Зв’язувальні матеріали для ливарних форм і стрижнів: проблеми і перспективи
The article presents an extended analytical review of most of the known binders for the manufacture of molds and cores. Molding and core mixtures account for the largest volumes of cargo flows in foundries. They significantly exceed the volume of casting production. From an environmental perspective...
Gespeichert in:
| Datum: | 2023 |
|---|---|
| Автори та афіліації: |
|
| Ключові слова: | keywords |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Physico-technological Institute of Metals and Alloys
2023
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/19 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Metal and Casting of Ukraine |
| Завантажити файл: |
|
Institution
Metal and Casting of Ukraine| _version_ | 1871465389209157632 |
|---|---|
| author | Лютий, Ростислав Селівьорстов, Вадим Іванов, Валерій Ямшинський, Михайло |
| author_facet | Лютий, Ростислав Селівьорстов, Вадим Іванов, Валерій Ямшинський, Михайло |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Ростислав Лютий",
"institution": "Національний технічний університет України «КПІ ім. Ігоря Сікорського»"
},
{
"author": "Вадим Селівьорстов",
"institution": "Український державний університет науки і технологій"
},
{
"author": "Валерій Іванов",
"institution": "Національний університет «Запорізька політехніка»"
},
{
"author": "Михайло Ямшинський",
"institution": "Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»"
}
] |
| author_sort | Лютий, Ростислав |
| baseUrl_str | https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-22T12:09:42Z |
| description | The article presents an extended analytical review of most of the known binders for the manufacture of molds and cores. Molding and core mixtures account for the largest volumes of cargo flows in foundries. They significantly exceed the volume of casting production. From an environmental perspective, these materials pose the greatest danger. The danger lies in the release of harmful and toxic gaseous products during the manufacture of molds and during their filling, and in the gradual contamination of ecosystems with spent mixtures. Requirements to improve the quality of castings, ensure satisfactory environmental performance, availability and cost of materials have been prerequisites for increasing or decreasing the use of various binders in certain historical periods.
For the purpose of comparative analysis of binders, the article presents a well-known set of requirements for them and determines the compliance of various materials with these requirements. A chronological scheme of the use of binders and their relative prevalence in casting technologies from the early twentieth century to the present has also been constructed. A thorough analysis of the most important scientific achievements and technological solutions is carried out. They were accompanied by the use of various appropriate binders. Based on this information, the reasons for the emergence and elimination of these materials from foundry technologies are explained. Predictive assumptions have been made about the use of all known materials over the next decade. It was found that the main trend will be the gradual displacement of sand-resin mixtures and their replacement by more environmentally friendly ones, which can be based not only on previously known, but also on new materials created in the future.
On the basis of the conducted analysis the scientific and technological problem of world scale is established. It consists in the need to create ecological binders with a high level of functional properties for foundry production. |
| doi_str_mv | 10.15407/steelcast2022.02.072 |
| first_indexed | 2026-03-12T15:49:53Z |
| format | Article |
| fulltext |
72 ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022. № 2 (329)
ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА І ПРОЦЕСИ ЛИТТЯ МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ
об’ємні піщані форми потребує від 4 до 12 тонн фор-
мувальної та стрижневої сумішей на 1 тонну виливків
[2–4]. Спеціальні способи (лиття в оболонкові форми;
у керамічні форми; за моделями, що витоплюються;
за моделями, що газифікуються; в облицьований ко-
кіль) – від 0,5 до 1,0 тонни [5].
Формувальні матеріали, враховуючи їх значну по-
требу, є основною причиною погіршення екології. За-
бруднення відбувається через викиди до атмосфери
газоподібних продуктів [6, 7], через вивезення у від-
вали відпрацьованих сумішей [1–3].
Постановка проблеми. Найважливішу групу
формувальних матеріалів, яка визначає комплекс
властивостей формувальних та стрижневих сумі-
шей, являють собою зв’язувальні компоненти (ЗК)
[2–4, 6, 8]. Найбільш екологічно небезпечними із них
на сьогодні вважають синтетичні смоли. Існує поши-
В
ступ. Важливими завданнями великих про-
мислових галузей, окрім виготовлення продукції
прямого призначення, є збереження природних
ресурсів та захист екосистем від негативного
впливу. Ливарне виробництво не є винятком, оскільки
реалізація ливарних технологій потребує залучення
великих обсягів основних та допоміжних матеріалів.
Найбільша кількість матеріалів витрачається на
виготовлення ливарних форм. Наприклад, для їх ви-
готовлення на час розпаду СРСР використовували
щорічно близько 24 млн тонн формувальних пісків,
для видобування яких щороку кар’єри забирали по-
над 250 га сільськогосподарських площ, а до відвалів
вивозили близько 20 млн тонн відпрацьованих сумі-
шей, що потребувало ще більших площ [1].
Формувальні матеріали використовують у різ-
них способах лиття. Наприклад, традиційне лиття в
ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022, № 2 (329), 72-82
https://doi.org/10.15407/scin15.04.005
УДК 621.742
Р.В. Лютий1, канд. техн. наук, доц., доц., e-mail: rvl2005@ukr.net, https://orcid.org/0000-0001-6655-6499
В.Ю. Селівьорстов2, д-р техн. наук, проф., проф., e-mail: seliverstovvy@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-1916-625X
В.Г. Іванов3, д-р техн. наук, доц., доц., e-mail: ivanov.valerii.g@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-9216-3493
М.М. Ямшинський1, д-р техн. наук, доц., зав. кафедри, e-mail: yamshinskiy@ukr.net, https://orcid.org/0000-0002-2293-2939
1Національний технічний університет України «КПІ ім. Ігоря Сікорського» (Київ, Україна)
2Український державний університет науки і технологій (Дніпро, Україна)
3Національний університет «Запорізька політехніка» (Запоріжжя, Україна)
Зв’язувальні матеріали для ливарних форм і стрижнів:
проблеми і перспективи
У статті представлено розширений аналітичний огляд більшості відомих зв’язувальних компонентів (ЗК) для ви-
готовлення ливарних форм і стрижнів. Формувальні та стрижневі суміші складають найбільші обсяги вантажопо-
токів у ливарних цехах, які значною мірою перевищують обсяги виробництва литва. З екологічної точки зору, ці
матеріали представляють найбільшу небезпеку, яка полягає у виділеннях шкідливих та токсичних газових продук-
тів під час виготовлення форм та їх заливання, а також у поступовому забрудненні екосистем відпрацьованими
сумішами. Вимоги щодо підвищення якості литва, забезпечення задовільних екологічних показників, доступності
та вартості матеріалів були передумовами зростання або зменшення обсягів використання різних ЗК у різні іс-
торичні періоди.
З метою порівняльного аналізу ЗК у статті наведено загальновідомий комплекс вимог до них та визначено від-
повідність різних матеріалів цим вимогам. Також побудовано хронологічну схему використання ЗК та їх відносної
поширеності у технологіях литва з початку ХХ ст. до цього часу. Проведено ґрунтовний аналіз найбільш вагомих
наукових здобутків та технологічних рішень, які супроводжували використання різних ЗК. На основі цієї інфор-
мації пояснено причини появи та усунення цих матеріалів із технологій ливарного виробництва. Зроблено про-
гнозні припущення щодо використання усіх відомих матеріалів протягом наступного десятиріччя. Виявлено, що
основною тенденцією буде поступове витіснення піщано-смоляних сумішей та заміна їх більш екологічними, які
можуть базуватися не тільки на раніше відомих, але й на створених у майбутньому нових матеріалах.
На основі проведеного аналізу установлено наукову та технологічну проблему світового масштабу, яка полягає
в необхідності створення екологічних ЗК із високим рівнем функціональних властивостей для ливарного вироб-
ництва.
Ключові слова: екологія, зв’язувальний компонент, історія використання, лігносульфонат технічний, рідке
скло, синтетичні смоли, формувальні матеріали, фосфати, цемент.
73ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022. № 2 (329)
ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА І ПРОЦЕСИ ЛИТТЯ МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ
ЗК після заливання. Зменшення лінійних розмірів ви-
ливка під час його усадки має відбуватися без опору
з боку форми та стрижнів. А після остаточного охо-
лодження виливка він має бути видалений із форми
з мінімальними зусиллями, тобто суміш має під час
охолодження значною мірою втрачати міцність. На
жаль, переважна кількість ЗК, які мають високу вогне-
тривкість, зберігають високу міцність на усіх етапах
роботи ливарної форми, і в деяких випадках процес
вибивання виливка потребує значних енерговитрат
[2–4, 8].
Узагальнюючи накопичений досвід щодо розро-
блення, вивчення та використання ЗК, вимоги до них
сформульовано наступним чином [2–4, 8]:
1. Висока питома міцність.
2. Необхідний рівень технологічних властивостей
суміші (текучість, формувальність, ущільнюваль-
ність, липкість, живучість тощо).
3. Регульований термін твердіння.
4. Мінімальна гігроскопічність.
5. Висока газопроникність суміші.
6. Низька газотвірність суміші.
7. Висока вогнетривкість.
8. Мінімальна хімічна взаємодія з розплавом.
9. Висока податливість суміші.
10. Легка вибиваємість виливків із форм і стрижнів
із виливків.
11. Довговічність (можливість повторного викорис-
тання).
12. Недефіцитність і низька вартість.
13. Нетоксичність, нерадіоактивність, пожежна і
екологічна безпека.
Аналіз багаторічної історії розвитку технологій
ливарного виробництва, наукових досліджень та їх
практичної реалізації показує, що в різні часи нада-
вали перевагу не усім із наведених у попередньому
пункті вимогам до ЗК.
Відповідність або невідповідність вимогам, здат-
ність до удосконалення або модифікації, можливість
використання у нових прогресивних технологіях – ось
ті загальні характеристики, які визначали і визначають
причини появи і виходу із використання ЗК. Загалом їх
відомо більше 200, але зараз використовують у складі
стрижневих сумішей лише деякі із них [2–4, 8].
У таблиці наведено аналіз відповідності наведе-
ним вище 13 вимогам, а на рисунку – хронологічну
схему використання різних ЗК.
До стрімкого розвитку технологій хімічного синте-
зу ливарне виробництво використовувало матеріали,
які є природною сировиною або продуктами її обро-
блення [2–4, 8, 18]. Наприкінці ХІХ ст. використовува-
ли рослинні олії (лляну, конопляну та інші) та поліса-
хариди (патоку, декстрин). Галуззю їх використання
були переважно стрижні, які тверднуть при нагріванні
[2, 3]. Відомі спроби застосування масляних сумішей
для виготовлення оболонкових форм – таких, які за-
раз виготовляють виключно за Кронінг-процесом [33].
Поступово із зростанням обсягів промислового
виробництва харчові продукти стали вилучатися із
нього, оскільки став відчутним їхній дефіцит. Ближче
до середини ХХ ст. з’явилися модифіковані масляні
рене переконання, що вони забезпечують підвищення
якості литва. Але у роботі [4] указано про утворення
ряду типових дефектів, а у роботі [9] – використання
піщано-смоляних сумішей сприяє підвищенню вмісту
розчинених в металі газів (вміст водню за експери-
ментальними даними у чавуні зростає у 5–10 разів).
В Україні виробляють незначні обсяги ЗК. Вітчиз-
няні розробки, наприклад бентоніт активований комп-
лексний (БАК) [10], олігофурфурилоксисилан (ОФОС)
[11, 12], лужносилікатний ЗК [13], не поширилися у
промислових масштабах.
Основними виробниками матеріалів для ливар-
них форм є фірми Ashland, Hüttenes-Albertus, ASK
Chemicals та ін., а постачальниками – «Промтехпос-
тач» (м. Суми), «Формувальні матеріали України»
(м. Краматорськ), ТОВ «Альфа» (м. Харків), ТОВ
«Укрфаворит» (м. Мелітополь) та деякі інші [14]. Оче-
видно, що використовувати матеріали імпортного ви-
робництва економічно невигідно, але сьогодні ефек-
тивної заміни їм немає. До цього слід додати, що
поступові екологічні обмеження та навіть заборони у
ряді країн можуть сприяти подальшому поширенню їх
використання в Україні.
Ливарні форми та стрижні є причиною появи на-
ступних дефектів у виливках: пригар, гарячі тріщини,
нарости, ужимини, просіки, газові раковини і порис-
тість, неметалеві вкраплення та деякі інші [8, 15–20].
Вченими різних часів підтверджено, що ливарна
форма є основним інструментом забезпечення якості
литва. Результати системних досліджень фізико-хі-
мічних та теплових процесів у формувальних сумі-
шах із рідким склом виклали А.М. Лясс та П.А. Борсук
[21], П.П. Берг, І.В. Рижков, Д.М. Кукуй, М.О. Кидалов,
С.П. Дорошенко, О.І. Пономаренко [22]. Суміші з фос-
фатними ЗК вивчено Ю.П. Васіним [23], Є.С. Гамо-
вим [24], І.Є. Ілларіоновим [25, 26], Л.Г. Судакасом
[27]. Піщано-смоляні суміші досліджено в роботах
С.С. Жуковського, С.Д. Теплякова [4, 28], Є.О. Біло-
брова [29], В. Тільха [30] та інших.
Мета роботи: провести ґрунтовний історичний
аналіз використання зв’язувальних компонентів у
складі формувальних та стрижневих сумішей, визна-
чити основні наукові та технологічні проблеми, вста-
новити перспективні напрями наукових досліджень
формувальних матеріалів у майбутньому.
Обговорення результатів. Сучасні і раніше ві-
домі досягнення в галузі хімії органічних та неорга-
нічних матеріалів дають широкі можливості для ви-
бору зв’язувальних компонентів різного призначення
[3, 4, 8, 27, 31, 32]. Але для застосування у ливар-
них технологіях ці матеріали мають відповідати ряду
специфічних жорстких вимог. У першу чергу, ця ре-
човина має забезпечувати твердіння суміші в контак-
ті з вогнетривким наповнювачем (кварцовим піском,
цирконом, хромітом, корундом тощо) [2, 4, 8, 17, 18].
Багато розроблених для будівельної та інших галузей
промисловості ефективних зв’язувальних матеріалів
цього не роблять і тому не можуть бути використані
для литва. По-друге, ЗК для ливарного виробництва
має бути вогнетривким і хімічно інертним до розпла-
ву. У третю чергу важливим є те, як поводить себе
74 ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022. № 2 (329)
ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА І ПРОЦЕСИ ЛИТТЯ МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ
та полісахаридні ЗК, які отримували методами хіміч-
ного синтезу із нафтопродуктів, сланців, рослинної
сировини – УСК, КО, ПТ та інші [2, 3, 8]. Головними
недоліками сумішей із цими ЗК була неможливість їх
холодного твердіння та великі обсяги газовиділення.
Вказані причини призвели до необхідності пошуку но-
вих матеріалів. Зараз використання масляних і полі-
сахаридних ЗК мінімальне [4, 8], але завдяки меншій
небезпеці та екологічним перевагам порівняно із ін-
шими органічними ЗК, частково продовжують дослі-
дження над рослинними оліями [34] та крохмальними
матеріалами [35].
Лігносульфонат технічний (ЛСТ) мав історично
декілька різних назв – сульфітний луг (СЛ, з 30-х рр.
ХХ ст.), сульфітно-спиртова барда (до 50-х рр. ХХ ст.),
сульфітно-дріжджова бражка (до 70-х рр. ХХ ст.) [2, 4].
Поступово вилучаючи із цього побічного продукту ви-
робництва целюлози корисні та поживні речовини,
вченими розроблено ряд ефективних ЗК, у тому числі
синтетичних, безпосередньо для потреб ливарного
Таблиця
Загальна характеристика зв’язувальних компонентів для стрижневих сумішей
Вимоги за
переліком
Відповідність зв’язувальних компонентів указаним вимогам
(«++» значна перевага, «+» перевага, «0» на достатньому рівні, «–» недолік, ––! значний недолік
масла полісаха-
риди ЛСТ цемент рідке скло фосфати смоли солекера-
міка
1 + + – – + + ++ +
2 0 0 + 0 0 0 ++ –
3 + + 0 – + + + –
4 ++ – – 0 + + + –
5 + + + + 0 + + –
6 – – – + + + – +
7 – – – + 0 + – +
8 + + + + – + + +
9 + + + 0 – + 0 –
10 + + + 0 ––! + + +
11 – – + – ––! 0 – +
12 – – + + + + – 0
13 – – – + + + –! +
Хронологічна схема використання зв’язувальних компонентів у ливарних технологіях
75ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022. № 2 (329)
ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА І ПРОЦЕСИ ЛИТТЯ МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ
вості сумішей. Перший прототип смоли (М-3) застосо-
вують і зараз [51]. Наприкінці 60-х рр. було розробле-
но самотвердні піщано-смоляні суміші, в тому числі
із термостійкою фурановою смолою [29], а згодом –
ряд високопродуктивних процесів: із рідкими затвер-
джувачами (Pep-Set, Alpha-Set, No-Bake-Furan) та з
газоподібними затверджувачами (Linocure, Cold-Box-
Amin, SO2-, Free-Radical, Beta-Set) [4, 8, 40, 52, 53]. За
останніми даними, твердіння стрижня може тривати
не більше 1 с [4]. Однак, необхідність нанесення на
стрижні протипригарних покриттів та їх сушіння при-
зводить до того, що тривалість технологічного циклу
виготовлення таких стрижнів не набагато менша за ті,
які тверднуть при нагріванні.
Разом із значним позитивом, синтетичні смоли
внесли і свої недоліки у процеси формоутворення.
До складу кожної смоли входять токсичні компонен-
ти (фенол, формальдегід, бензол, толуол, ізоціанати,
крезол, фурфурол тощо), які значною мірою погіршу-
ють санітарно-екологічні умови праці [2–4, 6, 7].
Обсяги виділення газів і процеси всередині стриж-
ня при нагріванні визначаються термічною стійкістю
суміші. Ця характеристика дає змогу прогнозувати
можливість отримання якісного виливка [26, 28].
Перші за хронологією смоли – карбамадні – мали
термічну стійкість 280–300 °С. Поступово розробле-
но нові типи смол, які є стійкими до 500, 600 і навіть
750 °С [2–4, 8, 52]. До складу останніх входить фури-
ловий спирт, який вважається найбільш небезпечним
з екологічної точки зору із усіх мономерів, які застосо-
вують для синтезу смол.
Важливу роль у вирішенні екологічних проблем
має вміст смоли у суміші. Поступово він зменшував-
ся із 3–4 % до 0,8–1,0 % сьогодні [4, 54]. Проте це
лише зменшує кількість шкідливих викидів, але не
усуває їх. Частка токсичних речовин, які виділяються
з форм і стрижнів у вигляді газів і конденсату, за ма-
сою становить 30–40 % всіх викидів ливарного цеху.
Крім цього, залишки смоли і затверджувача із відпра-
цьованої суміші потрапляють у ґрунт і ґрунтові води,
збільшуючи показники техногенного забруднення те-
риторії України [6].
Сумнівною виглядає також значна перевага смо-
ляних сумішей за вибиваємістю. Синтетичні смоли
із циклічною структурою полімера (фенольні, бензи-
лефірні, фуранові) після термічної деструкції пере-
творюються на коксовий залишок [4, 8, 28], який має
залишкову міцність i значною мірою ускладнює про-
цес вибивання. Це також призводить до додаткових
витрат на регенерацію, без якої процес стає збитко-
вим [2, 7].
У сучасних умовах, зважаючи на посилення еко-
логічного контролю, слід констатувати, що історична
роль піщано-смоляних сумішей підходить до завер-
шення, хоча успішні розробки нових смоляних ЗК
продовжуються [11, 40, 55].
Фосфатні ЗК глибоко вивчалися починаючи із
40-х рр. ХХ ст. як найбільш масова група неорганіч-
них цементів [27, 32, 56, 57]. На їхній основі розро-
блено клеї, замазки, композити [58], пористу кераміку
[59], бетони (у тому числі вогнетривкі) [60].
виробництва [8, 36]. Незважаючи на низьку питому
міцність, низьку термічну стійкість та токсичність ви-
користовуваних затверджувачів [37], суміші з ЛСТ
використовують і в сучасних цехах [4, 8]. Останніми
роками з’явився ряд нових робіт щодо модифікуван-
ня цього ЗК і значного покращення екологічності тех-
нологій [38].
Першим із неорганічних ЗК у ливарному виробни-
цтві (не враховуючи формувальні глини) став цемент
[2, 4]. Його різновиди – портландцемент, алюмосилі-
катний, а також їх поєднання – вперше забезпечили
усунення із технології виготовлення ливарних стриж-
нів операцію сушіння [2–4, 8, 36]. Недоліками цемент-
них сумішей є тривалість процесу твердіння та висо-
ка витрата ЗК. У ряді робіт представлено результати
створення ефективних каталізаторів твердіння це-
ментних сумішей, а також модифіковані сорти висо-
коміцних цементів [4, 32, 36]. Сукупність цих науково-
технічних рішень дає змогу і сьогодні використовувати
цементні суміші в індивідуальному і дрібносерійному
виробництві [4], у нових спеціальних способах лиття
[39]. Проте масове використання цементів припини-
лося з початку 60-х рр. ХХ ст.
У середині 50-х рр. із будівельної промисловості
було залучено новий матеріал – рідке скло (РС), на
основі якого розроблено новий на той час клас сумішей
– самотвердні або холоднотвердні [2, 8]. Здатність до
холодного твердіння зумовила стрімке впровадження
РС у технології ливарного виробництва і витіснення
його попередників. До наших днів розроблено багато
різних затверджувачів і способів зміцнення сумішей з
РС. Продовжує удосконалюватись і застосовуватись
в Україні і за кордоном на заміну піщано-глинястим та
смоляним сумішам СО2-процес [2, 21, 40]. Пластичні
самотвердні суміші зміцнюють додаванням двокаль-
цієвих силікатів (ферохромовий шлак і нефеліновий
шлам) [2, 4, 36], активних солей металів [41]. Най-
більш перспективним вважають використання рідких
затверджувачів складноефірного типу у поєднанні з
продуванням СО2 та окремо [2–4, 22, 42].
Широко відомим значним недоліком сумішей із РС
є вкрай утруднена вибиваємість стрижнів із виливків
[2–4, 36, 43]. Вивченню цієї проблеми присвячено
багато наукових робіт протягом декількох десятиріч.
З метою покращення вибиваємості рідке скло під-
дають модифікуванню ортофосфорною кислотою та
її солями [44, 45], поверхнево-активними та іншими
активними речовинами [46, 47], вводять технологічні
добавки у суміші [2, 13, 48, 49], регулюють модуль і
кількість РС [2, 4, 50].
Незважаючи на деклароване в деяких роботах
значне зниження роботи вибивання, остаточно про-
блему не вирішено. Навіть якщо стрижні із виливків
видаляються відносно легко, суміш не піддається ре-
генерації та повторному використанню [2–4, 8]. Вка-
зані особливості стали причиною пошуку і розроблен-
ня нових ЗК.
Перші синтетичні смоли виникли у 50-х рр. ХХ ст.
і були призначені для теплового зміцнення стрижнів.
Але вже тоді вони характеризувалися високою пито-
мою міцністю та покращували технологічні власти-
76 ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022. № 2 (329)
ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА І ПРОЦЕСИ ЛИТТЯ МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ
Перші спроби застосувати фосфатні ЗК в ливарно-
му виробництві датуються серединою 70-х рр. ХХ ст.
Зважаючи на значні недоліки РС, ці матеріали швидко
завоювали собі авторитет і до середини 80-х рр. їх за-
стосовували на багатьох підприємствах, у тому чис-
лі із масовим характером виробництва. Відмічалися
значна екологічність, позитивний вплив на якість по-
верхні виливків, вибиваємість і здатність сумішей до
регенерації [2–4, 25].
Проте, наукові дослідження і практичне викорис-
тання фосфатних сумішей на початку 90-х рр. зна-
чною мірою скоротились, що пов’язано із активним
розвитком і поширенням синтетичних смол. На почат-
ку ХХІ ст. переважна більшість стрижнів виготовля-
ється із піщано-смоляних сумішей, а на долю решти
ЗК припадає не більше 10 % всього промислового об-
сягу [61].
Останніми роками (2015–2021) ученими Китаю,
Кореї, США активно відновлено дослідження у сфері
фосфатних ЗК для ливарного виробництва [62–64],
зважаючи на незадовільну екологічну ситуацію. При
цьому в ряді патентних праць, під впливом значного
поширення синтетичних смол, термін «смола» засто-
совують до рідкого скла, фосфатів та інших неорга-
нічних ЗК.
Крім наведених у таблиці і на рисунку матеріалів,
відомий також ряд неорганічних ЗК, які мають обме-
жене використання у різних країнах світу. Науковому
вивченню цих матеріалів приділено набагато менше
уваги, але серед них також можуть бути такі, що ма-
ють перспективу.
Солекерамічні ЗК займають особливу нішу в тех-
нологіях лиття і не конкурують із іншими матеріала-
ми. Їх поява у 60-х рр. ХХ ст. пов’язана із необхідністю
відтворення складних внутрішніх порожнин виливків
у методі лиття під тиском [4, 65]. Обсяги використан-
ня цих ЗК дуже малі, але стабільні [66]. Загальним
недоліком процесів є складність, тривалість і енерго-
місткість виготовлення стрижнів, адже для їх спікання
необхідна температура від 600 до 900 °С [4, 8].
Алюмінат натрію – водорозчинний ЗК, який засто-
совують для протипригарних покриттів і частково для
стрижнів, проте він має невисоку питому міцність і по-
требує теплового зміцнення. У поєднанні із силікатом
натрію (рідке скло), рідкими ефірами або карбонатом
лужного металу може твердіти при нормальних умо-
вах [2, 67, 68]. Очевидно, властивості цього матеріа-
лу достатньою мірою не розкрито.
Сульфатні ЗК, в першу чергу сульфати Al і Mg,
використовують у складі самотвердних водних про-
типригарних фарб [2, 3], а для стрижнів обов’язково
необхідне теплове зміцнення [69].
Етилсилікат є провідним і поки що незамінним ЗК
для технологій лиття за моделями, що витоплюють-
ся. Також його застосування поширено на лиття у
керамічні форми за постійними моделями та для ви-
готовлення разових керамічних стрижнів [2, 5].
Оксихлорид Al, оксинітрати Al та Cr досить давно
використовують замість етилсилікату у технології лит-
тя за моделями, що витоплюються, а також для виго-
товлення оболонкових форм та керамічних стрижнів
[8, 70]. Також у цій технології використовують кремне-
золі (колоїдні розчині до 80 % SiO2 у воді [8, 71].
З метою зниження забруднення екосистеми орга-
нічними продуктами авторами роботи [72] розробле-
но ЗК теплового зміцнення, який являє собою розчин
відходів полістиролу в органічній рідині. Відмічається
значно менша токсичність продуктів деструкції порів-
няно із синтетичними смолами.
Як показує проведений ґрунтовний огляд, сьогодні
жоден із ЗК не відповідає на 100 % вимогам, сформу-
льованим у таблиці. Тому пошук і розроблення нових
ЗК у ливарному виробництві ніколи не втрачає акту-
альності.
Висновки та перспективи дослідження
За результатами аналізу сучасного стану вивчен-
ня і використання ЗК в останній колонці на рисунку
наведено припущення щодо подальшого їх розпо-
всюдження до 2030 року.
Резерви подальшого зниження вмісту ЗК, при-
швидшення процесу виготовлення стрижнів, збіль-
шення термічної стійкості для піщано-смоляних су-
мішей повністю вичерпано. Їх поступово замінять
суміші з неорганічними ЗК, аналогічні або кращі за
комплексом властивостей. На сьогодні таких ще не
розроблено, і це є науковою задачею. Однак повніс-
тю із використання смоляні ЗК не вийдуть. Останнім
часом набувають стрімкого розвитку нові технології
виготовлення форм і стрижнів – так зване адитивне
виробництво. Для них запроваджують виключно смо-
ляні ЗК як такі, процесами твердіння яких легше за
все керувати. Цей фактор забезпечить продовження
обмеженого використання таких ЗК і в майбутньому.
ЛСТ із усіх органічних ЗК характеризується най-
більшою екологічністю, отже цей матеріал має пер-
спективи подальшого використання.
Збільшення використання цементних ЗК можливе
за умови створення нових наукових та технологічних
рішень, зокрема нових матеріалів із швидким твер-
дінням і високою питомою міцністю.
Рідке скло не вийде із використання як найбільш
дешевий і доступний ЗК. У разі вирішення проблеми
його вибиваємості воно може знову зайняти провідне
місце у ливарних технологіях.
Фосфатні ЗК є найменш вивченими. Тому створен-
ня нових матеріалів і фізико-хімічних процесів твер-
діння сумішей тут найбільш очікувано. Обсяги вико-
ристання цих ЗК будуть зростати.
Отже, найбільш актуальною науковою проблемою
світового масштабу є створення екологічних ЗК із
необхідним комплексом властивостей для ливарного
виробництва. Українськими науковцями накопичено
значний досвід у цій галузі, а тому вирішення цієї про-
блеми найближчим часом є цілком ймовірним.
77ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022. № 2 (329)
ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА І ПРОЦЕСИ ЛИТТЯ МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ
1. Дорошенко С.П. Современные технологические процессы производства отливок. Теория и технология металлур-
гических и машиностроительных процессов. Липецк: Липецкий государственный технический университет, 1994.
С. 178–187.
2. Дорошенко С.П., Авдокушин В.П., Русин К., Мацашек И. Формовочные материалы и смеси. Київ: Вища школа, 1980.
416 с.
3. Дорошенко С.П. Формувальні суміші. Київ: ІЗМН, 1997. 140 с.
4. Болдин А.Н., Давыдов Н.И., Жуковский С.С. и др. Литейные формовочные материалы. Формовочные, стержневые
смеси и покрытия. Москва: Машиностроение, 2006. 507 с.
5. Гини Э.Ч., Зарубин А.М., Рыбкин В.А. Технология литейного производства: Специальные виды литья: учебник для
студ. высш. учеб. заведений. Москва: Издательский центр «Академия», 2007. 352 с.
6. Solonenko L., Prokopovitch I., Repyakh S., Sukhoi K., Dmytrenko D. System analysis of modern areas of increasing
environmental and sanitary hygienic safety of using cold hardening mixtures in foundry. Proceedings of Odessa Polytechnic
University. 2019. Iss. 1 (57). P. 90–98. DOI: http://dx.doi.org/10.15276/opu.1.57.2019.11
7. Шадрин Н.И., Иванов В.А. Замена песчано-смоляных смесей – важный резерв улучшения санитарных условий литей-
ных цехов в экологии окружающей среды. Полифосфатные холоднотвердеющие смеси и отливки из высокопрочно-
го чугуна. 1989. С.14–17.
8. Лютий Р.В., Гурія І.М. Формувальні матеріали: Підручник. Київ: КПІ ім. І. Сікорського, 2020. 257 с.
9. Ромашкин В.Н. Теоретические основы разработки термостойких формовочных смесей и технология их применения,
обеспечивающая получение высококачественных отливок: дис. д-ра техн. наук: 05.16.04 / Ромашкин В.Н. Москва,
1991.
10. Федоров М.М. Формувальні суміші з комплексним зв’язувальним матеріалом на основі бентоніту Костянтинівського
родовища: дис. канд. техн. наук: 05.16.04 / Федоров М.М. Київ, 2006.
11. Евтушенко Н.С., Шинский О.И., Пономаренко О.И. Исследование свойств регенерируемых смесей на основе ОФОС.
Компрессорное и энергетическое машиностроение. 2013. № 4. С. 48–51.
12. Пономаренко О.И., Каратеев А.М., Евтушенко Н.С., Бережная А.В. Использование смолы ОФОС в литейном произ-
водстве. Процессы литья. 2010. № 6 (84). С. 27–32.
13. Юрченко О.В. Формувальні та стрижневі суміші з лужно-силікатними зв’язуючими, що тверднуть в контакті з нагрітою
оснасткою: дис. канд. техн. наук: 05.16.04 / Юрченко О.В. Київ, 2000.
14. Лютий Р.В., Кеуш Д.В., Пивощук А.Р., Скирденко М.В. База формувальних матеріалів України. XV Міжнародна науково-
технічна конференція «Спеціальна металургія: вчора, сьогодні, завтра», 2017. С. 675–680.
15. Богуслаев В.А., Репях С.И., Могилатенко В.Г. и др. Литейные свойства металлов и сплавов для прецизионного литья:
Учебник. Запоріжжя: АО «Мотор Сич», 2016. 400 с.
16. Коровин В.А., Леушин И.О. Механизм образования и меры предотвращения дефектов чугунных и стальных отливок.
Москва: Металлургия, 2013. 112 с.
17. Могилатенко В.Г., Пономаренко О.І., Дробязко В.М. та ін. Теоретичні основи ливарного виробництва. Харків: НТУ
«ХПІ», 2011. 288 с.
18. Дорошенко С.П. Взаємодія піщаної форми з виливком. Київ: НМК ВО, 1991. 76 с.
19. Дорошенко С.П., Дробязко В.Н., Ващенко К.И. Получение отливок без пригара в песчаных формах. Москва: Машино-
строение, 1980. 208 с.
20. Медведев Я.И., Валисовский И.В. Технологические испытания формовочных материалов. Москва: Машиностроение,
1973. 310 с.
21. Борсук П.А., Лясс А.М. Жидкие самотвердеющие смеси. Москва: Машиностроение, 1979. 256 с.
22. Берлизева Т.В., Пономаренко О.И., Каратеев А.М., Литвинов Д.А. Влияние фурфурилоксипропилциклокарбонатов
(ФОПЦК) с различными добавками на свойства холоднотвердеющих смесей на жидком стекле. Компрессорное и
энергетическое машиностроение. 2013. № 3 (33). С. 26–29.
23. Васин Ю.П. Теоретические основы выбора фосфатных формовочных смесей / Ю.П. Васин. Международная конфе-
ренция «Феррифосфатные ХТС и технология получения на их основе высококачественных отливок», 1987. С. 9–11.
24. Гамов Е.С. Теория твердения и технология применения формовочных смесей на основе железофосфатных связую-
щих: дис. докт. техн. наук: 05.16.04 / Гамов Е.С. Липецк, 1990. 312 с.
25. Илларионов И.Е. Металлофосфатные связующие и смеси / И.Е. Илларионов. Чебоксары: ЧГУ, 1995. 524 с.
26. Илларионов И.Е. Разработка интенсивных технологий и оптимизация составов активированных песчано-глинистых и
фосфатных смесей: дис. д-ра техн. наук: 05.16.04 / Илларионов И.Е. Чебоксары, 1988. 503 с.
27. Судакас Л.Г. Фосфатные вяжущие системы. Санкт-Петербург: РИА «Квинтет», 2008. 260 с.
28. Жуковский С.С. Прочность литейной формы. Москва: Машиностроение, 1989. 288 с.
29. Белобров Е.А. Из истории создания выдающихся литейных технологий. Фурановые технологии. Библиотечка литей-
щика. 2014. № 6. С. 30–33.
ЛІТЕРАТУРА
78 ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022. № 2 (329)
ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА І ПРОЦЕСИ ЛИТТЯ МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ
30. Flemming E., Tilch W. Formstoffe und Formverfahren. Leipzig, Stuttgart: Deutsche Verlag fur Grundstoffindustrie, 1993. 448 p.
31. Донцова Т.А. Інноваційні неорганічні технології: Підручник. Київ: КПІ ім. І. Сікорського, 2018. 291 с.
32. Сычев М.М. Неорганические клеи. Ленинград: Химия, 1974. 160 с.
33. Гнатуш В.А. Метали: Подорож у часі. Київ: 2019, 155 с.
34. Грузман В.М. Отверждение стержней с подсолнечным маслом продувкой горячим воздухом. Литейное производство.
2016. № 10. С. 7–8.
35. Пат. 2012006927 (A) Мексика, МПК B 22 C 1/26. Binder composition and method of forming foundry sand cores and
molds / T.G. Garcia, S.E.L. Cedillo, H.A. Esquivel, T.A. Velasco (Мексика). № MX20120006927, заявл. 18.12.2009, опубл.
15.08.2012. 32 c.
36. Дорошенко С.П., Ващенко К.И. Наливная формовка. Київ: Вища школа, 1980. 176 с.
37. Плис С.И., Плис О.С., Давшан Г.Л., Добродеев В.В. Иследование возможности интенсификации процессов и замены
соединений шестивалентного хрома в формовочных смесях на базе концентратов сульфитной барды (КСБ). Повы-
шение качества и надежности литих изделий. 1976. С. 92–96.
38. Свинороев Ю.А., Гутько Ю.И., Батышев К.А., Семенов К.Г. Ускоренное отверждение смесей с техническими лигносуль-
фонатами. Литейное производство. 2021. № 3. С. 9–12.
39. Дорошенко В.С. Теоретичні і технологічні основи отримання піщаних форм із сухого дисперсного наповнювача для
виробництва легковагих литих конструкцій: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня д-ра техн. наук: спец. 05.16.04
«Ливарне виробництво» / Дорошенко В.С. Київ, 2018. 37 с.
40. Попов А. Разные варианты получения стержней на оборудовании фирмы Laempe. Литейное производство. 2014.
№ 2. С. 8–13.
41. Рыжков И.В., Восковец В.Г., Толстой В.С. Жидкостекольные холоднотвердеющие смеси с микрокапсулированным
отвердителем. Библиотечка литейщика. 2013. № 7. С. 14–15.
42. Ponomarenko O., Berlizeva Т., Grimzin І., Yevtushenko N., Lysenko T. Strength Properties Control of Mixtures Based on
Soluble Glass with Ethereos Solidifiers. Advances in Design, Simulation and Manufacturing. Lecture Notes in Mechanical
Engineering. 2020. P. 511–521. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-50794-7_50
43. Комиссаров В.А., Тепляков С.Д., Соколова В.А. Состояние и перспективы разработки и использования жидкостеколь-
ных самотвердеющих смесей. Библиотечка литейщика. 2016. № 3. С. 16–18.
44. Кукуй Д.М. Использование комплексных модификаторов жидкого стекла. Міжнародна конференція «Применение
малоотходной технологии изготовления отливок из черных и цветных металлов для энергонасыщенных тракторов»,
1984. С. 45–46.
45. Пат. 6139619 США, МПК B 22 C 1/16, B 22 C 1/18, B 22 C 9/02, B 22 C 9/14, C 04 B 12/00, C 04 B 12/02, C 04 B 12/04,
C 04 B 28/26. Binders for cores and molds / Zaretskiy L., Manning R.L., Tse Kwok-Tuen (США). № US19960609111, заявл.
29.02.96, опубл. 31.10.00. 16 с.
46. Иванова Л.А., Наумов В.И., Чернышов Е.А., Кузнецов С.А. Свойства жидкостекольных смесей при модифицировании
жидкого стекла ПАВ. Литейное производство. 2015. № 8. С. 6–9.
47. Репях С.И., Матюха М.В., Костикова Е.И. и др. Жидкостекольная керамическая оболочковая форма на основе плаки-
рованного кварцевого песка. Металлургическая и горнорудная промышленность. 2017. № 3. С. 29–32.
48. Иванов В.Г., Кузовов А.Ф., Малый А.В. и др. Универсальная добавка для улучшения выбиваемости жидкостекольной
смеси. Литейное производство. 2015. № 8. С. 10–12.
49. Макаревич А.П., Юрченко О.В. Влияние веществ, содержащих оксид алюминия, на выбиваемость щелочно-силикат-
ных смесей. Литейное производство. 2001. № 4. С. 23–25.
50. Афонаскин А.В., Бегма В.А., Никифоров А.П., Никифоров С.А. Технология изготовления стержней из смесей с высоко-
модульным жидкостекольным связующим. Библиотечка литейщика. 2015. № 7. С. 11–12.
51. Филиппов С.Ф., Семенов К.Г., Сорокина Е.А., Батышев К.А. Свойства холоднотвердеющей смеси со связующим М-3.
Литейное производство. 2014. № 1. С. 19–20.
52. Григорьев А.В. Материалы для изготовления опочных и безопочных разовых литейных форм и стержней по ХТС-
процессу. Литье Украины. 2008. № 3. С. 22–31.
53. Соколов А.В., Исаева Е.И. Применение Pepset™-процесса для получения отливок ответственного назначения из алю-
миниевых и магниевых сплавов. Литейное производство. 2016. № 6. С. 18–19.
54. Буданов Е.Н. Современные варианты Cold box amin-технологии и возможности ее применения на базе опыта фирмы
Laempe. Литейное производство. 2016. № 5. С. 23–27.
55. Пономаренко О.И., Евтушенко Н.С., Колесник Е.В. Исследование прочностных свойств смоляных ХТС на хромитовых
песках. Литейное производство. 2015. № 3. С. 5–7.
56. Kingery W.D., Bowen H.K., Uhlmann D.R. Introduction to Ceramics, 2nd Edition. Canada: John Wiley & Sons, Inc., 1976.
1056 p.
57. Журавлев В.Ф. Химия вяжущих веществ. Ленинград: Госхимиздат, 1951. 268 с.
58. Преображенский И.И., Шаулов А.Ю. Синтез и исследование свойств композитов на основе фосфатных связок. Успехи
в химии и химической технологии. Том XXXII. 2018. № 2. С. 140–142.
59. Li Y., Chen L., Hong L., Ran K., Zhan Y., Chen Qi. Fabrication of porous silicon carbide ceramics at low temperature using
aluminum dihydrogen phosphate as binder. Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 785. P. 838–845. DOI: https://doi.
org/10.1016/j.jallcom.2019.01.114
79ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022. № 2 (329)
ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА І ПРОЦЕСИ ЛИТТЯ МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ
60. Копейкин В.А., Клементьева В.С., Красный Б.Л. Огнеупорные растворы на фосфатных связующих. Москва: Металлур-
гия, 1986. 102 с.
61. Псимено А.К., Сипо М.М., Едер Г. Новая малотоксичная связующая система для холодного отверждения стержней
PUR-COLD-BOX фирмы FURTENBACH GmbH с высокой устойчивостью к водоразбавимым противопригарным покры-
тиям. Литейщик России. 2006. № 10. С. 7–13.
62. Пат. 108907069 Китай, МПКB 22 C 1/18. Ferrous sulfate modified phosphate binder and preparation method thereof / Zhang
Youshou, Liu Dong, Xia Lu, Ren Yanzhen, Cai Peng, Zhou Lei (Китай). № CN201810852459, заявл. 27.07.18, опубл.
30.11.18. 6 с.
63. Пат. 20180017400 Корея, МПК B 22 C 1/20, B 22 C 3/00, B 22 C 9/06. Method for preparing casting mold with high strength
using ternary inorganic binder / Jung Yeon Gil, Kim Eun Hee, Woo Ta Kwan, Lee Je Hyun (Корея). № KR20160101166, за-
явл. 09.08.16, опубл. 21.02.18. 20 с.
64. Пат. 2014175323 США, МПК C 04 C 8/34. Thermoinsulative and thermoconductive concretes based on an alumino-phosphate
binder (variants) / Alferyev Sergey D., Polyakov Valeriy A. (РФ). № US201314046967, заявл. 05.10.13, опубл. 26.06.14,
Бюл. № 14. 4 с.
65. Белов В.М. Литье стали и сплавов под давлением. Библиотечка литейщика. 2014. № 2. С. 11–14.
66. Гильманшина Т.Р., Усков И.В., Беляев С.В. и др. Изготовление соляных стержней для получения прецизионных отли-
вок. Литейное производство. 2014. № 8. С. 17–20.
67. Ясюков В.В. Исследование и разработка процесса получения легкоудаляемых стержней для тонкополостных отливок:
дис. канд. техн. наук: 05.16.94 / Ясюков В.В. Одесса, 1979. 198 с.
68. Романов М.К., Порхунов Р.В., Лисихин Б.М., Полякова Т.А. Стержневые смеси на основе алюминатных растворов.
Литейное производство. 1990. № 4. С. 14.
69. Евстигнеев А.И., Дмитриев Э.А., Сайгушкина В.А. Стержневая смесь с сульфатным связующим. Литейное производ-
ство. 2014. № 8. С. 11–12.
70. Селиванов Ю.А., Иванова Л.А. Процессы формообразования на основе стабилизированного кремнезема. Київ: Либідь,
1991. 226 с.
71. Чулкова А.Д., Шабанова Н.А., Растегин Ю.И., Иванов В.Н. Использование кремнезоля для изготовления форм по вы-
плавляемым моделям. Библиотечка литейщика. 2016. № 3. С. 29–30.
72. Дан Л.А., Трофимова Л.А., Дан Е.Л., Рева И.А. Осыпаемость и остаточная прочность смесей с добавками раствора
отходов пенополистирола в скипидаре. Литейное производство. 2015. № 5. С. 13–14.
Надійшла 01.02.2022
REFERENCES
1. Doroshenko, S.P. (1994). Modern technological processes for the production of castings. Theory and technology of metallurgical
and mechanical engineering processes. Lipetsk: Lipetskii gosudarstvennyi tekhnicheskii universitet, pp. 178–187 [in Russian].
2. Doroshenko, S.P., Avdokushin, V.P., Rusin, K., Matsashek, I. (1980). Molding materials and mixtures. Kyiv: Vyshcha shkola,
416 p. [in Russian].
3. Doroshenko, S.P. (1997). Molding mixtures. Kyiv: IZMN, 140 p. [in Ukrainian].
4. Boldin, A.N., Davydov, N.I., Zhukovskij, S.S. et al. (2006). Foundry molding materials. Molding, core mixtures and coatings.
Мoscow: Mashinostroenie, 507 p. [in Russian].
5. Gini, E.Ch., Zarubin, A.M., Rybkin, V.A. (2007). Technology of foundry production: Special types of casting. Мoscow:
Akademiia, 352 p. [in Russian].
6. Solonenko, L., Prokopovitch, I., Repyakh, S., Sukhoi, K., Dmytrenko, D. (2019). System аnalysis of modern areas of increasing
environmental and sanitary hygienic safety of using cold hardening mixtures in foundry. Proceedings of Odessa Polytechnic
University, iss. 1 (57), pp. 90–98, doi: http://dx.doi.org/10.15276/opu.1.57.2019.11
7. Shadrin, N.I., Ivanov, V.A. (1989). Replacement of sand-resin mixtures is an important reserve for improving the sanitary
conditions of foundries in the ecology of the environment. Polyphosphate cold-hardening mixtures and nodular iron castings.
Lipetsk, pp. 14–17 [in Russian].
8. Liutyi, R.V., Guriya, I.M. (2020). Molding materials: Textbook. Кyiv: Igor Sikorsky KPI, 257 p. [in Ukrainian].
9. Romashkin, V.N. (1991). Theoretical foundations for the development of heat-resistant molding sands and the technology of
their application, ensuring the production of high-quality castings. (Extended abstract of doctor’s thesis: 05.16.04). Moscow,
32 p. [in Russian].
10. Fedorov, M.M. (2006). Molding sands with a complex binder on the basis of Kostyantynivka bentonite. (Extended abstract of
candidate’s thesis: 05.16.04). Kyiv, 24 p. [in Ukrainian].
11. Yevtushenko, N.S., Shinsky, O.I., Ponomarenko, O.I. (2013). Investigation of the properties of regenerated mixtures based on
OFOS. Kompressornoe i energeticheskoe mashinistroenie, no. 4, pp. 48–51 [in Russian].
80 ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022. № 2 (329)
ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА І ПРОЦЕСИ ЛИТТЯ МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ
12. Ponomarenko, O.I., Karateyev, A.M., Yevtushenko, N.S., Berezhnaya, A.V. (2010). Use of OFOS resin in foundry. Casting
processes no. 6 (84), pp. 27–32 [in Russian].
13. Yurchenko, O.V. (2000). Molding and core mixtures with alkali silicate binder, which hardened in contact with hot tooling.
(Extended abstract of candidate’s thesis: 05.16.04). Kyiv, 24 p. [in Ukrainian].
14. Liutyi, R.V., Keush, D.V., Pivoschuk, A.R., Skirdenko, M.V. (2017). Base of moldind materials of Ukraine. Special metallurgy:
yesterday, today, tomorrow: XV International Scientific and Practical Conference, pp. 675–680. Kyiv: Igor Sikorsky Kyiv
Polytechnic Institute [in Ukrainian].
15. Boguslayev, V.A., Repiakh, S.I., Mogilatenko, V.G. et al. (2016). Casting properties of metals and alloys for precision casting:
Textbook. Zaporizhzhia: Motor Sich, 400 p. [in Russian].
16. Korovin, V.A., Leushin, I.O. (2013). The mechanism of formation and measures to prevent defects in iron and steel castings.
Moscow: Metallurgiya, 112 p. [in Russian].
17. Mogilatenko, V.G., Ponomarenko, O.I., Drobyazko, V.M. et al. (2011). Theoretical foundations of foundry production: Textbook.
Kharkiv: National Technical University “Kharkiv Polytechniс Institute”, 288 p. [in Ukrainian].
18. Doroshenko, S.P. (1991). Interaction of sand mold with a casting. Kyiv: NMK VO, 76 p. [in Ukrainian].
19. Doroshenko, S.P., Drobyazko, V.M., Vashshenko, K.I. (1980). Obtaining non-burnt castings in sand molds. Moscow:
Mashinostroenie, 208 p. [in Russian].
20. Medvedev, Ya.I., Valisovskij, I.V. (1973). Technological tests of molding materials. Moscow: Mashinostroenie, 310 p.
[in Russian].
21. Borsuk, P.A., Lyass, A.М. (1979). Liquid self-hardening mixtures. Moscow: Mashinostroenie, 256 p. [in Russian].
22. Berlizeva, T.V., Ponomarenko, O.I., Karateyev, A.M., Litvinov, D.A. (2013). Influence of furfuryloxypropyl cyclocar-bonates
with various additives on the properties of cold-hardening mixtures on liquid glass. Kompressornoe i energeticheskoe
mashinistroenie, no. 3 (33), pp. 26–29 [in Russian].
23. Vasin, Yu.P. (1987). Theoretical foundations for choosing phosphate foundry mixtures. Ferrous-phosphate self-hardening
mixtures and technology for producing high-quality castings on their basis. Lipetsk, pp. 9–11 [in Russian].
24. Gamov, E.S. (1990). The theory of hardening and the technology of using molding sands based on iron phosphate binders.
(Doctor’s thesis: 05.16.04). Lipetsk, 312 p. [in Russian].
25. Illarionov, I.E. (1995). Metal phosphate binders and mixtures. Cheboksary: Cheboksarskii Gosudarstvennyi Universitet, 524 p.
[in Russian].
26. Illarionov, I.E. (1988). Development of intensive technologies and optimization of compositions of activated sand-clay and
phosphate mixtures. (Doctor’s thesis: 05.16.04). Cheboksary, 503 p. [in Russian].
27. Sudakas, L.G. (2008). Phosphate binder systems. Saint-Petersburg: Kvintet, 260 p. [in Russian].
28. Zhukovskij, S.S. (1989). Foundry mold strength. Moscow: Mashinostroenie, 288 p. [in Russian].
29. Belobrov, E.A. (2014). From the history of the creation of outstanding foundry technologies. Furan technologies. Bibliotechka
litejshchika, no. 6, pp. 30–33 [in Russian].
30. Flemming, E., Tilch, W. (1993). Molding materials and foundry mold production. Leipzig, Stuttgart: Deutsche Verlag fur
Grundstoffindustrie, 448 p. [in German].
31. Dontsova, T.A. (2018). Innovative inorganic technologies: Textbook. Кyiv: Igor Sikorsky KPI, 291 p. [in Ukrainian].
32. Sychev, M.M. (1974). Inorganic adhesives. Leningrad: Khimiya, 160 p. [in Russian].
33. Gnatush, V.A. (2019). Metals: Time travel. Kyiv, 155 p. [in Ukrainian].
34. Gruzman, V.M. (2016). Hardening of cores with sunflower oil by hot air blowing. Litejnoe Proizvodstvo, no. 10, pp. 7–8
[in Russian].
35. Patent of Mexica no. 2012006927. IPC V22S 1/26. Binder composition and method of forming foundry sand cores and molds
/ T.G. Garcia, S.E.L. Cedillo, H.A. Esquivel, T.A. Velasco. Declared 18.12.2009. Published 15.08.2012, 32 p.
36. Doroshenko, S.P., Vashshenko, K.I. (1980). Bulk molding. Kyiv: Vyshcha shkola, 176 p. [in Russian].
37. Plis, S.I., Plis, O.S., Davshan, G.L., Dobrodeyev, V.V. (1976). Investigation of the possibility of intensification of processes and
replacement of hexavalent chromium compounds in molding mixtures based on sulfite bard concentrate. Improving the quality
and reliability of cast products. Moscow: Mashgiz, pp. 92–96 [in Russian].
38. Svinoroyev, Yu.A., Gut’ko, Yu.I., Batyshev, K.A., Semenov, K.G. (2021). Accelerated hardening of mixtures with technical
lignosulfonates. Litejnoe Proizvodstvo, no. 3, pp. 9–12 [in Russian].
39. Doroshenko, V.S. (2018). Theoretical and technological bases of production of sand molds from dry dispersed filler for
manufacturing of light-weight cast constructions. (Extended abstract of doctor’s thesis: 05.16.04). Kyiv, 37 p. [in Ukrainian].
40. Popov, A. (2014). Various options for obtaining cores using Laempe equipment. Litejnoe Proizvodstvo, no. 2, pp. 8–13
[in Russian].
41. Ryzhkov, I.V., Voskovets, V.G., Tolstoj, V.S. (2013). Water glass cold-hardening mixtures with microencapsulated hardener.
Bibliotechka litejshchika, no. 7, pp. 14–15 [in Russian].
42. Ponomarenko, O., Berlizeva, T., Grimzin, I., Yevtushenko, N., Lysenko, T. (2020). Strength Properties Control of Mixtures
Based on Soluble Glass with Ethereos Solidifiers. Advances in Design, Simulation and Manufacturing. Lecture Notes in
Mechanical Engineering, pp. 511–521, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-50794-7_50
43. Komissarov, V.A., Teplyakov, S.D., Sokolova, V.A. (2016). State and prospects for the development and use of water glass
self-hardening mixtures. Bibliotechka litejshchika, no. 3, pp. 16–18 [in Russian].
81ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022. № 2 (329)
ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА І ПРОЦЕСИ ЛИТТЯ МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ
44. Kukuy, D.M. (1984). Using complex water glass modifiers. Application of low-waste technology for manufacturing castings
from ferrous and non-ferrous metals for high-energy tractors: International Conference, pp. 45–46 [in Russian].
45. Patent of USA no. 6139619. IPC V22S 1/16, V22S 1/18, V22S 9/02, V22S 9/14, S 04 V 12/00, S 04 V 12/02, S 04 V 12/04,
S 04 V 28/26. Binders for cores and molds / L. Zaretskiy, R.L. Manning, Tse Kwok-Tuen. Declared 29.02.96, Published
31.10.2000, 16 p.
46. Ivanova, L.A., Naumov, V.I., Chernyshov, E.A., Kuznetsov, S.A. (2015). Properties of water glass mixtures in the modification
of liquid glass with surfactants. Litejnoe Proizvodstvo, no. 8, pp. 6–9 [in Russian].
47. Repyakh, S.I., Matyucha, M.V., Kostikova, E.I. et al. (2017). Water glass ceramic shell molds based on clad quartz sand.
Metallurgicheskaya i gornorudnaya promyshlennost’, no. 3, pp. 29–32 [in Russian].
48. Ivanov, V.G., Kuzovov, A.F., Malij, A.V. et al. (2015). Universal additive for improving the knockout of water glass mixture.
Litejnoe Proizvodstvo, no. 8, pp. 10–12 [in Russian].
49. Makarevich, A.P., Yurchenko, O.V. (2001). Influence of substances containing aluminum oxide on the knockout ability of
alkaline-silicate mixtures. Litejnoe Proizvodstvo, no. 4, pp. 23–25 [in Russian].
50. Afonaskin, A.V., Begma, V.A., Nikiforov, A.P., Nikiforov, S.A. (2015). Technology for the production of cores from mixtures with
a high-modulus water glass binder. Bibliotechka litejshchika, no. 7, pp. 11–12 [in Russian].
51. Filippov, S.F., Semenov, K.G., Sorokina, E.A., Batyshev, K.A. (2014). Properties of a cold-hardening mixture with a binder “М-3”.
Litejnoe Proizvodstvo, no. 1, pp. 19–20 [in Russian].
52. Grigoryev, A.V. (2008). Materials for the manufacture of flask and flaskless one-time casting molds and cores according to the
self-hardening process. Litjo Ukrainy, no. 3, pp. 22–31 [in Russian].
53. Sokolov, A.V., Isayeva, E.I. (2016). Application of the Pepset process for the production of critical castings from aluminum and
magnesium alloys. Litejnoe Proizvodstvo, no. 1, pp. 18–19 [in Russian].
54. Budanov, E.N. (2016). Modern options of Cold-box-amin technology and the possibilities of its application based on the
experience of Laempe. Litejnoe Proizvodstvo, no. 5, pp. 23–27 [in Russian].
55. Ponomarenko, O.I., Yevtushenko, N.S., Kolesnik, E.V. (2015). Investigation of the strength properties of resin self-hardening
mixtures on chromite sands. Litejnoe Proizvodstvo. no. 3, pp. 5–7. [in Russian].
56. Kingery, W.D., Bowen, H.K., Uhlmann, D.R. (1976). Introduction to Ceramics: 2nd Edition. Canada: John Wiley & Sons, Inc.,
1056 p.
57. Zhuravlyov, V.F. (1951). Chemistry of binding materials. Leningrad: Goskhimizdat, 268 p. [in Russian].
58. Preobrazhenskij, I.I., Shaulov, A.Yu. (2018). Synthesis and study of the properties of composites based on phosphate bonds.
Uspekhi v khimii i khimicheskoj tekhnologii, Vol. XXXII, no. 2, pp. 140–142 [in Russian].
59. Li, Y., Chen, L., Hong L., Ran, K., Zhan, Y., Chen, Qi. (2019). Fabrication of porous silicon carbide ceramics at low temperature
using aluminum dihydrogen phosphate as binder. Journal of Alloys and Compounds, vol. 785, pp. 838–845, doi: https://doi.
org/10.1016/j.jallcom.2019.01.114
60. Kopejkin, V.A., Klementyeva, V.S., Krasnij, B.L. (1986). Refractory solutions based on phosphate binders. Moscow:
Metallurgiya, 102 p. [in Russian].
61. Psimeno, A.K., Sipo, M.M., Eder, G. (2006). New low-toxicity bonding system for cold curing of rods PUR-COLD-BOX from
FURTENBACH GmbH with high resistance to water-borne non-stick coatings. Litejshchik Rossii, no. 10, pp. 7–13 [in Russian].
62. Patent of China no. 108907069. IPS V22S 1/18. Ferrous sulfate modified phosphate binder and preparation method
thereof / Zhang Youshou, Liu Dong, Xia Lu, Ren Yanzhen, Cai Peng, Zhou Lei. Declared 27.07.18. Published 30.11.18, 6 p.
[in Chinese].
63. Patent of Korea no. 20180017400. IPS V22S 1/20, V22S 3/00, V22S 9/06. Method of production of foundry mold with a high
strength with using a triple inorganic binder / Jan Eon Gil, Kim Eun Hi, Li Ge Hun. Declared 09.08.16. Published 21.02.18, 20 p.
[in Korean].
64. Patent of USA no. 2014175323. IPS S 04 S 8/34. Thermoinsulative and thermoconductive concretes based on an
aluminophosphate binder (variants) / S.D. Alferyev, V.A. Polyakov. Declared 05.10.13. Published 26.06.14, 4 p.
65. Belov, V.M. (2014). Die casting of steel and alloys. Bibliotechka litejshchika, no. 2, pp. 11–14 [in Russian].
66. Gil’manshina, T.R., Uskov, I.V., Belyayev, S.V. et al. (2014). Making of salt cores for precision castings. Litejnoe Proizvodstvo,
no. 8, pp. 17–20 [in Russian].
67. Yasukov, V.V. (1979). Research and development of the process of obtaining easily removable cores for thin-cavity castings.
(Candidate’s thesis: 05.16.04). Odessa, 198 p. [in Russian].
68. Romanov, M.K., Porhunov, R.V., Lisihin, B.M., Polyakova, T.A. (1990). Core mixtures based on aluminate solutions. Litejnoe
Proizvodstvo, no. 4, p. 14 [in Russian].
69. Evstigneyev, A.I., Dmirtiyev, E.A., Sajgushkina, V.A. (2014). Core mixture with sulphate binder. Litejnoe Proizvodstvo, no. 8,
pp. 11–12 [in Russian].
70. Selivanov, Yu.A., Ivanova, L.A. (1991). Molding processes based on stabilized silica. Кyiv: Lybid’, 226 p. [in Russian].
71. Chulkova, A.D., Shabanova, N.A., Rastegin, Yu.I., Ivanov, V.N. (2016). The use of silica ash for the manufacture of molds for
investment casting. Bibliotechka litejshchika, no. 3, pp. 29–30 [in Russian].
72. Dan, L.A., Trofimova, L.A., Dan, E.L., Reva, I.A. (2015). Fallability and residual strength of mixtures with additives of expanded
polystyrene waste solution in turpentine. Litejnoe Proizvodstvo, no. 5, pp. 13–14 [in Russian].
Received 01.02.2022
82 ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022. № 2 (329)
ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА І ПРОЦЕСИ ЛИТТЯ МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ
Summary
The article presents an extended analytical review of most of the known binders for the manufacture of molds and cores.
Molding and core mixtures account for the largest volumes of cargo flows in foundries. They significantly exceed the volume
of casting production. From an environmental perspective, these materials pose the greatest danger. The danger lies in the
release of harmful and toxic gaseous products during the manufacture of molds and during their filling, and in the gradual
contamination of ecosystems with spent mixtures. Requirements to improve the quality of castings, ensure satisfactory en-
vironmental performance, availability and cost of materials have been prerequisites for increasing or decreasing the use of
various binders in certain historical periods.
For the purpose of comparative analysis of binders, the article presents a well-known set of requirements for them and de-
termines the compliance of various materials with these requirements. A chronological scheme of the use of binders and
their relative prevalence in casting technologies from the early twentieth century to the present has also been constructed. A
thorough analysis of the most important scientific achievements and technological solutions is carried out. They were accom-
panied by the use of various appropriate binders. Based on this information, the reasons for the emergence and elimination of
these materials from foundry technologies are explained. Predictive assumptions have been made about the use of all known
materials over the next decade. It was found that the main trend will be the gradual displacement of sand-resin mixtures and
their replacement by more environmentally friendly ones, which can be based not only on previously known, but also on new
materials created in the future.
On the basis of the conducted analysis the scientific and technological problem of world scale is established. It consists in the
need to create ecological binders with a high level of functional properties for foundry production.
Ecology, binder, history of use, technical lignosulfonate, water glass, synthetic resin, molding
materials, phosphate, cement.Keywords
R.V. Liutyi1, PhD (Engin.), Docent, Associate Professor, e-mail: rvl2005@ukr.net,
https://orcid.org/0000-0001-6655-6499
V.Yu. Selivorstov2, Dr. Sci. (Engin.), full Professor, Professor,
e-mail: seliverstovvy@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-1916-625X
V.H. Ivanov3, Dr. Sci. (Engin.), Docent, Associate Professor,
e-mail: ivanov.valerii.g@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-9216-3493
M.M. Yamshinskij1, Dr. Sci. (Engin.), Docent, Department Chair,
yamshinskiy@ukr.net, https://orcid.org/0000-0002-2293-2939
1National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic
Institute” (Kyiv, Ukraine)
2Ukrainian State University of Science and Technologies (Dnipro, Ukraine)
3National University “Zaporizhzhia Polytechnic” (Zaporizhzhia, Ukraine)
Binder materials for foundry molds and cores: problems and perspectives
|
| id | oai:oai.metalsandcasting.com:article-19 |
| institution | Metal and Casting of Ukraine |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-23T01:01:15Z |
| publishDate | 2023 |
| publisher | Physico-technological Institute of Metals and Alloys |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | wwwmetalsandcastingcom/8d/93ef74819d2d958e5261fe636816198d.pdf |
| spelling | oai:oai.metalsandcasting.com:article-192026-07-22T12:09:42Z Binder materials for foundry molds and cores: problems and perspectives Зв’язувальні матеріали для ливарних форм і стрижнів: проблеми і перспективи Лютий, Ростислав Селівьорстов, Вадим Іванов, Валерій Ямшинський, Михайло ecology binder history of use technical lignosulfonate water glass synthetic resin molding materials phosphate cement екологія зв’язувальний компонент історія використання лігносульфонат технічний рідке скло синтетичні смоли формувальні матеріали фосфати цемент The article presents an extended analytical review of most of the known binders for the manufacture of molds and cores. Molding and core mixtures account for the largest volumes of cargo flows in foundries. They significantly exceed the volume of casting production. From an environmental perspective, these materials pose the greatest danger. The danger lies in the release of harmful and toxic gaseous products during the manufacture of molds and during their filling, and in the gradual contamination of ecosystems with spent mixtures. Requirements to improve the quality of castings, ensure satisfactory environmental performance, availability and cost of materials have been prerequisites for increasing or decreasing the use of various binders in certain historical periods. For the purpose of comparative analysis of binders, the article presents a well-known set of requirements for them and determines the compliance of various materials with these requirements. A chronological scheme of the use of binders and their relative prevalence in casting technologies from the early twentieth century to the present has also been constructed. A thorough analysis of the most important scientific achievements and technological solutions is carried out. They were accompanied by the use of various appropriate binders. Based on this information, the reasons for the emergence and elimination of these materials from foundry technologies are explained. Predictive assumptions have been made about the use of all known materials over the next decade. It was found that the main trend will be the gradual displacement of sand-resin mixtures and their replacement by more environmentally friendly ones, which can be based not only on previously known, but also on new materials created in the future. On the basis of the conducted analysis the scientific and technological problem of world scale is established. It consists in the need to create ecological binders with a high level of functional properties for foundry production. У статті представлено розширений аналітичний огляд більшості відомих зв’язувальних компонентів (ЗК) для виготовлення ливарних форм і стрижнів. Формувальні та стрижневі суміші складають найбільші обсяги вантажопотоків у ливарних цехах, які значною мірою перевищують обсяги виробництва литва. З екологічної точки зору, ці матеріали представляють найбільшу небезпеку, яка полягає у виділеннях шкідливих та токсичних газових продуктів під час виготовлення форм та їх заливання, а також у поступовому забрудненні екосистем відпрацьованими сумішами. Вимоги щодо підвищення якості литва, забезпечення задовільних екологічних показників, доступності та вартості матеріалів були передумовами зростання або зменшення обсягів використання різних ЗК у різні історичні періоди. З метою порівняльного аналізу ЗК у статті наведено загальновідомий комплекс вимог до них та визначено відповідність різних матеріалів цим вимогам. Також побудовано хронологічну схему використання ЗК та їх відносної поширеності у технологіях литва з початку ХХ ст. до цього часу. Проведено ґрунтовний аналіз найбільш вагомих наукових здобутків та технологічних рішень, які супроводжували використання різних ЗК. На основі цієї інформації пояснено причини появи та усунення цих матеріалів із технологій ливарного виробництва. Зроблено прогнозні припущення щодо використання усіх відомих матеріалів протягом наступного десятиріччя. Виявлено, що основною тенденцією буде поступове витіснення піщано-смоляних сумішей та заміна їх більш екологічними, які можуть базуватися не тільки на раніше відомих, але й на створених у майбутньому нових матеріалах. На основі проведеного аналізу установлено наукову та технологічну проблему світового масштабу, яка полягає в необхідності створення екологічних ЗК із високим рівнем функціональних властивостей для ливарного виробництва. Physico-technological Institute of Metals and Alloys 2023-05-20 Article Article Рецензована Стаття application/pdf https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/19 10.15407/steelcast2022.02.072 Metal and Casting of Ukraine; Vol. 30 No. 2 (2022): Metal and Casting of Ukraine Метал та лиття України ; Том 30 № 2 (2022): Метал та лиття України 2706-5529 2077-1304 uk https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/19/19 Авторське право (c) 2023 Ростислав Лютий, Вадим Селівьорстов, Валерій Іванов, Михайло Ямшинський https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
| spellingShingle | екологія зв’язувальний компонент історія використання лігносульфонат технічний рідке скло синтетичні смоли формувальні матеріали фосфати цемент Лютий, Ростислав Селівьорстов, Вадим Іванов, Валерій Ямшинський, Михайло Зв’язувальні матеріали для ливарних форм і стрижнів: проблеми і перспективи |
| title | Зв’язувальні матеріали для ливарних форм і стрижнів: проблеми і перспективи |
| title_alt | Binder materials for foundry molds and cores: problems and perspectives |
| title_full | Зв’язувальні матеріали для ливарних форм і стрижнів: проблеми і перспективи |
| title_fullStr | Зв’язувальні матеріали для ливарних форм і стрижнів: проблеми і перспективи |
| title_full_unstemmed | Зв’язувальні матеріали для ливарних форм і стрижнів: проблеми і перспективи |
| title_short | Зв’язувальні матеріали для ливарних форм і стрижнів: проблеми і перспективи |
| title_sort | зв’язувальні матеріали для ливарних форм і стрижнів: проблеми і перспективи |
| topic | екологія зв’язувальний компонент історія використання лігносульфонат технічний рідке скло синтетичні смоли формувальні матеріали фосфати цемент |
| topic_facet | ecology binder history of use technical lignosulfonate water glass synthetic resin molding materials phosphate cement екологія зв’язувальний компонент історія використання лігносульфонат технічний рідке скло синтетичні смоли формувальні матеріали фосфати цемент |
| url | https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/19 |
| work_keys_str_mv | AT lûtijrostislav bindermaterialsforfoundrymoldsandcoresproblemsandperspectives AT selívʹorstovvadim bindermaterialsforfoundrymoldsandcoresproblemsandperspectives AT ívanovvaleríj bindermaterialsforfoundrymoldsandcoresproblemsandperspectives AT âmšinsʹkijmihajlo bindermaterialsforfoundrymoldsandcoresproblemsandperspectives AT lûtijrostislav zvâzuvalʹnímateríalidlâlivarnihformístrižnívproblemiíperspektivi AT selívʹorstovvadim zvâzuvalʹnímateríalidlâlivarnihformístrižnívproblemiíperspektivi AT ívanovvaleríj zvâzuvalʹnímateríalidlâlivarnihformístrižnívproblemiíperspektivi AT âmšinsʹkijmihajlo zvâzuvalʹnímateríalidlâlivarnihformístrižnívproblemiíperspektivi |