Skład chemiczny piasku ceramicznego to głównie Al2O3 i SiO2, natomiast faza mineralna piasku ceramicznego to głównie faza korundowa i faza mulitowa oraz niewielka ilość fazy amorficznej. Ogniotrwałość piasku ceramicznego jest na ogół większa niż 1800°C i jest to materiał ogniotrwały aluminiowo-krzemowy o wysokiej twardości.
Charakterystyka piasku ceramicznego
● Wysoka ogniotrwałość;
● Mały współczynnik rozszerzalności cieplnej;
● Wysoka przewodność cieplna;
● Przybliżony kształt kulisty, mały współczynnik kąta, dobra płynność i zwartość;
● Gładka powierzchnia, bez pęknięć i nierówności;
● Materiał neutralny, odpowiedni do różnych odlewów metalowych;
● Cząstki mają dużą wytrzymałość i nie ulegają łatwo zniszczeniu;
● Zakres wielkości cząstek jest szeroki, a mieszanie można dostosować do wymagań procesu.
Zastosowanie piasku ceramicznego w odlewach silników
1. Użyj piasku ceramicznego, aby rozwiązać problem żyłkowania, przyklejania się piasku, złamanego rdzenia i deformacji rdzenia piaskowego w żeliwnej głowicy cylindrów
● Blok cylindrów i głowica cylindrów to najważniejsze elementy konstrukcyjne silnika
● Kształt wnęki wewnętrznej jest złożony, a wymagania dotyczące dokładności wymiarowej i czystości wnęki wewnętrznej są wysokie
● Duża partia
Aby zapewnić wydajność produkcji i jakość produktu,
● Powszechnie stosowana jest produkcja linii montażowej z zielonego piasku (głównie linia do stylizacji hydrostatycznej).
● W przypadku rdzeni piaskowych zazwyczaj stosuje się proces zimnej skrzynki i piasku powlekanego żywicą (rdzeń skorupowy), a w przypadku niektórych rdzeni piaskowych stosuje się proces gorącej skrzynki.
● Ze względu na złożony kształt rdzenia piaskowego bloku cylindrów i odlewu głowicy, niektóre rdzenie piaskowe mają małe pole przekroju poprzecznego, najcieńsza część niektórych bloków cylindrów i rdzeni płaszcza wodnego głowicy cylindrów ma zaledwie 3-3,5 mm, a wylot piasku jest wąski, rdzeń piasku po odlaniu otoczony przez długi czas stopionym żelazem o wysokiej temperaturze, piasek jest trudny do czyszczenia i potrzebny jest specjalny sprzęt do czyszczenia itp. W przeszłości do odlewania stosowano cały piasek krzemionkowy produkcji, co spowodowało problemy z zasychaniem żył i piasku w odlewach płaszcza wodnego bloku cylindrów i głowicy cylindrów. Problemy z deformacją i pękaniem rdzenia są bardzo częste i trudne do rozwiązania.
Aby rozwiązać te problemy, począwszy od około 2010 roku, niektóre znane krajowe firmy zajmujące się odlewaniem silników, takie jak FAW, Weichai, Shangchai, Shanxi Xinke itp., rozpoczęły badania i testy zastosowania piasku ceramicznego do produkcji bloków cylindrów, płaszcze wodne głowicy cylindrów i kanały olejowe. Równe rdzenie piaskowe skutecznie eliminują lub zmniejszają defekty, takie jak spiekanie wnęki wewnętrznej, przyklejanie się piasku, deformacja rdzenia piaskowego i pękanie rdzeni.
Poniższe zdjęcia są wykonane z piasku ceramicznego w procesie zimnej skrzynki.
Od tego czasu piasek płuczący zmieszany z piaskiem ceramicznym był stopniowo stosowany w procesach w komorze zimnej i w komorze gorącej oraz stosowany do rdzeni płaszcza wodnego głowicy cylindrów. Jest w stabilnej produkcji od ponad 6 lat. Obecne zastosowanie rdzenia piaskowego do zimnej skrzynki jest następujące: w zależności od kształtu i wielkości rdzenia piaskowego, ilość dodanego piasku ceramicznego wynosi 30% -50%, całkowita ilość dodanej żywicy wynosi 1,2% -1,8%, a wytrzymałość na rozciąganie wynosi 2,2-2,7 MPa. (Dane z badań próbek laboratoryjnych)
Streszczenie
Blok cylindrów i części żeliwne głowicy zawierają wiele wąskich struktur wnękowych, a temperatura zalewania wynosi zazwyczaj 1440–1500°C. Cienkościenna część rdzenia piaskowego łatwo ulega spiekaniu pod działaniem stopionego żelaza o wysokiej temperaturze, takiego jak stopione żelazo przedostające się do rdzenia piaskowego, lub powoduje reakcję międzyfazową w celu utworzenia lepkiego piasku. Ogniotrwałość piasku ceramicznego jest większa niż 1800°C, tymczasem rzeczywista gęstość piasku ceramicznego jest stosunkowo wysoka, energia kinetyczna cząstek piasku o tej samej średnicy i prędkości jest 1,28 razy większa niż cząstek piasku krzemionkowego podczas strzelania piaskiem, co może zwiększyć gęstość rdzeni piaskowych.
Te zalety powodują, że zastosowanie piasku ceramicznego może rozwiązać problem zaklejania się piasku we wnękach wewnętrznych odlewów głowicy cylindrów.
Płaszcz wodny, części dolotowe i wydechowe bloku cylindrów oraz głowica cylindrów często mają defekty żyłek. Duża liczba badań i praktyk odlewniczych wykazała, że podstawową przyczyną uszkodzeń żyłek na powierzchni odlewu jest ekspansja przemiany fazowej piasku krzemionkowego, która powoduje naprężenia termiczne prowadzące do pęknięć na powierzchni rdzenia piaskowego, co powoduje powstawanie stopionego żelaza do wnikania w pęknięcia, tendencja żył jest większa, szczególnie w procesie zimnej komory. W rzeczywistości współczynnik rozszerzalności cieplnej piasku krzemionkowego wynosi aż 1,5%, podczas gdy współczynnik rozszerzalności cieplnej piasku ceramicznego wynosi tylko 0,13% (ogrzewany w temperaturze 1000°C przez 10 minut). Możliwość pękania na powierzchni rdzenia piaskowego jest bardzo mała w wyniku naprężenia rozszerzalności cieplnej. Zastosowanie piasku ceramicznego w rdzeniu piaskowym bloku cylindrów i głowicy cylindrów jest obecnie prostym i skutecznym rozwiązaniem problemu żyłkowania.
Skomplikowane, cienkościenne, długie i wąskie rdzenie piaskowe z płaszczem wodnym głowicy cylindrów i rdzenie piaskowe z kanałem olejowym cylindra wymagają dużej wytrzymałości (w tym wytrzymałości w wysokiej temperaturze) i wytrzymałości, a jednocześnie muszą kontrolować wytwarzanie gazu przez piasek rdzeniowy. Tradycyjnie najczęściej stosuje się proces z piaskiem powlekanym. Zastosowanie piasku ceramicznego zmniejsza ilość żywicy i pozwala uzyskać efekt wysokiej wytrzymałości i niskiego wydzielania gazów. Ze względu na ciągłe doskonalenie wydajności żywicy i surowego piasku, w ostatnich latach proces zimnej skrzynki w coraz większym stopniu zastępuje część procesu piasku powlekanego, znacznie poprawiając wydajność produkcji i poprawiając środowisko produkcyjne.
2. Zastosowanie piasku ceramicznego do rozwiązania problemu deformacji rdzenia piaskowego rury wydechowej
Kolektory wydechowe pracują w zmiennych warunkach wysokiej temperatury przez długi czas, a odporność materiałów na utlenianie w wysokich temperaturach bezpośrednio wpływa na żywotność kolektorów wydechowych. W ostatnich latach w kraju stale doskonalono standardy emisji spalin samochodowych, a zastosowanie technologii katalitycznej i technologii turbodoładowania znacznie podniosło temperaturę roboczą kolektora wydechowego, osiągając ponad 750°C. Wraz z dalszą poprawą osiągów silnika, wzrastać będzie także temperatura pracy kolektora wydechowego. Obecnie powszechnie stosuje się staliwo żaroodporne, takie jak ZG 40Cr22Ni10Si2 (JB/T 13044) itp., o temperaturze żaroodpornej 950°C-1100°C.
Ogólnie wymaga się, aby wewnętrzna wnęka kolektora wydechowego była wolna od pęknięć, zimnych szczelin, wnęk skurczowych, wtrąceń żużla itp., które wpływają na wydajność, a chropowatość wewnętrznej wnęki nie może być większa niż Ra25. Jednocześnie istnieją rygorystyczne i jasne przepisy dotyczące odchyleń grubości ścianki rury. Problem nierównej grubości ścianek i nadmiernych odchyleń ścianki rury kolektora wydechowego od dawna nęka wiele odlewni kolektorów wydechowych.
W pewnej odlewni po raz pierwszy zastosowano rdzenie piaskowe pokryte piaskiem krzemionkowym do produkcji kolektorów wydechowych ze stali żaroodpornej. Ze względu na wysoką temperaturę zalewania (1470-1550°C) rdzenie piaskowe łatwo ulegały deformacji, co skutkowało zjawiskami wykraczającymi poza tolerancję grubości ścianek rur. Chociaż piasek krzemionkowy został poddany wysokotemperaturowej przemianie fazowej, pod wpływem różnych czynników, nadal nie jest w stanie pokonać odkształcenia rdzenia piaskowego w wysokiej temperaturze, co skutkuje szerokim zakresem wahań grubości ścianki rury , a w poważnych przypadkach zostanie złomowany. Aby poprawić wytrzymałość rdzenia piaskowego i kontrolować powstawanie gazu w rdzeniu piaskowym, zdecydowano się na użycie piasku powlekanego piaskiem ceramicznym. Gdy ilość dodanej żywicy była o 36% mniejsza niż w przypadku piasku powlekanego piaskiem krzemionkowym, jego wytrzymałość na zginanie w temperaturze pokojowej i wytrzymałość na zginanie termiczne wzrosła o 51%, 67%, a ilość wytwarzanego gazu zmniejszyła się o 20%, co spełnia wymagania wymagania procesowe dotyczące wysokiej wytrzymałości i niskiego wytwarzania gazu.
W fabryce stosowane są rdzenie z piasku krzemionkowego i rdzenie z piasku ceramicznego do jednoczesnego odlewania, po oczyszczeniu odlewów przeprowadzane są badania anatomiczne.
Jeżeli rdzeń wykonany jest z piasku powlekanego piaskiem krzemionkowym, odlewy mają nierówną grubość ścianki i cienką ściankę, a grubość ścianki wynosi 3,0-6,2 mm; gdy rdzeń wykonany jest z piasku ceramicznego pokrytego piaskiem, grubość ścianki odlewu jest jednakowa i grubość ścianki wynosi 4,4-4,6 mm. jak na poniższym obrazku
Piasek pokryty piaskiem krzemionkowym
Piasek ceramiczny pokryty piaskiem
Do wykonywania rdzeni stosuje się piasek ceramiczny posypany piaskiem, co eliminuje pękanie rdzenia piaskowego, zmniejsza deformację rdzenia piaskowego, znacznie poprawia dokładność wymiarową kanału przepływowego wnęki wewnętrznej kolektora wydechowego oraz zmniejsza zatykanie się piasku we wnęce wewnętrznej, poprawiając jakość odlewów i wyrobów gotowych, osiągając przy tym znaczne korzyści ekonomiczne.
3. Nakładanie piasku ceramicznego na obudowę turbosprężarki
Temperatura robocza na końcu płaszcza turbosprężarki od strony turbiny zazwyczaj przekracza 600°C, a w niektórych przypadkach osiąga nawet 950-1050°C. Materiał powłoki musi być odporny na wysokie temperatury i mieć dobre właściwości odlewnicze. Struktura skorupy jest bardziej zwarta, grubość ścianki jest cienka i jednolita, a wewnętrzna wnęka jest czysta itp., co jest niezwykle wymagające. Obecnie obudowa turbosprężarki wykonywana jest na ogół z odlewu stali żaroodpornej (np. 1.4837 i 1.4849 niemieckiej normy DIN EN 10295), stosuje się także żeliwo sferoidalne żaroodporne (np. niemiecka norma GGG SiMo, amerykańska standardowe austenityczne żelazo sferoidalne o wysokiej zawartości niklu D5S itp.).
Obudowa turbosprężarki silnika 1,8 T, materiał: 1.4837, mianowicie GX40CrNiSi 25-12, główny skład chemiczny (%): C: 0,3-0,5, Si: 1-2,5, Cr: 24-27, Mo: Max 0,5, Ni: 11 -14, temperatura zalewania 1560 ℃. Stop ma wysoką temperaturę topnienia, duży współczynnik skurczu, silną tendencję do pękania na gorąco i dużą trudność w odlewaniu. Struktura metalograficzna odlewu ma rygorystyczne wymagania dotyczące węglików resztkowych i wtrąceń niemetalicznych, a także istnieją szczegółowe przepisy dotyczące wad odlewów. Aby zapewnić jakość i wydajność produkcji odlewów, w procesie formowania wykorzystuje się odlewanie rdzeniowe z rdzeniami z piasku powlekanymi folią (oraz niektóre rdzenie z zimną i gorącą skrzynką). Początkowo stosowano piasek płuczący AFS50, a następnie prażony piasek krzemionkowy, ale problemy takie jak przyklejanie się piasku, zadziory, pęknięcia termiczne i pory we wnęce wewnętrznej pojawiały się w różnym stopniu.
Na podstawie badań i testów fabryka zdecydowała się na zastosowanie piasku ceramicznego. Początkowo zakupiono gotowy piasek powlekany (piasek ceramiczny 100%), a następnie zakupiono urządzenia do regeneracji i powlekania, a na bieżąco optymalizowano proces w procesie produkcyjnym, do mieszania piasku surowego stosowano piasek ceramiczny i piasek płuczący. Obecnie piasek powlekany jest z grubsza realizowany zgodnie z poniższą tabelą:
| Proces piaskowania ceramicznego do obudowy turbosprężarki | ||||
| Rozmiar piasku | Udział piasku ceramicznego% | Dodatek żywicy% | Wytrzymałość na zginanie MPa | Wydajność gazu ml/g |
| AFS50 | 30-50 | 1,6-1,9 | 6,5-8 | ≤12 |
W ciągu ostatnich kilku lat proces produkcyjny w tym zakładzie przebiega stabilnie, jakość odlewów jest dobra, a korzyści ekonomiczne i środowiskowe są niezwykłe. Podsumowanie jest następujące:
A. Stosowanie piasku ceramicznego lub mieszaniny piasku ceramicznego i piasku krzemionkowego do produkcji rdzeni eliminuje defekty, takie jak przyklejanie się piasku, spiekanie, żyłkowanie i pękanie termiczne odlewów, zapewniając stabilną i wydajną produkcję;
B. Odlewanie rdzenia, wysoka wydajność produkcji, niski stosunek piasku do żelaza (zwykle nie więcej niż 2:1), mniejsze zużycie surowego piasku i niższe koszty;
C. Zalewanie rdzenia sprzyja całkowitemu recyklingowi i regeneracji piasku odpadowego, a regeneracja termiczna jest jednolicie przyjęta do regeneracji. Wydajność piasku zregenerowanego osiągnęła poziom nowego piasku do płukania, co pozwoliło uzyskać efekt obniżenia kosztu zakupu piasku surowego i ograniczenia zrzutu odpadów stałych;
D. Należy często sprawdzać zawartość piasku ceramicznego w masie regenerowanej w celu określenia ilości dodanego nowego piasku ceramicznego;
mi. Piasek ceramiczny ma okrągły kształt, dobrą płynność i dużą specyficzność. Po zmieszaniu z piaskiem krzemionkowym łatwo jest spowodować segregację. W razie potrzeby należy dostosować proces strzelania piaskiem;
F. Przy pokrywaniu folii staraj się używać wysokiej jakości żywicy fenolowej i ostrożnie używaj różnych dodatków.
4. Nakładanie piasku ceramicznego na głowicę cylindrów ze stopu aluminium silnika
Aby poprawić moc samochodów, zmniejszyć zużycie paliwa, zmniejszyć zanieczyszczenie spalin i chronić środowisko, lekkie samochody są trendem rozwojowym przemysłu motoryzacyjnego. Obecnie odlewy silników samochodowych (w tym silników wysokoprężnych), takie jak bloki cylindrów i głowice cylindrów, są zazwyczaj odlewane ze stopów aluminium, a proces odlewania bloków cylindrów i głowic cylindrów odbywa się przy użyciu rdzeni piaskowych, odlewaniu grawitacyjnym w formach metalowych i pod niskim ciśnieniem casting (LPDC) są najbardziej reprezentatywne.
Rdzeń piaskowy, piasek powlekany i proces zimnej skrzynki bloków cylindrów i odlewów głowic ze stopu aluminium są bardziej powszechne i nadają się do produkcji o wysokiej precyzji i na dużą skalę. Sposób wykorzystania piasku ceramicznego jest podobny do produkcji głowicy cylindrów z żeliwa. Ze względu na niską temperaturę zalewania i mały ciężar właściwy stopu aluminium, zazwyczaj stosuje się piasek rdzeniowy o niskiej wytrzymałości, taki jak rdzeń z piasku zimnego w fabryce, ilość dodanej żywicy wynosi 0,5-0,6%, a wytrzymałość na rozciąganie wynosi 0,8-1,2 MPa. Wymagany jest piasek rdzeniowy. Ma dobrą zapadalność. Zastosowanie piasku ceramicznego zmniejsza ilość dodanej żywicy i znacznie poprawia zapadanie się rdzenia piaskowego.
W ostatnich latach w celu ulepszenia środowiska produkcyjnego i poprawy jakości odlewów prowadzi się coraz więcej badań i zastosowań spoiw nieorganicznych (m.in. modyfikowane szkło wodne, spoiwa fosforanowe itp.). Poniższe zdjęcie przedstawia miejsce odlewania fabryki wykorzystującej głowicę cylindrów ze stopu aluminium z piaskiem ceramicznym, nieorganicznym spoiwem rdzeniowym i piaskiem.
Do wykonania rdzenia fabryka wykorzystuje nieorganiczne spoiwo z piasku ceramicznego, a ilość dodanego spoiwa wynosi 1,8 ~ 2,2%. Dzięki dobrej płynności piasku ceramicznego rdzeń piaskowy jest gęsty, powierzchnia jest pełna i gładka, a jednocześnie ilość wydzielanego gazu jest niewielka, co znacznie poprawia wydajność odlewów, poprawia zapadalność piasku rdzeniowego , poprawia środowisko produkcyjne i staje się modelem zielonej produkcji.
Zastosowanie piasku ceramicznego w przemyśle odlewów silników poprawiło wydajność produkcji, poprawiło środowisko pracy, rozwiązało wady odlewów i osiągnęło znaczne korzyści ekonomiczne i dobre korzyści dla środowiska.
Przemysł odlewniczy silników powinien w dalszym ciągu zwiększać regenerację piasku rdzeniowego, w dalszym ciągu poprawiać efektywność wykorzystania piasku ceramicznego i ograniczać emisję odpadów stałych.
Z punktu widzenia efektu użytkowego i zakresu zastosowania piasek ceramiczny jest obecnie specjalnym piaskiem odlewniczym o najlepszych kompleksowych parametrach i największym zużyciu w przemyśle odlewniczym silników.
Czas publikacji: 27 marca 2023 r
