Визначено тенденції і проблеми виробництва і споживання сталі і запропоновано шляхи їх подолання, збільшення частки внутрішнього споживання сталі та відновлення роботи машинобудівної галузі України.

Описано історію кафедри ливарного виробництва Національного технічного університету України "КПІ" з моменту заснування до сучасності. Увагу приділено досягненням колективу кафедри за останні 10 років. Висвітлено інформацію про завідувачів кафедри та найбільш відомих її співробітників. Наведено дані про сучасну організацію навчального процесу, можливості одержання освіти за 3-ма спеціалізаціями. Описано основні наукові здобутки співробітників, найбільш відомі монографії та навчальні посібники, теми сучасних наукових досліджень. Наведено інформацію про видатних випускників кафедри та про головні досягнення її студентів.

Проведен анализ существующих технологий производства металлических отливок. Разработана система классификации литейных технологий, исходя из характеристик литейной формы и физического воздействия на отливку.

Представлен обобщенный анализ мировой литейной отрасли за 2012 - 2014 гг., а также некоторые тренды и прогнозы на перспективу до 2020 г.

Представлен анализ мирового рынка чугуна с шаровидным графитом, а также тенденции и прогнозы на перспективу.

Представлено аналіз світового ринку сталі, а також тенденції та прогнози на перспективу.

Представлен анализ мирового и украинского рынка литья, а также тенденции и прогнозы на перспективу.

Литейное производство мира с начала XXI века характеризуется возрастающим трендом. Несмотря на экономический кризис, производство отливок в мире с 2000 по 2017 гг. увеличилось в 1,7 раза. Лидером мировой литейной отрасли продолжает оставаться Китай, доля которого превышает 40 %. Тренды развития литейной отрасли по странам свидетельствуют о неравномерности темпов изменений их производства. Страны-лидеры наращивают литейное производство, в то время, как страны нижней части рейтинга стремятся стабилизировать производство. В 2013 - 2017 гг. темпы производства отливок из сплавов цветных металлов существенно превышают аналогичный показатель для отливок из черных металлов. Прогнозная аналитика AFS на период до 2027 г. относительно литейной индустрии США свидетельствует об опережающих темпах производства отливок из алюминиевых, магниевых сплавов и стали для литья по выплавляемым моделям. Увеличение темпов производства отливок из цветных металлов и стабилизация или небольшое снижение производства отливок из черных металлов объясняется возрастающим спросом на энергосбережение в мировой экономике. За период 2013 - 2017 гг. производство отливок в мире из сплавов цветных металлов увеличилось на 20,7 %, а отливок из черных металлов - на 3,0 %; при этом, если доля алюминиевых сплавов увеличилась с 14,9 до 17,4 %, то доля серого чугуна упала с 46,3 до 44,7 %, а стали с 10,8 до 10,3 %. Процесс расширения сферы использования продукции из алюминиевых сплавов в потребляющих отраслях мировой экономики подтверждает тенденция снижения веса транспортных средств, например, некоторые чугунолитейные заводы в автомобилестроении стали переводить на выпуск отливок из более легких алюминиевых и магниевых сплавов. Предположительно, в 2019 и 2020 гг. мировое производство отливок из цветных металлов будет расти примерно на один млн т в год.

Представлен анализ мирового рынка алюминиевых отливок в 2000 - 2017 гг., а также текущие тенденции в производстве, торговле, литейных технологиях и литейных сплавах. Мировой рынок отливок из алюминиевых сплавов в начале XXI века характеризуется динамизмом и возрастающим трендом. Несмотря на локальный во времени экономический кризис, в период с 2000 по 2017 гг., производство алюминиевых отливок в мире увеличилось в 2,4 раза. Основным потребителем таких отливок является транспортная отрасль (доля 75 % в 2011 г.), в том числе автомобилестроение - 57 %. Странами лидерами по производству алюминиевых отливок являются Китай, США и Япония. Литейное производство автомобильной отрасли использует прогрессивные технологии, которые постоянно совершенствуются, о чем свидетельствуют приведенные примеры отливок. Ученые создают новые технологии и литейные сплавы с повышенными эксплуатационными характеристиками, как, например, технология Rotocast, сплавы системы Al - Ce - X. Известно расширение технологии литья по газифицируемым моделям с кристаллизацией металла под давлением. Опережающий рост выпуска отливок из алюминиевых сплавов в мире при некотором сокращении производства отливок из железоуглеродистых сплавов также подтверждает тематика исследований и инноваций в литейном производстве, в частности, Американской литейной ассоциации. Показаны примеры сложных по конструкции отливок из алюминиевых сплавов для моторостроения и другие корпусные детали, преимущественно полученные литьем под давлением. Значительную номенклатуру отливок из алюминиевых сплавов освоено Физико-технологическим институтом металлов и сплавов НАН Украины. Большинство таких отливок из алюминиевых сплавов изготовлено по газифицируемым моделям (ЛГМ-процесс). Эту технологию успешно развивает отдел под руководством проф. О. И. Шинского.

Невід'ємним елементом глобальної металургійно-ливарної промисловості є ринок ливарних машин. Завдяки інженерно-науковій думці та підприємливості створено унікальне обладнання, що дозволяє забезпечити високі експлуатаційні характеристики металевих виробів. Представлено аналіз світового ринку ливарних машин у 2001 - 2017 рр., включаючи тенденції в торгівлі, та топ-10 країн - світових експортерів та імпортерів. Впродовж 2001 - 2008 pp. обсяг надходжень від експорту ливарних машин в світі збільшився з 572,3 до 1195,3 мли USD, тобто в 2,1 рази. Світова економічна криза 2009 р. суттєво зменшила продажі і вони відновились у 2011 р. (1351,9 млн USD). У 2017 р. рівень продаж ливарних машин зменшився на 35,2 % проти показника 2011 p., хоча за період з 2011 по 2017 pp. виробництво виливків у світі збільшилось з 98,6 до 109,9 млн т, або на 11,5 %. Це пов'язано з ростом продуктивності таких машин, збільшенням завантаження ливарних потужностей та зменшенням кількості ливарних цехів на 6,3 %. Світовий ринок ливарних машин віддзеркалює технологічні та бізнесові процеси, які мають місце в ливарній промисловості. Трійку основних експортерів ливарних машин у 2017 р. формують Японія (23,5 %), Італія (20,0 %) та Китай (13,7%). При цьому серед імпортерів-лідерів є Китай (20,9 %), Мексика (9,3 %) та США (8,4 %). Одним з напрямів автоматизації ливарного обладнання є застосування роботів, що особливо актуально для дрібносерійного і "гарячого" виробництва, де, наприклад, конвеєрні способи не цілком виправдані. Роботи недалекого майбутнього дозволять замінити людину на більшості основних і допоміжних операцій виробничого циклу, що сприятиме завершенню комплексної автоматизації технологічних процесів у різних галузях промисловості, зокрема, в ливарно-металургійній з притаманною їй низкою небезпечних та шкідливих умов праці в гарячих цехах.

Виробництво транспортних засобів займає чільне місце в глобальній світовій економіці і є переднім краєм конкуренції як економічно розвинутих країн, так і потужних компаній у цій галузі, що належать до найбільш прибуткових в секторі машинобудування. Здійснено аналіз ринку високоміцних залізовуглецевих та алюмінієвих сплавів для автомобілебудування з метою подальшого розвитку цієї галузі в Україні. Крім того, автотранспорт підвищеної прохідності потрібен для розв'язання оборонних задач. Описано марки і хімічні склади сплавів, які найбільш передові світові компанії застосовують в конструкціях автомобілів. Зменшення використання сталевого прокату буде компенсуватись збільшенням частки використання прокату та виливків з алюмінієвих сплавів, чому сприяє тенденція зростання випуску електромобілів. Серед нових матеріалів відзначено ізотермічно загартований високоміцний чавун (ADI), який має високі ливарні властивості і зносостійкість за меншої вартості обробки, ніж сталь. З ADI, в основному, виготовляють колінчаті та розподільні вали, шестерні, кронштейни для підвісок, крильчаток, корпусів клапанів, корпусів компресорів. ADI має високу здатність до демпфірування, завдяки чому деталі поглинають енергію в 2 - 5 раз більше, ніж деталі зі сталі, тому рівень шуму знижується приблизно на 8 - 10 децибел за його застосування у коробках передач. Така інформація може бути корисна конструкторам, ливарникам і металургам, які забезпечують конструювання, вибір матеріалів і розробляють технологію виготовлення металевих заготовок і деталей автомобілів з урахуванням зменшення їх ваги і забруднень від їх експлуатації, а також викладачам і студентам транспортних спеціальностей, фахівцям з утилізації металу старих авто для урахування складу металів і подальшого шихтування під час їх виплавки і термообробки деталей з удосконаленими властивостями.

Представлено аналіз світового ринку металевих виливків у 2014 - 2018 рр., а також тенденції на короткотермінову перспективу. Світовий ринок виливків зі сплавів чорних і кольорових металів завершив 2018 р. з рекордним показником - 112,7 млн т, що на 2,6 % більше ніж у попередньому 2017 р. Розглянуто стан ливарної промисловості в країнах-лідерах світового ливарного рейтингу. Порядок першості країн-виробників у 2018 р. порівняно з 2014 р. змінився несуттєво. Глобальним лідером світового ринку виливків залишається Китай з часткою 43,8 %. Друге місце з часткою 11,9 % - за Індією, а третє - за США (9,5 %). Разом ці три країни виробляють 65,2 % металевих виливків в світі. Всі "Топ-10" країн виробили 98,7 млн т литва або 87,5 % загальносвітового виробництва. В галузевому вимірі Китаю найбільший вклад у виробництво виливків у 2018 р. внесли автомобілебудування (30 %), виробництво литих труб (17 %) та промисловість інженерних та сільськогосподарських машин (11 %). Враховуючи світові тренди "Промисловості 4.0" та проблеми з екологією, китайські ливарники зосереджуються на таких напрямках, як екологія ливарства, автоматизація і цифровізація ливарства та його інноваційність. Для захисту навколишнього середовища уряд Китаю ввів обмеження на обсяги викидів твердих часток з газових печей. Розглянуто та проаналізовано тренди у розрізі ливарних сплавів. Намітились тенденції витіснення чорних сплавів легкими та кольоровими, а також створення високоміцних багатофазних сплавів для полегшених литих конструкцій, в тому числі тих, що піддавались термообробці. Окреслено основні розділи інноваційних проєктів та науково-технологічних тем в ливарно-металургійній галузі. Масовий перехід на виробництво електромобілів призведе до доволі суттєвого зменшення застосування чавуну у виробництві двигунів і в той же час збільшить використання алюмінієвих сплавів в автомобілебудуванні.

Виробництво транспортних засобів займає чільне місце в глобальній світовій економіці і є переднім краєм конкуренції як економічно розвинутих країн, так і потужних компаній у цій галузі, що належать до найбільш прибуткових в секторі машинобудування. Здійснено аналіз ринку високоміцних залізовуглецевих та алюмінієвих сплавів для автомобілебудування з метою подальшого розвитку цієї галузі в Україні. Крім того, автотранспорт підвищеної прохідності потрібен для розв'язання оборонних задач. Описано марки і хімічні склади сплавів, які найбільш передові світові компанії застосовують в конструкціях автомобілів. Зменшення використання сталевого прокату буде компенсуватись збільшенням частки використання прокату та виливків з алюмінієвих сплавів, чому сприяє тенденція зростання випуску електромобілів. Серед нових матеріалів відзначено ізотермічно загартований високоміцний чавун (ADI), який має високі ливарні властивості і зносостійкість за меншої вартості обробки, ніж сталь. З ADI, в основному, виготовляють колінчаті та розподільні вали, шестерні, кронштейни для підвісок, крильчаток, корпусів клапанів, корпусів компресорів. ADI має високу здатність до демпфірування, завдяки чому деталі поглинають енергію в 2 - 5 раз більше, ніж деталі зі сталі, тому рівень шуму знижується приблизно на 8 - 10 децибел за його застосування у коробках передач. Така інформація може бути корисна конструкторам, ливарникам і металургам, які забезпечують конструювання, вибір матеріалів і розробляють технологію виготовлення металевих заготовок і деталей автомобілів з урахуванням зменшення їх ваги і забруднень від їх експлуатації, а також викладачам і студентам транспортних спеціальностей, фахівцям з утилізації металу старих авто для урахування складу металів і подальшого шихтування під час їх виплавки і термообробки деталей з удосконаленими властивостями.

Представлено аналіз світового ринку металевих виливків у 2014 - 2018 рр., а також тенденції на короткотермінову перспективу. Світовий ринок виливків зі сплавів чорних і кольорових металів завершив 2018 р. з рекордним показником - 112,7 млн т, що на 2,6 % більше ніж у попередньому 2017 р. Розглянуто стан ливарної промисловості в країнах-лідерах світового ливарного рейтингу. Порядок першості країн-виробників у 2018 р. порівняно з 2014 р. змінився несуттєво. Глобальним лідером світового ринку виливків залишається Китай з часткою 43,8 %. Друге місце з часткою 11,9 % - за Індією, а третє - за США (9,5 %). Разом ці три країни виробляють 65,2 % металевих виливків в світі. Всі "Топ-10" країн виробили 98,7 млн т литва або 87,5 % загальносвітового виробництва. В галузевому вимірі Китаю найбільший вклад у виробництво виливків у 2018 р. внесли автомобілебудування (30 %), виробництво литих труб (17 %) та промисловість інженерних та сільськогосподарських машин (11 %). Враховуючи світові тренди "Промисловості 4.0" та проблеми з екологією, китайські ливарники зосереджуються на таких напрямках, як екологія ливарства, автоматизація і цифровізація ливарства та його інноваційність. Для захисту навколишнього середовища уряд Китаю ввів обмеження на обсяги викидів твердих часток з газових печей. Розглянуто та проаналізовано тренди у розрізі ливарних сплавів. Намітились тенденції витіснення чорних сплавів легкими та кольоровими, а також створення високоміцних багатофазних сплавів для полегшених литих конструкцій, в тому числі тих, що піддавались термообробці. Окреслено основні розділи інноваційних проєктів та науково-технологічних тем в ливарно-металургійній галузі. Масовий перехід на виробництво електромобілів призведе до доволі суттєвого зменшення застосування чавуну у виробництві двигунів і в той же час збільшить використання алюмінієвих сплавів в автомобілебудуванні.

В обзоре текущего состояния литейной промышленности стран, территориальных соседей Украины, отражен уровень производственного и технического потенциала, а также степень загрузки литейных цехов стран, которые являются наиболее вероятными конкурентами нашей страны в рассматриваемой отрасли. Такой сравнительный обзор может послужить основанием для планирования мероприятий по восстановлению и инновационному развитию литейной промышленности Украины. Технико-экономические процессы соседних стран обладают рядом сходных свойств и взаимосвязей, что влияет на их объемы производств, состояние научно-технологических ресурсов, процесс развития промышленности региона и показатели жизнедеятельности населения. Литейная промышленность каждой из стран, территориальных соседей Украины, имеет свои, исторически сложившиеся особенности. При этом Польша, Венгрия и Румыния, а также Турция достаточно последовательно и активно модернизируют свою литейную промышленность, используя преимущества Европейского Сообщества. Наиболее подробно рассмотрены технологические процессы и структура выпуска отливок по видам металлов таких стран, как Россия и Беларусь, ранее особо тесно сотрудничавшие и кооперировавшие в литейном производстве с Украиной. Руководство Беларуси и России после распада Союза не оказывали должного внимания как литейному производству, так и машиностроению в целом. Однако в 2016 г. в Беларуси модернизацию и внедрение инновационных технологий в литейное производство стимулировали приказом Министерства промышленности. В последнее время в России также появились оптимистичные прогнозы. Начавшаяся в начале XXI в. 4-я Промышленная революция является вызовом для экономик России, Беларуси и Украины. Без проведения этими странами активной модернизации своей литейной промышленности, ее производственно-технологический уровень рискует еще больше отстать от общемирового.

Проведено аналіз світового ринку вторинної переробки відходів та брухту алюмінієвих сплавів. Аналіз даних надає змогу створити прогноз, який вказує на те, що до 2040 р. частка вторинних алюмінієвих сплавів сягне майже 80 % загального виробництва алюмінію у світі. Показано, що за період з 2001 по 2019 рр. світовий експорт алюмінієвого брухту збільшився в 2,7 разу в кількісному вимірі та в 3,6 разу у вартісному вимірі. Лідерами світового експортного ринку алюмінієвого брухту у 2019 р. являються США (частка 18,5 %) і Німеччина (10,4 %). За період з 2015 по 2019 рр. найбільш динамічними експортерами брухту алюмінію є Японія (ріст в 1,9 разу), Мексика (в 1,7 разу), Бельгія (в 1,3 разу) та США (в 1,2 разу). Найбільшими імпортерами алюмінієвого брухту у світі в 2019 р. були Китай (частка 13,7 %) та Індія (13,4 %). Описано аналіз структури відходів і брухту алюмінію в Україні за 2018 р. Виходячи з товарної структури утворення алюмінієвих відходів і брухту у світі, сформувались відповідні технології переробки вторинної сировини та створено обладнання для її здійснення. Розглянуто розроблені та використовувані технології переробки неметалевих алюмінієвих відходів (шлаків, дросів), як в сольовому, так і безсольовому варіантах. Надано також інформацію стосовно технологій та конструкцій печей для переробки алюмінієвого брухту. Показано позитивні та негативні показники їх експлуатації. Відзначено перспективність використання нахилених роторних печей для масштабної переробки/переплавки алюмінієвого брухту. Звернуто увагу на необхідність підготовки в Україні спеціалістів з переробки/рециклінгу металевого брухту та відходів, які містять алюміній.

Здійснено аналіз світового ринку металевих виливків у 2018 - 2020 рр., а також прогноз виробництва на короткотермінову перспективу. Форс-мажорна ситуація внаслідок пандемії COVID-19 негативно вплинула на світове ливарне виробництво через зменшення попиту на виливки у кінцевих виробників. Проте в найближчій перспективі виробники висловлюють позитивне очікування. Розглянуто стан ливарної промисловості в країнах-лідерах світового ливарного рейтингу. Глобальним лідером світового ринку виливків є Китай з часткою 44,4 % в 2019 р., друге місце займає Індія (10,5 %), а третє - США (10,3 %). Разом ці три країни виробили за 2019 р. 65,2 % металевих виливків у світі. Всі топ-10 країн в 2019 р. одержали 95,8 млн т литва або 87,3 % загальносвітового виробництва. При цьому у порівнянні з 2018 р. обсяг їх виробництва виливків скоротився на 2,9 %. Виходячи з аналізу ситуації, розрахунку, світове виробництво виливок в 2020 р. може становити близько 90 - 94 млн т. Ринок вимагає від постачальників і, відповідно, від виробників інноваційної гнучкості та швидкості. Успішними будуть тільки такі ливарні компанії, які вироблятимуть виливки за інноваційними технологіями з високою доданою вартістю. Одночасно таким компаніям слід інвестувати у кваліфікованих фахівців, які здатні просувати компанію у перспективному напрямку. До пріоритетних напрямків діяльності ливарних підприємств та науковців, які не мають оптимального вирішення, слід віднести: екологію ливарного виробництва: виробництво більш складних і менш металоємних виливків; поверхневе зміцнення виливків; виготовлення композитних виливків. Експерти вважають, що в найближчі роки виробники виливків будуть впроваджувати промисловий Інтернет речей (Internet of Things, IоТ). Це зумовлено потребою підвищити ефективність виробництва шляхом комплексного контролю та управління технологічними процесами, простоями обладнання та ресурсами.

Представлено аналіз наукових досліджень, присвячених питанням впливу вмісту водню та оксидних включень в алюмінієвих сплавах в контексті взаємодії цих домішок з різними компонентами матеріалу. Виходячи з опублікованих результатів дослідів в наукових роботах, алюмінієві сплави залежно від вмісту в них водню можна розділити на такі чотири групи: алюмінієві сплави з номінальним вмістом водню; алюмінієві сплави, що містять гідридоутворюючі добавки; алюмінієві сплави з високим вмістом водню; алюмінієві сплави з надлишковим вмістом водню (газари). Представлено інформацію стосовно одно- та багатостадійних методів рафінування алюмінієвого розплаву, а також класифікацію методів контролю якості рафінування алюмінієвих сплавів. Розглянуто деякі особливості властивостей алюмінієвих сплавів, які містять гідридоутворюючі добавки. Простежено результати дослідження високого вмісту водню на механічні характеристики алюмінієвих сплавів. Розглянуто особливості технологій створення алюмінієвих сплавів з надвисоким вмістом газів (піноалюмінію). Представлено інформацію стосовно вмісту в алюмінії та алюмінієвих сплавах неметалевих включень та методів визначення їх вмісту в розплаві. На базі проведеного огляду та аналізу показано необхідність проведення комплексних досліджень системи водень - оксид - легуючі/модифікуючі метали в алюмінієвих сплавах з метою уточнення механізмів фізико-хімічних і металофізичних процесів, які реалізуються при кристалізації алюмінієвих розплавів. Відмічено потребу у використанні планування експериментів для побудови математичних моделей взаємозв'язку між вмістом водню/оксиду, технологічними параметрами та властивостями зразків та виробів з алюмінієвих сплавів.