ההרכב הכימי של חול קרמי הוא בעיקר Al2O3 ו- SiO2, והפאזה המינרלית של חול קרמי היא בעיקר פאזה קורונדום ופאזה מולליט, כמו גם כמות קטנה של פאזה אמורפית. העמידות של חול קרמי בדרך כלל גבוהה מ-1800 מעלות צלזיוס, והוא חומר עקשן אלומיניום-סיליקון בעל קשיות גבוהה.
מאפייני חול קרמי
● עמידות גבוהה;
● מקדם התפשטות תרמית קטן;
● מוליכות תרמית גבוהה;
● צורה כדורית משוערת, גורם זווית קטנה, נזילות טובה ויכולת קומפקטית;
● משטח חלק, ללא סדקים, ללא בליטות;
● חומר ניטרלי, מתאים ליציקת חומרי מתכת שונים;
● לחלקיקים חוזק גבוה ואינם נשברים בקלות;
● טווח גודל החלקיקים רחב, וניתן להתאים את הערבוב בהתאם לדרישות התהליך.
יישום חול קרמי ביציקות מנוע
1. השתמש בחול קרמי כדי לפתור את הווריד, הדבקת החול, הליבה השבורה ועיוות ליבת החול של ראש גליל ברזל יצוק
● בלוק צילינדר וראש צילינדר הם היציקות החשובות ביותר של המנוע
● צורת החלל הפנימי מורכבת, והדרישות לדיוק ממדי וניקיון החלל הפנימי גבוהות
● אצווה גדולה
על מנת להבטיח יעילות ייצור ואיכות המוצר,
● ייצור פס ייצור חול ירוק (בעיקר קו סטיילינג הידרוסטטי) משמש בדרך כלל.
● ליבות חול משתמשות בדרך כלל בתהליך חול מצופה בשרף (ליבת מעטפת), וכמה ליבות חול משתמשות בתהליך קופסה חמה.
● בשל הצורה המורכבת של ליבת החול של בלוק הצילינדר ויציקת הראש, לחלק מליבות החול יש שטח חתך קטן, החלק הדק ביותר של חלק מבלוקים של צילינדר וליבות מעיל מים עם ראש גליל הוא 3-3.5 מ"מ בלבד, ו יציאת החול צרה, ליבת החול לאחר היציקה מוקפת בברזל מותך בטמפרטורה גבוהה במשך זמן רב, קשה לנקות חול, ויש צורך בציוד ניקוי מיוחד וכו'. בעבר, כל חול הסיליקה שימש ליציקה ייצור, שגרם לבעיות הדבקת ורידים וחול ביציקות מעיל המים של בלוק צילינדר וראש צילינדר. דפורמציה של ליבה ובעיות ליבה שבורה הן נפוצות מאוד וקשות לפתרון.
על מנת לפתור בעיות כאלה, החל מסביבות 2010, כמה חברות יציקות מנועים מקומיות מוכרות, כגון FAW, Weichai, Shangchai, Shanxi Xinke וכו', החלו לחקור ולבדוק את היישום של חול קרמי לייצור בלוקים של צילינדר, מעילי מים עם ראש צילינדר, ומעברי שמן. ליבות חול שוות מבטלות או מפחיתות ביעילות פגמים כגון סינת חלל פנימי, הדבקת חול, עיוות ליבות חול וליבות שבורות.
בצע תמונות עשויות על ידי חול קרמי עם תהליך קופסה קרה.
מאז, חול קרצוף מעורב בחול קרמי מקודם בהדרגה בתהליכים של קופסא קרה וקופסה חמה, ומוחל על ליבות מעיל מים עם ראש צילינדר. זה נמצא בייצור יציב כבר יותר מ-6 שנים. השימוש הנוכחי בליבת חול הקופסה הקרה הוא: לפי הצורה והגודל של ליבת החול, כמות החול הקרמי הנוספת היא 30%-50%, הכמות הכוללת של השרף שנוספה היא 1.2%-1.8%, ו- חוזק מתיחה הוא 2.2-2.7 MPa. (נתוני בדיקת דגימת מעבדה)
תַקצִיר
חלקי ברזל יצוק של בלוק צילינדר וראש מכילים מבני חלל פנימיים צרים רבים, וטמפרטורת היציקה היא בדרך כלל בין 1440-1500 מעלות צלזיוס. החלק דק הדופן של ליבת החול מושחת בקלות תחת פעולת ברזל מותך בטמפרטורה גבוהה, כגון ברזל מותך החודר לתוך ליבת החול, או מייצר תגובת ממשק ליצירת חול דביק. עמידותו של חול קרמי גדולה מ-1800 מעלות צלזיוס, בינתיים, הצפיפות האמיתית של חול קרמי גבוהה יחסית, האנרגיה הקינטית של חלקיקי חול באותו קוטר ומהירות היא פי 1.28 מזו של חלקיקי חול סיליקה בעת ירי חול, שיכול להגדיל את הצפיפות של ליבות החול.
יתרונות אלו הם הסיבות לכך ששימוש בחול קרמי יכול לפתור את בעיית הדבקת החול בחלל הפנימי של יציקות ראש צילינדר.
מעטפת המים, חלקי היניקה והפליטה של בלוק הצילינדר וראש הצילינדר סובלים לרוב מפגמים בוורידים. מספר רב של מחקרים ושיטות יציקה הראו שהגורם השורשי לפגמי הוורידים על פני היציקה הוא התרחבות שינוי הפאזה של חול סיליקה, הגורם ללחץ תרמי המוביל לסדקים על פני ליבת החול, מה שגורם לברזל מותך. לחדור לתוך הסדקים, הנטייה של ורידים גדולה יותר במיוחד בתהליך ה-Cold Box. למעשה, שיעור ההתפשטות התרמית של חול סיליקה הוא עד 1.5%, בעוד ששיעור ההתפשטות התרמית של חול קרמי הוא רק 0.13% (מחומם ב-1000 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות). האפשרות של פיצוח היא קטנה מאוד איפה על פני השטח של ליבת החול עקב מתח התפשטות תרמית. השימוש בחול קרמי בליבת החול של בלוק הצילינדר וראש הצילינדר מהווה כיום פתרון פשוט ויעיל לבעיית הווריד.
מסובכות, דק דופן, ארוך וצר ליבות חול מעיל מים וליבות חול תעלת שמן צילינדר דורשות חוזק גבוה (כולל חוזק בטמפרטורה גבוהה) וקשיחות, ובמקביל צריך לשלוט ביצירת הגז של חול הליבה. באופן מסורתי, נעשה שימוש בעיקר בתהליך החול המצופה. השימוש בחול קרמי מפחית את כמות השרף ומשיג את ההשפעה של חוזק גבוה וייצור גזים נמוך. בשל השיפור המתמשך בביצועים של שרף וחול גולמי, תהליך הקופסה הקרה החליף יותר ויותר חלק מתהליך החול המצופה בשנים האחרונות, משפר מאוד את יעילות הייצור ושיפור סביבת הייצור.
2. יישום של חול קרמי כדי לפתור את הבעיה של עיוות ליבת חול של צינור הפליטה
סעפות פליטה פועלות בתנאים מתחלפים בטמפרטורה גבוהה במשך זמן רב, ועמידות החמצון של חומרים בטמפרטורות גבוהות משפיעה ישירות על חיי השירות של סעפות הפליטה. בשנים האחרונות, המדינה שיפרה ללא הרף את תקני הפליטה של פליטת רכב, והיישום של טכנולוגיה קטליטית וטכנולוגיית טורבו העלה משמעותית את טמפרטורת העבודה של סעפת הפליטה, והגיעה למעל 750 מעלות צלזיוס. עם שיפור נוסף של ביצועי המנוע, גם טמפרטורת העבודה של סעפת הפליטה תגדל. כיום, נעשה שימוש בדרך כלל בפלדה יצוקה עמידה בחום, כגון ZG 40Cr22Ni10Si2 (JB/T 13044) וכו', עם טמפרטורה עמידה בחום של 950°C-1100°C.
החלל הפנימי של סעפת הפליטה בדרך כלל נדרש להיות נקי מסדקים, סגירות קרות, חללי התכווצות, תכלילי סיגים וכו' המשפיעים על הביצועים, וחספוס החלל הפנימי נדרש להיות לא יותר מ-Ra25. יחד עם זאת, קיימות תקנות מחמירות וברורות על חריגה של עובי דופן הצינור. במשך זמן רב, הבעיה של עובי דופן לא אחיד וסטייה מופרזת של דופן צינור סעפת הפליטה פקדה הרבה בתי יציקה של סעפת פליטה.
בית יציקה השתמש לראשונה בליבות חול מצופה בחול סיליקה כדי לייצר סעפות פליטה מפלדה עמידות בחום. בשל טמפרטורת היציקה הגבוהה (1470-1550 מעלות צלזיוס), ליבות החול עומו בקלות, וכתוצאה מכך תופעות חריגות של סובלנות בעובי דופן הצינור. למרות שחול הסיליקה טופל בשינוי פאזה בטמפרטורה גבוהה, בשל השפעתם של גורמים שונים, הוא עדיין לא יכול להתגבר על העיוות של ליבת החול בטמפרטורה גבוהה, וכתוצאה מכך מגוון רחב של תנודות בעובי דופן הצינור , ובמקרים חמורים, הוא יבוטל. על מנת לשפר את חוזק ליבת החול ולשלוט ביצירת הגז של ליבת החול, הוחלט להשתמש בחול מצופה חול קרמי. כאשר כמות השרף שנוספה הייתה נמוכה ב-36% מזו של חול מצופה בחול סיליקה, חוזק הכיפוף שלו בטמפרטורת החדר וחוזק הכיפוף התרמי שלו גדל ב-51%, 67%, וכמות ייצור הגז מופחתת ב-20%, העומדת בדרישות דרישות תהליך של חוזק גבוה וייצור גז נמוך.
במפעל נעשה שימוש בליבות חול מצופה חול סיליקה ובליבות חול מצופה חול קרמי ליציקה סימולטנית, לאחר ניקוי היציקות מבצעים בדיקות אנטומיות.
אם הליבה עשויה חול מצופה חול סיליקה, ליציקות יש עובי דופן לא אחיד ודופן דק, ועובי הדופן הוא 3.0-6.2 מ"מ; כאשר הליבה עשויה חול מצופה חול קרמי, עובי הדופן של היציקה אחיד, ועובי הדופן הוא 4.4-4.6 מ"מ. כמו תמונה הבאה
חול מצופה חול סיליקה
חול מצופה חול קרמי
חול מצופה חול קרמי משמש לייצור ליבות, המבטל את שבירת ליבת החול, מפחית את דפורמציה של ליבת החול, משפר מאוד את דיוק הממדים של תעלת זרימת החלל הפנימי של סעפת הפליטה, ומפחית את הידבקות החול בחלל הפנימי, משפר את איכות יציקות ומוצרים מוגמרים שיעורו והשיגו יתרונות כלכליים משמעותיים.
3. יישום חול קרמי בבית מגדש טורבו
טמפרטורת העבודה בקצה הטורבינה של מעטפת מגדש הטורבו עולה בדרך כלל על 600 מעלות צלזיוס, וחלקן אף מגיעות ל-950-1050 מעלות צלזיוס. חומר המעטפת צריך להיות עמיד לטמפרטורות גבוהות ובעל ביצועי יציקה טובים. מבנה המעטפת קומפקטי יותר, עובי הדופן דק ואחיד, והחלל הפנימי נקי וכו', תובעני ביותר. כיום, בית מגדש הטורבו עשוי בדרך כלל מיציקת פלדה עמידה בחום (כגון 1.4837 ו-1.4849 של התקן הגרמני DIN EN 10295), וכן נעשה שימוש בברזל רקיע עמיד לחום (כגון התקן הגרמני GGG SiMo, האמריקאי ברזל נודולרי אוסטניטי סטנדרטי D5S וכו').
בית מגדש טורבו מנוע 1.8 T, חומר: 1.4837, כלומר GX40CrNiSi 25-12, הרכב כימי עיקרי (%): C: 0.3-0.5, Si: 1-2.5, Cr: 24-27, Mo: Max 0.5, Ni: 11 -14, טמפרטורת מזיגה 1560 ℃. לסגסוגת נקודת התכה גבוהה, קצב התכווצות גדול, נטייה חזקה לפיצוח חם וקושי יציקה גבוה. למבנה המטאלוגרפי של היציקה יש דרישות מחמירות לגבי שאריות קרבידים ותכלילים לא מתכתיים, ויש גם תקנות ספציפיות לגבי ליקויי יציקה. על מנת להבטיח את האיכות ויעילות הייצור של היציקות, תהליך היציקה מאמץ יציקת ליבה עם ליבות מעטפת חול מצופות בסרט (וכמה ליבות קופסה קרה וליבות קופסה חמה). בתחילה, נעשה שימוש בחול קרצוף AFS50, ולאחר מכן נעשה שימוש בחול סיליקה קלוי, אך בעיות כגון הדבקת חול, כתמים, סדקים תרמיים ונקבוביות בחלל הפנימי הופיעו בדרגות שונות.
על בסיס מחקר ובדיקות, החליט המפעל להשתמש בחול קרמי. רכשו בתחילה חול מצופה מוגמר (100% חול קרמי), ולאחר מכן רכשו ציוד התחדשות וציפוי, ויעלו באופן רציף את התהליך במהלך תהליך הייצור, השתמשו בחול קרמי ובחול קרצוף לערבוב חול גולמי. נכון לעכשיו, החול המצופה מיושם באופן גס לפי הטבלה הבאה:
| תהליך חול מצופה חול קרמי עבור בית מגדש טורבו | ||||
| גודל חול | אחוז חול קרמי | % תוספת שרף | חוזק כיפוף MPa | תפוקת גז ml/g |
| AFS50 | 30-50 | 1.6-1.9 | 6.5-8 | ≤12 |
במהלך השנים האחרונות, תהליך הייצור של מפעל זה מתנהל בצורה יציבה, איכות היציקות טובה והיתרונות הכלכליים והסביבתיים מרשימים. הסיכום הוא כדלקמן:
א. שימוש בחול קרמי, או שימוש בתערובת של חול קרמי וחול סיליקה לייצור ליבות, מבטל פגמים כמו הדבקת חול, סינטר, ורידים ופיצוח תרמי של יציקות, ומממש ייצור יציב ויעיל;
ב. יציקת ליבה, יעילות ייצור גבוהה, יחס חול-ברזל נמוך (בדרך כלל לא יותר מ-2:1), פחות צריכת חול גולמי ועלויות נמוכות יותר;
ג. יציקת הליבה תורמת למיחזור והתחדשות הכוללת של חול פסולת, והטיוב התרמי מאומץ באופן אחיד לצורך התחדשות. הביצועים של חול משוחזר הגיעו לרמה של חול חדש לקרצוף חול, אשר השיג אפקט של הפחתת עלות הרכישה של חול גולמי והפחתת הזרמת פסולת מוצקה;
ד. יש צורך לבדוק לעתים קרובות את תכולת החול הקרמי בחול המתחדש כדי לקבוע את כמות החול הקרמי החדש שנוספה;
ה. לחול קרמי צורה עגולה, נזילות טובה וספציפיות גדולה. כאשר מערבבים אותו עם חול סיליקה, קל לגרום להפרדה. במידת הצורך, יש להתאים את תהליך הירי בחול;
ו. בעת כיסוי הסרט, נסו להשתמש בשרף פנולי איכותי, והשתמש בתוספים שונים בזהירות.
4. יישום חול קרמי בראש צילינדר מסגסוגת אלומיניום מנוע
על מנת לשפר את כוחן של מכוניות, להפחית את צריכת הדלק, להפחית את זיהום הפליטה ולהגן על הסביבה, מכוניות קלות משקל הן מגמת הפיתוח של תעשיית הרכב. כיום, יציקות מנועי רכב (כולל מנוע דיזל), כגון בלוקי צילינדר וראשי צילינדר, יצוקים בדרך כלל עם סגסוגות אלומיניום, ותהליך היציקה של בלוקי צילינדר וראשי צילינדר, בעת שימוש בליבות חול, יציקת עובש מתכת ולחץ נמוך. הליהוק (LPDC) הם המייצגים ביותר.
תהליך ליבת החול, החול המצופה והקופסה הקרה של בלוק צילינדר מסגסוגת אלומיניום ויציקות ראש נפוצים יותר, מתאימים למאפייני ייצור בקנה מידה גבוה וברמת דיוק גבוהה. שיטת השימוש בחול קרמי דומה לייצור ראש צילינדר מברזל יצוק. בשל טמפרטורת היציקה הנמוכה והמשקל הסגולי הקטן של סגסוגת אלומיניום, בדרך כלל נעשה שימוש בחול ליבה בעל חוזק נמוך, כגון ליבת חול קופסה קרה במפעל, כמות השרף הנוספת היא 0.5-0.6% וחוזק המתיחה הוא 0.8-1.2 MPa. נדרש חול ליבה בעל יכולת קריסה טובה. השימוש בחול קרמי מפחית את כמות השרף הנוספת ומשפר מאוד את קריסת ליבת החול.
בשנים האחרונות, על מנת לשפר את סביבת הייצור ולשפר את איכות היציקות, יש יותר ויותר מחקרים ויישומים של קלסרים אנאורגניים (כולל זכוכית מים שונה, קושרי פוספט וכו'). התמונה למטה היא אתר היציקה של מפעל שמשתמש בחול קרמיקה אי-אורגני בליבת חול סגסוגת אלומיניום ראש צילינדר.
המפעל משתמש בקלסר אורגני של חול קרמי לייצור הליבה, וכמות הקלסר הנוספת היא 1.8 ~ 2.2%. בשל הנזילות הטובה של חול קרמי, ליבת החול צפופה, פני השטח שלם וחלק, ויחד עם זאת, כמות ייצור הגז קטנה, היא משפרת מאוד את תפוקת היציקות, משפרת את קריסת חול הליבה. , משפר את סביבת הייצור, והופך למודל של ייצור ירוק.
היישום של חול קרמי בתעשיית יציקת המנוע שיפרה את יעילות הייצור, שיפרה את סביבת העבודה, פתרה ליקויי יציקה והשיגה יתרונות כלכליים משמעותיים ויתרונות סביבתיים טובים.
תעשיית יציקת המנועים צריכה להמשיך להגביר את התחדשות חול הליבה, לשפר עוד יותר את יעילות השימוש בחול קרמי ולהפחית את פליטת פסולת מוצקה.
מנקודת המבט של אפקט השימוש והיקף השימוש, חול קרמי הוא כיום החול המיוחד ליציקה עם הביצועים המקיפים הטובים ביותר והצריכה הגדולה ביותר בתעשיית יציקת המנועים.
זמן פרסום: 27-3-2023
