Анализ возможности применения металлополимерных композиционных материалов для устранения поверхностных дефектов в крупногабаритных художественных отливках

Производство художественных изделий методом литья имеет ряд специфических особенностей, отличных от особенностей литейного производства в машиностроении. Однако на сегодняшний день в литературе, посвященной проблемам литейного производ­ства, вопросы художественного литья практически не рассматриваются. Особенно это касается крупногабаритного литья, к которому относят архитектурное художественное литье (декоративные элементы сооружений, зданий, мостов и т.п.) и скульптурное литье (крупногабаритные, монументальные художественные изделия: статуи, бюсты, композиции и др.).

Как и при любом другом виде литья, при изготовлении крупногабаритных отливок могут возникать всевозможные дефекты. Для художественного литья первостепенное значение имеют эстетические свойства поверхности отливки, поэтому наличие на изделии поверхностных дефектов не допускается. Анализ литературных источников показал, что при литье художественных изделий могут возникать множество разнообразных поверхностных дефектов (рисунок 1).

К наиболее часто встречающимся дефектам относят песчаные и усадочные раковины, неровности наружной поверхности, недоливы, неспаи [3]. Данные виды дефектов могут быть ликвидированы такими технологическими методами как наплавка, напыление, пайка, установка заклепок и т.п.

Рисунок 1. Классификация поверхностных литейных дефектов [2]

Однако это возможно сделать, если размер дефекта не велик. У крупногабаритных отливок размеры дефектов могут быть значительны. Поэтому на наш взгляд наиболее перспективным методом ликвидации таких дефектов будет применение металлополимерных композиционных материалов. Их рациональное использование позволяет снизить трудоемкость ремонта и избежать потери эстетической составляющей изделия. Это обусловлено тем, что применение данной технологии не требует высокой квалификации исполнителей, дорогостоящего оборудования, появляется возможность заниматься ремонтно-восстановительными работами в труднодоступных частях изделий, которые трудно ремонтировать известными способами или вообще невозможно устранить, а так же возможностью придания нужной нам формы и вида поверхности восстанавливаемого изделия.

Рассматриваемые материалы являются двухкомпонентными и состоят из основы (базиса) и активатора, наполненных минеральными или металлическими наполнителями. Их соотношение может варьироваться в широких пределах в зависимости от технологических потребностей или физико-технических характеристик материалов [1].

Физико-механические характеристики определяются основой – главной частью двухкомпонентной композиции. Активаторы (отвердители) влияют на время полимеризации, температуростойкость, водостойкость, жизнеспособность приготовленной композиции.

Изначально активаторы могут быть различной вязкости; это позволяет варьировать получаемые составы от вязких (тиксотропных) паст, до жидкообразных композиций (в зависимости от особенностей ремонта).

Специфические свойства металлополимерным композиционным материалам придают дополнительные компоненты.

После полимеризации металлополимерные композиционные материалы приобретают необходимую прочность, твердость, теплостойкость и другие специфические свойства.

При ликвидации дефектов в художественных отливках металлополимерными композиционными материалами принципиальное значение приобретают такие операции как подготовка поверхностей деталей, приготовления и нанесения ремонтных композиций, тепловая и механическая обработка деталей [4; 5]. Малейшее нарушение технологии приводит к невозможности получить качественную поверхность.

Однако металлополимерные композиционные материалы могут отличаться от основного материала изделия цветом и фактурой, и тем самым снижать художественную ценность изделия. В связи с этим встает вопрос о возможности подбора металлополимерных композиционных материалов по цветовой гамме. Для этого, вначале был сделан обзор основных сплавов, применяемых для изготовления художественных отливок с целью установления параметров цвета художественных отливок.

При изготовлении крупногабаритных статуй используют серый чугун. Его химический состав близок к эвтектической концентрации, что обеспечивает высокую жидкотекучесть. Также для изготовления крупных монументальных скульптур на российских предприятиях применяют оловянистую бронзу марки БрОЦС 5-5-5. Это связано с ее технологичностью и относительной дешевизной.

Также для изготовления художественных отливок применяют латунь следующего состава: 75–88% меди, 25–10% цинка, до 3% олова и до 3% свинца[2].

Для литья скульптур достаточно часто используют хромоникелевую сталь марки Х18Н9, т.к. она отличается хорошими литейными свойствами.

Далее был рассмотрен ассортимент металлополимерных композиционных материалов и фирм их выпускающих. Наиболее оптимальными с точки зрения «цена-качество» оказались металлополимерные композиционные материалы польской фирмы “ChesterMolecular”. Ассортимент ее материалов (по цветовой гамме) позволяет использовать их при ликвидации дефектов отливок, изготовленных фактически из любых литейных материалов (таблица 1).

Таблица 1.

Области применения металлополимерных композиционных материалов фирмы “ChesterMolecular” для ликвидации литейных дефектов

Таким образом, в результате проведенной работы было показано, что металлополимерные композиционные материалы с успехом могут применяться для устранения поверхностных дефектов в крупногабаритных художественных отливках.