La composition chimique du sable céramique est principalement Al2O3 et SiO2, et la phase minérale du sable céramique est principalement constituée de phase corindon et de phase mullite, ainsi qu'une petite quantité de phase amorphe. Le caractère réfractaire du sable céramique est généralement supérieur à 1 800 °C et il s’agit d’un matériau réfractaire aluminium-silicium de haute dureté.
Caractéristiques du sable céramique
● Haute réfractarité ;
● Faible coefficient de dilatation thermique ;
● Haute conductivité thermique ;
● Forme sphérique approximative, petit facteur d'angle, bonne fluidité et capacité compacte ;
● Surface lisse, pas de fissures, pas de bosses ;
● Matériau neutre, adapté à divers matériaux métalliques moulés ;
● Les particules ont une résistance élevée et ne se brisent pas facilement ;
● La plage granulométrique est large et le mélange peut être personnalisé en fonction des exigences du processus.
Application du sable céramique dans les pièces moulées de moteurs
1. Utilisez du sable céramique pour résoudre les veines, le collage du sable, le noyau cassé et la déformation du noyau de sable de la culasse en fonte.
● Le bloc-cylindres et la culasse sont les pièces moulées les plus importantes du moteur.
● La forme de la cavité interne est complexe et les exigences en matière de précision dimensionnelle et de propreté de la cavité interne sont élevées.
● Grand lot
Afin d'assurer l'efficacité de la production et la qualité des produits,
● La production à la chaîne de montage de sable vert (principalement une ligne de coiffage hydrostatique) est généralement utilisée.
● Les noyaux de sable utilisent généralement un processus de boîte froide et de sable recouvert de résine (noyau en coque), et certains noyaux de sable utilisent un processus de boîte chaude.
● En raison de la forme complexe du noyau de sable du bloc-cylindres et du moulage de la culasse, certains noyaux de sable ont une petite section transversale, la partie la plus fine de certains blocs-cylindres et noyaux de chemise d'eau de culasse n'est que de 3 à 3,5 mm, et la sortie du sable est étroite, le noyau de sable après la coulée est entouré de fer fondu à haute température pendant une longue période, il est difficile de nettoyer le sable et un équipement de nettoyage spécial est nécessaire, etc. Dans le passé, tout le sable de silice était utilisé dans la coulée production, ce qui a provoqué des problèmes de veines et de sable collé dans les pièces moulées de la chemise d'eau du bloc-cylindres et de la culasse. Les problèmes de déformation et de rupture du noyau sont très courants et difficiles à résoudre.
Afin de résoudre ces problèmes, à partir de 2010 environ, certaines sociétés nationales de moulage de moteurs bien connues, telles que FAW, Weichai, Shangchai, Shanxi Xinke, etc., ont commencé à rechercher et à tester l'application de sable céramique pour produire des blocs-cylindres, chemises d'eau de culasse et passages d'huile. Les noyaux de sable égaux éliminent ou réduisent efficacement les défauts tels que le frittage de la cavité interne, le collage du sable, la déformation du noyau de sable et les noyaux cassés.
Les images suivantes sont réalisées avec du sable céramique avec un procédé de boîte froide.
Depuis lors, le sable de lavage mélangé à du sable céramique a été progressivement promu dans les processus de boîtes froides et de boîtes chaudes, et appliqué aux noyaux de chemises d'eau de culasse. Il est en production stable depuis plus de 6 ans. L'utilisation actuelle du noyau de sable de boîte froide est la suivante : selon la forme et la taille du noyau de sable, la quantité de sable céramique ajoutée est de 30 % à 50 %, la quantité totale de résine ajoutée est de 1,2 % à 1,8 %, et la quantité totale de résine ajoutée est de 1,2 % à 1,8 %. la résistance à la traction est de 2,2 à 2,7 MPa. (Données de tests d'échantillons de laboratoire)
Résumé
Les pièces en fonte du bloc-cylindres et de la culasse contiennent de nombreuses structures de cavité interne étroites et la température de coulée se situe généralement entre 1 440 et 1 500 °C. La partie à paroi mince du noyau de sable est facilement frittée sous l'action du fer fondu à haute température, tel que le fer fondu s'infiltrant dans le noyau de sable, ou produit une réaction d'interface pour former du sable collant. Le caractère réfractaire du sable céramique est supérieur à 1 800 °C, tandis que la densité réelle du sable céramique est relativement élevée, l'énergie cinétique des particules de sable de même diamètre et vitesse est 1,28 fois supérieure à celle des particules de sable de silice lors du tir de sable, ce qui peut augmenter la densité des noyaux de sable.
Ces avantages sont les raisons pour lesquelles l'utilisation de sable céramique peut résoudre le problème du sable collant dans la cavité interne des pièces moulées de culasse.
La chemise d'eau, les pièces d'admission et d'échappement du bloc-cylindres et de la culasse présentent souvent des défauts de veinage. Un grand nombre de recherches et de pratiques de coulée ont montré que la cause première des défauts de veines sur la surface de coulée est l'expansion par changement de phase du sable de silice, qui provoque des contraintes thermiques qui entraînent des fissures à la surface du noyau de sable, ce qui provoque la fusion du fer. à pénétrer dans les fissures, la tendance des veines est plus grande surtout dans le procédé en boîte froide. En fait, le taux de dilatation thermique du sable siliceux atteint 1,5 %, tandis que le taux de dilatation thermique du sable céramique n'est que de 0,13 % (chauffé à 1 000 °C pendant 10 minutes). La possibilité de fissuration est très faible à la surface du noyau de sable en raison des contraintes de dilatation thermique. L’utilisation de sable céramique dans le noyau de sable du bloc-cylindres et de la culasse constitue actuellement une solution simple et efficace au problème du veinage.
Les noyaux de sable de chemise d'eau de culasse complexes, à parois minces, longues et étroites et les noyaux de sable de canal d'huile de cylindre nécessitent une résistance élevée (y compris une résistance à haute température) et une ténacité, et doivent en même temps contrôler la génération de gaz du sable de noyau. Traditionnellement, le procédé au sable enrobé est majoritairement utilisé. L'utilisation de sable céramique réduit la quantité de résine et permet d'obtenir un effet de haute résistance et de faible génération de gaz. En raison de l'amélioration continue des performances de la résine et du sable brut, le processus de boîte froide a de plus en plus remplacé une partie du processus de sable enduit ces dernières années, améliorant considérablement l'efficacité de la production et améliorant l'environnement de production.
2. Application de sable céramique pour résoudre le problème de la déformation du noyau de sable du tuyau d'échappement
Les collecteurs d'échappement fonctionnent pendant longtemps dans des conditions alternées à haute température, et la résistance à l'oxydation des matériaux à haute température affecte directement la durée de vie des collecteurs d'échappement. Ces dernières années, le pays a continuellement amélioré les normes d'émission des gaz d'échappement des automobiles, et l'application de la technologie catalytique et de la technologie de suralimentation a considérablement augmenté la température de fonctionnement du collecteur d'échappement, atteignant plus de 750 °C. Avec l'amélioration continue des performances du moteur, la température de fonctionnement du collecteur d'échappement augmentera également. À l'heure actuelle, l'acier moulé résistant à la chaleur est généralement utilisé, tel que le ZG 40Cr22Ni10Si2 (JB/T 13044), etc., avec une température de résistance à la chaleur de 950°C à 1 100°C.
La cavité intérieure du collecteur d'échappement doit généralement être exempte de fissures, de fermetures à froid, de cavités de retrait, d'inclusions de scories, etc. qui affectent les performances, et la rugosité de la cavité intérieure ne doit pas être supérieure à Ra25. Dans le même temps, il existe des réglementations strictes et claires sur l’écart de l’épaisseur de la paroi des tuyaux. Pendant longtemps, le problème de l’épaisseur inégale des parois et de la déviation excessive de la paroi du tuyau du collecteur d’échappement a tourmenté de nombreuses fonderies de collecteurs d’échappement.
Une fonderie a d’abord utilisé des noyaux de sable recouverts de sable de silice pour produire des collecteurs d’échappement en acier résistant à la chaleur. En raison de la température de coulée élevée (1 470-1 550 °C), les noyaux de sable se déformaient facilement, ce qui entraînait des phénomènes hors tolérance dans l'épaisseur de la paroi du tuyau. Bien que le sable siliceux ait été traité avec un changement de phase à haute température, en raison de l'influence de divers facteurs, il ne peut toujours pas surmonter la déformation du noyau de sable à haute température, ce qui entraîne une large gamme de fluctuations dans l'épaisseur de la paroi du tuyau. , et dans les cas graves, il sera mis au rebut. Afin d'améliorer la résistance du noyau de sable et de contrôler la génération de gaz du noyau de sable, il a été décidé d'utiliser du sable recouvert de sable céramique. Lorsque la quantité de résine ajoutée était 36 % inférieure à celle du sable enduit de sable de silice, sa résistance à la flexion à température ambiante et sa résistance à la flexion thermique ont augmenté de 51 %, 67 %, et la quantité de génération de gaz est réduite de 20 %, ce qui répond aux exigences. exigences de processus de haute résistance et de faible génération de gaz.
L'usine utilise des noyaux de sable recouverts de sable de silice et des noyaux de sable recouverts de sable céramique pour la coulée simultanée. Après avoir nettoyé les pièces moulées, elle effectue des inspections anatomiques.
Si le noyau est constitué de sable enduit de sable de silice, les pièces moulées ont une épaisseur de paroi inégale et une paroi mince, et l'épaisseur de paroi est de 3,0 à 6,2 mm ; lorsque le noyau est constitué de sable recouvert de sable céramique, l'épaisseur de paroi de la pièce moulée est uniforme et l'épaisseur de paroi est de 4,4 à 4,6 mm. comme suit l'image
Sable enduit de sable de silice
Sable enduit de sable céramique
Le sable recouvert de sable céramique est utilisé pour fabriquer des noyaux, ce qui élimine la rupture du noyau de sable, réduit la déformation du noyau de sable, améliore considérablement la précision dimensionnelle du canal d'écoulement de la cavité interne du collecteur d'échappement et réduit le collage du sable dans la cavité interne, améliorant ainsi la qualité de taux de pièces moulées et de produits finis et obtenu des avantages économiques significatifs.
3. Application de sable céramique dans le boîtier du turbocompresseur
La température de fonctionnement à l’extrémité turbine de la coque du turbocompresseur dépasse généralement 600°C, et certaines atteignent même 950-1 050°C. Le matériau de la coque doit être résistant aux températures élevées et avoir de bonnes performances de lancer. La structure de la coque est plus compacte, l'épaisseur de la paroi est fine et uniforme, et la cavité intérieure est propre, etc., est extrêmement exigeante. À l'heure actuelle, le boîtier du turbocompresseur est généralement constitué d'acier moulé résistant à la chaleur (comme par exemple 1.4837 et 1.4849 de la norme allemande DIN EN 10295), et de la fonte ductile résistante à la chaleur est également utilisée (comme la norme allemande GGG SiMo, l'américain fonte nodulaire austénitique standard D5S à haute teneur en nickel, etc.).
Un carter de turbocompresseur de moteur 1,8 T, matériau : 1,4837, à savoir GX40CrNiSi 25-12, composition chimique principale (%) : C : 0,3-0,5, Si : 1-2,5, Cr : 24-27, Mo : Max 0,5, Ni : 11 -14, température de coulée 1560 ℃. L'alliage a un point de fusion élevé, un taux de retrait important, une forte tendance à la fissuration à chaud et une difficulté de coulée élevée. La structure métallographique de la pièce moulée impose des exigences strictes concernant les carbures résiduels et les inclusions non métalliques, et il existe également des réglementations spécifiques sur les défauts de coulée. Afin de garantir la qualité et l'efficacité de la production des pièces moulées, le processus de moulage adopte un moulage à noyau avec des noyaux de coquille de sable recouverts d'un film (et certains noyaux de boîte froide et de boîte chaude). Initialement, du sable de lavage AFS50 a été utilisé, puis du sable de silice grillé, mais des problèmes tels que le collage du sable, les bavures, les fissures thermiques et les pores dans la cavité interne sont apparus à des degrés divers.
Sur la base de recherches et d’essais, l’usine a décidé d’utiliser du sable céramique. Initialement acheté du sable enduit fini (sable 100 % céramique), puis acheté des équipements de régénération et de revêtement, et optimisé en permanence le processus pendant le processus de production, utiliser du sable céramique et du sable de lavage pour mélanger le sable brut. Actuellement, le sable enrobé est grossièrement mis en œuvre selon le tableau suivant :
| Procédé de sable recouvert de sable céramique pour boîtier de turbocompresseur | ||||
| Taille du sable | Taux de sable céramique % | % d'ajout de résine | Résistance à la flexion MPa | Débit de gaz ml/g |
| AFS50 | 30-50 | 1,6-1,9 | 6,5-8 | ≤12 |
Au cours des dernières années, le processus de production de cette usine s'est déroulé de manière stable, la qualité des pièces moulées est bonne et les avantages économiques et environnementaux sont remarquables. Le résumé est le suivant :
un. L'utilisation de sable céramique, ou l'utilisation d'un mélange de sable céramique et de sable de silice pour fabriquer des noyaux, élimine les défauts tels que le collage du sable, le frittage, le veinage et la fissuration thermique des pièces moulées, et réalise une production stable et efficace ;
b. Coulée de noyau, efficacité de production élevée, faible rapport sable-fer (généralement pas plus de 2:1), consommation réduite de sable brut et coûts réduits ;
c. Le coulage du noyau est propice au recyclage et à la régénération globale des déchets de sable, et la récupération thermique est adoptée uniformément pour la régénération. Les performances du sable régénéré ont atteint le niveau du sable neuf pour le sable de lavage, ce qui a eu pour effet de réduire le coût d'achat du sable brut et de réduire les rejets de déchets solides ;
d. Il est nécessaire de vérifier fréquemment la teneur en sable céramique du sable régénéré pour déterminer la quantité de sable céramique neuf ajoutée ;
e. Le sable céramique a une forme ronde, une bonne fluidité et une grande spécificité. Lorsqu'il est mélangé avec du sable de silice, il est facile de provoquer une ségrégation. Si nécessaire, le processus de tir au sable doit être ajusté ;
f. Lorsque vous recouvrez le film, essayez d'utiliser une résine phénolique de haute qualité et utilisez divers additifs avec prudence.
4. Application de sable céramique dans la culasse du moteur en alliage d'aluminium
Afin d'améliorer la puissance des automobiles, de réduire la consommation de carburant, de réduire la pollution des gaz d'échappement et de protéger l'environnement, les automobiles légères constituent la tendance de développement de l'industrie automobile. À l'heure actuelle, les pièces moulées des moteurs automobiles (y compris les moteurs diesel), telles que les blocs-cylindres et les culasses, sont généralement coulées avec des alliages d'aluminium, et le processus de coulée des blocs-cylindres et des culasses, lorsqu'on utilise des noyaux de sable, un moulage par gravité dans des moules métalliques et une basse pression. casting (LPDC) sont les plus représentatifs.
Le processus de noyau de sable, de sable enduit et de boîte froide des pièces moulées de bloc-cylindres et de culasse en alliage d'aluminium est plus courant et convient aux caractéristiques de production de haute précision et à grande échelle. La méthode d'utilisation du sable céramique est similaire à la production de culasses en fonte. En raison de la faible température de coulée et de la faible densité de l'alliage d'aluminium, on utilise généralement du sable de noyau à faible résistance, tel qu'un noyau de sable de boîte froide dans une usine, la quantité de résine ajoutée est de 0,5 à 0,6 % et la résistance à la traction est de 0,5 à 0,6 %. 0,8-1,2 MPa. Du sable de base est requis. A une bonne pliabilité. L'utilisation de sable céramique réduit la quantité de résine ajoutée et améliore grandement l'effondrement du noyau de sable.
Ces dernières années, afin d'améliorer l'environnement de production et d'améliorer la qualité des pièces moulées, il y a de plus en plus de recherches et d'applications sur les liants inorganiques (y compris le verre soluble modifié, les liants phosphatés, etc.). L'image ci-dessous représente le site de coulée d'une usine utilisant du sable céramique, un liant inorganique, un noyau de sable, une culasse en alliage d'aluminium.
L'usine utilise un liant inorganique de sable céramique pour fabriquer le noyau, et la quantité de liant ajoutée est de 1,8 à 2,2 %. En raison de la bonne fluidité du sable céramique, le noyau de sable est dense, la surface est complète et lisse, et en même temps, la quantité de gaz généré est faible, cela améliore considérablement le rendement des pièces moulées, améliore l'effondrement du sable de noyau , améliore l'environnement de production et devient un modèle de production verte.
L'application du sable céramique dans l'industrie du moulage de moteurs a amélioré l'efficacité de la production, amélioré l'environnement de travail, résolu les défauts de moulage et obtenu des avantages économiques significatifs et de bons avantages environnementaux.
L'industrie de la fonderie de moteurs devrait continuer à augmenter la régénération du sable de base, à améliorer encore l'efficacité d'utilisation du sable céramique et à réduire les émissions de déchets solides.
Du point de vue de l'effet d'utilisation et du champ d'application, le sable céramique est actuellement le sable spécial de coulée offrant les meilleures performances globales et la plus grande consommation dans l'industrie de la coulée de moteurs.
Heure de publication : 27 mars 2023
