Thành phần hóa học của cát gốm chủ yếu là Al2O3 và SiO2, và pha khoáng của cát gốm chủ yếu là pha corundum và pha mullite, cũng như một lượng nhỏ pha vô định hình. Độ chịu lửa của cát gốm thường lớn hơn 1800 ° C và là vật liệu chịu lửa nhôm-silic có độ cứng cao.
Đặc điểm của cát gốm sứ
● Khả năng chịu lửa cao;
● Hệ số giãn nở nhiệt nhỏ;
● Độ dẫn nhiệt cao;
● Hình dạng gần đúng hình cầu, hệ số góc nhỏ, tính lưu động tốt và khả năng nén chặt;
● Bề mặt nhẵn, không nứt, không va đập;
● Vật liệu trung tính, phù hợp với nhiều loại vật liệu kim loại đúc khác nhau;
● Các hạt có độ bền cao và không dễ bị vỡ;
● Phạm vi kích thước hạt rộng và việc trộn có thể được tùy chỉnh theo yêu cầu của quy trình.
Ứng dụng cát gốm trong đúc động cơ
1. Sử dụng cát gốm để giải quyết các đường gân, dính cát, gãy lõi và biến dạng lõi cát của đầu xi lanh gang
● Khối xi lanh và đầu xi lanh là vật đúc quan trọng nhất của động cơ
● Hình dạng của khoang bên trong phức tạp và yêu cầu cao về độ chính xác kích thước và độ sạch của khoang bên trong
● Lô lớn
Để đảm bảo hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm,
● Dây chuyền sản xuất cát xanh (chủ yếu là dây chuyền tạo kiểu thủy tĩnh) thường được sử dụng.
● Lõi cát thường sử dụng quy trình hộp lạnh và cát phủ nhựa (lõi vỏ), và một số lõi cát sử dụng quy trình hộp nóng.
● Do hình dạng phức tạp của lõi cát của khối xi lanh và đúc đầu xi lanh, một số lõi cát có tiết diện nhỏ, phần mỏng nhất của một số khối xi lanh và lõi áo nước đầu xi lanh chỉ 3-3,5mm, và Đầu ra cát hẹp, lõi cát sau khi đúc được bao quanh bởi sắt nóng chảy ở nhiệt độ cao trong thời gian dài, rất khó làm sạch cát và cần có thiết bị làm sạch đặc biệt, v.v. Trước đây, tất cả cát silic đều được sử dụng trong đúc sản xuất, gây ra các vấn đề về tĩnh mạch và dính cát trong vật đúc áo nước của khối xi lanh và đầu xi lanh. Các vấn đề về biến dạng, gãy lõi là rất phổ biến và khó giải quyết.
Để giải quyết những vấn đề đó, bắt đầu từ khoảng năm 2010, một số công ty đúc động cơ nổi tiếng trong nước như FAW, Weichai, Shangchai, Shanxi Xinke, v.v. đã bắt đầu nghiên cứu và thử nghiệm ứng dụng cát gốm để sản xuất khối xi lanh, áo nước đầu xi lanh và đường dẫn dầu. Các lõi cát bằng nhau loại bỏ hoặc giảm thiểu một cách hiệu quả các khuyết tật như thiêu kết khoang bên trong, dính cát, biến dạng lõi cát và lõi bị gãy.
Hình ảnh tiếp theo được làm bằng cát gốm với quy trình đóng hộp lạnh.
Kể từ đó, cát chà hỗn hợp cát gốm dần dần được phát huy trong quy trình hộp lạnh và hộp nóng, đồng thời được áp dụng cho lõi áo nước đầu xi lanh. Nó đã được sản xuất ổn định trong hơn 6 năm. Công dụng của lõi cát hộp lạnh hiện nay là: theo hình dạng và kích thước của lõi cát, lượng cát gốm thêm vào là 30% -50%, tổng lượng nhựa thêm vào là 1,2% -1,8% và độ bền kéo là 2,2-2,7 MPa. (Dữ liệu thử nghiệm mẫu trong phòng thí nghiệm)
Bản tóm tắt
Khối xi lanh và các bộ phận đầu bằng gang có nhiều cấu trúc khoang bên trong hẹp và nhiệt độ rót thường nằm trong khoảng 1440-1500 ° C. Phần thành mỏng của lõi cát dễ dàng bị thiêu kết dưới tác dụng của sắt nóng chảy ở nhiệt độ cao, chẳng hạn như sắt nóng chảy xâm nhập vào lõi cát hoặc tạo ra phản ứng giao diện tạo thành cát dính. Độ chịu lửa của cát gốm lớn hơn 1800°C, trong khi đó mật độ thực của cát gốm tương đối cao, động năng của các hạt cát có cùng đường kính và tốc độ gấp 1,28 lần so với các hạt cát silic khi bắn cát, có thể tăng mật độ của lõi cát.
Những ưu điểm này là lý do tại sao việc sử dụng cát gốm có thể giải quyết vấn đề cát dính vào khoang bên trong của vật đúc đầu xi lanh.
Áo nước, bộ phận nạp và xả của khối xi lanh và đầu xi lanh thường có khuyết tật về đường gân. Nhiều nghiên cứu và thực hành đúc đã chỉ ra rằng nguyên nhân sâu xa gây ra các khuyết tật gân trên bề mặt vật đúc là do sự giãn nở chuyển pha của cát silic gây ra ứng suất nhiệt dẫn đến các vết nứt trên bề mặt lõi cát, khiến sắt nóng chảy. xâm nhập vào các vết nứt, xu hướng tạo vân lớn hơn, đặc biệt là trong quá trình đóng hộp lạnh. Trên thực tế, tốc độ giãn nở nhiệt của cát silic cao tới 1,5%, trong khi tốc độ giãn nở nhiệt của cát gốm chỉ là 0,13% (đun nóng ở 1000°C trong 10 phút). Khả năng xảy ra vết nứt trên bề mặt lõi cát do ứng suất giãn nở nhiệt. Việc sử dụng cát gốm trong lõi cát của khối xi lanh và đầu xi lanh hiện là giải pháp đơn giản và hiệu quả cho vấn đề tạo gân.
Lõi cát áo nước đầu xi lanh phức tạp, thành mỏng, dài và hẹp và lõi cát kênh dầu xi lanh đòi hỏi cường độ cao (bao gồm cả độ bền nhiệt độ cao) và độ dẻo dai, đồng thời cần kiểm soát quá trình tạo khí của cát lõi. Theo truyền thống, quy trình phủ cát chủ yếu được sử dụng. Việc sử dụng cát gốm làm giảm lượng nhựa và đạt được hiệu quả cường độ cao và tạo ra khí thấp. Do sự cải tiến liên tục về hiệu suất của nhựa và cát thô, quy trình hộp lạnh ngày càng thay thế một phần quy trình cát tráng trong những năm gần đây, nâng cao đáng kể hiệu quả sản xuất và cải thiện môi trường sản xuất.
2. Ứng dụng cát gốm để giải quyết vấn đề biến dạng lõi cát ống xả
Ống xả hoạt động trong điều kiện xen kẽ nhiệt độ cao trong thời gian dài và khả năng chống oxy hóa của vật liệu ở nhiệt độ cao ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của ống xả. Trong những năm gần đây, nước này không ngừng nâng cao tiêu chuẩn khí thải của khí thải ô tô, việc áp dụng công nghệ xúc tác và công nghệ tăng áp đã làm tăng đáng kể nhiệt độ làm việc của ống xả, đạt trên 750 ° C. Với sự cải thiện hơn nữa về hiệu suất động cơ, nhiệt độ làm việc của ống xả cũng sẽ tăng lên. Hiện nay, thép đúc chịu nhiệt thường được sử dụng, chẳng hạn như ZG 40Cr22Ni10Si2 (JB/T 13044), v.v., có nhiệt độ chịu nhiệt 950°C-1100°C.
Khoang bên trong của ống xả thường không được có vết nứt, đóng nguội, khoang co ngót, cặn xỉ, v.v. ảnh hưởng đến hiệu suất và độ nhám của khoang bên trong yêu cầu không lớn hơn Ra25. Đồng thời có những quy định chặt chẽ, rõ ràng về độ lệch độ dày thành ống. Trong một thời gian dài, vấn đề về độ dày thành không đồng đều và độ lệch quá mức của thành ống ống xả đã gây khó khăn cho nhiều xưởng đúc ống xả.
Một xưởng đúc lần đầu tiên sử dụng lõi cát phủ cát silic để sản xuất ống xả bằng thép chịu nhiệt. Do nhiệt độ rót cao (1470-1550°C), lõi cát dễ bị biến dạng dẫn đến hiện tượng vượt quá dung sai về độ dày thành ống. Cát silic mặc dù đã được xử lý thay đổi pha ở nhiệt độ cao nhưng do ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau vẫn không thể khắc phục được sự biến dạng của lõi cát ở nhiệt độ cao, dẫn đến độ dày của thành ống có dao động rộng. , và trong trường hợp nghiêm trọng, nó sẽ bị loại bỏ. Để nâng cao cường độ của lõi cát và kiểm soát sự sinh khí của lõi cát, người ta quyết định sử dụng cát phủ cát gốm. Khi lượng nhựa được thêm vào thấp hơn 36% so với cát phủ cát silic, độ bền uốn ở nhiệt độ phòng và độ bền uốn nhiệt của nó tăng lần lượt 51%, 67% và lượng khí sinh ra giảm 20%, đáp ứng yêu cầu yêu cầu quá trình cường độ cao và tạo khí thấp.
Nhà máy sử dụng lõi cát phủ cát silic và lõi cát phủ cát gốm để đúc đồng thời, sau khi làm sạch vật đúc sẽ tiến hành kiểm tra giải phẫu.
Nếu lõi được làm bằng cát phủ cát silic, vật đúc có độ dày thành không đồng đều và thành mỏng, độ dày thành là 3,0-6,2 mm; khi lõi được làm bằng cát tráng cát gốm, độ dày thành của vật đúc là đồng đều và độ dày thành là 4,4-4,6 mm. như hình ảnh sau
Cát phủ cát silic
Cát phủ cát gốm
Cát phủ cát gốm được sử dụng để làm lõi, giúp loại bỏ hiện tượng vỡ lõi cát, giảm biến dạng lõi cát, cải thiện đáng kể độ chính xác về kích thước của kênh dòng khoang bên trong của ống xả và giảm cát bám vào khoang bên trong, cải thiện chất lượng của tỷ lệ đúc và thành phẩm và đạt được lợi ích kinh tế đáng kể.
3. Ứng dụng cát gốm trong vỏ turbo tăng áp
Nhiệt độ làm việc ở đầu tuabin của vỏ bộ tăng áp thường vượt quá 600°C, thậm chí một số còn đạt tới 950-1050°C. Chất liệu vỏ cần phải chịu được nhiệt độ cao và có tính năng đúc tốt. Cấu trúc vỏ nhỏ gọn hơn, độ dày thành mỏng và đồng đều, khoang bên trong sạch sẽ, v.v., cực kỳ khắt khe. Hiện nay, vỏ bộ tăng áp thường được làm bằng thép đúc chịu nhiệt (chẳng hạn như 1.4837 và 1.4849 theo tiêu chuẩn DIN EN 10295 của Đức), và cũng sử dụng sắt dẻo chịu nhiệt (như tiêu chuẩn GGG SiMo của Đức, tiêu chuẩn Mỹ). tiêu chuẩn sắt dạng nốt austenit niken cao D5S, v.v.).
Vỏ tăng áp động cơ 1.8 T, vật liệu: 1.4837, cụ thể là GX40CrNiSi 25-12, thành phần hóa học chính (%): C: 0,3-0,5, Si: 1-2,5, Cr: 24-27, Mo: Max 0,5, Ni: 11 -14, nhiệt độ rót 1560oC. Hợp kim có điểm nóng chảy cao, tốc độ co ngót lớn, xu hướng nứt nóng mạnh và độ khó đúc cao. Cấu trúc kim loại của vật đúc có những yêu cầu nghiêm ngặt về cacbua dư và tạp chất phi kim loại, đồng thời cũng có những quy định cụ thể về các khuyết tật của vật đúc. Để đảm bảo chất lượng và hiệu quả sản xuất vật đúc, quá trình đúc áp dụng phương pháp đúc lõi với lõi vỏ cát phủ màng (và một số lõi hộp lạnh và hộp nóng). Ban đầu, cát chà AFS50 được sử dụng, sau đó sử dụng cát silic nung, nhưng các vấn đề như dính cát, gờ, vết nứt nhiệt và lỗ chân lông ở khoang bên trong xuất hiện ở các mức độ khác nhau.
Trên cơ sở nghiên cứu và thử nghiệm, nhà máy quyết định sử dụng cát gốm. Ban đầu mua cát phủ thành phẩm (100% cát gốm), sau đó mua thiết bị tái sinh và phủ, đồng thời liên tục tối ưu hóa quy trình trong quá trình sản xuất, sử dụng cát gốm và cát chà để trộn cát thô. Hiện nay việc phủ cát được thực hiện đại khái theo bảng sau:
| Quy trình cát phủ cát gốm cho vỏ bộ tăng áp | ||||
| Kích thước cát | Tỷ lệ cát gốm % | % bổ sung nhựa | Độ bền uốn MPa | Sản lượng khí ml/g |
| AFS50 | 30-50 | 1,6-1,9 | 6,5-8 | 12 |
Trong những năm qua, quy trình sản xuất của nhà máy này hoạt động ổn định, chất lượng vật đúc tốt, mang lại lợi ích kinh tế và môi trường rất rõ rệt. Tóm tắt như sau:
Một. Sử dụng cát gốm hoặc sử dụng hỗn hợp cát gốm và cát silic để làm lõi, loại bỏ các khuyết tật như dính cát, thiêu kết, tạo vân và nứt nhiệt của vật đúc, đồng thời thực hiện sản xuất ổn định và hiệu quả;
b. Đúc lõi, hiệu quả sản xuất cao, tỷ lệ cát-sắt thấp (thường không quá 2: 1), tiêu thụ cát thô ít hơn và chi phí thấp hơn;
c. Đổ lõi có lợi cho việc tái chế và tái tạo tổng thể cát thải, và việc thu hồi nhiệt được áp dụng thống nhất để tái sinh. Hiệu suất của cát tái sinh đã đạt đến mức cát mới để chà cát, đạt được hiệu quả giảm chi phí mua cát thô và giảm lượng chất thải rắn;
d. Cần thường xuyên kiểm tra hàm lượng cát gốm trong cát tái sinh để xác định lượng cát gốm mới bổ sung;
đ. Cát gốm có hình dạng tròn, tính lưu động tốt và độ đặc hiệu lớn. Khi trộn với cát silic dễ gây ra sự phân tầng. Nếu cần thiết, cần điều chỉnh lại quy trình bắn cát;
f. Khi phủ màng, cố gắng sử dụng nhựa phenolic chất lượng cao và thận trọng khi sử dụng các chất phụ gia khác nhau.
4. Ứng dụng cát gốm vào đầu xi lanh hợp kim nhôm của động cơ
Để nâng cao sức mạnh của ô tô, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm ô nhiễm khí thải và bảo vệ môi trường, ô tô hạng nhẹ đang là xu hướng phát triển của ngành ô tô. Hiện nay, các vật đúc của động cơ ô tô (bao gồm cả động cơ diesel), chẳng hạn như khối xi lanh và đầu xi lanh, thường được đúc bằng hợp kim nhôm, và quá trình đúc khối xi lanh và đầu xi lanh, khi sử dụng lõi cát, đúc trọng lực khuôn kim loại và áp suất thấp. casting (LPDC) là tiêu biểu nhất.
Quá trình lõi cát, cát tráng và hộp lạnh của khối xi lanh hợp kim nhôm và đúc đầu là phổ biến hơn, phù hợp với đặc tính sản xuất quy mô lớn và độ chính xác cao. Phương pháp sử dụng cát gốm cũng tương tự như sản xuất đầu trụ bằng gang. Do nhiệt độ rót thấp và trọng lượng riêng nhỏ của hợp kim nhôm, nên thường sử dụng cát lõi có độ bền thấp, chẳng hạn như lõi cát hộp lạnh trong nhà máy, lượng nhựa thêm vào là 0,5-0,6% và độ bền kéo là 0,8-1,2 MPa. Cần có cát lõi Có độ co giãn tốt. Việc sử dụng cát gốm làm giảm lượng nhựa được thêm vào và cải thiện đáng kể độ sập của lõi cát.
Trong những năm gần đây, để cải thiện môi trường sản xuất và nâng cao chất lượng vật đúc, ngày càng có nhiều nghiên cứu và ứng dụng các chất kết dính vô cơ (bao gồm cả thủy tinh biến tính, chất kết dính phốt phát, v.v.). Hình dưới đây là vị trí đúc của một nhà máy sử dụng cát gốm lõi xi lanh hợp kim nhôm kết dính vô cơ.
Nhà máy sử dụng chất kết dính vô cơ cát gốm để làm lõi, lượng chất kết dính thêm vào là 1,8 ~ 2,2%. Do tính lưu động tốt của cát gốm, lõi cát dày đặc, bề mặt hoàn thiện và mịn màng, đồng thời lượng khí sinh ra nhỏ, giúp cải thiện đáng kể năng suất của vật đúc, cải thiện khả năng sụp đổ của cát lõi , cải thiện môi trường sản xuất, trở thành mô hình sản xuất xanh.
Việc ứng dụng cát gốm trong ngành đúc động cơ đã nâng cao hiệu quả sản xuất, cải thiện môi trường làm việc, giải quyết các khuyết tật của vật đúc và đạt được lợi ích kinh tế đáng kể cũng như lợi ích tốt cho môi trường.
Ngành công nghiệp đúc động cơ cần tiếp tục tăng cường tái tạo cát lõi, nâng cao hơn nữa hiệu quả sử dụng cát gốm và giảm lượng khí thải chất thải rắn.
Từ góc độ hiệu quả sử dụng và phạm vi sử dụng, cát gốm hiện là loại cát đúc đặc biệt có hiệu suất toàn diện tốt nhất và mức tiêu thụ lớn nhất trong ngành đúc động cơ.
Thời gian đăng: 27-03-2023
