La composizione chimica della sabbia ceramica è principalmente Al2O3 e SiO2, e la fase minerale della sabbia ceramica è principalmente fase corindone e fase mullite, oltre a una piccola quantità di fase amorfa. La refrattarietà della sabbia ceramica è generalmente superiore a 1800°C ed è un materiale refrattario in alluminio-silicio ad alta durezza.
Caratteristiche della sabbia ceramica
● Elevata refrattarietà;
● Piccolo coefficiente di dilatazione termica;
● Elevata conduttività termica;
● Forma approssimativamente sferica, fattore angolare piccolo, buona fluidità e capacità di compattazione;
● Superficie liscia, senza crepe, senza irregolarità;
● Materiale neutro, adatto a vari materiali metallici da fusione;
● Le particelle hanno un'elevata resistenza e non si rompono facilmente;
● La gamma di dimensioni delle particelle è ampia e la miscelazione può essere personalizzata in base ai requisiti del processo.
Applicazione della sabbia ceramica nei getti dei motori
1. Utilizzare la sabbia ceramica per risolvere le venature, l'adesione della sabbia, la rottura del nucleo e la deformazione del nucleo della sabbia della testata del cilindro in ghisa
● Il monoblocco e la testata sono le parti più importanti del motore
● La forma della cavità interna è complessa e i requisiti di precisione dimensionale e pulizia della cavità interna sono elevati
● Lotto di grandi dimensioni
Al fine di garantire l'efficienza produttiva e la qualità del prodotto,
● Viene generalmente utilizzata la catena di produzione in sabbia verde (principalmente linee di styling idrostatiche).
● Le anime in sabbia utilizzano generalmente il processo Cold Box e la sabbia rivestita in resina (anima in guscio), mentre alcune anime in sabbia utilizzano il processo Hot Box.
● A causa della forma complessa dell'anima in sabbia del blocco cilindri e della fusione della testata, alcune anime in sabbia hanno una piccola area di sezione trasversale, la parte più sottile di alcuni blocchi cilindri e anime della camicia d'acqua della testata è di soli 3-3,5 mm e l'uscita della sabbia è stretta, l'anima della sabbia dopo la fusione è circondata per lungo tempo da ferro fuso ad alta temperatura, è difficile pulire la sabbia e sono necessarie attrezzature speciali per la pulizia, ecc. In passato, tutta la sabbia silicea veniva utilizzata nella fusione produzione, che causava problemi di venature e incollaggi di sabbia nelle fusioni della camicia d'acqua del monoblocco e della testata. I problemi di deformazione e rottura del nucleo sono molto comuni e difficili da risolvere.
Per risolvere tali problemi, a partire dal 2010 circa, alcune note società nazionali di fusione di motori, come FAW, Weichai, Shangchai, Shanxi Xinke, ecc., hanno iniziato a ricercare e testare l'applicazione della sabbia ceramica per produrre blocchi cilindri, camicie d'acqua della testata e passaggi dell'olio. I nuclei di sabbia uguali eliminano o riducono efficacemente i difetti come la sinterizzazione della cavità interna, l'adesione della sabbia, la deformazione del nucleo di sabbia e i nuclei rotti.
Le seguenti immagini sono realizzate con sabbia ceramica con processo a scatola fredda.
Da allora, la sabbia di lavaggio mista con sabbia ceramica è stata gradualmente promossa nei processi cold box e hot box e applicata ai nuclei della camicia d'acqua della testata. È in produzione stabile da più di 6 anni. L'utilizzo attuale del nucleo di sabbia della scatola fredda è: a seconda della forma e delle dimensioni del nucleo di sabbia, la quantità di sabbia ceramica aggiunta è del 30%-50%, la quantità totale di resina aggiunta è dell'1,2%-1,8% e il la resistenza alla trazione è 2,2-2,7 MPa. (Dati dei test sui campioni di laboratorio)
Riepilogo
Le parti in ghisa del blocco cilindri e della testata contengono molte strutture di cavità interne strette e la temperatura di colata è generalmente compresa tra 1440 e 1500°C. La parte a parete sottile del nucleo di sabbia viene facilmente sinterizzata sotto l'azione del ferro fuso ad alta temperatura, come il ferro fuso che si infiltra nel nucleo di sabbia, o produce una reazione di interfaccia per formare sabbia appiccicosa. La refrattarietà della sabbia ceramica è maggiore di 1800°C, mentre la densità effettiva della sabbia ceramica è relativamente elevata, l'energia cinetica delle particelle di sabbia con lo stesso diametro e velocità è 1,28 volte quella delle particelle di sabbia silicea quando si spara sabbia, che può aumentare la densità dei nuclei di sabbia.
Questi vantaggi sono il motivo per cui l'uso della sabbia ceramica può risolvere il problema dell'incollamento della sabbia nella cavità interna delle fusioni delle testate.
La camicia d'acqua, le parti di aspirazione e scarico del blocco cilindri e della testata presentano spesso difetti di venatura. Un gran numero di ricerche e pratiche di fusione hanno dimostrato che la causa principale dei difetti delle venature sulla superficie della fusione è l'espansione del cambiamento di fase della sabbia silicea, che causa stress termico che porta a crepe sulla superficie del nucleo di sabbia, che causa ferro fuso a penetrare nelle fessure la tendenza delle venature è maggiore soprattutto nel processo cold box. Infatti, il tasso di espansione termica della sabbia silicea è pari all'1,5%, mentre il tasso di espansione termica della sabbia ceramica è solo dello 0,13% (riscaldata a 1000°C per 10 minuti). La possibilità di fessurazioni è molto ridotta sulla superficie dell'anima in sabbia a causa dello stress di dilatazione termica. L'uso della sabbia ceramica nell'anima in sabbia del monoblocco e della testata è attualmente una soluzione semplice ed efficace al problema delle venature.
I nuclei di sabbia con camicia d'acqua della testata cilindri complicati, a parete sottile, lunghi e stretti e i nuclei di sabbia con canale dell'olio del cilindro richiedono elevata resistenza (compresa la resistenza alle alte temperature) e tenacità e allo stesso tempo devono controllare la generazione di gas della sabbia del nucleo. Tradizionalmente viene utilizzato principalmente il processo con sabbia rivestita. L'uso della sabbia ceramica riduce la quantità di resina e ottiene l'effetto di elevata resistenza e bassa generazione di gas. Grazie al continuo miglioramento delle prestazioni della resina e della sabbia grezza, negli ultimi anni il processo Cold Box ha sostituito sempre più parte del processo con sabbia rivestita, migliorando notevolmente l'efficienza produttiva e l'ambiente di produzione.
2. Applicazione di sabbia ceramica per risolvere il problema della deformazione del nucleo di sabbia del tubo di scarico
I collettori di scarico funzionano a lungo in condizioni alternate di alta temperatura e la resistenza all'ossidazione dei materiali alle alte temperature influisce direttamente sulla durata dei collettori di scarico. Negli ultimi anni, il Paese ha migliorato costantemente gli standard di emissione degli scarichi automobilistici e l’applicazione della tecnologia catalitica e della tecnologia di turbocompressione ha aumentato significativamente la temperatura di esercizio del collettore di scarico, raggiungendo oltre i 750 °C. Con l'ulteriore miglioramento delle prestazioni del motore, aumenterà anche la temperatura di esercizio del collettore di scarico. Attualmente viene generalmente utilizzato acciaio fuso resistente al calore, come ZG 40Cr22Ni10Si2 (JB/T 13044), ecc., con una temperatura resistente al calore di 950°C-1100°C.
La cavità interna del collettore di scarico deve generalmente essere esente da crepe, chiusure fredde, cavità di ritiro, inclusioni di scorie, ecc. che influiscono sulle prestazioni e la rugosità della cavità interna non deve essere superiore a Ra25. Allo stesso tempo esistono norme severe e chiare sulla deviazione dello spessore della parete del tubo. Per molto tempo, il problema dello spessore irregolare delle pareti e dell'eccessiva deviazione della parete del tubo del collettore di scarico ha afflitto molte fonderie di collettori di scarico.
Una fonderia ha utilizzato per la prima volta nuclei di sabbia rivestiti con sabbia silicea per produrre collettori di scarico in acciaio resistenti al calore. A causa dell'elevata temperatura di colata (1470-1550°C), le anime di sabbia si deformavano facilmente, provocando fenomeni di fuori tolleranza nello spessore delle pareti del tubo. Sebbene la sabbia silicea sia stata trattata con cambiamento di fase ad alta temperatura, a causa dell'influenza di vari fattori, non è ancora in grado di superare la deformazione del nucleo di sabbia ad alta temperatura, con conseguente ampia gamma di fluttuazioni nello spessore della parete del tubo e nei casi più gravi verrà demolito. Per migliorare la resistenza del nucleo di sabbia e controllare la generazione di gas del nucleo di sabbia, si è deciso di utilizzare sabbia rivestita di sabbia ceramica. Quando la quantità di resina aggiunta era inferiore del 36% rispetto a quella della sabbia rivestita con sabbia silicea, la sua resistenza alla flessione a temperatura ambiente e alla flessione termica è aumentata del 51%, 67% e la quantità di generazione di gas è ridotta del 20%, il che soddisfa i requisiti requisiti di processo di elevata resistenza e bassa generazione di gas.
La fabbrica utilizza nuclei di sabbia rivestiti con sabbia di silice e nuclei di sabbia rivestiti con sabbia ceramica per la fusione simultanea, dopo aver pulito i pezzi fusi, effettuano ispezioni anatomiche.
Se l'anima è costituita da sabbia rivestita di sabbia silicea, i pezzi fusi hanno uno spessore di parete irregolare e sottile e lo spessore della parete è compreso tra 3,0 e 6,2 mm; quando l'anima è costituita da sabbia rivestita di sabbia ceramica, lo spessore della parete del pezzo fuso è uniforme e lo spessore della parete è 4,4-4,6 mm. come segue l'immagine
Sabbia rivestita di sabbia silicea
Sabbia rivestita in sabbia ceramica
La sabbia rivestita di sabbia ceramica viene utilizzata per realizzare nuclei, il che elimina la rottura del nucleo di sabbia, riduce la deformazione del nucleo di sabbia, migliora notevolmente la precisione dimensionale del canale di flusso della cavità interna del collettore di scarico e riduce l'adesione della sabbia nella cavità interna, migliorando la qualità di il tasso di getti e prodotti finiti e ha ottenuto notevoli vantaggi economici.
3. Applicazione di sabbia ceramica nell'alloggiamento del turbocompressore
La temperatura di esercizio all'estremità della turbina del corpo del turbocompressore supera generalmente i 600°C e alcuni raggiungono addirittura i 950-1050°C. Il materiale del guscio deve essere resistente alle alte temperature e avere buone prestazioni di lancio. La struttura del guscio è più compatta, lo spessore delle pareti è sottile e uniforme e la cavità interna è pulita, ecc., È estremamente impegnativo. Attualmente, l'alloggiamento del turbocompressore è generalmente realizzato in fusione di acciaio resistente al calore (come 1.4837 e 1.4849 della norma tedesca DIN EN 10295) e viene utilizzata anche ghisa duttile resistente al calore (come la norma tedesca GGG SiMo, la norma americana ferro nodulare austenitico standard ad alto contenuto di nichel D5S, ecc.).
Alloggiamento del turbocompressore motore da 1,8 T, materiale: 1.4837, ovvero GX40CrNiSi 25-12, composizione chimica principale (%): C: 0,3-0,5, Si: 1-2,5, Cr: 24-27, Mo: Max 0,5, Ni: 11 -14, temperatura di versamento 1560 ℃. La lega ha un elevato punto di fusione, un elevato tasso di ritiro, una forte tendenza alla fessurazione a caldo ed elevata difficoltà di colata. La struttura metallografica della fusione ha requisiti severi sui carburi residui e sulle inclusioni non metalliche, inoltre esistono norme specifiche sui difetti di fusione. Al fine di garantire la qualità e l'efficienza produttiva dei getti, il processo di stampaggio adotta nuclei di fusione con nuclei di sabbia rivestiti con film (e alcuni nuclei di scatola fredda e scatola calda). Inizialmente è stata utilizzata sabbia di lavaggio AFS50, quindi è stata utilizzata sabbia di silice tostata, ma problemi quali adesione della sabbia, bave, crepe termiche e pori nella cavità interna sono comparsi a vari livelli.
Sulla base di ricerche e test, la fabbrica ha deciso di utilizzare sabbia ceramica. Inizialmente ho acquistato sabbia rivestita finita (100% sabbia ceramica), quindi ho acquistato attrezzature per la rigenerazione e il rivestimento e ho ottimizzato continuamente il processo durante il processo di produzione, utilizzando sabbia ceramica e sabbia di lavaggio per mescolare la sabbia grezza. Attualmente la sabbia rivestita viene realizzata approssimativamente secondo la seguente tabella:
| Processo di sabbia rivestita in ceramica per alloggiamento del turbocompressore | ||||
| Dimensione della sabbia | Tasso di sabbia ceramica % | Aggiunta di resina% | Resistenza alla flessione MPa | Portata gas ml/g |
| AFS50 | 30-50 | 1.6-1.9 | 6.5-8 | ≤12 |
Negli ultimi anni, il processo di produzione di questo impianto ha funzionato in modo stabile, la qualità dei getti è buona e i vantaggi economici e ambientali sono notevoli. Il riassunto è il seguente:
UN. L'utilizzo della sabbia ceramica, o l'utilizzo di una miscela di sabbia ceramica e sabbia silicea per realizzare nuclei, elimina difetti come l'adesione della sabbia, la sinterizzazione, le venature e la fessurazione termica dei pezzi fusi e realizza una produzione stabile ed efficiente;
B. Fusione del nucleo, elevata efficienza produttiva, basso rapporto sabbia-ferro (generalmente non superiore a 2:1), minor consumo di sabbia grezza e costi inferiori;
C. Il getto del nucleo favorisce il riciclaggio e la rigenerazione complessivi della sabbia di scarto e la rigenerazione termica viene adottata in modo uniforme per la rigenerazione. Le prestazioni della sabbia rigenerata hanno raggiunto il livello della nuova sabbia per il lavaggio della sabbia, che ha ottenuto l'effetto di ridurre il costo di acquisto della sabbia grezza e di ridurre lo scarico di rifiuti solidi;
D. È necessario controllare frequentemente il contenuto di sabbia ceramica nella sabbia rigenerata per determinare la quantità di nuova sabbia ceramica aggiunta;
e. La sabbia ceramica ha forma rotonda, buona fluidità e grande specificità. Se miscelato con sabbia silicea, è facile provocare segregazione. Se necessario, il processo di sparo della sabbia deve essere modificato;
F. Quando si copre la pellicola, provare a utilizzare resina fenolica di alta qualità e utilizzare con cautela i vari additivi.
4. Applicazione di sabbia ceramica nella testata del cilindro in lega di alluminio del motore
Al fine di migliorare la potenza delle automobili, ridurre il consumo di carburante, ridurre l'inquinamento dei gas di scarico e proteggere l'ambiente, le automobili leggere sono la tendenza di sviluppo dell'industria automobilistica. Attualmente, i pezzi fusi dei motori automobilistici (compresi i motori diesel), come i blocchi cilindri e le testate, sono generalmente fusi con leghe di alluminio, e il processo di fusione dei blocchi cilindri e delle testate, quando si utilizzano nuclei di sabbia, fusione per gravità in stampi metallici e bassa pressione casting (LPDC) sono i più rappresentativi.
Il processo con anima in sabbia, sabbia rivestita e scatola fredda del blocco cilindri in lega di alluminio e dei pezzi fusi della testata è più comune, adatto per caratteristiche di produzione di alta precisione e su larga scala. Il metodo di utilizzo della sabbia ceramica è simile alla produzione della testata del cilindro in ghisa. A causa della bassa temperatura di colata e del basso peso specifico della lega di alluminio, generalmente viene utilizzata sabbia a nucleo a bassa resistenza, come un nucleo di sabbia a scatola fredda in una fabbrica, la quantità di resina aggiunta è dello 0,5-0,6% e la resistenza alla trazione è 0,8-1,2 MPa. È necessaria la sabbia di nucleo. Ha una buona collassabilità. L'uso della sabbia ceramica riduce la quantità di resina aggiunta e migliora notevolmente il collasso del nucleo di sabbia.
Negli ultimi anni, al fine di migliorare l'ambiente di produzione e migliorare la qualità dei getti, ci sono sempre più ricerche e applicazioni di leganti inorganici (incluso vetro solubile modificato, leganti fosfatici, ecc.). L'immagine seguente è il sito di fusione di una fabbrica che utilizza testata in lega di alluminio con sabbia ceramica, legante inorganico e sabbia.
La fabbrica utilizza un legante inorganico di sabbia ceramica per realizzare il nucleo e la quantità di legante aggiunta è dell'1,8~2,2%. Grazie alla buona fluidità della sabbia ceramica, il nucleo della sabbia è denso, la superficie è completa e liscia e, allo stesso tempo, la quantità di generazione di gas è ridotta, migliora notevolmente la resa dei getti, migliora la collassabilità della sabbia del nucleo , migliora l'ambiente produttivo e diventa un modello di produzione verde.
L'applicazione della sabbia ceramica nel settore della fusione dei motori ha migliorato l'efficienza produttiva, migliorato l'ambiente di lavoro, risolto i difetti di fusione e ottenuto notevoli vantaggi economici e buoni benefici ambientali.
L’industria della fonderia di motori dovrebbe continuare ad aumentare la rigenerazione delle anime di sabbia, migliorare ulteriormente l’efficienza d’uso della sabbia ceramica e ridurre le emissioni di rifiuti solidi.
Dal punto di vista dell'effetto e dell'ambito di utilizzo, la sabbia ceramica è attualmente la sabbia speciale da colata con le migliori prestazioni complete e il maggior consumo nel settore della fusione dei motori.
Orario di pubblicazione: 27 marzo 2023
