Kemijski sastav keramičkog pijeska uglavnom je Al2O3 i SiO2, a mineralna faza keramičkog pijeska je uglavnom korundna faza i mulitna faza, kao i mala količina amorfne faze. Vatrostalnost keramičkog pijeska općenito je veća od 1800°C, a to je aluminij-silicijev vatrostalni materijal visoke tvrdoće.
Karakteristike keramičkog pijeska
● Visoka vatrostalnost;
● Mali koeficijent toplinskog širenja;
● Visoka toplinska vodljivost;
● Približan sferni oblik, faktor malog kuta, dobra fluidnost i sposobnost kompaktnosti;
● Glatka površina, bez pukotina, bez neravnina;
● Neutralni materijal, pogodan za razne metalne materijale za lijevanje;
● Čestice imaju veliku čvrstoću i nije ih lako lomiti;
● Raspon veličine čestica je širok, a miješanje se može prilagoditi prema zahtjevima procesa.
Primjena keramičkog pijeska u odljevcima motora
1. Upotrijebite keramički pijesak za rješavanje problema s žilama, lijepljenjem pijeska, slomljenom jezgrom i deformacijom jezgre od pijeska na glavi cilindra od lijevanog željeza
● Blok cilindra i glava cilindra najvažniji su odljevci motora
● Oblik unutarnje šupljine je složen, a zahtjevi za točnost dimenzija i čistoću unutarnje šupljine su visoki
● Velika serija
Kako bi se osigurala učinkovitost proizvodnje i kvaliteta proizvoda,
● Općenito se koristi montažna linija za proizvodnju zelenog pijeska (uglavnom Hydrostatic linija za oblikovanje).
● Pješčane jezgre općenito koriste postupak hladne kutije i pijeska obložen smolom (ljuskasta jezgra), a neke pješčane jezgre koriste postupak vruće kutije.
● Zbog složenog oblika pješčane jezgre bloka cilindra i odljevka glave, neke pješčane jezgre imaju malu površinu poprečnog presjeka, najtanji dio nekih blokova cilindra i jezgri vodenog omotača glave cilindra je samo 3-3,5 mm, a izlaz pijeska je uzak, jezgra pijeska nakon lijevanja dugo je okružena rastaljenim željezom na visokoj temperaturi, teško je čistiti pijesak i potrebna je posebna oprema za čišćenje itd. U prošlosti se u lijevanju koristio sav silikatni pijesak proizvodnje, što je uzrokovalo probleme s venama i lijepljenjem pijeska u odljevcima vodenog omotača bloka cilindra i glave cilindra. Problemi s deformacijom jezgre i slomljenom jezgrom vrlo su česti i teško ih je riješiti.
Kako bi se riješili takvi problemi, počevši od otprilike 2010., neke poznate domaće tvrtke za lijevanje motora, kao što su FAW, Weichai, Shangchai, Shanxi Xinke itd., počele su istraživati i testirati primjenu keramičkog pijeska za proizvodnju blokova cilindra, vodeni omotači glave cilindra i uljni prolazi. Jednake pješčane jezgre učinkovito uklanjaju ili smanjuju nedostatke kao što su sinteriranje unutarnje šupljine, lijepljenje pijeska, deformacija pješčane jezgre i slomljene jezgre.
Slike koje slijede izrađene su od keramičkog pijeska hladnim postupkom.
Od tada se pijesak za čišćenje s miješanim keramičkim pijeskom postupno unapređuje u postupcima hladne i vruće komore, te se primjenjuje na jezgre vodenog omotača glave cilindra. U stabilnoj je proizvodnji više od 6 godina. Trenutna upotreba pješčane jezgre hladne kutije je: prema obliku i veličini pješčane jezgre, količina dodanog keramičkog pijeska je 30%-50%, ukupna količina dodane smole je 1,2%-1,8%, a vlačna čvrstoća je 2,2-2,7 MPa. (Podaci laboratorijskih ispitivanja uzoraka)
Sažetak
Dijelovi bloka cilindra i glave od lijevanog željeza sadrže mnoge uske unutarnje šupljine, a temperatura lijevanja je općenito između 1440-1500°C. Dio tankih stijenki pješčane jezgre lako se sinterira pod djelovanjem rastaljenog željeza na visokoj temperaturi, kao što je rastaljeno željezo koje se infiltrira u pješčanu jezgru, ili proizvodi međusklopnu reakciju da nastane ljepljivi pijesak. Vatrostalnost keramičkog pijeska veća je od 1800°C, dok je stvarna gustoća keramičkog pijeska relativno visoka, kinetička energija čestica pijeska istog promjera i brzine je 1,28 puta veća od čestica silikatnog pijeska prilikom pucanja pijeska, što može povećati gustoću jezgri pijeska.
Ove su prednosti razlozi zašto uporaba keramičkog pijeska može riješiti problem lijepljenja pijeska u unutarnjoj šupljini odljevaka glave cilindra.
Vodeni omotač, usisni i ispušni dijelovi bloka cilindra i glave cilindra često imaju defekte s žilama. Velik broj istraživanja i praksi lijevanja pokazao je da je temeljni uzrok nedostataka žila na površini odljevka fazna promjena ekspanzije silikatnog pijeska, što uzrokuje toplinski stres koji dovodi do pukotina na površini jezgre pijeska, što uzrokuje rastopljeno željezo da prodre u pukotine, sklonost žila je veća, posebno u hladnom postupku. Zapravo, toplinska ekspanzija silikatnog pijeska iznosi čak 1,5%, dok je toplinska ekspanzija keramičkog pijeska samo 0,13% (zagrijan na 1000°C 10 minuta). Mogućnost pucanja je vrlo mala na površini jezgre pijeska zbog naprezanja toplinskog širenja. Korištenje keramičkog pijeska u pješčanoj jezgri bloka cilindra i glave cilindra trenutno je jednostavno i učinkovito rješenje problema vezivanja.
Komplicirane, tanke stijenke, dugačke i uske jezgre vodenog omotača glave cilindra i jezgre pijeska cilindričnog uljnog kanala zahtijevaju visoku čvrstoću (uključujući čvrstoću pri visokim temperaturama) i žilavost, a u isto vrijeme potrebno je kontrolirati stvaranje plina pijeska jezgre. Tradicionalno se uglavnom koristi postupak premazanog pijeska. Upotrebom keramičkog pijeska smanjuje se količina smole i postiže učinak visoke čvrstoće i niskog stvaranja plina. Zbog stalnog poboljšanja performansi smole i sirovog pijeska, hladni postupak posljednjih godina sve više zamjenjuje dio procesa premazanog pijeska, uvelike poboljšavajući učinkovitost proizvodnje i poboljšavajući proizvodno okruženje.
2. Primjena keramičkog pijeska za rješavanje problema deformacije jezgre pijeska ispušne cijevi
Ispušni razvodnici dugo rade u izmjeničnim uvjetima visoke temperature, a otpornost materijala na oksidaciju pri visokim temperaturama izravno utječe na životni vijek ispušnih razvodnika. Posljednjih godina, zemlja je kontinuirano poboljšavala standarde emisije automobilskih ispušnih plinova, a primjena katalitičke tehnologije i tehnologije turbo punjenja značajno je povećala radnu temperaturu ispušne grane, dosežući iznad 750 °C. Daljnjim poboljšanjem performansi motora povećat će se i radna temperatura ispušne grane. Trenutačno se općenito koristi lijevani čelik otporan na toplinu, kao što je ZG 40Cr22Ni10Si2 (JB/T 13044) itd., s temperaturom otpornosti na toplinu od 950°C-1100°C.
Unutarnja šupljina ispušnog razvodnika općenito mora biti bez pukotina, hladnih zatvarača, šupljina skupljanja, troske itd. koji utječu na rad, a hrapavost unutarnje šupljine ne smije biti veća od Ra25. Istodobno, postoje strogi i jasni propisi o odstupanju debljine stijenke cijevi. Problem nejednake debljine stjenke i prevelikog odstupanja stijenke cijevi ispušne grane već duže vrijeme muči mnoge ljevaonice ispušne grane.
Ljevaonica je prva upotrijebila pješčane jezgre obložene silikatnim pijeskom za proizvodnju čeličnih ispušnih razvodnika otpornih na toplinu. Zbog visoke temperature izlijevanja (1470-1550°C), pješčane jezgre su se lako deformirale, što je rezultiralo fenomenom izvan tolerancije u debljini stijenke cijevi. Iako je silikatni pijesak tretiran visokotemperaturnom faznom promjenom, zbog utjecaja različitih čimbenika, još uvijek ne može prevladati deformaciju jezgre pijeska na visokoj temperaturi, što rezultira širokim rasponom fluktuacija u debljini stijenke cijevi. , au težim će slučajevima biti odbačen. Kako bi se poboljšala čvrstoća pješčane jezgre i kontroliralo stvaranje plina u pješčanoj jezgri, odlučeno je koristiti pijesak obložen keramičkim pijeskom. Kada je količina dodane smole bila 36% niža od one kod pijeska obloženog silikatnim pijeskom, njegova čvrstoća na savijanje pri sobnoj temperaturi i toplinska čvrstoća na savijanje povećale su se za 51%, 67%, a količina stvaranja plina smanjena je za 20%, što zadovoljava procesni zahtjevi visoke čvrstoće i niske proizvodnje plina.
Tvornica koristi pješčane jezgre obložene silicijevim dioksidom i pješčane jezgre obložene keramičkim pijeskom za istovremeno lijevanje, nakon čišćenja odljevaka provode anatomske preglede.
Ako je jezgra izrađena od pijeska obloženog silikatnim pijeskom, odljevci imaju nejednaku debljinu stijenke i tanku stijenku, a debljina stijenke je 3,0-6,2 mm; kada je jezgra izrađena od pijeska obloženog keramičkim pijeskom, debljina stijenke odljevka je ujednačena, a debljina stijenke je 4,4-4,6 mm. kao što slijedi slika
Pijesak obložen silikatnim pijeskom
Pijesak obložen keramičkim pijeskom
Pijesak obložen keramičkim pijeskom koristi se za izradu jezgri, što eliminira lomljenje jezgre pijeska, smanjuje deformaciju jezgre pijeska, uvelike poboljšava točnost dimenzija unutarnjeg kanala protoka šupljine ispušnog razvodnika i smanjuje lijepljenje pijeska u unutarnjoj šupljini, poboljšavajući kvalitetu odljevaka i gotovih proizvoda stopa i ostvarila značajne ekonomske koristi.
3. Primjena keramičkog pijeska u kućištu turbopunjača
Radna temperatura na turbinskom kraju kućišta turbopunjača općenito prelazi 600°C, a neke čak dosežu i 950-1050°C. Materijal ljuske mora biti otporan na visoke temperature i imati dobre performanse lijevanja. Struktura ljuske je kompaktnija, debljina stijenke je tanka i ujednačena, a unutarnja šupljina je čista, itd., izuzetno je zahtjevno. Trenutačno je kućište turbopunjača općenito izrađeno od čeličnog lijeva otpornog na toplinu (kao što su 1.4837 i 1.4849 njemačkog standarda DIN EN 10295), a također se koristi nodularno željezo otporno na toplinu (kao što je njemački standard GGG SiMo, američki standardni austenitni nodularni ljev s visokim sadržajem nikla D5S itd.).
Kućište turbopunjača motora 1,8 T, materijal: 1.4837, odnosno GX40CrNiSi 25-12, glavni kemijski sastav (%): C: 0,3-0,5, Si: 1-2,5, Cr: 24-27, Mo: Max 0,5, Ni: 11 -14, temperatura izlijevanja 1560 ℃. Legura ima visoko talište, visoku stopu skupljanja, jaku tendenciju vrućeg pucanja i veliku težinu lijevanja. Metalografska struktura odljevka ima stroge zahtjeve u pogledu zaostalih karbida i nemetalnih uključaka, a postoje i posebni propisi o greškama u lijevanju. Kako bi se osigurala kvaliteta i proizvodna učinkovitost odljevaka, proces kalupljenja usvaja jezgre odljevaka s filmom obloženim jezgrama pješčanih ljuski (i nekim hladnim i vrućim jezgrama). U početku je korišten pijesak za ribanje AFS50, a zatim je korišten prženi silikatni pijesak, ali problemi poput lijepljenja pijeska, neravnina, toplinskih pukotina i pora u unutarnjoj šupljini pojavili su se u različitim stupnjevima.
Na temelju istraživanja i testiranja tvornica se odlučila za keramički pijesak. U početku je kupljen gotovi obloženi pijesak (100% keramički pijesak), a zatim kupljena oprema za regeneraciju i premazivanje, te kontinuirano optimiziran proces tijekom proizvodnog procesa, korištenje keramičkog pijeska i pijeska za ribanje za miješanje sirovog pijeska. Trenutno se obloženi pijesak grubo primjenjuje prema sljedećoj tablici:
| Pješčani postupak obložen keramičkim pijeskom za kućište turbopunjača | ||||
| Veličina pijeska | Stopa keramičkog pijeska % | Dodatak smole % | Čvrstoća na savijanje MPa | Izlaz plina ml/g |
| AFS50 | 30-50 (prikaz, stručni). | 1,6-1,9 | 6.5-8 | ≤12 |
Posljednjih nekoliko godina proizvodni proces u ovom pogonu teče stabilno, kvaliteta odljevaka je dobra, a ekonomske i ekološke koristi su izuzetne. Sažetak je sljedeći:
a. Korištenje keramičkog pijeska ili korištenje mješavine keramičkog pijeska i silicijevog pijeska za izradu jezgri, eliminira nedostatke kao što su lijepljenje pijeska, sinteriranje, stvaranje žila i toplinsko pucanje odljevaka i ostvaruje stabilnu i učinkovitu proizvodnju;
b. Lijevanje jezgri, visoka učinkovitost proizvodnje, nizak omjer pijeska i željeza (općenito ne više od 2:1), manja potrošnja sirovog pijeska i niži troškovi;
c. Izlijevanje jezgre pogoduje ukupnom recikliranju i regeneraciji otpadnog pijeska, a termičko obnavljanje je jedinstveno usvojeno za regeneraciju. Performanse regeneriranog pijeska dostigle su razinu novog pijeska za čišćenje pijeska, čime je postignut učinak smanjenja nabavnih troškova sirovog pijeska i smanjenja ispuštanja krutog otpada;
d. Potrebno je često provjeravati sadržaj keramičkog pijeska u regeneriranom pijesku kako bi se odredila količina dodanog novog keramičkog pijeska;
e. Keramički pijesak je okruglog oblika, dobre fluidnosti i velike specifičnosti. Kada se pomiješa sa silikatnim pijeskom, lako je izazvati segregaciju. Ako je potrebno, potrebno je prilagoditi proces snimanja pijeska;
f. Prilikom prekrivanja filma nastojte koristiti visokokvalitetnu fenolnu smolu, a razne aditive koristite s oprezom.
4. Primjena keramičkog pijeska u glavi motora od aluminijske legure
Kako bi se poboljšala snaga automobila, smanjila potrošnja goriva, smanjilo zagađenje ispušnim plinovima i zaštitio okoliš, lagani automobili su trend razvoja automobilske industrije. Trenutačno se odljevci za automobilske motore (uključujući dizelske motore), kao što su blokovi cilindra i glave cilindra, općenito lijevaju s aluminijskim legurama, a proces lijevanja blokova cilindra i glava cilindra, kada se koriste jezgre od pijeska, gravitacijsko lijevanje u metalne kalupe i niskotlačni lijevanje (LPDC) su najreprezentativniji.
Pješčana jezgra, obloženi pijesak i proces hladne kutije bloka cilindra od aluminijske legure i odljevaka glave su češći, pogodni za karakteristike visoke preciznosti i velike proizvodnje. Metoda korištenja keramičkog pijeska slična je proizvodnji glave cilindra od lijevanog željeza. Zbog niske temperature izlijevanja i male specifične težine aluminijske legure, općenito se koristi pijesak male čvrstoće kao jezgra pijeska u hladnoj kutiji u tvornici, količina dodane smole je 0,5-0,6%, a vlačna čvrstoća je 0,8-1,2 MPa. Potreban je pijesak za jezgru. Ima dobru sposobnost sklapanja. Korištenje keramičkog pijeska smanjuje količinu dodane smole i uvelike poboljšava kolaps pješčane jezgre.
Posljednjih godina, u cilju poboljšanja proizvodnog okruženja i poboljšanja kvalitete odljevaka, sve je više istraživanja i primjene anorganskih veziva (uključujući modificirano vodeno staklo, fosfatna veziva itd.). Slika ispod prikazuje mjesto lijevanja tvornice koja koristi keramički pijesak, anorgansko vezivo, jezgra, pijesak, aluminijska legura, glava cilindra.
Tvornica koristi anorgansko vezivo od keramičkog pijeska za izradu jezgre, a količina dodanog veziva je 1,8~2,2%. Zbog dobre fluidnosti keramičkog pijeska, jezgra pijeska je gusta, površina je potpuna i glatka, a istovremeno je količina plina koja se stvara mala, što uvelike poboljšava iskorištenje odljevaka, poboljšava sklopivost pijeska jezgre , poboljšava proizvodno okruženje i postaje model zelene proizvodnje.
Primjena keramičkog pijeska u industriji lijevanja motora poboljšala je učinkovitost proizvodnje, poboljšala radnu okolinu, riješila nedostatke lijevanja i postigla značajne ekonomske koristi i dobrobiti za okoliš.
Industrija ljevaonica motora trebala bi nastaviti povećavati regeneraciju pijeska jezgre, dodatno poboljšati učinkovitost korištenja keramičkog pijeska i smanjiti emisije krutog otpada.
Iz perspektive učinka uporabe i opsega uporabe, keramički pijesak trenutno je specijalni pijesak za lijevanje s najboljom sveobuhvatnom izvedbom i najvećom potrošnjom u industriji lijevanja motora.
Vrijeme objave: 27. ožujka 2023
