Хімічний склад керамічного піску в основному складається з Al2O3 і SiO2, а мінеральна фаза керамічного піску в основному складається з фази корунду та фази муліту, а також невеликої кількості аморфної фази. Вогнетривкість керамічного піску, як правило, перевищує 1800 °C, і це алюмінієво-кремнієвий вогнетривкий матеріал високої твердості.
Характеристика керамічного піску
● Висока вогнетривкість;
● Малий коефіцієнт теплового розширення;
● Висока теплопровідність;
● Приблизна сферична форма, малий коефіцієнт кута, хороша текучість і компактність;
● Гладка поверхня, без тріщин, нерівностей;
● Нейтральний матеріал, підходить для різних металевих матеріалів лиття;
● Частинки мають високу міцність і не легко розбиваються;
● Діапазон розмірів частинок широкий, і змішування можна налаштувати відповідно до вимог процесу.
Застосування керамічного піску в литтях двигунів
1. Використовуйте керамічний пісок для усунення жилок, прилипання піску, зламаного сердечника та деформації піщаного сердечника чавунної головки циліндра
● Блок циліндрів і головка блоку циліндрів є найважливішими виливками двигуна
● Форма внутрішньої порожнини складна, вимоги до точності розмірів і чистоти внутрішньої порожнини високі
● Велика партія
Щоб забезпечити ефективність виробництва та якість продукції,
● Зазвичай використовується конвеєрне виробництво із зеленого піску (переважно гідростатична лінія для укладання).
● Для піщаних стрижнів зазвичай використовується процес холодного боксу та піску, покритого смолою (ядро оболонки), а в деяких піщаних ядрах використовується процес гарячого боксу.
● Через складну форму піщаного сердечника блоку циліндрів і лиття головки, деякі піщані сердечники мають невелику площу поперечного перерізу, найтонша частина деяких блоків циліндрів і сердечників водяної сорочки головки циліндра становить лише 3-3,5 мм, і вихідний отвір для піску вузький, серцевина піску після лиття оточена високотемпературним розплавленим чавуном протягом тривалого часу, важко очищати пісок, потрібне спеціальне обладнання для чищення тощо. У минулому весь кварцевий пісок використовувався для лиття виробництво, що спричинило проблеми з налипанням жил і піску на виливках водяної сорочки блоку циліндрів і головки блоку циліндрів. Проблеми з деформацією сердечника та розбитим сердечником дуже поширені, і їх важко вирішити.
Щоб вирішити такі проблеми, починаючи приблизно з 2010 року, деякі відомі вітчизняні компанії з лиття двигунів, такі як FAW, Weichai, Shangchai, Shanxi Xinke тощо, почали досліджувати та випробовувати застосування керамічного піску для виробництва блоків циліндрів, водяні сорочки головки блоку циліндрів і масляні канали. Рівні піщані серцевини ефективно усувають або зменшують такі дефекти, як спікання внутрішньої порожнини, налипання піску, деформація піщаного ядра та зламані серцевини.
Наступні зображення зроблені керамічним піском за допомогою холодного процесу.
Відтоді змішаний очисний пісок із керамічним піском поступово впроваджується в холодних і гарячих камерах, а також наноситься на сердечники водяної сорочки головки циліндра. Він стабільно працює більше 6 років. Поточне використання піщаного сердечника холодної коробки: відповідно до форми та розміру піщаного сердечника кількість доданого керамічного піску становить 30%-50%, загальна кількість доданої смоли становить 1,2%-1,8%, а міцність на розрив 2,2-2,7 МПа. (Дані лабораторних досліджень проб)
Резюме
Чавунні деталі блоку циліндрів і головки містять багато вузьких внутрішніх порожнин, а температура заливки зазвичай становить 1440-1500 °C. Тонкостінна частина піщаного ядра легко спікається під дією високотемпературного розплавленого заліза, наприклад розплавлене залізо проникає в піщане ядро, або виробляє реакцію розділу з утворенням липкого піску. Вогнетривкість керамічного піску перевищує 1800 °C, тим часом справжня щільність керамічного піску є відносно високою, кінетична енергія частинок піску з тим самим діаметром і швидкістю в 1,28 рази перевищує енергію частинок кремнеземного піску під час стрільби піску, що може збільшення щільності піщаних ядер.
Ці переваги є причинами, чому використання керамічного піску може вирішити проблему налипання піску у внутрішній порожнині відливок головки блоку циліндрів.
Водяна сорочка, впускна і випускна частини блоку циліндрів і ГБЦ часто мають дефекти жилкування. Велика кількість досліджень і практики лиття показали, що основною причиною дефектів прожилок на поверхні виливка є фазова зміна розширення кремнеземного піску, яка спричиняє термічний стрес, що призводить до тріщин на поверхні піщаного ядра, що спричиняє розплавлений чавун. проникнути в тріщини, схильність вен є більшою, особливо в процесі холодного боксу. Насправді швидкість теплового розширення кремнеземного піску досягає 1,5%, тоді як швидкість теплового розширення керамічного піску становить лише 0,13% (нагрівання при 1000°C протягом 10 хвилин). Імовірність розтріскування дуже мала на поверхні піщаного ядра через напругу теплового розширення. Використання керамічного піску в піщаній серцевині блоку циліндрів і головки блоку циліндрів на даний момент є простим і ефективним рішенням проблеми прожилок.
Складні, тонкостінні, довгі та вузькі піщані серцевини з водяної сорочки головки циліндра та піщані серцевини з масляним каналом циліндра вимагають високої міцності (включаючи високотемпературну міцність) і в’язкості, і в той же час потрібно контролювати газоутворення піску серцевини. Традиційно в основному використовується піщаний процес із покриттям. Використання керамічного піску зменшує кількість смоли та досягає ефекту високої міцності та низького газоутворення. Завдяки безперервному вдосконаленню продуктивності смоли та необробленого піску, процес холодної камери все частіше замінює частину процесу піску з покриттям протягом останніх років, значно підвищуючи ефективність виробництва та покращуючи виробниче середовище.
2. Застосування керамічного піску для вирішення проблеми деформації піщаного сердечника вихлопної труби
Випускні колектори працюють у високотемпературних змінних умовах протягом тривалого часу, а стійкість матеріалів до окислення при високих температурах безпосередньо впливає на термін служби випускних колекторів. В останні роки країна постійно вдосконалювала стандарти викидів автомобільних вихлопів, а застосування каталітичної технології та технології турбонаддуву значно підвищило робочу температуру випускного колектора, досягнувши понад 750 °C. З подальшим підвищенням продуктивності двигуна буде зростати і робоча температура випускного колектора. В даний час зазвичай використовується жаростійка лита сталь, така як ZG 40Cr22Ni10Si2 (JB/T 13044) тощо, з жаростійкою температурою 950°C-1100°C.
Внутрішня порожнина випускного колектора, як правило, повинна бути вільною від тріщин, холодних затворів, усадочних порожнин, включень шлаку тощо, які впливають на продуктивність, а шорсткість внутрішньої порожнини повинна бути не більшою за Ra25. При цьому існують суворі і чіткі норми щодо відхилення товщини стінки труби. Протягом тривалого часу проблема нерівномірної товщини стінки та надмірного відхилення стінки труби випускного колектора мучила багато ливарних заводів випускного колектора.
Ливарне виробництво вперше використало піщані сердечники з кремнеземним піском для виробництва випускних колекторів із жаростійкої сталі. Через високу температуру заливки (1470-1550 °C) піщані серцевини легко деформувалися, що призвело до появи виходу за межі допустимої товщини стінки труби. Незважаючи на те, що кремнеземний пісок був оброблений за допомогою високотемпературної фазової зміни, через вплив різних факторів він все ще не може подолати деформацію серцевини піску при високій температурі, що призводить до широкого діапазону коливань товщини стінки труби. , а у важких випадках його буде скасовано. Щоб підвищити міцність піщаного ядра та контролювати газоутворення піщаного ядра, було вирішено використовувати пісок, покритий керамічним піском. Коли кількість доданої смоли була на 36% меншою, ніж у піску з кремнеземним піском, його міцність на вигин при кімнатній температурі та термічна міцність на вигин зросла на 51%, 67%, а кількість утворення газу зменшилася на 20%, що відповідає вимогам технологічні вимоги високої міцності та низького газоутворення.
Фабрика використовує піщані сердечники з кремнеземним покриттям і піщані сердечники з керамічним піском для одночасного лиття, після очищення виливків проводять анатомічні перевірки.
Якщо серцевина виготовлена з піску, покритого кремнеземним піском, виливки мають нерівномірну товщину стінки та тонку стінку, а товщина стінки становить 3,0-6,2 мм; коли серцевина виготовлена з піску, покритого керамічним піском, товщина стінки виливка є рівномірною, а товщина стінки становить 4,4-4,6 мм. як показано нижче
Пісок з кремнеземним піском
Пісок з керамічним піском
Пісок, покритий керамічним піском, використовується для виготовлення сердечників, що усуває поломку піщаного сердечника, зменшує деформацію піщаного сердечника, значно покращує точність розмірів каналу потоку внутрішньої порожнини випускного колектора та зменшує налипання піску у внутрішній порожнині, покращуючи якість виливків і готових виробів швидкість і досягнута значна економічна вигода.
3. Застосування керамічного піску в корпусі турбокомпресора
Робоча температура на кінці турбіни оболонки турбокомпресора зазвичай перевищує 600 °C, а деякі навіть досягають 950-1050 °C. Матеріал оболонки повинен бути стійким до високих температур і мати хороші характеристики лиття. Структура оболонки більш компактна, товщина стінки тонка та рівномірна, а внутрішня порожнина чиста тощо, надзвичайно вимоглива. В даний час корпус турбокомпресора, як правило, виготовляється з жароміцної сталі (наприклад, 1.4837 і 1.4849 німецького стандарту DIN EN 10295), а також використовується жароміцний ковкий чавун (наприклад, німецький стандарт GGG SiMo, американський стандартний високонікелевий аустенітний чавун з шаровидним шаром D5S тощо).
Корпус турбокомпресора двигуна 1,8 Т, матеріал: 1.4837, а саме GX40CrNiSi 25-12, основний хімічний склад (%): C: 0,3-0,5, Si: 1-2,5, Cr: 24-27, Mo: макс. 0,5, Ni: 11 -14, температура розливу 1560 ℃. Сплав має високу температуру плавлення, велику швидкість усадки, сильну тенденцію до гарячого розтріскування та високу складність лиття. Металографічна структура виливка має суворі вимоги щодо залишкових карбідів і неметалевих включень, а також існують спеціальні правила щодо дефектів лиття. Для того, щоб забезпечити якість і ефективність виробництва виливків, у процесі формування використовується лиття стержнів із піщаними оболонками, покритими плівкою (і деякими сердечниками для холодних і гарячих коробів). Спочатку використовувався очисний пісок AFS50, а потім обсмажений кварцевий пісок, але такі проблеми, як налипання піску, задирки, термічні тріщини та пори у внутрішній порожнині з’явилися різного ступеня.
На основі досліджень і випробувань завод вирішив використовувати керамічний пісок. Спочатку придбали готовий пісок з покриттям (100% керамічний пісок), а потім придбали обладнання для регенерації та покриття та постійно оптимізували процес під час виробничого процесу, використовували керамічний пісок і пісок для очищення для змішування сирого піску. В даний час пісок з покриттям приблизно реалізується відповідно до наступної таблиці:
| Корпус турбокомпресора з піщаним покриттям із керамічного покриття | ||||
| Розмір піску | Норма керамічного піску % | Додавання смоли % | Міцність на вигин МПа | Вихід газу мл/г |
| AFS50 | 30-50 | 1,6-1,9 | 6,5-8 | ≤12 |
Протягом останніх кількох років виробничий процес на цьому заводі працює стабільно, якість виливків хороша, а економічні та екологічні переваги значні. Короткий зміст такий:
a. Використання керамічного піску або використання суміші керамічного піску та кремнеземного піску для виготовлення сердечників усуває такі дефекти, як налипання піску, спікання, прожилки та термічне розтріскування виливків, і забезпечує стабільне та ефективне виробництво;
b. Основне лиття, висока ефективність виробництва, низьке співвідношення пісок-залізо (зазвичай не більше 2:1), менша витрата сирого піску та менші витрати;
в. Заливка керна сприяє загальній переробці та регенерації відпрацьованого піску, а термічна регенерація прийнята рівномірно для регенерації. Продуктивність регенерованого піску досягла рівня нового піску для скраберного піску, що досягло ефекту зниження вартості закупівлі сирого піску та зменшення викиду твердих відходів;
d. Необхідно часто перевіряти вміст керамічного піску в регенерованому піску, щоб визначити кількість доданого нового керамічного піску;
д. Керамічний пісок має округлу форму, хорошу плинність і велику специфічність. При змішуванні з кремнеземним піском легко викликати сегрегацію. При необхідності процес зйомки піску потрібно відрегулювати;
f. Накриваючи плівку, намагайтеся використовувати якісну фенольну смолу, з обережністю використовуйте різні добавки.
4. Застосування керамічного піску в головці циліндра двигуна з алюмінієвого сплаву
Щоб підвищити потужність автомобілів, зменшити споживання палива, зменшити забруднення вихлопними газами та захистити навколишнє середовище, легкі автомобілі є тенденцією розвитку автомобільної промисловості. В даний час виливки для автомобільних двигунів (включаючи дизельні двигуни), такі як блоки циліндрів і головки циліндрів, як правило, відливаються з алюмінієвих сплавів, а процес лиття блоків циліндрів і голівок циліндрів, коли використовуються піщані сердечники, лиття в металеву форму під тиском і низький тиск лиття (LPDC) є найбільш представницькими.
Процес блоку циліндрів і головки з алюмінієвого сплаву з піщаного сердечника, піску з покриттям і холодної камери є більш поширеним і підходить для високоточних і великомасштабних виробничих характеристик. Спосіб використання керамічного піску схожий на виробництво чавунної ГБЦ. Через низьку температуру заливки та невелику питому вагу алюмінієвого сплаву, як правило, використовується пісок низької міцності, такий як серцевина піску холодного боксу на заводі, кількість доданої смоли становить 0,5-0,6%, а міцність на розрив становить 0,8-1,2 МПа. Потрібен стрижневий пісок. Має хорошу здатність до розсипання. Використання керамічного піску зменшує кількість доданої смоли та значно покращує згортання піщаного ядра.
Останніми роками з метою покращення виробничого середовища та покращення якості виливків проводиться все більше досліджень і застосувань неорганічних зв’язуючих (включаючи модифіковане рідке скло, фосфатні зв’язувальні речовини тощо). На зображенні нижче показано ливарний майданчик фабрики, на якій використовується головка блоку циліндрів із керамічного піску, неорганічного сполучного, серцевини, піску, алюмінієвого сплаву.
Фабрика використовує неорганічне сполучне з керамічного піску для виготовлення серцевини, а кількість доданого сполучного становить 1,8–2,2%. Завдяки хорошій текучості керамічного піску серцевина піску є щільною, поверхня цілісною та гладкою, і в той же час кількість газу, що утворюється, невелика, це значно покращує вихід виливків, покращує розсипність піску серцевини , покращує виробниче середовище та стає зразком екологічного виробництва.
Застосування керамічного піску в промисловості для лиття двигунів підвищило ефективність виробництва, покращило робоче середовище, вирішило ливарні дефекти та досягло значних економічних переваг і хороших екологічних переваг.
Ливарна промисловість двигунів повинна продовжувати збільшувати регенерацію основного піску, далі покращувати ефективність використання керамічного піску та зменшувати викиди твердих відходів.
З точки зору ефекту використання та сфери використання, керамічний пісок в даний час є ливарним спеціальним піском з найкращою повною продуктивністю та найбільшим споживанням у промисловості лиття двигунів.
Час публікації: 27 березня 2023 р
