форм с глубокими карманами (как в деталях для дорожно-строительной техники) нужно увеличивать до 120 секунд. Иначе в углах плотность недостаточная, и там потом появляются песчаные раковины.

Сейчас на сайте xszgsteel.ru мы как раз готовим обновление технических рекомендаций — добавим там таблицы с поправочными коэффициентами для разных условий. Потому что понимаем: то, что работает для нашего цеха в Китае, может не подойти для производства в России с другим климатом и материалами.

Перспективы и ограничения технологии

Из новшеств пробуем добавлять в смесь нанопорошки оксида алюминия — для повышения поверхностной прочности форм. Пока эксперименты идут только для критичных деталей портового оборудования, где важна стойкость к абразивному износу. Результаты обнадеживают, но стоимость смеси вырастает в полтора раза — так что массово внедрять пока невыгодно.

А вот от идеи использовать фурановые смолы для художественного литья отказались — слишком жесткие требования к газопроницаемости для тонкостенных отливок. Лучше показывают себя в этом сегменте традиционные методы с глиной.

В целом технология еще не исчерпала потенциал — особенно если говорить о автоматизации процесса приготовления смесей. Мы сейчас как раз тестируем новую немецкую установку дозирования, которая должна снизить влияние человеческого фактора. Первые результаты по стабильности свойств смеси уже есть — брак по скрытым дефектам снизился на 7% за последний квартал.