La composición química de la arena cerámica es principalmente Al2O3 y SiO2, y la fase mineral de la arena cerámica es principalmente fase de corindón y fase de mullita, así como una pequeña cantidad de fase amorfa. La refractariedad de la arena cerámica es generalmente superior a 1800 °C y es un material refractario de aluminio y silicio de alta dureza.
Características de la arena cerámica
● Alta refractariedad;
● Pequeño coeficiente de expansión térmica;
● Alta conductividad térmica;
● Forma esférica aproximada, factor de ángulo pequeño, buena fluidez y capacidad compacta;
● Superficie lisa, sin grietas ni protuberancias;
● Material neutro, adecuado para diversos materiales metálicos de fundición;
● Las partículas tienen alta resistencia y no se rompen fácilmente;
● El rango de tamaño de partículas es amplio y la mezcla se puede personalizar según los requisitos del proceso.
Aplicación de arena cerámica en piezas fundidas de motores
1. Utilice arena cerámica para solucionar las vetas, la adherencia de arena, el núcleo roto y la deformación del núcleo de arena de la culata de cilindros de hierro fundido.
● El bloque de cilindros y la culata son las piezas fundidas más importantes del motor.
● La forma de la cavidad interior es compleja y los requisitos de precisión dimensional y limpieza de la cavidad interior son altos.
● lote grande
Para garantizar la eficiencia de la producción y la calidad del producto,
● Generalmente se utiliza la línea de producción de arena verde (principalmente línea de peinado hidrostática).
● Los núcleos de arena generalmente utilizan el proceso de caja fría y arena recubierta de resina (núcleo de concha), y algunos núcleos de arena utilizan el proceso de caja caliente.
● Debido a la forma compleja del núcleo de arena del bloque de cilindros y la pieza fundida de la culata, algunos núcleos de arena tienen un área de sección transversal pequeña, la parte más delgada de algunos bloques de cilindros y núcleos de camisa de agua de la culata mide solo 3-3,5 mm, y la salida de arena es estrecha, el núcleo de arena después de la fundición está rodeado por hierro fundido a alta temperatura durante mucho tiempo, es difícil limpiar la arena y se necesita equipo de limpieza especial, etc. En el pasado, toda la arena de sílice se usaba en la fundición. producción, lo que causó problemas de vetas y adherencia de arena en las piezas fundidas de la camisa de agua del bloque de cilindros y la culata de cilindros. Los problemas de deformación del núcleo y núcleo roto son muy comunes y difíciles de resolver.
Para resolver estos problemas, aproximadamente a partir de 2010, algunas empresas nacionales de fundición de motores reconocidas, como FAW, Weichai, Shangchai, Shanxi Xinke, etc., comenzaron a investigar y probar la aplicación de arena cerámica para producir bloques de cilindros. camisas de agua de culata y conductos de aceite. Los núcleos de arena iguales eliminan o reducen eficazmente defectos como la sinterización de la cavidad interna, la adherencia de la arena, la deformación del núcleo de arena y los núcleos rotos.
Las siguientes imágenes están hechas con arena cerámica con proceso de caja fría.
Desde entonces, la arena de fregado mixta con arena cerámica se ha promovido gradualmente en procesos de caja fría y caja caliente, y se ha aplicado a los núcleos de las camisas de agua de las culatas. Ha estado en producción estable durante más de 6 años. El uso actual del núcleo de arena de caja fría es: según la forma y el tamaño del núcleo de arena, la cantidad de arena cerámica añadida es del 30% al 50%, la cantidad total de resina añadida es del 1,2% al 1,8% y la La resistencia a la tracción es de 2,2 a 2,7 MPa. (Datos de pruebas de muestras de laboratorio)
Resumen
Las piezas de hierro fundido del bloque de cilindros y la culata contienen muchas estructuras de cavidades internas estrechas y la temperatura de vertido generalmente está entre 1440 y 1500 °C. La parte de paredes delgadas del núcleo de arena se sinteriza fácilmente bajo la acción del hierro fundido a alta temperatura, como el hierro fundido que se infiltra en el núcleo de arena, o produce una reacción de interfaz para formar arena pegajosa. La refractariedad de la arena cerámica es superior a 1800 °C, mientras tanto, la densidad real de la arena cerámica es relativamente alta, la energía cinética de las partículas de arena con el mismo diámetro y velocidad es 1,28 veces mayor que la de las partículas de arena de sílice cuando se dispara arena, lo que puede aumentar la densidad de los núcleos de arena.
Estas ventajas son las razones por las que el uso de arena cerámica puede resolver el problema de la arena pegada en la cavidad interior de las piezas fundidas de culatas.
La camisa de agua, las piezas de admisión y escape del bloque de cilindros y la culata a menudo tienen defectos en las vetas. Una gran cantidad de investigaciones y prácticas de fundición han demostrado que la causa fundamental de los defectos de vetas en la superficie de la fundición es la expansión por cambio de fase de la arena de sílice, lo que provoca que la tensión térmica provoque grietas en la superficie del núcleo de arena, lo que provoca hierro fundido. A penetrar en las grietas, la tendencia de las vetas es mayor especialmente en el proceso de caja fría. De hecho, la tasa de expansión térmica de la arena de sílice llega al 1,5%, mientras que la tasa de expansión térmica de la arena cerámica es solo del 0,13% (calentada a 1000°C durante 10 minutos). La posibilidad de agrietamiento es muy pequeña en la superficie del núcleo de arena debido al estrés de expansión térmica. El uso de arena cerámica en el núcleo de arena del bloque de cilindros y de la culata es actualmente una solución sencilla y eficaz al problema de las vetas.
Los núcleos de arena con camisa de agua de culata complicados, de paredes delgadas, largos y estrechos y los núcleos de arena de canal de aceite de cilindro requieren alta resistencia (incluida la resistencia a altas temperaturas) y tenacidad, y al mismo tiempo necesitan controlar la generación de gas de la arena del núcleo. Tradicionalmente se utiliza principalmente el proceso de arena recubierta. El uso de arena cerámica reduce la cantidad de resina y logra el efecto de alta resistencia y baja generación de gas. Debido a la mejora continua del rendimiento de la resina y la arena cruda, el proceso de caja fría ha reemplazado cada vez más parte del proceso de arena recubierta en los últimos años, lo que ha mejorado en gran medida la eficiencia de la producción y el entorno de producción.
2. Aplicación de arena cerámica para resolver el problema de la deformación del núcleo de arena del tubo de escape.
Los colectores de escape funcionan en condiciones alternas de alta temperatura durante mucho tiempo y la resistencia a la oxidación de los materiales a altas temperaturas afecta directamente la vida útil de los colectores de escape. En los últimos años, el país ha mejorado continuamente los estándares de emisiones de los gases de escape de los automóviles, y la aplicación de tecnología catalítica y de turbocompresor ha aumentado significativamente la temperatura de funcionamiento del colector de escape, superando los 750 °C. Con la mejora adicional del rendimiento del motor, también aumentará la temperatura de funcionamiento del colector de escape. En la actualidad, se utiliza generalmente acero fundido resistente al calor, como ZG 40Cr22Ni10Si2 (JB/T 13044), etc., con una temperatura resistente al calor de 950°C-1100°C.
Generalmente se requiere que la cavidad interior del colector de escape esté libre de grietas, cierres en frío, cavidades de contracción, inclusiones de escoria, etc. que afecten el rendimiento, y se requiere que la rugosidad de la cavidad interior no sea mayor que Ra25. Al mismo tiempo, existen normas estrictas y claras sobre la desviación del espesor de la pared de la tubería. Durante mucho tiempo, el problema del espesor desigual de la pared y la desviación excesiva de la pared del tubo del colector de escape ha afectado a muchas fundiciones de colectores de escape.
Una fundición utilizó por primera vez núcleos de arena recubiertos de arena de sílice para producir colectores de escape de acero resistentes al calor. Debido a la alta temperatura de vertido (1470-1550°C), los núcleos de arena se deformaban fácilmente, lo que provocaba fenómenos fuera de tolerancia en el espesor de la pared de la tubería. Aunque la arena de sílice ha sido tratada con cambio de fase a alta temperatura, debido a la influencia de varios factores, todavía no puede superar la deformación del núcleo de arena a alta temperatura, lo que resulta en una amplia gama de fluctuaciones en el espesor de la pared de la tubería. , y en casos severos, será descartado. Para mejorar la resistencia del núcleo de arena y controlar la generación de gas del núcleo de arena, se decidió utilizar arena recubierta de arena cerámica. Cuando la cantidad de resina agregada fue un 36% menor que la de la arena recubierta con arena de sílice, su resistencia a la flexión a temperatura ambiente y su resistencia a la flexión térmica aumentaron en un 51%, 67%, y la cantidad de generación de gas se redujo en un 20%, lo que cumple con los requisitos. Requisitos del proceso de alta resistencia y baja generación de gas.
La fábrica utiliza núcleos de arena recubiertos de arena de sílice y núcleos de arena recubiertos de cerámica para la fundición simultánea; después de limpiar las piezas fundidas, realizan inspecciones anatómicas.
Si el núcleo está hecho de arena recubierta de arena de sílice, las piezas fundidas tienen un espesor de pared desigual y una pared delgada, y el espesor de la pared es de 3,0 a 6,2 mm; cuando el núcleo está hecho de arena recubierta de arena cerámica, el espesor de la pared de la pieza fundida es uniforme y el espesor de la pared es de 4,4 a 4,6 mm. como sigue la imagen
Arena recubierta de arena de sílice
Arena recubierta de arena cerámica
La arena recubierta de arena cerámica se utiliza para fabricar núcleos, lo que elimina la rotura del núcleo de arena, reduce la deformación del núcleo de arena, mejora en gran medida la precisión dimensional del canal de flujo de la cavidad interna del colector de escape y reduce la adherencia de arena en la cavidad interna, mejorando la calidad de Las piezas fundidas y los productos terminados se tasan y logran importantes beneficios económicos.
3. Aplicación de arena cerámica en la carcasa del turbocompresor.
La temperatura de trabajo en el extremo de la turbina de la carcasa del turbocompresor generalmente excede los 600°C, y algunos incluso alcanzan los 950-1050°C. El material de la carcasa debe ser resistente a altas temperaturas y tener un buen rendimiento de fundición. La estructura de la carcasa es más compacta, el espesor de la pared es delgado y uniforme y la cavidad interior está limpia, etc., es extremadamente exigente. En la actualidad, la carcasa del turbocompresor generalmente está hecha de fundición de acero resistente al calor (como 1.4837 y 1.4849 de la norma alemana DIN EN 10295), y también se utiliza hierro dúctil resistente al calor (como la norma alemana GGG SiMo, la estadounidense hierro nodular austenítico estándar con alto contenido de níquel D5S, etc.).
Carcasa del turbocompresor de un motor 1,8 T, material: 1.4837, concretamente GX40CrNiSi 25-12, composición química principal (%): C: 0,3-0,5, Si: 1-2,5, Cr: 24-27, Mo: Max 0,5, Ni: 11 -14, temperatura de vertido 1560 ℃. La aleación tiene un alto punto de fusión, una gran tasa de contracción, una fuerte tendencia al agrietamiento en caliente y una alta dificultad de fundición. La estructura metalográfica de la fundición tiene requisitos estrictos sobre carburos residuales e inclusiones no metálicas, y también existen regulaciones específicas sobre defectos de fundición. Para garantizar la calidad y la eficiencia de producción de las piezas fundidas, el proceso de moldeo adopta núcleos de fundición con núcleos de arena recubiertos con película (y algunos núcleos de caja fría y caja caliente). Inicialmente, se utilizó arena de fregado AFS50 y luego arena de sílice tostada, pero aparecieron problemas como adherencia de arena, rebabas, grietas térmicas y poros en la cavidad interna en diversos grados.
Tras investigaciones y pruebas, la fábrica decidió utilizar arena cerámica. Inicialmente compró arena recubierta terminada (arena 100% cerámica) y luego compró equipos de regeneración y recubrimiento, y optimizó continuamente el proceso durante el proceso de producción, utilizó arena cerámica y arena de fregado para mezclar arena cruda. En la actualidad, la arena revestida se implementa de forma aproximada según la siguiente tabla:
| Proceso de arena recubierta de arena cerámica para carcasas de turbocompresores | ||||
| Tamaño de arena | Tasa de arena cerámica % | % de adición de resina | Resistencia a la flexión MPa | Salida de gas ml/g |
| AFS50 | 30-50 | 1.6-1.9 | 6.5-8 | ≤12 |
En los últimos años, el proceso de producción de esta planta ha funcionado de manera estable, la calidad de las piezas fundidas es buena y los beneficios económicos y ambientales son notables. El resumen es el siguiente:
a. El uso de arena cerámica, o el uso de una mezcla de arena cerámica y arena de sílice para fabricar núcleos, elimina defectos como la adherencia de la arena, la sinterización, las vetas y el agrietamiento térmico de las piezas fundidas, y logra una producción estable y eficiente;
b. Fundición de núcleos, alta eficiencia de producción, baja proporción arena-hierro (generalmente no más de 2:1), menor consumo de arena cruda y menores costos;
do. El vertido del núcleo favorece el reciclaje y la regeneración general de la arena residual, y la recuperación térmica se adopta de manera uniforme para la regeneración. El rendimiento de la arena regenerada ha alcanzado el nivel de la arena nueva para fregar arena, lo que ha logrado el efecto de reducir el costo de compra de arena cruda y reducir la descarga de desechos sólidos;
d. Es necesario verificar frecuentemente el contenido de arena cerámica en la arena regenerada para determinar la cantidad de arena cerámica nueva agregada;
mi. La arena cerámica tiene forma redonda, buena fluidez y gran especificidad. Cuando se mezcla con arena de sílice, es fácil provocar segregación. Si es necesario, es necesario ajustar el proceso de disparo de arena;
F. Al cubrir la película, intente utilizar resina fenólica de alta calidad y utilice varios aditivos con precaución.
4. Aplicación de arena cerámica en la culata de aleación de aluminio del motor.
Para mejorar la potencia de los automóviles, reducir el consumo de combustible, reducir la contaminación de los gases de escape y proteger el medio ambiente, los automóviles livianos son la tendencia de desarrollo de la industria automotriz. En la actualidad, las piezas fundidas de motores de automóviles (incluidos los motores diésel), como bloques y culatas de cilindros, generalmente se funden con aleaciones de aluminio, y el proceso de fundición de bloques y culatas de cilindros, cuando se utilizan núcleos de arena, fundición por gravedad en moldes metálicos y baja presión. casting (LPDC) son los más representativos.
El proceso de núcleo de arena, arena recubierta y caja fría para piezas fundidas de culata y bloque de cilindros de aleación de aluminio es más común y adecuado para características de producción a gran escala y de alta precisión. El método de utilización de arena cerámica es similar al de producción de culatas de hierro fundido. Debido a la baja temperatura de vertido y la pequeña gravedad específica de la aleación de aluminio, generalmente se utiliza arena para núcleos de baja resistencia, como un núcleo de arena de caja fría en una fábrica, la cantidad de resina agregada es del 0,5 al 0,6% y la resistencia a la tracción es 0,8-1,2 MPa. Se requiere arena central. Tiene buena colapsabilidad. El uso de arena cerámica reduce la cantidad de resina añadida y mejora enormemente el colapso del núcleo de arena.
En los últimos años, con el fin de mejorar el entorno de producción y mejorar la calidad de las piezas fundidas, cada vez hay más investigaciones y aplicaciones de aglutinantes inorgánicos (incluido el vidrio soluble modificado, aglutinantes de fosfato, etc.). La siguiente imagen es el sitio de fundición de una fábrica que utiliza arena cerámica, núcleo aglutinante inorgánico, arena y culata de aleación de aluminio.
La fábrica utiliza un aglutinante inorgánico de arena cerámica para fabricar el núcleo, y la cantidad de aglutinante agregado es del 1,8 al 2,2 %. Debido a la buena fluidez de la arena cerámica, el núcleo de arena es denso, la superficie es completa y lisa y, al mismo tiempo, la cantidad de generación de gas es pequeña, lo que mejora en gran medida el rendimiento de las piezas fundidas y mejora la colapsabilidad de la arena del núcleo. , mejora el entorno de producción y se convierte en un modelo de producción verde.
La aplicación de arena cerámica en la industria de fundición de motores ha mejorado la eficiencia de la producción, mejorado el entorno de trabajo, resuelto los defectos de fundición y logrado importantes beneficios económicos y buenos beneficios ambientales.
La industria de fundición de motores debería continuar aumentando la regeneración de arena central, mejorar aún más la eficiencia del uso de arena cerámica y reducir las emisiones de desechos sólidos.
Desde la perspectiva del efecto de uso y alcance de uso, la arena cerámica es actualmente la arena especial para fundición con mejor rendimiento integral y mayor consumo en la industria de fundición de motores.
Hora de publicación: 27 de marzo de 2023
