Die chemische Zusammensetzung von Keramiksand besteht hauptsächlich aus Al2O3 und SiO2, und die Mineralphase von Keramiksand besteht hauptsächlich aus Korundphase und Mullitphase sowie einer kleinen Menge amorpher Phase. Die Feuerfestigkeit von Keramiksand liegt im Allgemeinen bei mehr als 1800 °C und es handelt sich um ein feuerfestes Aluminium-Silizium-Material mit hoher Härte.
Eigenschaften von Keramiksand
● Hohe Feuerfestigkeit;
● Kleiner Wärmeausdehnungskoeffizient;
● Hohe Wärmeleitfähigkeit;
● Annähernd Kugelform, kleiner Winkelfaktor, gute Fließfähigkeit und Kompaktheit;
● Glatte Oberfläche, keine Risse, keine Beulen;
● Neutrales Material, geeignet für verschiedene Gussmetallmaterialien;
● Die Partikel haben eine hohe Festigkeit und sind nicht leicht zu zerbrechen;
● Der Partikelgrößenbereich ist groß und die Mischung kann je nach Prozessanforderungen individuell angepasst werden.
Anwendung von Keramiksand in Motorgussteilen
1. Verwenden Sie Keramiksand, um Äderungen, Sandanhaftungen, gebrochene Kerne und Sandkernverformungen am Zylinderkopf aus Gusseisen zu beseitigen
● Zylinderblock und Zylinderkopf sind die wichtigsten Gussteile des Motors
● Die Form des inneren Hohlraums ist komplex und die Anforderungen an Maßhaltigkeit und Sauberkeit des inneren Hohlraums sind hoch
● Große Charge
Um Produktionseffizienz und Produktqualität sicherzustellen,
● Im Allgemeinen wird Grünsand (hauptsächlich hydrostatische Stylinglinie) am Fließband produziert.
● Sandkerne verwenden im Allgemeinen das Cold-Box- und harzbeschichtete Sandverfahren (Schalenkern), und einige Sandkerne verwenden das Hot-Box-Verfahren.
● Aufgrund der komplexen Form des Sandkerns des Zylinderblocks und des Kopfgussteils haben einige Sandkerne eine kleine Querschnittsfläche, der dünnste Teil einiger Zylinderblöcke und Zylinderkopf-Wassermantelkerne beträgt nur 3–3,5 mm Der Sandauslass ist eng, der Sandkern ist nach dem Gießen lange Zeit von geschmolzenem Hochtemperatureisen umgeben, es ist schwierig, den Sand zu reinigen, und es sind spezielle Reinigungsgeräte erforderlich usw. In der Vergangenheit wurde beim Gießen ausschließlich Quarzsand verwendet Produktion, was zu Problemen mit Adern und Sandanhaftungen in den Wassermantelgussteilen von Zylinderblock und Zylinderkopf führte. Probleme mit Kernverformungen und Kernbrüchen kommen sehr häufig vor und sind schwer zu lösen.
Um solche Probleme zu lösen, begannen einige bekannte inländische Motorengussunternehmen wie FAW, Weichai, Shangchai, Shanxi Xinke usw. ab etwa 2010, die Anwendung von Keramiksand zur Herstellung von Zylinderblöcken zu erforschen und zu testen. Zylinderkopf-Wassermäntel und Ölkanäle. Gleiche Sandkerne beseitigen oder reduzieren wirksam Defekte wie das Sintern des inneren Hohlraums, das Anhaften von Sand, die Verformung des Sandkerns und gebrochene Kerne.
Die folgenden Bilder werden aus Keramiksand im Cold-Box-Verfahren hergestellt.
Seitdem wurde der mit Keramiksand gemischte Scheuersand nach und nach in Cold-Box- und Hot-Box-Verfahren gefördert und auf Zylinderkopf-Wassermantelkerne aufgetragen. Es ist seit mehr als 6 Jahren in stabiler Produktion. Die aktuelle Verwendung des Cold-Box-Sandkerns ist: Je nach Form und Größe des Sandkerns beträgt die Menge an zugesetztem Keramiksand 30–50 %, die Gesamtmenge an zugesetztem Harz beträgt 1,2–1,8 % und die Die Zugfestigkeit beträgt 2,2–2,7 MPa. (Laborprobentestdaten)
Zusammenfassung
Gusseisenteile von Zylinderblock und Kopf enthalten viele enge innere Hohlraumstrukturen und die Gießtemperatur liegt im Allgemeinen zwischen 1440 und 1500 °C. Der dünnwandige Teil des Sandkerns sintert leicht unter der Einwirkung von Hochtemperatur-Eisenschmelze, z. B. wenn geschmolzenes Eisen in den Sandkern eindringt, oder führt zu einer Grenzflächenreaktion unter Bildung von klebrigem Sand. Die Feuerfestigkeit von Keramiksand liegt bei mehr als 1800 °C, während die tatsächliche Dichte von Keramiksand relativ hoch ist. Die kinetische Energie von Sandpartikeln mit dem gleichen Durchmesser und der gleichen Geschwindigkeit beträgt beim Sandschießen das 1,28-fache der von Quarzsandpartikeln, was möglich ist Erhöhen Sie die Dichte der Sandkerne.
Diese Vorteile sind der Grund dafür, dass die Verwendung von Keramiksand das Problem des Sandanhaftens im inneren Hohlraum von Zylinderkopfgussteilen lösen kann.
Der Wassermantel, die Einlass- und Auslassteile des Zylinderblocks und des Zylinderkopfs weisen häufig Aderungsfehler auf. Zahlreiche Untersuchungen und Gießverfahren haben gezeigt, dass die Hauptursache für die Maserungsfehler auf der Gussoberfläche die Phasenwechselausdehnung von Quarzsand ist, die thermische Spannungen verursacht und zu Rissen auf der Oberfläche des Sandkerns führt, was zu geschmolzenem Eisen führt Besonders beim Cold-Box-Verfahren ist die Neigung der Adern, in die Risse einzudringen, größer. Tatsächlich beträgt die Wärmeausdehnungsrate von Quarzsand bis zu 1,5 %, während die Wärmeausdehnungsrate von Keramiksand nur 0,13 % beträgt (10 Minuten lang auf 1000 °C erhitzt). Die Möglichkeit einer Rissbildung an der Oberfläche des Sandkerns ist aufgrund der thermischen Ausdehnungsspannung sehr gering. Die Verwendung von Keramiksand im Sandkern von Zylinderblock und Zylinderkopf ist derzeit eine einfache und wirksame Lösung für das Problem der Blattaderbildung.
Komplizierte, dünnwandige, lange und schmale Zylinderkopf-Wassermantel-Sandkerne und Zylinderölkanal-Sandkerne erfordern eine hohe Festigkeit (einschließlich Hochtemperaturfestigkeit) und Zähigkeit und müssen gleichzeitig die Gaserzeugung des Kernsands kontrollieren. Traditionell wird meist das Coated-Sand-Verfahren eingesetzt. Durch die Verwendung von Keramiksand wird die Harzmenge reduziert und der Effekt hoher Festigkeit und geringer Gasentwicklung erzielt. Aufgrund der kontinuierlichen Verbesserung der Leistung von Harz und Rohsand hat das Cold-Box-Verfahren in den letzten Jahren zunehmend einen Teil des beschichteten Sandverfahrens ersetzt, wodurch die Produktionseffizienz erheblich verbessert und die Produktionsumgebung verbessert wurde.
2. Anwendung von Keramiksand zur Lösung des Problems der Sandkernverformung des Abgasrohrs
Abgaskrümmer arbeiten lange Zeit unter Hochtemperatur-Wechselbedingungen, und die Oxidationsbeständigkeit von Materialien bei hohen Temperaturen wirkt sich direkt auf die Lebensdauer von Abgaskrümmern aus. In den letzten Jahren hat das Land die Emissionsnormen für Autoabgase kontinuierlich verbessert und durch den Einsatz von Katalysatortechnologie und Turboaufladungstechnologie ist die Arbeitstemperatur des Abgaskrümmers deutlich angestiegen und liegt bei über 750 °C. Mit der weiteren Verbesserung der Motorleistung steigt auch die Arbeitstemperatur des Abgaskrümmers. Derzeit wird im Allgemeinen hitzebeständiger Gussstahl wie ZG 40Cr22Ni10Si2 (JB/T 13044) usw. mit einer hitzebeständigen Temperatur von 950 °C bis 1100 °C verwendet.
Der innere Hohlraum des Abgaskrümmers muss im Allgemeinen frei von Rissen, Kaltstellen, Lunkern, Schlackeneinschlüssen usw. sein, die die Leistung beeinträchtigen, und die Rauheit des inneren Hohlraums darf nicht größer als Ra25 sein. Gleichzeitig gibt es strenge und klare Vorschriften zur Abweichung der Rohrwandstärke. Das Problem der ungleichmäßigen Wandstärke und der übermäßigen Abweichung der Abgaskrümmerrohrwand beschäftigt viele Gießereien für Abgaskrümmer seit langem.
Eine Gießerei verwendete zunächst mit Quarzsand beschichtete Sandkerne, um hitzebeständige Abgaskrümmer aus Stahl herzustellen. Aufgrund der hohen Gießtemperatur (1470–1550 °C) verformten sich die Sandkerne leicht, was zu Phänomenen außerhalb der Toleranz bei der Rohrwanddicke führte. Obwohl der Quarzsand aufgrund des Einflusses verschiedener Faktoren einer Hochtemperatur-Phasenänderung unterzogen wurde, kann er die Verformung des Sandkerns bei hoher Temperatur immer noch nicht überwinden, was zu einer Vielzahl von Schwankungen in der Dicke der Rohrwand führt , und in schweren Fällen wird es verschrottet. Um die Festigkeit des Sandkerns zu verbessern und die Gasentwicklung des Sandkerns zu kontrollieren, wurde beschlossen, mit Keramiksand beschichteten Sand zu verwenden. Wenn die zugesetzte Harzmenge um 36 % niedriger war als die von mit Quarzsand beschichtetem Sand, stiegen seine Biegefestigkeit bei Raumtemperatur und seine thermische Biegefestigkeit um 51 % bis 67 % und die Menge der Gaserzeugung wurde um 20 % reduziert, was den Anforderungen entspricht Prozessanforderungen an hohe Festigkeit und geringe Gasentwicklung.
Die Fabrik verwendet mit Quarzsand beschichtete Sandkerne und mit Keramiksand beschichtete Sandkerne für den gleichzeitigen Guss. Nach der Reinigung der Gussteile werden anatomische Untersuchungen durchgeführt.
Wenn der Kern aus mit Quarzsand beschichtetem Sand besteht, haben die Gussteile eine ungleichmäßige Wandstärke und eine dünne Wand, und die Wandstärke beträgt 3,0–6,2 mm; Wenn der Kern aus mit Keramiksand beschichtetem Sand besteht, ist die Wandstärke des Gussstücks gleichmäßig und die Wandstärke beträgt 4,4–4,6 mm. wie folgt bild
Quarzsandbeschichteter Sand
Mit Keramiksand beschichteter Sand
Zur Herstellung von Kernen wird mit Keramiksand beschichteter Sand verwendet, der den Bruch des Sandkerns verhindert, die Sandkernverformung verringert, die Maßgenauigkeit des Strömungskanals im inneren Hohlraum des Abgaskrümmers erheblich verbessert und das Anhaften von Sand im inneren Hohlraum verringert, wodurch die Qualität verbessert wird Gussteile und Fertigprodukte verbessert und erhebliche wirtschaftliche Vorteile erzielt.
3. Auftragen von Keramiksand im Turboladergehäuse
Die Arbeitstemperatur am Turbinenende des Turboladergehäuses übersteigt im Allgemeinen 600 °C und erreicht in einigen Fällen sogar 950–1050 °C. Das Schalenmaterial muss hochtemperaturbeständig sein und eine gute Wurfleistung aufweisen. Die Schalenstruktur ist kompakter, die Wandstärke ist dünn und gleichmäßig, der Innenhohlraum ist sauber usw. Dies ist äußerst anspruchsvoll. Derzeit besteht das Turboladergehäuse in der Regel aus hitzebeständigem Stahlguss (z. B. 1.4837 und 1.4849 der deutschen Norm DIN EN 10295), es wird auch hitzebeständiges Sphäroguss verwendet (z. B. die deutsche Norm GGG SiMo, die amerikanische Norm). standardmäßiges austenitisches Sphärogusseisen mit hohem Nickelgehalt D5S usw.).
Ein Turboladergehäuse für einen 1,8-T-Motor, Material: 1.4837, nämlich GX40CrNiSi 25-12, chemische Hauptzusammensetzung (%): C: 0,3-0,5, Si: 1-2,5, Cr: 24-27, Mo: Max 0,5, Ni: 11 -14, Gießtemperatur 1560 ℃. Die Legierung hat einen hohen Schmelzpunkt, eine große Schrumpfrate, eine starke Heißrissneigung und hohe Gießschwierigkeiten. Die metallografische Struktur des Gussstücks stellt strenge Anforderungen an Restkarbide und nichtmetallische Einschlüsse, außerdem gibt es spezielle Vorschriften für Gussfehler. Um die Qualität und Produktionseffizienz der Gussteile sicherzustellen, wird im Formverfahren ein Kernguss mit filmbeschichteten Sandschalenkernen (und einigen Cold-Box- und Hot-Box-Kernen) eingesetzt. Anfangs wurde AFS50-Scheuersand und dann gerösteter Quarzsand verwendet, doch in unterschiedlichem Ausmaß traten Probleme wie Sandanhaftungen, Grate, thermische Risse und Poren im inneren Hohlraum auf.
Aufgrund von Untersuchungen und Tests entschied sich die Fabrik für die Verwendung von Keramiksand. Zunächst wurden fertig beschichteter Sand (100 % Keramiksand) gekauft, dann Regenerations- und Beschichtungsgeräte gekauft und der Prozess während des Produktionsprozesses kontinuierlich optimiert. Zum Mischen von Rohsand wurden Keramiksand und Scheuersand verwendet. Derzeit wird der beschichtete Sand grob gemäß der folgenden Tabelle umgesetzt:
| Mit Keramiksand beschichteter Sandprozess für Turboladergehäuse | ||||
| Sandgröße | Anteil Keramiksand % | Harzzusatz % | Biegefestigkeit MPa | Gasausstoß ml/g |
| AFS50 | 30-50 | 1,6-1,9 | 6,5-8 | ≤12 |
Der Produktionsprozess dieser Anlage lief in den letzten Jahren stabil, die Qualität der Gussteile ist gut und die wirtschaftlichen und ökologischen Vorteile sind bemerkenswert. Die Zusammenfassung lautet wie folgt:
A. Durch die Verwendung von Keramiksand oder einer Mischung aus Keramiksand und Quarzsand zur Herstellung von Kernen werden Fehler wie Sandanhaften, Sintern, Aderbildung und thermische Risse bei Gussteilen vermieden und eine stabile und effiziente Produktion erzielt.
B. Kernguss, hohe Produktionseffizienz, niedriges Sand-Eisen-Verhältnis (im Allgemeinen nicht mehr als 2:1), geringerer Rohsandverbrauch und niedrigere Kosten;
C. Das Kerngießen fördert das Gesamtrecycling und die Regeneration von Altsand, und die thermische Rekultivierung wird einheitlich zur Regeneration übernommen. Die Leistung von regeneriertem Sand hat das Niveau von neuem Sand zum Waschen von Sand erreicht, wodurch die Anschaffungskosten für Rohsand gesenkt und die Entsorgung fester Abfälle reduziert wurden.
D. Es ist notwendig, den Gehalt an Keramiksand im regenerierten Sand regelmäßig zu überprüfen, um die Menge des hinzugefügten neuen Keramiksands zu bestimmen;
e. Keramiksand hat eine runde Form, eine gute Fließfähigkeit und eine große Spezifität. Beim Mischen mit Quarzsand kann es leicht zu Entmischungen kommen. Bei Bedarf muss der Sandschießvorgang angepasst werden;
F. Versuchen Sie beim Abdecken der Folie, hochwertiges Phenolharz zu verwenden und verschiedene Zusatzstoffe mit Vorsicht zu verwenden.
4. Auftragen von Keramiksand auf den Zylinderkopf aus Aluminiumlegierung des Motors
Um die Leistung von Automobilen zu verbessern, den Kraftstoffverbrauch zu senken, die Abgasbelastung zu verringern und die Umwelt zu schützen, sind Leichtbauautos der Entwicklungstrend der Automobilindustrie. Gegenwärtig werden Gussteile von Automobilmotoren (einschließlich Dieselmotoren), wie z. B. Zylinderblöcke und Zylinderköpfe, im Allgemeinen mit Aluminiumlegierungen gegossen, und der Gussprozess von Zylinderblöcken und Zylinderköpfen erfolgt bei Verwendung von Sandkernen, Metallform-Schwerkraftguss und Niederdruck Casting (LPDC) sind am repräsentativsten.
Das Sandkern-, beschichtete Sand- und Cold-Box-Verfahren von Zylinderblock- und Kopfgussteilen aus Aluminiumlegierung ist häufiger und eignet sich für hochpräzise und großtechnische Produktionseigenschaften. Die Verwendung von Keramiksand ähnelt der Herstellung von Zylinderköpfen aus Gusseisen. Aufgrund der niedrigen Gießtemperatur und des geringen spezifischen Gewichts der Aluminiumlegierung wird im Allgemeinen Kernsand mit geringer Festigkeit verwendet, beispielsweise ein Cold-Box-Sandkern in einer Fabrik. Die zugesetzte Harzmenge beträgt 0,5 bis 0,6 % und die Zugfestigkeit beträgt 0,8-1,2 MPa. Kernsand ist erforderlich. Hat eine gute Kollabierbarkeit. Durch die Verwendung von Keramiksand wird die Menge des zugesetzten Harzes reduziert und das Zusammenfallen des Sandkerns erheblich verbessert.
Um die Produktionsumgebung zu verbessern und die Qualität der Gussteile zu verbessern, gibt es in den letzten Jahren immer mehr Forschungen und Anwendungen von anorganischen Bindemitteln (einschließlich modifiziertem Wasserglas, Phosphatbindemitteln usw.). Das Bild unten zeigt die Gussstelle einer Fabrik, in der Keramiksand, anorganischer Bindemittelkern und Zylinderkopf aus Aluminiumlegierung verwendet werden.
Die Fabrik verwendet anorganisches Bindemittel aus Keramiksand zur Herstellung des Kerns, und die Menge des hinzugefügten Bindemittels beträgt 1,8 bis 2,2 %. Aufgrund der guten Fließfähigkeit von Keramiksand ist der Sandkern dicht, die Oberfläche vollständig und glatt und gleichzeitig ist die Menge der Gaserzeugung gering, was die Ausbeute an Gussteilen erheblich verbessert und die Kollabierbarkeit des Kernsands verbessert , verbessert die Produktionsumgebung und wird zum Vorbild für eine umweltfreundliche Produktion.
Der Einsatz von Keramiksand in der Motorengussindustrie hat die Produktionseffizienz verbessert, die Arbeitsumgebung verbessert, Gussfehler behoben und erhebliche wirtschaftliche Vorteile sowie gute Vorteile für die Umwelt erzielt.
Die Motorengießereiindustrie sollte die Regeneration von Kernsand weiter steigern, die Nutzungseffizienz von Keramiksand weiter verbessern und die Feststoffabfallemissionen reduzieren.
Aus Sicht der Nutzungswirkung und des Einsatzumfangs ist Keramiksand derzeit der Guss-Spezialsand mit der besten Gesamtleistung und dem größten Verbrauch in der Motorengussindustrie.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 27. März 2023
