1158

риалов показала, что горные породы Пермского края пригодны для производства сварочных материалов, но требуется использовать двух-, трехкомпонентные системы шихты габброидов или базальтов для получения оптимальных составов, модулей кислотности, температур плавления и т.д.

Рис. 5. Диаграмма плавкости системы CaO–MgO–SiO2–20%Al2O3 (температура, ºC)

Обоснованность выбора изучения горных пород Ломовского месторождения, в частности габбро-диабазов, заключается в том, что они хорошо освоены. Месторождение действующее, размещено поблизости от железной дороги (расположено в Горнозаводском районе, 3 км южнее железнодорожной станции Теплая Гора Свердловской железной дороги) и автомагистрали (Р343), находится непосредственно рядом с населенным пунктом Теплая Гора. Кроме того, положительны результаты аналитической оценки габб- ро-диабазов Пермского края не только по химическому составу, но и по содержанию вредных примесей.

На рис. 6 представлены геологические образцы габбро-диабазов Ломовского месторождения. Как видно, минералы распределены по всей структуре образца равномерно, мелкими фракциями.

Для силикатного анализа минерального сырья Пермского края были выбраны габбро-диабазы, дайка которых находится вблизи Ломовского месторождения габбро-диабазов; можно предполагать, что химический состав для всех габбро-диабазов этого месторождения практически одинаковый.

111

2,5 %. Это говорит не только о чистоте минерального состава, но и об отсутствии гидратов в породе, которые являются источниками водорода в сварочных материалах. Гидраты являются также причиной пористости шлаковой корки и сварного шва в целом.

Определены температуры разложения и по пикам кривой ДСК получены данные о подтверждении соответствия состава пород по табличным данным пиков в интервале температур. Зафиксирована температура плавления пробы минеральной породы в критической точке 1400 ºC, с 1190 ºC рост кривой ДСК с 0,25 мкВ/мг, достигая температуры плавления 0,43 мкВ/мг, продолжается, с характерным увеличением скорости реакций, происходящих в образце, отображенной на кривой dДСК, с 1186 ºC.

Все пики кривой ДСК, отображенной на рис. 7, говорят об отличии протекания реакций при нагреве или охлаждении от эталонных. В результате этих изменений были определены переходы энтальпии, фазовые преобразования, температуры кристаллизации, стеклования, отвердевания и кинетика реакции.

Рис. 8. Рентгеновская дифрактограмма

114

По диаграмме охлаждения (правая часть общей диаграммы) видны незначительные потери массы, скорость реакций протекающих в образце по кривой dДСК постоянны, со снижением температуры ниже 1300 ºC при охлаждении превращений в габбро-диабазах почти нет, а ниже 780 ºC они полностью отсутствуют.

Из приведенных данных следует отметить, что габбро-диабазы Пермского края обладают требуемыми теплофизическими свойствами при плавлении для получения сварочных плавленых материалов. Оценка минерального сырья проведена для технологии получения сварочных плавленых флюсов на этапе плавления компонентов шихты, к которому определена пригодность габбро-диабазов для операции плавки.

Для оценки пригодности габбро-диабазов Ломовского месторождения к производству сварочных материалов требовалась обработка результатов рентгенофазового анализа базальтов. Анализ проведен на рентгенофазовом дифрактометре Shimadzu XRD – 6000. Прибор предназначен для стандартного рентгеноструктурного анализа поликристаллических материалов.

Вотчет о результате проведения рентгенофазового анализа, оформлен-

ный в программе Crystallographica Search-Math Version 2.0.3.1, включены данные о рентгеновском излучении – Cu, длина волны 1,54056 и 1,54439 А°. Выводилась графическая часть диаграмм при рентгеновском излучении, на первом графике изображены действительные значения, вторая диаграмма графически обрабатывается, и по имеющейся минеральной базе линии сопоставляются с исследуемым образцом (рис. 8).

Входе обработки результатов были подобраны гистограммы таких минералов, как альбит Na(AlSi3O8), кварц SiO2, магнетит Fe3O4, анортит

Ca(Al2Si2O8) и сепиолит Mg8(OH)4Si12O30(H2O)12.

В результате полученных данных рентгенофазового анализа минерального состава всех образцов можно сказать, что основа этих горных пород – альбит, кварц, в редких случаях – клинохлор; спайность этих минералов по справочным данным совершенная. Альбит плавится с трудом, из-за натрия дает желтое натриевое пламя, что говорит о выгорании этого элемента [5].

Присутствие клинохлора затрудняет плавку, он является тугоплавким минералом, поскольку представляет собой гидрооксид алюмосиликата, но при переплаве в конечном итоге получаем сложные химические соединения

Mg, Fe, Al и Si с кислородом. Клинозоицид Ca2(Al,Fe)3(SiO4)(Si2O7)O(OH)

характеризуется хорошей плавкостью, на кривой нагревания имеются два эндотермических прогиба с максимума при температурах 950 ºC (дегидрация) и 1200 ºC (спекание), при увеличении температуры происходит плавление. Пироксены легко плавятся в стеклообразную структуру [4].

115

Данные минерального состава, полученные при рентгенофазовом анализе, говорят о том, что минералы, содержащиеся в габброидах и базальтоидах при плавлении образуют требуемый химический состав с требуемыми теплофизическими свойствами, выступая пригодными для производства сварочных плавленых материалов.

Таким образом, базальтоидные и габброидные комплексы западного склона Урала пригодны и доступны для производства сварочных материалов. После проведения сварочно-технологических испытаний установлено, что эти горные породы показали хорошие результаты при сварке под флюсом, но требуется доработка в плане корректировки параметров сварки и составов шихты. В будущем планируется применить их в других сварочных материалах.

Реестр минерального сырья Пермского края насчитывает обширную ми- нерально-ресурсную базу, и на первом этапе были исследованы только габброидные и базальтоидные группы горных пород. В дальнейшем будут проведены оценки пригодности и доступности минерального сырья других месторождений горных пород, а также их сварочно-технологические испытания.

Список литературы

1.Аликин Э.А. Минерально-сырьевые ресурсы Пермского края. Энциклопедия. – Пермь, 2006. – 463 c.

2.Семенов Е.И. Систематика минералов. Справочник. – М.: Недра, 1991. – 334 c.

3.Бетехтин А.Г. Курс минералогии: учеб. пособие. – М.: КДУ, 2008. –

111 с.

Получено 15.07.2010

УДК 669.01.

А.М. Игнатова, М.М. Черных

Пермский государственный технический университет

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И ВОСПРИЯТИЯ РЕЛЬЕФА БЫТОВЫХ, ХУДОЖЕСТВЕННЫХ И ЮВЕЛИРНЫХ ОТЛИВОК ИЗ СИМИНАЛОВ

Выявлено, что нешнее восприятие художественного рельефа на поверхности отливок из симиналов зависит от соотношения между высотой элемента рельефа и высотой микроискажений формирующих фактуру поверхности отливки. Оеделены минимальные и максимальные размеры микроискажений формирующих фактуру, которые могут быть получены при литье симиналов различными способами, рассчитаны и подтверждены на практике оптимальные соотношения между геометрическими параметрами рельефа и величиной микроискажений формирующих фактуру.

Производство бытовых, художественных и ювелирных изделий из камня является наиболее бурно развивающимся направлением камнерезного дела. Одной из последних тенденций в этой сфере является использование в качестве сырья новых, ранее не использованных в подобном качестве материалов, причем не только естественного, но и синтетического происхождения. Использование новых материалов позволяет значительно расширить номенклатуру изделий и усложнить их конструкцию, однако на практике с этим возникают трудности, поскольку, как правило, информация об эстетических и потребительских характеристиках таких материалов, а также технологические рекомендации по их художественной обработке отсутствуют.

Одними из наиболее перспективных синтетических материалов для создания бытовых, художественных и ювелирных каменных изделий являются симиналы.

Симиналы (синтетические минеральные сплавы) – это группа материалов, получаемых по технологии высокотемпературного синтеза плавлением ВСП (технология каменного литья). Сырьем для производства симиналов служат основные и ультраосновные горные породы и зольно-шлаковые отходы техногенного происхождения (доменные шлаки, топливные золы и т.д.).

Принципиальное преимущество симиналов перед другими синтетическими «заменителями» камня заключается в том, что они не уступают природным материалам ни по долговечности, ни по механическим характеристикам, ни по эстетическим параметрам, поскольку близки к натуральным материалам по своей природе. При этом формообразование изделий из них значительно проще, чем из других имитаций или натуральных горных пород, потому что этот про-

117

цесс осуществляется по другому принципу, не посредством механической обработки, а методом литья огненно-жидкого расплава (как в металлургии).

Изделия из симиналов так же полно, как натуральный камень, могут передавать ощущение надежности, основательности, первозданности материала, иными словами, изделия из них не выглядят как имитация, они полностью обеспечивают ощущение натуральной горной породы.

При изготовлении отливок из симиналов с художественным рельефом наиболее важным технологическим аспектом является передача рельефного изображения наиболее целостно и обеспечение пластичного и четкого очертания силуэтов. Однако данные, описывающие взаимосвязь качественных параметров рельефа и параметров поверхности (фактура, шероховатость

ит.д.), отсутствуют. Поскольку рельефное изображение на отливках не может быть воспроизведено отдельно от рельефа шероховатости поверхности изделия, возникает необходимость учитывать влияние микрорельефа шероховатости литой поверхности на запланированный художественный рельеф отливки. Очевидно, что воспроизведение запланированного дизайна поверхности и рельефа литых изделий из симиналов представляется весьма актуальным, определяя эстетические характеристики изделия.

Внастоящем исследовании преследуется цель установить закономерности восприятия художественного рельефа на поверхности отливок из симиналов в совокупности с микрорельефом шероховатости, а также определить оптимальные соотношения между размерами микрорельефа поверхности и художественного рельефа, обеспечивающих качественную передачу художественного рельефа, вне зависимости от метода получения отливки.

При оценке качества передачи художественного рельефа наиболее весомым фактором является визуальное восприятие готового изделия. Оно определяется не только формой непосредственно самого рельефа, но и фактурой, текстурой поверхности, ее отражательной способностью, светом, цветом

идругими факторами.

Фактурой называется свойство, описывающее внешнее строение поверхности формы (шероховатая, гладкая и др.). Фактура зависит от плотности и величины микроискажений поверхности (рис. 1). У гладкой поверхности микроискажения настолько малы, что зрительно они не различаются. С увеличением геометрических параметров микроискажений фактура начинает восприниматься все более отчетливо, до тех пор, пока размер искажений достигнет такой величины, что начнет восприниматься как самостоятельный элемент. В этом случае элементы фактуры поверхности становятся уже элементами членения поверхности (рельефа).

Однако визуальное восприятие зависит не только от геометрических параметров микроискажений, фактура воспринимается по-разному в зависи-

118

фа, визуальное восприятие может быть значительно ухудшено, вплоть до искажения пропорций изображения.

Другое важное эстетическое свойство поверхности – это текстура. Текстурой называются наблюдаемые на поверхности внешние признаки структуры материала. Для симиналов проявление текстуры нехарактерно, за исключением тех случаев, когда расплав обрабатывается таким образом, чтобы достигнуть его дифференциации (разделения) на две несмешивающиеся жидкости. При фиксировании этого разделения расплава в твердом состоянии создается текстура, напоминающая прожилковую структуру мрамора (рис. 3).

Художественный рельеф на отливках из симиналов воспринимается визуально только в совокупности с фактурой и текстурой. Это означает, что на поверхности изделия всегда будет наблюдаться распределение светлых и темных участков (светотень). Немаловажную роль в распределение светотени играет освещение.

Учитывая указанные закономерности визуального восприятия, очевидно, что при проектировании художественных изделий из симиналов с рельефом следует учитывать условие его будущей эксплуатации, а именно расстояние, на котором его будут воспринимать, и преобладающее освещение (улица, помещение). Светотень облегчает зрительное восприятие объема и рельефа, способна обобщить или расчленить объем или поверхность предмета.

Рис. 3. Текстура поверхности: а – натурального мрамора; б – симинала

Чем меньше микроискажений, т.е. чем меньше выражена фактура, тем больше на поверхности будет наблюдаться световых бликов. Фактурная поверхность исключает блики, а в случае, когда источник света располагается к отливке вплотную, возникают контрастные световые отношения с сильными рефлексами и густой (плотной) тенью. На собственной и падающей тенях появляются сложные тональные градации. На криволинейной поверхности, в тех местах, где падает скользящий свет, фактура выделяется яснее. С удалением источника света светотеневые градации исчезают, «материальность»

120