التركيب الكيميائي لرمل السيراميك هو بشكل رئيسي Al2O3 وSiO2، والطور المعدني لرمل السيراميك هو بشكل رئيسي طور اكسيد الالمونيوم وطور الموليت، بالإضافة إلى كمية صغيرة من الطور غير المتبلور. إن صهر رمل السيراميك بشكل عام أكبر من 1800 درجة مئوية، وهو عبارة عن مادة حرارية من الألومنيوم والسيليكون عالية الصلابة.
خصائص رمل السيراميك
● الحراريات العالية.
● معامل صغير للتمدد الحراري.
● الموصلية الحرارية العالية.
● شكل كروي تقريبي، عامل زاوية صغير، سيولة جيدة وقدرة مدمجة؛
● سطح أملس، لا شقوق، لا مطبات.
● مادة محايدة، ومناسبة لمختلف المواد المعدنية الصب.
● تتمتع الجزيئات بقوة عالية ولا يمكن كسرها بسهولة؛
● نطاق حجم الجسيمات واسع، ويمكن تخصيص الخلط وفقًا لمتطلبات العملية.
تطبيق رمل السيراميك في مصبوبات المحرك
1. استخدم رمل السيراميك لحل العروق، والتصاق الرمل، والقلب المكسور، وتشوه قلب الرمل لرأس أسطوانة الحديد الزهر
● تعتبر كتلة الأسطوانة ورأس الأسطوانة من أهم مصبوبات المحرك
● شكل التجويف الداخلي معقد، ومتطلبات دقة الأبعاد ونظافة التجويف الداخلي عالية
● دفعة كبيرة
من أجل ضمان كفاءة الإنتاج وجودة المنتج،
● يتم استخدام خط إنتاج الرمل الأخضر (خط التصميم الهيدروستاتيكي بشكل أساسي) بشكل عام.
● تستخدم قلوب الرمل عمومًا عملية الصندوق البارد والرمل المطلي بالراتنج (قلب الصدفة)، وتستخدم بعض قلوب الرمل عملية الصندوق الساخن.
● نظرًا للشكل المعقد للقلب الرملي لكتلة الأسطوانة وصب الرأس، فإن بعض قلوب الرمل لها مساحة مقطعية صغيرة، والجزء الأنحف من بعض كتل الأسطوانات وقلب سترة الماء لرأس الأسطوانة هو 3-3.5 مم فقط، و مخرج الرمل ضيق، قلب الرمل بعد الصب محاط بالحديد المنصهر ذو درجة الحرارة العالية لفترة طويلة، من الصعب تنظيف الرمل، وهناك حاجة إلى معدات تنظيف خاصة، إلخ. في الماضي، تم استخدام جميع رمل السيليكا في الصب الإنتاج، مما تسبب في مشاكل في الأوردة والرمال الملتصقة في مصبوبات سترة الماء لكتلة الأسطوانة ورأس الأسطوانة. تعد مشاكل التشوه الأساسية والمشاكل الأساسية المكسورة شائعة جدًا ويصعب حلها.
من أجل حل مثل هذه المشاكل، بدءًا من عام 2010 تقريبًا، بدأت بعض شركات صب المحركات المحلية المعروفة، مثل FAW، وWeichai، وShangchai، وShanxi Xinke، وما إلى ذلك، في البحث واختبار تطبيق رمل السيراميك لإنتاج كتل الأسطوانات، سترات المياه لرأس الأسطوانة، وممرات الزيت. تعمل نوى الرمل المتساوية على إزالة أو تقليل العيوب بشكل فعال مثل تلبيد التجويف الداخلي، والتصاق الرمل، وتشوه قلب الرمل، والنوى المكسورة.
اتبع الصور مصنوعة من رمل السيراميك مع عملية الصندوق البارد.
منذ ذلك الحين، تم تطوير رمل الغسل المختلط بالرمل الخزفي تدريجيًا في عمليات الصندوق البارد والصندوق الساخن، ويتم تطبيقه على قلب سترة الماء لرأس الأسطوانة. لقد كان في إنتاج مستقر لأكثر من 6 سنوات. الاستخدام الحالي لقلب رمل الصندوق البارد هو: وفقًا لشكل وحجم قلب الرمل، فإن كمية رمل السيراميك المضافة هي 30%-50%، والكمية الإجمالية للراتنج المضاف هي 1.2%-1.8%، و قوة الشد هي 2.2-2.7 ميجا باسكال. (بيانات اختبار العينات المخبرية)
ملخص
تحتوي كتلة الأسطوانة وأجزاء الحديد الزهر الرأسية على العديد من هياكل التجويف الداخلي الضيقة، وتكون درجة حرارة الصب عمومًا بين 1440-1500 درجة مئوية. يتم تلبيد الجزء ذو الجدران الرقيقة من قلب الرمل بسهولة تحت تأثير الحديد المنصهر ذو درجة الحرارة العالية، مثل الحديد المنصهر الذي يتسلل إلى قلب الرمل، أو إنتاج تفاعل واجهة لتشكيل رمل لزج. إنكسار رمل السيراميك أكبر من 1800 درجة مئوية، وفي الوقت نفسه، فإن الكثافة الحقيقية لرمل السيراميك عالية نسبيًا، والطاقة الحركية لجزيئات الرمل التي لها نفس القطر والسرعة هي 1.28 مرة من جزيئات رمل السيليكا عند إطلاق الرمال، والتي يمكن أن زيادة كثافة النوى الرملية.
هذه المزايا هي الأسباب التي تجعل استخدام الرمل الخزفي يمكن أن يحل مشكلة التصاق الرمل في التجويف الداخلي لمسبوكات رأس الأسطوانة.
غالبًا ما تحتوي سترة الماء وأجزاء السحب والعادم في كتلة الأسطوانة ورأس الأسطوانة على عيوب في التعرق. لقد أثبت عدد كبير من الأبحاث وممارسات الصب أن السبب الجذري لعيوب التعرّق على سطح الصب هو تمدد تغير الطور لرمل السيليكا، والذي يسبب إجهادًا حراريًا يؤدي إلى تشققات على سطح نواة الرمل، مما يتسبب في انصهار الحديد. للتغلغل في الشقوق فإن ميل العروق يكون أكبر خاصة في عملية الصندوق البارد. في الواقع، معدل التمدد الحراري لرمل السيليكا يصل إلى 1.5%، في حين أن معدل التمدد الحراري لرمل السيراميك يبلغ 0.13% فقط (يتم تسخينه عند 1000 درجة مئوية لمدة 10 دقائق). احتمالية حدوث تشققات ضئيلة جداً على سطح قلب الرمل بسبب إجهاد التمدد الحراري. يعد استخدام الرمل الخزفي في قلب الرمل لكتلة الأسطوانة ورأس الأسطوانة حاليًا حلاً بسيطًا وفعالاً لمشكلة العروق.
تتطلب النوى الرملية المعقدة ذات الجدران الرقيقة والطويلة والضيقة لرأس الأسطوانة المائية ونوى الرمل لقناة زيت الأسطوانة قوة عالية (بما في ذلك قوة درجة الحرارة العالية) والمتانة، وفي نفس الوقت تحتاج إلى التحكم في توليد الغاز للرمل الأساسي. تقليديا، يتم استخدام عملية الرمل المطلي في الغالب. استخدام رمل السيراميك يقلل من كمية الراتنج ويحقق تأثير القوة العالية وتوليد الغاز المنخفض. نظرًا للتحسين المستمر لأداء الراتينج والرمل الخام، فقد حلت عملية الصندوق البارد بشكل متزايد محل جزء من عملية الرمل المطلي في السنوات الأخيرة، مما أدى إلى تحسين كفاءة الإنتاج بشكل كبير وتحسين بيئة الإنتاج.
2. تطبيق رمل السيراميك لحل مشكلة تشوه قلب الرمل لأنبوب العادم
تعمل مشعبات العادم لفترة طويلة تحت ظروف متناوبة ذات درجة حرارة عالية، وتؤثر مقاومة أكسدة المواد عند درجات الحرارة المرتفعة بشكل مباشر على عمر خدمة مشعبات العادم. في السنوات الأخيرة، قامت البلاد باستمرار بتحسين معايير انبعاث عوادم السيارات، وأدى تطبيق التكنولوجيا الحفزية وتكنولوجيا الشحن التوربيني إلى زيادة درجة حرارة العمل لمشعب العادم بشكل كبير، حيث وصلت إلى أكثر من 750 درجة مئوية. مع زيادة تحسين أداء المحرك، ستزداد أيضًا درجة حرارة العمل لمجمع العادم. في الوقت الحاضر، يتم استخدام الفولاذ المصبوب المقاوم للحرارة بشكل عام، مثل ZG 40Cr22Ni10Si2 (JB/T 13044)، وما إلى ذلك، مع درجة حرارة مقاومة للحرارة تتراوح بين 950 درجة مئوية إلى 1100 درجة مئوية.
مطلوب بشكل عام أن يكون التجويف الداخلي لمشعب العادم خاليًا من الشقوق والإغلاق البارد وتجويف الانكماش وشوائب الخبث وما إلى ذلك التي تؤثر على الأداء، ويجب ألا تزيد خشونة التجويف الداخلي عن Ra25. وفي الوقت نفسه، هناك لوائح صارمة وواضحة بشأن انحراف سمك جدار الأنبوب. لفترة طويلة، ابتليت مشكلة سمك الجدار غير المتساوي والانحراف المفرط لجدار أنبوب مشعب العادم بالعديد من مسابك مشعب العادم.
استخدم أحد المسبك لأول مرة نوى الرمل المطلية برمل السيليكا لإنتاج مشعبات عادم فولاذية مقاومة للحرارة. بسبب ارتفاع درجة حرارة الصب (1470-1550 درجة مئوية)، تتشوه قلوب الرمل بسهولة، مما يؤدي إلى ظاهرة عدم التسامح في سمك جدار الأنابيب. على الرغم من معالجة رمل السيليكا بتغير طور درجة الحرارة العالية، بسبب تأثير عوامل مختلفة، إلا أنه لا يزال غير قادر على التغلب على تشوه قلب الرمل عند درجة حرارة عالية، مما يؤدي إلى نطاق واسع من التقلبات في سمك جدار الأنبوب ، وفي الحالات الشديدة يتم إلغاؤها. من أجل تحسين قوة قلب الرمل والتحكم في توليد الغاز في قلب الرمل، تقرر استخدام الرمل المطلي بالرمل الخزفي. عندما كانت كمية الراتينج المضافة أقل بنسبة 36% من تلك الموجودة في الرمل المطلي برمل السيليكا، زادت قوة الانحناء في درجة حرارة الغرفة وقوة الانحناء الحراري بنسبة 51%، 67%، كما انخفضت كمية توليد الغاز بنسبة 20%، وهو ما يلبي متطلبات متطلبات العملية ذات القوة العالية وتوليد الغاز المنخفض.
يستخدم المصنع نوى الرمل المطلية برمل السيليكا ونواة الرمل المطلية بالرمل الخزفي للصب المتزامن، وبعد تنظيف المسبوكات، يتم إجراء الفحوصات التشريحية.
إذا كان اللب مصنوعًا من الرمل المطلي برمل السيليكا، فإن المسبوكات لها سمك جدار غير متساوي وجدار رقيق، وسمك الجدار هو 3.0-6.2 مم؛ عندما يكون القلب مصنوعًا من الرمل المطلي بالرمل الخزفي، يكون سمك جدار الصب موحدًا، وسمك الجدار هو 4.4-4.6 مم. كما يلي الصورة
رمل السيليكا المغلفة الرمال
الرمل المطلي بالرمل السيراميكي
يتم استخدام الرمل المطلي بالرمل الخزفي لصنع النوى، مما يزيل كسر قلب الرمل، ويقلل من تشوه قلب الرمل، ويحسن بشكل كبير دقة الأبعاد لقناة تدفق التجويف الداخلي لمشعب العادم، ويقلل من التصاق الرمل في التجويف الداخلي، مما يحسن جودة معدل المسبوكات والمنتجات النهائية وحقق فوائد اقتصادية كبيرة.
3. تطبيق رمل السيراميك في مبيت الشاحن التوربيني
تتجاوز درجة حرارة العمل في نهاية التوربين لغلاف الشاحن التوربيني بشكل عام 600 درجة مئوية، وبعضها يصل إلى 950-1050 درجة مئوية. يجب أن تكون مادة القشرة مقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة ولها أداء صب جيد. هيكل القشرة أكثر إحكاما، وسمك الجدار رقيق وموحد، والتجويف الداخلي نظيف، وما إلى ذلك، وهو أمر متطلب للغاية. في الوقت الحاضر، يتم تصنيع غلاف الشاحن التوربيني بشكل عام من صب الفولاذ المقاوم للحرارة (مثل 1.4837 و1.4849 من المعيار الألماني DIN EN 10295)، كما يتم استخدام حديد الدكتايل المقاوم للحرارة (مثل المعيار الألماني GGG SiMo، والأمريكي الحديد العقدي الأوستنيتي عالي النيكل القياسي D5S، وما إلى ذلك).
مبيت الشاحن التوربيني للمحرك 1.8 T، المادة: 1.4837، وهي GX40CrNiSi 25-12، التركيب الكيميائي الرئيسي (%): C: 0.3-0.5، Si: 1-2.5، Cr: 24-27، Mo: Max 0.5، Ni: 11 -14، درجة حرارة الصب 1560 درجة مئوية. تتميز السبيكة بنقطة انصهار عالية، ومعدل انكماش كبير، وميل قوي للتكسير الساخن، وصعوبة صب عالية. يحتوي الهيكل المعدني للصب على متطلبات صارمة بشأن الكربيدات المتبقية والشوائب غير المعدنية، وهناك أيضًا لوائح محددة بشأن عيوب الصب. من أجل ضمان جودة وكفاءة إنتاج المسبوكات، تعتمد عملية التشكيل صب اللب مع نوى القشرة الرملية المطلية بالفيلم (وبعض نوى الصندوق البارد والصندوق الساخن). في البداية تم استخدام رمل الفرك AFS50 ومن ثم تم استخدام رمل السيليكا المحمص ولكن ظهرت مشاكل مثل التصاق الرمل والنتوءات والشقوق الحرارية والمسام في التجويف الداخلي بدرجات متفاوتة.
وعلى أساس البحث والاختبار، قرر المصنع استخدام رمل السيراميك. تم في البداية شراء الرمل المطلي النهائي (رمل السيراميك بنسبة 100٪)، ثم شراء معدات التجديد والطلاء، وتحسين العملية باستمرار أثناء عملية الإنتاج، واستخدام رمل السيراميك ورمل التنظيف لخلط الرمل الخام. في الوقت الحاضر، يتم تنفيذ الرمل المطلي تقريبًا وفقًا للجدول التالي:
| عملية الرمل المطلية بالرمل السيراميكي لسكن الشاحن التوربيني | ||||
| حجم الرمال | معدل رمل السيراميك % | إضافة الراتنج٪ | قوة الانحناء MPa | إخراج الغاز مل/جم |
| AFS50 | 30-50 | 1.6-1.9 | 6.5-8 | ≥12 |
على مدى السنوات القليلة الماضية، كانت عملية الإنتاج لهذا المصنع تسير بشكل مستقر، ونوعية المسبوكات جيدة، والفوائد الاقتصادية والبيئية ملحوظة. الملخص هو كما يلي:
أ. استخدام رمل السيراميك، أو استخدام خليط من رمل السيراميك ورمل السيليكا لصنع النوى، يزيل العيوب مثل التصاق الرمل، والتلبيد، والتعرق، والتكسير الحراري للمسبوكات، ويحقق إنتاجًا مستقرًا وفعالًا؛
ب. الصب الأساسي، كفاءة الإنتاج العالية، نسبة الحديد إلى الرمل منخفضة (عموما لا تزيد عن 2: 1)، استهلاك أقل للرمل الخام، وتكاليف أقل؛
ج. إن صب اللب يساعد على إعادة التدوير الشاملة وتجديد رمل النفايات، ويتم اعتماد الاستخلاص الحراري بشكل موحد للتجديد. وصل أداء الرمال المتجددة إلى مستوى الرمال الجديدة لغسل الرمال، مما حقق تأثير تقليل تكلفة شراء الرمال الخام وتقليل تصريف النفايات الصلبة؛
د. من الضروري التحقق بشكل متكرر من محتوى رمل السيراميك في الرمال المجددة لتحديد كمية رمل السيراميك الجديد المضافة؛
ه. الرمال الخزفية لها شكل دائري، سيولة جيدة، وخصوصية كبيرة. عندما يتم مزجه مع رمل السيليكا، فمن السهل أن يسبب الفصل. إذا لزم الأمر، يجب تعديل عملية إطلاق الرمال؛
و. عند تغطية الفيلم، حاول استخدام راتينج الفينول عالي الجودة، واستخدم الإضافات المختلفة بحذر.
4. تطبيق الرمل السيراميكي في رأس أسطوانة المحرك المصنوع من سبائك الألومنيوم
من أجل تحسين قوة السيارات، وتقليل استهلاك الوقود، وتقليل تلوث العادم، وحماية البيئة، فإن السيارات خفيفة الوزن هي اتجاه تطوير صناعة السيارات. في الوقت الحاضر، يتم صب مصبوبات محركات السيارات (بما في ذلك محركات الديزل)، مثل كتل الأسطوانات ورؤوس الأسطوانات، بشكل عام بسبائك الألومنيوم، وعملية صب كتل الأسطوانات ورؤوس الأسطوانات، عند استخدام النوى الرملية، وصب الجاذبية للقالب المعدني والضغط المنخفض الصب (LPDC) هي الأكثر تمثيلا.
تعد عملية قلب الرمل والرمل المطلي والصندوق البارد لكتلة أسطوانات سبائك الألومنيوم ومسبوكات الرأس أكثر شيوعًا ومناسبة لخصائص الإنتاج عالية الدقة وواسعة النطاق. تشبه طريقة استخدام الرمل الخزفي إنتاج رأس أسطوانة الحديد الزهر. نظرًا لانخفاض درجة حرارة الصب والجاذبية النوعية الصغيرة لسبائك الألومنيوم، يتم استخدام الرمل الأساسي منخفض القوة بشكل عام، مثل قلب الرمل البارد في المصنع، وتكون كمية الراتينج المضافة 0.5-0.6٪، وقوة الشد هي 0.8-1.2 ميجا باسكال. مطلوب الرمال الأساسية لديها قابلية جيدة للانهيار. إن استخدام الرمل الخزفي يقلل من كمية الراتنج المضافة ويحسن بشكل كبير من انهيار قلب الرمل.
في السنوات الأخيرة، من أجل تحسين بيئة الإنتاج وتحسين جودة المسبوكات، هناك المزيد والمزيد من الأبحاث والتطبيقات للمواد الرابطة غير العضوية (بما في ذلك الزجاج المائي المعدل، والمواد الرابطة الفوسفاتية، وما إلى ذلك). الصورة أدناه هي موقع الصب لمصنع يستخدم رأس الأسطوانة من سبائك الألومنيوم والرمال السيراميكية والموثقة غير العضوية.
يستخدم المصنع مادة رابطة غير عضوية من رمل السيراميك لصنع اللب، وكمية المادة الرابطة المضافة هي 1.8~2.2%. نظرًا للسيولة الجيدة للرمال الخزفية، فإن قلب الرمل كثيف، والسطح كامل وسلس، وفي الوقت نفسه، تكون كمية توليد الغاز صغيرة، مما يحسن بشكل كبير إنتاجية المسبوكات، ويحسن قابلية انهيار الرمل الأساسي ، ويحسن بيئة الإنتاج، ويصبح نموذجا للإنتاج الأخضر.
أدى تطبيق رمل السيراميك في صناعة صب المحرك إلى تحسين كفاءة الإنتاج، وتحسين بيئة العمل، وحل عيوب الصب، وتحقيق فوائد اقتصادية كبيرة وفوائد بيئية جيدة.
يجب أن تستمر صناعة مسبك المحركات في زيادة تجديد الرمال الأساسية، وزيادة تحسين كفاءة استخدام رمل السيراميك، وتقليل انبعاثات النفايات الصلبة.
من منظور تأثير الاستخدام ونطاق الاستخدام، فإن الرمل الخزفي حاليًا هو صب الرمل الخاص الذي يتمتع بأفضل أداء شامل وأكبر استهلاك في صناعة صب المحركات.
وقت النشر: 27 مارس 2023
