Моделирование и оптимизация стойкости керамических оболочковых форм и процессов формирования в них отливок

В машиностроении, авиастроении и ракетно-космической технике применяются различные по массе, геометрии и размерам отливки. К таким отливкам предъявляются повышенные требования по внутреннему и внешнему качеству. Подавляющее их количество изготовляется методом литья по выплавляемым моделям (ЛВМ), в котором свойства оболочковой формы (ОФ) являются определяющими и главенствующими в формировании качества и свойств получаемых в них отливок, особенно ответственного назначения. Это связано с низкой трещиностойкостью ОФ в процессе формирования отливки, стоимость которых для некоторых типов запредельно высока. Поэтому снижение потерь ОФ от трещинообразования позволит значительно повысить технико-экономические показатели производства отливок требуемого качества. Аналитическое решение таких задач без значительных упрощений невозможно. Поэтому для теоретических исследований наиболее актуальны и применимы численные методы для прогнозирования трещиностойкости ОФ и определения оптимальных условий процесса формирования в них качественных отливок. Новизна проекта заключается в самой постановке использования прогнозного имитационного математического моделирования для оптимизации процессов деформирования тел и их связи с физическими и геометрическими параметрами ОФ, отливок, внутренних и внешних факторов воздействия на них. Планируется возможное проведение экспериментальных исследований и сравнение их с численными результатами. Кроме того, научная новизна предлагаемого проекта состоит в разработке научных принципов и прогнозных технологий процессов установления и управления уровнем напряженно-деформированным состоянием (НДС) ОФ и получаемых в них отливок. Таким образом, проект в целом посвящен развитию теории и практики получения трещиностойких керамических оболочковых форм (КОФ) для формирования в них качественных отливок ответственного назначения для нужд машиностроения, оборонной промышленности путем использования методов оптимизации в задачах по деформированию тел, учитывающих процессы упрочнения и разупрочнения. Такие задачи необходимо решать с учетом взаимосвязи материаловедения, а именно его парадигмы "состав-структура-свойства" и основ механики деформируемого твердого тела с учетом физической, геометрической и контактной нелинейности. Использование внутренних (макро и микроструктуры, взаимосвязи слоев) и внешних (температурного и силового) видов воздействий на ОФ и отливку приводит к контролю уровня НДС в них, а значит к управлению процессами образования в них микро и макротрещин вплоть до полного разрушения ОФ и отливок. Особенно значимо влияние внешнего газового давления на качество и свойства формирующейся в ОФ отливки, что обеспечит значительное повышение физико-механических свойств сплава, залечивание образующихся дефектов в отливках типа пустот, трещин, рыхлот. В результате выполнения проекта будут установлены связи напряженно-деформированного состояния многослойной керамической оболочковой формой (КОФ) с внутренними и внешними видами воздействия на нее при формировании в ней сферической отливки. Установлены критические параметры внутреннего и внешнего силового и температурного воздействий, приводящие к образованию в ней трещин и ее возможному разрушению. Установлены закономерности влияния внешнего гидростатического давления на структуру и свойства формирующихся в литейной форме отливок. По результатам исследований будут выработаны технологические рекомендации по формированию качественных сферических отливок в структурированных ОФ с требуемым уровнем их свойств, в том числе и при воздействии внутреннего газового давления.