A composição química da areia cerâmica é principalmente Al2O3 e SiO2, e a fase mineral da areia cerâmica é principalmente a fase corindo e a fase mulita, bem como uma pequena quantidade de fase amorfa. A refratariedade da areia cerâmica é geralmente superior a 1800°C e é um material refratário de alumínio-silício de alta dureza.
Características da areia cerâmica
● Alta refratariedade;
● Pequeno coeficiente de expansão térmica;
● Alta condutividade térmica;
● Formato esférico aproximado, fator angular pequeno, boa fluidez e capacidade compacta;
● Superfície lisa, sem rachaduras, sem saliências;
● Material neutro, adequado para diversos materiais metálicos fundidos;
● As partículas possuem alta resistência e não se quebram facilmente;
● A faixa de tamanho de partícula é ampla e a mistura pode ser personalizada de acordo com os requisitos do processo.
Aplicação de areia cerâmica em peças fundidas de motores
1. Use areia cerâmica para resolver veios, aderência de areia, núcleo quebrado e deformação do núcleo de areia da cabeça do cilindro de ferro fundido
● O bloco do cilindro e o cabeçote são as peças fundidas mais importantes do motor
● O formato da cavidade interna é complexo e os requisitos de precisão dimensional e limpeza da cavidade interna são elevados
● Lote grande
A fim de garantir a eficiência da produção e a qualidade do produto,
● Geralmente é utilizada a produção em linha de montagem de areia verde (principalmente linha de modelagem hidrostática).
● Núcleos de areia geralmente usam processo de caixa fria e areia revestida com resina (núcleo de casca), e alguns núcleos de areia usam processo de caixa quente.
● Devido ao formato complexo do núcleo de areia do bloco de cilindros e da fundição do cabeçote, alguns núcleos de areia têm uma pequena área de seção transversal, a parte mais fina de alguns blocos de cilindros e núcleos da camisa de água do cabeçote tem apenas 3-3,5 mm e a saída de areia é estreita, o núcleo de areia após a fundição é cercado por ferro fundido em alta temperatura por um longo tempo, é difícil limpar a areia e é necessário equipamento de limpeza especial, etc. produção, o que causou problemas de veias e aderência de areia nas peças fundidas da camisa de água do bloco de cilindros e do cabeçote. Problemas de deformação do núcleo e núcleo quebrado são muito comuns e difíceis de resolver.
Para resolver tais problemas, a partir de 2010, algumas conhecidas empresas nacionais de fundição de motores, como FAW, Weichai, Shangchai, Shanxi Xinke, etc., começaram a pesquisar e testar a aplicação de areia cerâmica para produzir blocos de cilindros, camisas de água da cabeça do cilindro e passagens de óleo. Núcleos de areia iguais eliminam ou reduzem efetivamente defeitos como sinterização da cavidade interna, aderência de areia, deformação do núcleo de areia e núcleos quebrados.
Seguem fotos feitas em areia cerâmica com processo cold box.
Desde então, a areia de lavagem misturada com areia cerâmica tem sido gradualmente promovida em processos de caixa fria e caixa quente, e aplicada aos núcleos da camisa de água da cabeça do cilindro. Está em produção estável há mais de 6 anos. O uso atual do núcleo de areia de caixa fria é: de acordo com a forma e tamanho do núcleo de areia, a quantidade de areia cerâmica adicionada é de 30% a 50%, a quantidade total de resina adicionada é de 1,2% a 1,8%, e o a resistência à tração é 2,2-2,7 MPa. (Dados de testes de amostra de laboratório)
Resumo
O bloco do cilindro e as peças de ferro fundido do cabeçote contêm muitas estruturas estreitas de cavidade interna e a temperatura de vazamento geralmente está entre 1440-1500°C. A parte de parede fina do núcleo de areia é facilmente sinterizada sob a ação do ferro fundido de alta temperatura, como o ferro fundido que se infiltra no núcleo de areia, ou produz reação de interface para formar areia pegajosa. A refratariedade da areia cerâmica é superior a 1800°C, enquanto isso, a verdadeira densidade da areia cerâmica é relativamente alta, a energia cinética das partículas de areia com o mesmo diâmetro e velocidade é 1,28 vezes maior que a das partículas de areia de sílica ao atirar areia, o que pode aumentar a densidade dos núcleos de areia.
Essas vantagens são as razões pelas quais o uso de areia cerâmica pode resolver o problema de aderência de areia na cavidade interna das peças fundidas do cabeçote.
A camisa de água, as peças de admissão e escape do bloco de cilindros e do cabeçote geralmente apresentam defeitos nos veios. Um grande número de pesquisas e práticas de fundição mostraram que a causa raiz dos defeitos dos veios na superfície da peça fundida é a expansão da areia de sílica por mudança de fase, que causa estresse térmico e leva a rachaduras na superfície do núcleo de areia, o que causa ferro fundido de penetrar nas fissuras, a tendência dos veios é maior principalmente no processo cold box. Na verdade, a taxa de expansão térmica da areia de sílica chega a 1,5%, enquanto a taxa de expansão térmica da areia cerâmica é de apenas 0,13% (aquecida a 1000°C por 10 minutos). A possibilidade de fissuração é muito pequena na superfície do núcleo de areia devido à tensão de expansão térmica. O uso de areia cerâmica no núcleo de areia do bloco de cilindros e cabeçote é atualmente uma solução simples e eficaz para o problema dos veios.
Núcleos de areia com camisa de água de cabeça de cilindro complicados, de paredes finas, longos e estreitos e núcleos de areia de canal de óleo de cilindro exigem alta resistência (incluindo resistência a altas temperaturas) e tenacidade e, ao mesmo tempo, precisam controlar a geração de gás da areia do núcleo. Tradicionalmente, o processo de areia revestida é mais utilizado. O uso de areia cerâmica reduz a quantidade de resina e consegue o efeito de alta resistência e baixa geração de gases. Devido à melhoria contínua do desempenho da resina e da areia bruta, o processo de caixa fria tem substituído cada vez mais parte do processo de areia revestida nos últimos anos, melhorando significativamente a eficiência da produção e melhorando o ambiente de produção.
2. Aplicação de areia cerâmica para resolver o problema de deformação do núcleo de areia do tubo de escape
Os coletores de escapamento funcionam por muito tempo em condições alternadas de alta temperatura, e a resistência à oxidação dos materiais em altas temperaturas afeta diretamente a vida útil dos coletores de escapamento. Nos últimos anos, o país melhorou continuamente os padrões de emissão dos gases de escape dos automóveis, e a aplicação da tecnologia catalítica e da tecnologia de turboalimentação aumentou significativamente a temperatura de trabalho do coletor de escape, atingindo acima de 750 °C. Com a melhoria adicional do desempenho do motor, a temperatura de trabalho do coletor de escape também aumentará. Atualmente, geralmente é usado aço fundido resistente ao calor, como ZG 40Cr22Ni10Si2 (JB/T 13044), etc., com uma temperatura resistente ao calor de 950°C-1100°C.
A cavidade interna do coletor de escape geralmente deve estar livre de rachaduras, fechamentos a frio, cavidades de contração, inclusões de escória, etc. que afetam o desempenho, e a rugosidade da cavidade interna não deve ser superior a Ra25. Ao mesmo tempo, existem regulamentos rigorosos e claros sobre o desvio da espessura da parede do tubo. Por muito tempo, o problema da espessura irregular da parede e do desvio excessivo da parede do tubo do coletor de escapamento tem atormentado muitas fundições de coletores de escapamento.
Uma fundição usou pela primeira vez núcleos de areia revestidos com areia de sílica para produzir coletores de escape de aço resistentes ao calor. Devido à alta temperatura de vazamento (1470-1550°C), os núcleos de areia foram facilmente deformados, resultando em fenômenos fora de tolerância na espessura da parede do tubo. Embora a areia de sílica tenha sido tratada com mudança de fase em alta temperatura, devido à influência de vários fatores, ela ainda não consegue superar a deformação do núcleo de areia em alta temperatura, resultando em uma ampla gama de flutuações na espessura da parede do tubo , e em casos graves, será descartado. A fim de melhorar a resistência do núcleo de areia e controlar a geração de gás do núcleo de areia, decidiu-se utilizar areia revestida com areia cerâmica. Quando a quantidade de resina adicionada foi 36% menor que a da areia revestida com areia de sílica, sua resistência à flexão à temperatura ambiente e resistência à flexão térmica aumentaram em 51%, 67%, e a quantidade de geração de gás foi reduzida em 20%, o que atende ao requisitos de processo de alta resistência e baixa geração de gás.
A fábrica utiliza núcleos de areia revestidos com areia de sílica e núcleos de areia revestidos com areia cerâmica para fundição simultânea, após a limpeza das peças fundidas, eles realizam inspeções anatômicas.
Se o núcleo for feito de areia revestida com areia de sílica, as peças fundidas têm espessura de parede irregular e parede fina, e a espessura da parede é de 3,0-6,2 mm; quando o núcleo é feito de areia revestida com areia cerâmica, a espessura da parede da peça fundida é uniforme e a espessura da parede é de 4,4-4,6 mm. como segue imagem
Areia revestida com areia de sílica
Areia revestida com areia cerâmica
Areia revestida com areia cerâmica é usada para fazer núcleos, o que elimina a quebra do núcleo de areia, reduz a deformação do núcleo de areia, melhora muito a precisão dimensional do canal de fluxo da cavidade interna do coletor de escape e reduz a aderência de areia na cavidade interna, melhorando a qualidade de a taxa de peças fundidas e produtos acabados e alcançou benefícios econômicos significativos.
3. Aplicação de areia cerâmica na carcaça do turboalimentador
A temperatura de trabalho na extremidade da turbina do turbocompressor geralmente excede 600°C, e alguns chegam até a 950-1050°C. O material da casca precisa ser resistente a altas temperaturas e ter bom desempenho de fundição. A estrutura da casca é mais compacta, a espessura da parede é fina e uniforme e a cavidade interna é limpa, etc., é extremamente exigente. Atualmente, a carcaça do turboalimentador é geralmente feita de fundição de aço resistente ao calor (como 1.4837 e 1.4849 da norma alemã DIN EN 10295), e também é usado ferro dúctil resistente ao calor (como o padrão alemão GGG SiMo, o americano ferro nodular austenítico padrão de alto níquel D5S, etc.).
Carcaça do turbocompressor do motor 1.8 T, material: 1.4837, ou seja, GX40CrNiSi 25-12, composição química principal (%): C: 0,3-0,5, Si: 1-2,5, Cr: 24-27, Mo: Max 0,5, Ni: 11 -14, temperatura de vazamento 1560 ℃. A liga tem um alto ponto de fusão, uma grande taxa de encolhimento, uma forte tendência à trinca a quente e alta dificuldade de fundição. A estrutura metalográfica da peça fundida possui requisitos rígidos sobre carbonetos residuais e inclusões não metálicas, e também existem regulamentações específicas sobre defeitos de fundição. A fim de garantir a qualidade e a eficiência da produção das peças fundidas, o processo de moldagem adota a fundição de núcleo com núcleos de casca de areia revestidos com filme (e alguns núcleos de caixa fria e de caixa quente). Inicialmente, foi usada areia de lavagem AFS50 e, em seguida, areia de sílica torrada, mas problemas como aderência de areia, rebarbas, rachaduras térmicas e poros na cavidade interna apareceram em graus variados.
Com base em pesquisas e testes, a fábrica decidiu utilizar areia cerâmica. Adquiriu inicialmente areia revestida acabada (areia 100% cerâmica) e, em seguida, adquiriu equipamentos de regeneração e revestimento e otimizou continuamente o processo durante o processo de produção, usando areia cerâmica e areia de lavagem para misturar areia bruta. Atualmente, a areia revestida é aproximadamente implementada de acordo com a tabela a seguir:
| Processo de areia revestida com areia cerâmica para carcaça do turbocompressor | ||||
| Tamanho da areia | Taxa de areia cerâmica% | % de adição de resina | Resistência à flexão MPa | Saída de gás ml/g |
| AFS50 | 30-50 | 1,6-1,9 | 6,5-8 | ≤12 |
Ao longo dos últimos anos, o processo de produção desta fábrica tem funcionado de forma estável, a qualidade das peças fundidas é boa e os benefícios económicos e ambientais são notáveis. O resumo é o seguinte:
um. O uso de areia cerâmica, ou o uso de uma mistura de areia cerâmica e areia de sílica para fazer núcleos, elimina defeitos como aderência de areia, sinterização, veios e rachaduras térmicas de peças fundidas, e realiza uma produção estável e eficiente;
b. Fundição de núcleo, alta eficiência de produção, baixa relação areia-ferro (geralmente não mais que 2:1), menor consumo de areia bruta e custos mais baixos;
c. O vazamento do núcleo conduz à reciclagem e regeneração geral da areia residual, e a recuperação térmica é adotada uniformemente para a regeneração. O desempenho da areia regenerada atingiu o nível da areia nova para lavagem de areia, o que conseguiu reduzir o custo de aquisição de areia bruta e reduzir a descarga de resíduos sólidos;
d. É necessário verificar frequentemente o teor de areia cerâmica na areia regenerada para determinar a quantidade de nova areia cerâmica adicionada;
e. A areia cerâmica tem formato redondo, boa fluidez e grande especificidade. Quando misturado com areia de sílica, é fácil causar segregação. Se necessário, o processo de disparo de areia precisa ser ajustado;
f. Ao cobrir o filme, tente usar resina fenólica de alta qualidade e use vários aditivos com cautela.
4. Aplicação de areia cerâmica na cabeça do cilindro de liga de alumínio do motor
A fim de melhorar a potência dos automóveis, reduzir o consumo de combustível, reduzir a poluição dos gases de escape e proteger o meio ambiente, os automóveis leves são a tendência de desenvolvimento da indústria automobilística. Atualmente, as peças fundidas de motores automotivos (incluindo motores a diesel), como blocos de cilindros e cabeçotes de cilindro, são geralmente fundidas com ligas de alumínio, e o processo de fundição de blocos de cilindros e cabeçotes de cilindro, ao usar núcleos de areia, fundição por gravidade em molde de metal e baixa pressão casting (LPDC) são os mais representativos.
O núcleo de areia, areia revestida e processo de caixa fria de bloco de cilindros de liga de alumínio e peças fundidas de cabeçote são mais comuns, adequados para características de produção de alta precisão e em grande escala. O método de utilização da areia cerâmica é semelhante ao da produção de cabeçotes de ferro fundido. Devido à baixa temperatura de vazamento e à pequena gravidade específica da liga de alumínio, geralmente é usada areia de núcleo de baixa resistência, como um núcleo de areia de caixa fria em uma fábrica, a quantidade de resina adicionada é de 0,5-0,6% e a resistência à tração é 0,8-1,2 MPa. Areia do núcleo é necessária. Tem boa colapsabilidade. O uso de areia cerâmica reduz a quantidade de resina adicionada e melhora muito o colapso do núcleo de areia.
Nos últimos anos, a fim de melhorar o ambiente de produção e melhorar a qualidade das peças fundidas, há cada vez mais pesquisas e aplicações de ligantes inorgânicos (incluindo vidro solúvel modificado, ligantes de fosfato, etc.). A imagem abaixo é o local de fundição de uma fábrica que usa cabeça de cilindro de liga de alumínio com núcleo de ligante inorgânico de areia cerâmica.
A fábrica usa aglutinante inorgânico de areia cerâmica para fazer o núcleo, e a quantidade de aglutinante adicionada é de 1,8 ~ 2,2%. Devido à boa fluidez da areia cerâmica, o núcleo de areia é denso, a superfície é completa e lisa e, ao mesmo tempo, a quantidade de geração de gás é pequena, melhora muito o rendimento das peças fundidas, melhora a colapsabilidade do núcleo areia , melhora o ambiente de produção e se torna um modelo de produção verde.
A aplicação de areia cerâmica na indústria de fundição de motores melhorou a eficiência da produção, melhorou o ambiente de trabalho, resolveu defeitos de fundição e alcançou benefícios econômicos significativos e bons benefícios ambientais.
A indústria de fundição de motores deve continuar a aumentar a regeneração da areia central, melhorar ainda mais a eficiência do uso da areia cerâmica e reduzir as emissões de resíduos sólidos.
Do ponto de vista do efeito de uso e do escopo de uso, a areia cerâmica é atualmente a areia especial de fundição com melhor desempenho abrangente e maior consumo na indústria de fundição de motores.
Horário da postagem: 27 de março de 2023
