Химический состав керамического песка состоит в основном из Al2O3 и SiO2, а минеральная фаза керамического песка представляет собой в основном фазу корунда и фазу муллита, а также небольшое количество аморфной фазы. Огнеупорность керамического песка обычно превышает 1800°C, и это алюминиево-кремниевый огнеупорный материал высокой твердости.
Характеристики керамического песка
● Высокая огнеупорность;
● Малый коэффициент теплового расширения;
● Высокая теплопроводность;
● Приблизительная сферическая форма, небольшой угловой коэффициент, хорошая текучесть и компактность;
● Гладкая поверхность, без трещин и неровностей;
● Нейтральный материал, подходящий для литья различных металлических материалов;
● Частицы обладают высокой прочностью и их нелегко сломать;
● Диапазон размеров частиц широк, а смешивание можно настроить в соответствии с требованиями процесса.
Применение керамического песка в отливках двигателей
1. Используйте керамический песок для устранения прожилок, прилипания песка, сломанного сердечника и деформации песчаного сердечника головки блока цилиндров из чугуна.
● Блок цилиндров и головка блока цилиндров являются наиболее важными отливками двигателя.
● Форма внутренней полости сложная, требования к точности размеров и чистоте внутренней полости высокие.
● Большая партия
Чтобы обеспечить эффективность производства и качество продукции,
● Обычно используется сборочная линия зеленого песка (в основном линия гидростатической укладки).
● Для изготовления песчаных стержней обычно используется процесс «холодного ящика» и песка с покрытием из смолы (оболочки), а для некоторых песчаных стержней используется процесс «горячего ящика».
● Из-за сложной формы песчаного сердечника блока цилиндров и литья головки блока цилиндров некоторые песчаные сердечники имеют небольшую площадь поперечного сечения, самая тонкая часть некоторых блоков цилиндров и сердечников водяной рубашки головки блока цилиндров составляет всего 3-3,5 мм, и выход песка узкий, песчаный стержень после отливки долгое время окружен высокотемпературным расплавленным железом, песок трудно очищать, требуется специальное чистящее оборудование и т. д. В прошлом при литье использовался весь кварцевый песок. производства, что вызвало проблемы с прожилками и налипанием песка в отливках водяной рубашки блока цилиндров и головки блока цилиндров. Деформация сердечника и проблемы с поломкой сердечника очень распространены и их трудно решить.
Чтобы решить такие проблемы, примерно с 2010 года некоторые известные отечественные компании по литью двигателей, такие как FAW, Weichai, Shangchai, Shanxi Xinke и т. д., начали исследовать и тестировать применение керамического песка для производства блоков цилиндров. водяные рубашки головки блока цилиндров и масляные каналы. Равные песчаные стержни эффективно устраняют или уменьшают такие дефекты, как спекание внутренней полости, прилипание песка, деформация песчаных стержней и разрушение стержней.
Следующие фотографии сделаны керамическим песком с использованием процесса холодной коробки.
С тех пор чистящий песок, смешанный с керамическим песком, постепенно стал применяться в процессах с холодным и горячим боксом, а также наносился на сердечники водяной рубашки головки блока цилиндров. Стабильно работает уже более 6 лет. Текущее использование песчаного сердечника в холодной камере следующее: в зависимости от формы и размера песчаного сердечника, количество добавленного керамического песка составляет 30–50%, общее количество добавленной смолы составляет 1,2–1,8%, а предел прочности составляет 2,2-2,7 МПа. (Данные лабораторных испытаний образцов)
Краткое содержание
Чугунные детали блока цилиндров и головки содержат множество узких внутренних полостей, а температура заливки обычно составляет 1440-1500°C. Тонкостенная часть песчаного сердечника легко спекается под действием высокотемпературного расплавленного железа, например, расплавленного железа, проникающего в песчаный сердечник, или вызывает реакцию на границе раздела с образованием липкого песка. Огнеупорность керамического песка превышает 1800°C, между тем истинная плотность керамического песка относительно высока, кинетическая энергия частиц песка того же диаметра и скорости в 1,28 раза больше, чем у частиц кварцевого песка при стрельбе песком, что может увеличить плотность песчаных кернов.
Эти преимущества являются причинами, по которым использование керамического песка может решить проблему прилипания песка во внутренней полости отливок головки блока цилиндров.
Водяная рубашка, впускная и выпускная части блока цилиндров и головки блока цилиндров часто имеют дефекты с прожилками. Большое количество исследований и практики литья показали, что основной причиной прожилковых дефектов на поверхности отливки является фазовое расширение кварцевого песка, вызывающее термические напряжения, приводящие к образованию трещин на поверхности песчаного стержня, что приводит к расплавлению чугуна. склонность прожилок к проникновению в трещины возрастает, особенно при обработке в холодном боксе. Фактически, коэффициент теплового расширения кварцевого песка достигает 1,5%, тогда как коэффициент теплового расширения керамического песка составляет всего 0,13% (при нагревании при 1000°C в течение 10 минут). Возможность растрескивания на поверхности песчаного ядра очень мала из-за напряжения теплового расширения. Использование керамического песка в песчаных сердечниках блока цилиндров и головки блока цилиндров в настоящее время является простым и эффективным решением проблемы образования жилок.
Сложные, тонкостенные, длинные и узкие песчаные сердечники с водяной рубашкой головки блока цилиндров и песчаные сердечники с масляным каналом цилиндра требуют высокой прочности (включая устойчивость к высоким температурам) и ударной вязкости и в то же время требуют контроля газообразования из песка сердечника. Традиционно в основном используется процесс пескоструйной обработки. Использование керамического песка позволяет уменьшить количество смолы и добиться эффекта высокой прочности и низкого газообразования. Благодаря постоянному улучшению характеристик смолы и сырого песка, в последние годы процесс в холодном боксе все чаще заменяет часть процесса производства песка с покрытием, что значительно повышает эффективность производства и улучшает производственную среду.
2. Применение керамического песка для решения проблемы деформации песчаного ядра выхлопной трубы.
Выпускные коллекторы длительное время работают в высокотемпературных переменных условиях, а стойкость материалов к окислению при высоких температурах напрямую влияет на срок службы выпускных коллекторов. В последние годы в стране постоянно улучшаются стандарты выбросов автомобильных выхлопов, а применение каталитических технологий и технологии турбонаддува значительно увеличило рабочую температуру выпускного коллектора, достигнув более 750 °C. При дальнейшем улучшении характеристик двигателя будет повышаться и рабочая температура выпускного коллектора. В настоящее время обычно используется жаропрочная литая сталь, такая как ZG 40Cr22Ni10Si2 (JB/T 13044) и т. д., с температурой жаростойкости 950–1100°C.
Внутренняя полость выпускного коллектора, как правило, не должна иметь трещин, холодных замыканий, усадочных полостей, шлаковых включений и т. д., влияющих на производительность, а шероховатость внутренней полости должна быть не более Ra25. При этом существуют строгие и четкие регламенты отклонения толщины стенки трубы. В течение длительного времени проблема неравномерной толщины стенок и чрезмерного отклонения стенки трубы выпускного коллектора беспокоила многие литейные предприятия выпускных коллекторов.
Литейный завод впервые использовал песчаные стержни, покрытые кварцевым песком, для производства выпускных коллекторов из жаропрочной стали. Из-за высокой температуры заливки (1470-1550°С) песчаные стержни легко деформировались, что приводило к явлениям выхода за пределы допусков по толщине стенок труб. Хотя кварцевый песок подвергся высокотемпературному фазовому переходу, из-за влияния различных факторов он все еще не может преодолеть деформацию песчаного сердечника при высокой температуре, что приводит к широкому диапазону колебаний толщины стенки трубы. , а в тяжелых случаях он будет списан. Чтобы повысить прочность песчаного стержня и контролировать газообразование в песчаном сердечнике, было решено использовать песок, покрытый керамическим песком. Когда количество добавленной смолы было на 36% ниже, чем у песка, покрытого кварцевым песком, его прочность на изгиб при комнатной температуре и термическая прочность на изгиб увеличились на 51%, 67%, а количество газовыделения уменьшилось на 20%, что соответствует требованиям технологические требования высокой прочности и низкого газообразования.
На заводе для одновременной отливки используются песочные стержни, покрытые кварцевым песком, и песчаные стержни, покрытые керамическим песком, после очистки отливок проводятся анатомические проверки.
Если стержень изготовлен из песка, покрытого кварцевым песком, то отливки имеют неравномерную толщину стенки и тонкую стенку, толщина стенки составляет 3,0-6,2 мм; когда стержень изготовлен из керамического песка, покрытого песком, толщина стенок отливки одинакова, а толщина стенки составляет 4,4-4,6 мм. как показано на картинке
Песок с кварцевым песком
Керамический песок, покрытый песком
Песок с покрытием из керамического песка используется для изготовления сердечников, что исключает поломку песчаных сердечников, уменьшает деформацию песчаных сердечников, значительно повышает точность размеров проточного канала внутренней полости выпускного коллектора и уменьшает прилипание песка во внутренней полости, улучшая качество отливок и готовой продукции и добились значительных экономических выгод.
3. Нанесение керамического песка в корпус турбокомпрессора.
Рабочая температура на турбинной стороне корпуса турбокомпрессора обычно превышает 600°C, а в некоторых случаях даже достигает 950-1050°C. Материал оболочки должен быть устойчивым к высоким температурам и иметь хорошие литейные характеристики. Структура оболочки более компактна, толщина стенок тонкая и однородная, внутренняя полость чистая и т. д. Это чрезвычайно требовательно. В настоящее время корпус турбокомпрессора обычно изготавливается из жаропрочной стали (например, 1.4837 и 1.4849 немецкого стандарта DIN EN 10295), а также используется жаропрочный ковкий чугун (например, немецкий стандарт GGG SiMo, американский стандартный высоконикелевый аустенитный чугун с шаровидным графитом Д5С и др.).
Корпус турбокомпрессора двигателя 1,8 Т, материал: 1.4837, а именно GX40CrNiSi 25-12, основной химический состав (%): C: 0,3-0,5, Si: 1-2,5, Cr: 24-27, Mo: Max 0,5, Ni: 11 -14, температура заливки 1560 ℃. Сплав имеет высокую температуру плавления, большую степень усадки, сильную склонность к горячему растрескиванию и высокую сложность литья. К металлографической структуре отливок предъявляются строгие требования по остаточным карбидам и неметаллическим включениям, а также существуют особые нормативы по дефектам отливки. Чтобы обеспечить качество и эффективность производства отливок, в процессе формования применяется литье стержней с сердечниками из песчаной оболочки, покрытыми пленкой (а также с некоторыми стержнями в холодном и горячем ящиках). Первоначально использовался чистящий песок AFS50, а затем обожженный кварцевый песок, но в разной степени проявлялись такие проблемы, как налипание песка, заусенцы, термические трещины и поры во внутренней полости.
На основании исследований и испытаний завод решил использовать керамический песок. Первоначально закупили готовый песок с покрытием (100% керамический песок), а затем приобрели оборудование для регенерации и нанесения покрытия и постоянно оптимизировали процесс в ходе производственного процесса, используя керамический песок и очищающий песок для смешивания сырого песка. В настоящее время покрытый песок примерно реализуется в соответствии со следующей таблицей:
| Процесс пескоструйной обработки с керамическим покрытием для корпуса турбокомпрессора | ||||
| Размер песка | Доля керамического песка % | Добавление смолы % | Прочность на изгиб МПа | Выход газа мл/г |
| АФС50 | 30-50 | 1,6-1,9 | 6,5-8 | ≤12 |
На протяжении последних нескольких лет производственный процесс на этом заводе работает стабильно, качество отливок хорошее, а экономическая и экологическая польза замечательная. Краткое изложение следующее:
а. Использование керамического песка или смеси керамического песка и кварцевого песка для изготовления стержней устраняет такие дефекты, как прилипание песка, спекание, прожилки и термическое растрескивание отливок, а также обеспечивает стабильное и эффективное производство;
б. Литье стержней, высокая эффективность производства, низкое соотношение песка и железа (обычно не более 2: 1), меньший расход сырого песка и более низкие затраты;
в. Заливка керна способствует общей переработке и регенерации отходов песка, а термическая регенерация применяется равномерно для регенерации. Производительность регенерированного песка достигла уровня нового песка для очистки песка, что привело к снижению стоимости приобретения сырого песка и сокращению выбросов твердых отходов;
д. Необходимо часто проверять содержание керамического песка в регенерированном песке, чтобы определить количество добавленного нового керамического песка;
е. Керамический песок имеет круглую форму, хорошую текучесть и большую специфичность. При смешивании с кварцевым песком легко вызвать расслоение. При необходимости процесс съемки песка нужно скорректировать;
ф. При покрытии пленки старайтесь использовать качественную фенольную смолу и с осторожностью используйте различные добавки.
4. Нанесение керамического песка в головку блока цилиндров двигателя из алюминиевого сплава.
Легкие автомобили являются тенденцией развития автомобильной промышленности для повышения мощности автомобилей, снижения расхода топлива, уменьшения загрязнения выхлопными газами и защиты окружающей среды. В настоящее время отливки автомобильных двигателей (включая дизельные двигатели), такие как блоки цилиндров и головки цилиндров, обычно отливаются из алюминиевых сплавов, а процесс литья блоков цилиндров и головок цилиндров - при использовании песчаных стержней, гравитационного литья в металлические формы и низкого давления. кастинг (LPDC) являются наиболее представительными.
Процесс изготовления песчаного сердечника, песка с покрытием и холодного ящика для отливок блока цилиндров и головки из алюминиевого сплава более распространен, подходит для высокоточных и крупномасштабных производственных характеристик. Способ использования керамического песка аналогичен производству чугунной ГБЦ. Из-за низкой температуры заливки и небольшого удельного веса алюминиевого сплава, как правило, используется низкопрочный стержневой песок, например, песчаный стержень в холодном ящике на заводе, количество добавляемой смолы составляет 0,5-0,6%, а прочность на разрыв составляет 0,8-1,2 МПа. Требуется стержневой песок. Имеет хорошую сжимаемость. Использование керамического песка уменьшает количество добавляемой смолы и значительно улучшает разрушение песчаного стержня.
В последние годы с целью улучшения условий производства и повышения качества отливок проводится все больше исследований и применений неорганических связующих (в том числе модифицированного жидкого стекла, фосфатных связующих и др.). На рисунке ниже показана площадка литья на заводе, использующем головку блока цилиндров из керамического песка, неорганического связующего, песка из алюминиевого сплава.
Для изготовления сердечника на заводе используется неорганическое связующее из керамического песка, а количество добавляемого связующего составляет 1,8–2,2%. Благодаря хорошей текучести керамического песка стержень из песка плотный, поверхность цельная и гладкая, и в то же время количество газовыделения невелико, что значительно повышает выход отливок, улучшает сминаемость стержневого песка. , улучшает производственную среду и становится образцом экологически чистого производства.
Применение керамического песка в индустрии литья двигателей позволило повысить эффективность производства, улучшить рабочую среду, устранить дефекты литья и добиться значительных экономических выгод и хороших экологических выгод.
Промышленность по производству двигателей должна продолжать увеличивать регенерацию стержневого песка, дополнительно повышать эффективность использования керамического песка и сокращать выбросы твердых отходов.
С точки зрения эффекта и сферы применения керамический песок в настоящее время представляет собой литейный специальный песок с лучшими комплексными характеристиками и самым большим расходом в отрасли литья двигателей.
Время публикации: 27 марта 2023 г.
