Tải bản đầy đủ

Công nghệ đúc kim loại BK HCM 2016

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN CHẾ TẠO MÁY

MÔN HỌC: KỸ THUẬT CHẾ TẠO I

BÁO CÁO THUYẾT TRÌNH

ĐÚC KIM LOẠI
GVHD:

LƯƠNG PHƯƠNG MINH

NHÓM 1 – TNCK
ĐỖ TUẤN ANH

MSSV: 21300057

ĐỖ HỮU CHÍNH

MSSV: 21300391


TRẦN MINH CHIẾN

MSSV: 21300382

DOÃN HOÀNG

MSSV: 21301311

NGUYỄN MINH HOÀNG

MSSV: 21301340

TRẦN MINH HOÀI

MSSV: 21301299

NGUYỄN MINH NHỰT

MSSV: 21302843

NGUYỄN ĐỨC LƯƠNG PHÁT

MSSV:

21302888
BÙI HOÀNG SƠN

TP.HCM – THÁNG 05 NĂM 2016

MSSV: 21303394


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN VẬT LIỆU

MÔN HỌC: KỸ THUẬT CHẾ TẠO I

BÁO CÁO THUYẾT TRÌNH


ĐÚC KIM LOẠI
GVHD:

LƯƠNG PHƯƠNG MINH

NHÓM 1 – TNCK
ĐỖ TUẤN ANH

MSSV: 21300057

ĐỖ HỮU CHÍNH

MSSV: 21300391

TRẦN MINH CHIẾN

MSSV: 21300382

DOÃN HOÀNG

MSSV: 21301311

NGUYỄN MINH HOÀNG

MSSV: 21301340

TRẦN MINH HOÀI

MSSV: 21301299

NGUYỄN MINH NHỰT

MSSV: 21302843

NGUYỄN ĐỨC LƯƠNG PHÁT

MSSV:

21302888
BÙI HOÀNG SƠN

MSSV: 21303394

TP.HCM – THÁNG 05 NĂM 2016


MỤC LỤC


I.

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC

1. KHÁI NIỆM
− Đúc là phương pháp chế tạo sản phẩm bằng cách rót kim loại lỏng vào khuôn
có hình dạng nhất định, sau khi kim loại hóa rắn trong khuôn ta thu được sản
phẩm có hình dạng giống với hình dạng của lòng khuônĐúc là phương pháp
chế tạo sản phẩm bằng cách rót kim loại lỏng vào khuôn có hình dạng nhất
định, sau khi kim loại hóa rắn trong khuôn ta thu được sản phẩm có hình dạng
giống với hình dạng của lòng khuôn.
− Sản phẩm nếu được sử dụng ngay được gọi là vật đúc. Nếu sản phẩm phải qua
giai đoạn gia công cắt gọt thì gọi là phôi đúc.

Hình 1.1 Sơ đồ quá trình sản xuất đúc
(Giáo trình Vật liệu cơ khí và công nghệ kim loại ĐH GTVT)
2. KHẢ NĂNG CÔNG NGHỆ
 Ưu điểm
− Đúc được bất kỳ kim loại nào có thể nấu chảy được.
− Tạo ra sản phẩm có cấu trúc hình học phức tạp.
− Đúc được các chi tiết rất lớn mà các phương pháp gia công khác không thực
hiện được.
4


− Hạn chế phế phẩm.
− Một số phương pháp đúc có thể sản xuất hàng khối.
− Có khả năng cơ khí hóa và tự động hóa.
 Nhược điểm







Cơ tính vật đúc hạn chế.
Độ chính xác không cao.
Chất lượng bề mặt sản phẩm không cao.
Dễ bị khuyết tật: co ngót, rỗng, nứt.
Tốn kim loại cho hệ thống rót, đậu ngót, đậu hơi.
Khó kiểm soát cấu trúc tế vi của vật đúc, thiết bị kiểm tra cấu trúc bên trong đắt

tiền.
− Dễ xảy ra tai nạn lao động.

II.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÚC
1. NẤU CHẢY KIM LOẠI
Để tiến hành đúc, kim loại phải được gia nhiệt đến một nhiệt độ cao hơn nhiệt độ
nóng chảy của nó, sau đó được rót vào khuôn đề đông đặc.

1.1. Năng lượng
Nhiệt lượng cần cung cấp cho khối kim loại để nhiệt độ của nó tăng đến nhiệt độ
rót gồm:




Nhiệt lượng để tăng nhiệt độ của kim loại lên nhiệt độ nóng chảy.
Nhiệt lượng để chuyển kim loại từ pha rắn sang pha lỏng.
Nhiệt lượng để tăng nhiệt độ kim loại lên nhiệt độ rót.

Công thức xác định nhiệt lượng:
H = ρ V[CS (Tm - T 0 ) + Hf + Cl(Tp - Tm)](J )
Trong đó:
3
ρ : khối lượng riêng KL (g/cm )

3
V : thể tích khối KL được nấu chảy (cm )
0
CS : nhiệt dung riêng của KL rắn (J/g. C)
0
Tm : nhiệt độ nóng chảy ( C)
5


0
T0 : nhiệt độ ban đầu của khối KL ( C)
Hf : nhiệt nóng chảy (J/g)
0
Cl : nhiệt dung riêng của KL lỏng (J/g. C)
0
Tp : nhiệt độ cần thiết để rót KL ( C)
1.2. Thiết bị nấu kim loại
1.2.1. Lò đứng

Hình 2.1 Mô hình lò đứng
− Lò đứng có dạng hình trụ đứng với rãnh thoát kim loại lỏng ở gần đáy lò. Lò
đứng thường được dùng để nấu gang. Dạng cơ bản của lò đứng được thể hiện
trong hình trên. Mặt ngoài của lò là lớp gạch chịu lửa. Nguyên liệu bao gồm
thép, than cốc, chất gây cháy, và một số hợp kim cần thiết khác được đưa vào
lò thông qua cửa lò ở vị trí thấp hơn phân nửa chiều cao lò, trong đó than cốc là
nhiên liệu để đốt lò. Chất gây cháy kết hợp với than cốc cùng một số tạp chất
khác tạo nên xỉ. Xỉ được tạo ra sẽ bao lấy kim loại lỏng, không cho kim loại
lỏng tiếp xúc với môi trường xung quanh bên trong lò gây thất thoát nhiệt. Khi
kim loại được nấu chảy theo yêu cầu thì rãnh thoát kim loại lỏng được mở kim
loại lỏng thoát ra ngoài chuẩn bị cho quá trình rót.

6


Hình 2.2 Lò đứng
1.2.2. Lò nung trực tiếp
− Lò nung trực tiếp cấu tạo gồm một hầm lò, trong đó kim loại được nấu chảy
bởi nhiệt lượng sinh ra do nhiên liệu bị đốt cháy.
− Nhiên liệu thường dùng là khí thiên nhiên. Dưới đáy hầm có lỗ để thoát kim
loại lỏng ra ngoài. Loại lò này thường dùng để nấu kim loại màu như hợp kim
đồng, nhôm,…
1.2.3. Lò nồi
− Trong kiểu nung bằng lò nồi thì kim loại không tiếp xúc trực tiếp với nhiên liệu
cháy. Kiểu lò này thường dùng để nung kim loại màu như đồng thiếc, đồng
thau, hợp kim của thiếc và nhôm.

7


Hình 2.4 Các dạng lò nồi
1.2.4. Lò cảm ứng

Hình 2.5 Cấu tạo lò cảm ứng
− Lò cảm ứng hoạt động theo nguyên tắc cảm ứng điện từ. Từ trường sinh ra do
dòng điện xoay chiều đi qua cuộn dây có tác dụng nung nóng và nấu chảy kim
loại.
− Ưu điểm của loại lò này là kim loại không tiếp xúc trực tiếp với các thiết bị
nung nên rất dễ dàng kiểm soát môi trường nung kim loại. Do đó, kim loại lỏng
sau khi nung sạch và có chất lượng tốt hơn. Lò nung cảm ứng được dùng có
yêu cầu cao về độ sạch của kim loại lỏng. Thép, gang, hợp kim nhôm cũng
thường được nấu chảy bằng lò cảm ứng.

8


Hình 2.6 Hình ảnh lò cảm ứng
2. RÓT KIM LOẠI
− Rót kim loại là một bước rất quan trọng trong quá trình sản xuất đúc và có ảnh
hưởng lớn đến chất lượng của sản phẩm đúc. Quá trình rót kim loại được xem là
thành công khi kim loại lỏng được điền đầy vào tất cả các ngõ ngách bên trong
lòng khuôn trước khi bắt đầu đông đặc.
− Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình rót kim loại:
• Tính chảy loãng của kim loại
• Nhiệt độ rót
• Tốc độ rót
• Chế độ chảy (độ rối) của dòng kim loại lỏng
2.1. Tính chảy loãng của kim loại
− Tính chảy loãng của kim loại là khả năng điền đầy khuôn đúc của kim loại lỏng.
Nó quyết định quãng đường kim loại lỏng còn di chuyển được trong khuôn đúc
trước khi đông đặc.
− Các thông số ảnh hưởng đến tính chảy loãng của kim loại:
• Độ nhớt.
• Nhiệt độ rót kim loại.
• Vật liệu kim loại.
• Sức căng bề mặt.
• Tốc độ đông đặc.
9


• Thiết kế khuôn đúc.
• Vật liệu làm khuôn và bề mặt khuôn đúc.
• Tốc độ rót kim loại.
• Tốc độ trao đổi nhiệt.
• Độ quá nhiệt.
2.2. Tính toán quá trình rót
Quá trình rót kim loại bị chi phối bởi các hệ số và định luật sau:
a. Số Reynold:
Re =

ρVD
µ

Trong đó:
ρ : khối lượng riêng của chất lỏng.
V : là tốc độ dòng chảy.
D : là đường kính dòng chảy
µ : độ của nhớt của chất lỏng.
Sự ảnh hưởng của số Reynold đến quá trình rót:
Re < 2000, chảy tầng, ƣu tiên chọn
Re ~ 2000, giới hạn từ chảy tầng sang chảy rối Re > 2000, chảy rối.
Re > 20000, chảy cực rối, đây là nguyên nhân làm không khí xâm nhập
vào và tạo ra hiện tượng xỉ gây ra khuyết tật vật đúc.
Để điều chỉnh thông số Re ta thiết kế ống rót và kênh dẫn thích hợp.
b. Phương trình Bernoulli
P1 v12
P2 v22
h1 +
+
+ f1 = h2 +
+
+ f2
ρ g 2g
ρ g 2g

Nếu bỏ thất thoát năng lượng do ma sát, đồng thời giả sử áp suất tại mọi điểm
trong dòng kim loại lỏng là như nhau, ta được dạng đơn giản hơn của phương
trình Bernoulli:
10


h1 +

P1 v12
P
v2
+
= h2 + 2 + 2
ρ g 2g
ρ g 2g

Chọn điểm 1 tại đầu ống rót, điểm 2 tại cuối ống rót, và chọn điểm 2 làm gốc
quy chiếu, ta có: v1=0, h2 =0
Suy ra vận tốc dòng kim loại lỏng:
v = 2 gh

Với: v: vận tốc dòng kim loại tại cuối ống rót
h: chiều cao ống rót
g: gia tốc trọng trường
c. Phương trình liên tục
Q = A1v1 = A2 v2

Vận tốc dòng kim loại lỏng tỷ lệ nghịch với tiết diện ngang của ống rót. Kết
hợp phương trình Bernoulli và phương trình liên tục, ta được:
A1 v2
= =
A2 v1

h2
h1

Thời gian kim loại điền đầy khuôn:
MFT =

V
Q

3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG RÓT
3.1. Khái niệm
− Hệ thống rót là hệ thống dẫn kim loại lỏng từ thùng rót vào khuôn. Sự bố trí
hệ thống rót quyết định chất lượng vật đúc và giảm được sự hao phí kim loại
vào hệ thống rót. Hao phí do hệ thống rót gây ra đạt đến 30%. Các bộ phận
chính của hệ thống rót bao gồm: (1) phễu rót, (2) ống rót, (3) rãnh lọc xĩ, (4)
rãnh dẫn.
11


Hình 2.7 Cấu tạo cốc rót
Yêu cầu đối với hệ thống rót:
• Toàn bộ lòng khuôn phải được điền đầy kim loại.
• Dòng kim loại chảy phải đều, cân, không va đập.
• Hệ thống rót phải chắc, không bị vỡ.
Chú ý:
• Không nên để máng dẫn nằm dưới ống rót vì như thế xỉ dễ đi vào trong
khuôn.
• Không nên đặt máng dẫn nằm ở mép tận cùng của rãnh lọc xỉ vì kim loại
dễ bắn tung tóe làm hỏng khuôn và xỉ dễ vào khuôn.
• Không đặt máng dẫn nằm trên rãnh lọc xỉ vì như vậy rãnh lọc xỉ sẽ mất tác
dụng lọc xỉ.
3.2. Các bộ phận của hệ thống rót
3.2.1. Cốc rót
− Cốc rót cỏ tác dụng chủ yếu: giữ không cho xỉ và tạp chất vào ống rót; đón kim
loại từ thúng chứa rót vào khuôn; làm giảm lực và khống chế tốc độ kim loại
chảy vào khuôn.
− Có các loại cốc rót sau:
a. Cốc rót hình phễu
− Đây là loại cốc rót đơn giản, dễ chế tạo khi làm khuôn,nhưng vì thể tích nhỏ
làm cho dòng kim loại bị xoáy, dễ cuộn khí vào ống rót. Loại này thường
dùng cho vật đúc cỡ nhỏ, yêu cầu không cao.

12


Hình 2.8 Cốc rót hình phễu
b. Cốc rót hình chậu
− Cốc rót hình chậu là loại có một bên sâu, một bên nông; khi rót kim loại vào
phần lõm sâu, dòng xoáy sinh ra nằm xa ống rót. Loại cốc này có khả năng lọc
xỉ và tạp chất tốt song khó chế tạo.

Hinh 2.9 Cốc rót hình chậu
− Cốc rót hình chậu bao gồm các loại:
• Cốc rót có máng lọc: lọc xỉ nhờ bộ phận lưới lọc bằng hỗn hợp làm khuôn.
Để xỉ khỏi vào khuôn, trước khi rót người ta đậy máng lọc bằng 1 tấm sắt
tây. Sau khi đổ đầy kim loại vào cốc rót, các loại xỉ và tạp chất nổi lên trên.
Tấm sắt tây bị chảy, kim loại lỏng phía dưới chảy qua máng lọc vào khuôn.

Hình 2.10 Cốc rót hình chuậ có máng lọc
• Cốc rót có màng ngăn: loại này có màng ngăn nên xỉ và tạp chất phi kim
nhẹ nổi lên trên bị màng ngăn cản lại, kim loại sạch qua khe hở ở dưới chảy
vào khuôn.

Hình 2.11 Cốc rót có màng ngăn
• Cốc rót có nút đậy: trước khi rót kim loại, đậy lỗ bằng 1 nút làm bằng vật
liệu chịu nóng, xỉ nhẹ nổi lên trên, mở nút kim loại sạch ở dưới chảy vào
khuôn.
13


Hình 2.12 Cóc rót có nút đậy
3.2.2. Ống rót
− Ống rót dùng để dẫn kim loại từ phễu rót đến rãnh lọc xỉ, có ảnh hưởng lớn đến
tốc đợ chảy của kim loại vào luôn đúc. Áp lực của kim loại lên thành khuôn
đúc phục thuộc vào chiều cao ống rót.
− Nói chung chiều cao ống rót cao hơn mặt cao nhất của vật đúc khoảng 100 200mm.
− Ống rót thường là hình trụ côn 3 0, trên to dưới nhỏ (a). Loại này dễ làm khuôn
đồng thời bảo đảm kim loại chảy đều vào rãnh lọc xỉ. Nếu ống rót cao quá thì
phải làm ống rót nhiều bậc (b) hoặc ống rót hình rắn (c) để giảm tốc độ của
dòng kim loại.

Hình 2.13 Các lạo ống rót
3.2.3. Rãnh lọc xỉ
− Rãnh lọc xỉ thường bố trí nằm ngang để chặn xỉ đi vào khuôn. Bao giờ nó cũng
được bố trí trên rãnh dẫn, nhằm để tự xỉ nhẹ nổi lên trên và ở lại trong rãnh lọc,
còn kim loại sạch theo rãnh dẫn vào khuôn.
− Rãnh lọc xỉ thường có tiết diện hình thang (a), ít mất nhiệt và dễ nổi xỉ; đôi khi
dùng các loại có tiết diện tam giác và bán nguyệt.
− Khi đúc những chi tiết quan trọng người ta còn dùng các loại rãnh lọc xỉ có
màng ngăn (b), rãnh lọc xỉ gấp khúc và nhiều bậc (c)

14


Hình 2.14 Các loại rãnh lọc xĩ
3.2.4. Rãnh dẫn
− Rãnh dẫn dùng để dẫn kim loại lỏng từ rãnh lọc xỉ vào khuôn. Nhiệm vụ cảu
rãnh dẫn là khống chế tốc độ và định hướng dòng kim loại chảy vào khuôn.
Hình dáng, vị trí và số lượng rãnh dẫn có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng vật
đúc.
− Tiết diện ngang của rãnh dẫn thường là hình thanh dẹt, ngoài ra còn có hình
tam giác, bán nguyệt. Ưu điểm của rãnh dẫn hình thang dẹt là dễ nổi xỉ, dễ cắt
rãnh dẫn khỏi vật đúc, giảm khuynh hướng tạo xốp co ở chỗ dẫn kim loại vào
lòng khuôn. Chiều dài và số lượng rãnh dẫn phụ thuộc vào khối lượng, chiều
dày thành và độ phức tạp về hình dáng của vật đúc.
− Vị trí đặt rãnh dẫn có ảnh hướng rất lớn đến chất lượng vật đúc. Người ta nhận
thấy rằng: khi đúc hợp kim có độ co nhỏ mới dùng kiểu dẫn vào phần mỏng
nhất của vật đúc (gang xám), khi đúc vật đúc có thành dày và co nhiều thường
dẫn kim loại vào chỗ thành dày để vật đúc đông đặc theo một hướng nhất định
(thép). Khi đúc những vật đúc có thành dày, mỏng khác nhau thì căn cứ vào
yêu cầu kết tinh cùa vật đúc để quyết định vị trí dẫn kim loại cho thích hợp.
Ngoài rãnh dẫn thẳng tiêu chuẩn thì người ta còn dùng các loại rãnh dẫn sau:
• Rãnh dẫn nhiều tầng: ưu điểm là điền đầy kim loại vào khuôn cùng một
lúc và vật đúc nguội đều trong khuôn, thích hợp với các vật đúc cao và to

Hình 2.15 Rãnh dẫn nhiều tầng
15


• Rãnh dẫn có khe mỏng: vừa có tác dụng dẫn kim loại vừa có tác dụng bổ
sung kim loại cho vật đúc, do đó bảo đảm kim loại được điền đầy, vật đúc
nguội đều và và chặn xỉ tốt.

Hình 2.16 Rãnh dẫn có khe mỏng
• Rãnh dẫn kiểu mưa rơi: kim loại lỏng từ rãnh lọc xỉ vòng qua nhiều rãnh
dẫn đứng “rơi” vào lòng khuôn. Loại này điền đầy kim loại đồng thời nên
đảm bảo nguội đều, tổ chức mịn chặt hơn.

Hình 2.17 Rãnh dẫn kiểu mưa rơi
• Rãnh dẫn kiểu xifong: điền kim loại lỏng vào khuôn bằng cách dâng từ
dưới lên trên. Loại rãnh dẫn này đảm bảo kim loại chảy êm, từ từ nên không
phá hỏng khuôn. Thường dùng rãnh này khi đúc các vật cỡ lớn.

Hình 2.18 Rãnh đúc kiểu xifong

16


3.3. Chọn vị trí dẫn kim loại vào khuôn
− Đối với vật đúc có khối lượng nhỏ hơn 1,5 tấn và chiều dài nhỏ hơn 1,3m thì
nên dẫn kim loại theo 1 phía.
− Đối với loại lớn hơn dẫn vào giữa vật đúc. Đối với các vật đúc phức tạp có
nhiều dài hơn 2m nên dẫn kim loại theo 2 phía bằng các hệ thống rót riêng biệt.
− Khi đúc gang nhiều graphit, chiều dày không khác nhau lắm nên dẫn kim loại
vào chỗ mỏng nhất nhằn đảm bảo tốc độ nguội đồng đều.
− Đúc gang ít cacbon có nhiều chỗ dày nên dẫn kim loại vào chỗ dày làm vật đúc
nguội từ tiết diện bé nhất đến lớn nhất, do đó khử được ứng suất bên trong vật
đúc.
− Vật đúc tròn xoay, cần bố trí rãnh dẫn tiếp tuyến với thành khuôn, đồng thời
cần bảo đảm dòng kim loại xoay tròn theo 1 hướng.
− Có thể dẫn kim loại vào khuôn từ trên xuống (khi vật đúc thấp, đúc trong 1
hòm khuôn…); từ giữa vào (khi vật đúc trung bình, đúc trong hai hoặc nhiều
hòm khuôn); từ dưới lên (vật đúc quan trọng, cao, kim loại màu…).
3.4. Đậu ngót, đậu hơi
3.4.1. Đậu hơi
− Đậu hơi dùng đề thoát khí từ trong lòng khuôn ra ngoài.
− Đậu hơi thường có dạng hình trụ côn 3-5 0 trên to dưới nhỏ, hoặc có tiết diện
hình chữ nhật.
3.4.2. Đậu ngót
− Dùng để bổ sung kim loại cho vật đúc khi đông đặc. Thường dùng khi đúc
gang trắng, gang bền cao, thép, hợp kim màu, gang xám thành dày. Đậu ngót
phải được đặt vào chỗ thành vật đúc tập trung nhiều kim loại vì ở đó kim loại
đông đặc chậm nhất và co rút nhiều nhất.
4. QUÁ TRÌNH ĐÔNG ĐẶC
− Quá trình đông đặc của kim loại khác nhau tùy thuộc vào kim loại đúc là kim
loại nguyên chất hay hợp kim.
17


4.1. Đường nguội của kim loại
a. Đường nguội của kim loại nguyên chất

Hình 2.19 Quá trình đông đặc của kim loại nguyên chất diễn ra
và kết thúc tại một nhiệt độ xác định.
b. Đường nguội của hợp kim

Hình 2.30 Quá trình đông đặc của hợp kim diễn ra
và kết thúc trong một khoảng nhiệt độ.
4.2. Quá trình kết tinh của vật đúc
− Ngay khi rót kim loại lỏng vào khuôn, do tiếp xúc với thành khuôn nguội, lớp
kim loại lỏng tiếp xúc thành khuôn có tốc độ nguội rất lớn sẽ kết tinh ngay
thành một lớp kim loại mỏng. Bản thân thành khuôn đóng vai trò mầm ký sinh
cũng làm tăng tốc độ tạo mầm và kết tinh. Chiều dày của lớp kim loại này tăng
18


dần theo quá trình đông đặc, tạo thành một lớp vỏ kim loại bao xung quanh
kim loại lỏng phía trong. Lớp kim loại này có cấu trúc hạt nhỏ, mịn, trục định
hướng bất kỳ và rất mỏng (Vùng I)
− Vùng tiếp theo có cấu trúc tinh thể hạt dài, có phương vuông góc với thành
khuôn. Tốc độ nguội càng lớn càng dễ dàng cho sự phát triển của tinh thể định
hướng và chúng có thể tiếp xúc nhau ở trung tâm tạo thành tổ chức xuyên tinh.
Tổ chức này có mật độ cao, nhưng dị hướng, dễ nứt khi bị biến dạng. (Vùng II)
− Vùng trong cùng có tổ chức những hạt đa cạnh. Lúc này, thành khuôn đã nóng
lên, kết tinh xảy ra với độ quá nguội nhỏ, hướng tỏa nhiệt theo mọi phương gần
như nhau, tinh thể phát triển đều theo mọi phương tạo ra tổ chức hạt thô đều
trục. (Vùng III)

Hình 2.31 Cấu trúc tinh thể của vật đúc
Vùng I: Chill zone; Vùng II: Columnar zone; Vùng III: Equiaxed zone

− Tuy nhiên, không phải bất kỳ vật đúc nào cũng có tổ chức với đầy đủ cả ba
19


vùng như trên. Tốc độ nguội có ảnh hưởng lớn đến vùng II và vùng III. Tốc độ
nguội nhanh thì vùng II phát triển và ngược lại, tốc độ nguội chậm thì vùng III
phát triển.
− Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ nguội:
• Khối lượng vật đúc càng lớn thì tốc độ nguội càng chậm.
• Bản chất vật liệu làm khuôn và chiều dày thành khuôn: khuôn cát, đất sét
nguội chậm hơn khuôn kim loại; khuôn thép nguội chậm hơn khuôn đồng.
• Nhiệt độ rót càng cao thì tốc độ nguội càng lớn.
− Ngoài ra, bản chất và độ sạch của kim loại cũng ảnh hưởng đến quá trình kết
tinh và do đó ảnh hưởng đến tố chức vật đúc. Lượng tạp chất và nguyên tố hợp
kim tăng làm tăng lượng mầm ký sinh, hạn chế phát triển của tinh thể định
hướng và mở rộng vùng tinh thể đều trục phía trong.

Hình 2.32 Tổ chức của kim loại nguyên chất và Tổ chức của hợp kim
4.3. Thời gian đông đặc
− Thời gian đông đặc của vật đúc được tính theo công thức Chvoninov:
n

V 
TST = Cm  ÷
 A

Trong đó:
TST: tổng thời gian đông đặc (phút)
V: thể tích vật đúc (cm2)
A: diện tích bề mặt vật đúc (cm2)
20


n: hằng số, thường lấy giá trị bằng 2
Cm: hằng số đặc trung cho khuôn đúc, phụ thuộc vào điều kiện diễn ra quá trình
đúc (vật liệu khuôn, tính chất vật liệu đúc, nhiệt độ rót) (phút/cm 2)
4.4. Co ngót
− Co ngót là sự giảm kích thước, và do đó thể tích, của vật đúc trong suốt quá
trình làm nguội và đông đặc. Co ngót xảy ra tuần tự theo 3 bước:
• Kim loại lỏng co lại suốt quá trình làm nguội trước khi đông đặc
• Co trong quá trình hóa rắn (chuyển từ pha lỏng sang pha rắn)
• Co do nhiệt trong suốt quá trình vật đúc (đã đông đặc) nguội xuống nhiệt độ
phòng
Quá trình co bao gồm 3 bước này được mô tả như hình sau:

21


Hình 2.33
(1) Mức kim loại lỏng trong khuôn ngay sau khi rót
(2): Mức kim loại hạ thấp xuống do kim loại lỏng bị co lại khi hạ nhiệt độ
(3): chiều cao của vật đúc tiếp tục giảm và hình thành những lỗ co do sự co
trong quá trình đông đặc.
(4): chiều cao tiếp tục bị giảm, đồng thời đường kính khối kim loại cũng giảm
do sự co vì nhiệt khi khối kim loại nguội đi.

− Co ngót diễn ra đối với hầu hết kim loại trong quá trình đông đặc vì khối lượng
riêng của kim loại ở thể rắn nhỏ hơn khối lượng riêng của kim loại lỏng. Sự
đông đặc làm giảm thể tích của kim loại trên một đơn vị khối lượng.
− Dưới đây là độ co thể tích của một số kim loại và hợp kim thông dụng:
Bảng 2.1 Độ co thể tích của một số kim loại và hợp kim thông dụng
Độ co thể tích do:
Kim loại (hợp kim)

Đông đặc (%)

Làm nguội sau
đông đặc (%)

Nhôm

7.0

5.6

Hơp kim nhôm

7.0

5.0

Gang xám

1.8

3.0

0

3.0

Gang xám hàm lượng cacbon
cao
22


Thép hàm lượng cacbon thấp

3.0

7.2

Đồng

4.5

7.5

Hợp kim Cu-Sn (bronze)

5.5

6.0

− Trong các kim loại (hợp kim) thông dụng thì chỉ có gang xám với hàm lượng
cacbon cao là không co thể tích khi đông đặc. Điều này được lý giải bởi với
gang xám với hàm lượng cacbon cao, sự graphit hóa cacbon trong giai đoạn
cuối của quá trình đông đặc gây giãn nở thể tích chống lại sự co thể tích do
chuyển pha từ lỏng sang rắn.
− Do xảy ra co ngót trong quá trình đông đặc nên thể tích lòng khuôn đúc
thường được thiết kế lớn hơn so với kích thước vật đúc mong muốn.
4.5. Đông đặc có định hướng
− Tác hại của co ngót khi đông đặc sẽ được giảm thiểu nếu vùng xa vị trí ống
rót nhất được đông đặc trước nhất, và quá trình đông đặc được định hướng từ
những vùng này về phía vị trí đặt đậu ngót. Do đậu ngót đông đặc sau cùng
nên vật đúc giảm thiểu được các rổ co trong suốt quá trình đông đặc, vì vật
đúc vẫn được cung cấp kim loại lỏng từ đậu ngót cho đến khi đông đặc toàn
bộ.
− Để định hướng quá trình đông đặc, quy tắc Chvorinov được áp dụng trong
thiết kế vật đúc, định hướng vật đúc trong khuôn, và thiết kế hệ thống đậu
ngót. Nếu vật đúc có tỷ số V/A nhỏ hơn so với tỷ số V/A của đậu ngót, thì đậu
ngót sẽ đông đặc sau cùng.
− Một phương pháp khác để định hướng quá trình đông đặc là dùng các chốt
kim loại có chức năng làm nguội đặt bên trong lòng khuôn trước khi rót kim
loại hoặc đặt bên trong thành khuôn (khuôn cát). Các chốt kim loại này làm
cho vùng xung quanh nó có tốc độ nguội cao hơn các vùng còn lại. Kim loại
làm nguội đặt trong lòng khuôn phải có thành phần hóa học giống với kim loại
đúc, tốt nhất nên dùng chính kim loại đúc vào mục đích này.

23


Hình 2.34 Vật đúc trong trường hợp
(a) có định hướng đông đặc và (b) không định hướng đông đặc
5. CHẤT LƯỢNG VẬT ĐÚC (KHUYẾT TẬT VẬT ĐÚC)
5.1. Sai hình dáng kích thước và trọng lượng
a. Thiếu hụt: hình dáng vật đúc trong đầy đủ có nhiều nguyên nhân:
− Kim loại lỏng thoát ra do lắp, lượng kim loại rót không đủ
− Độ chảy loãng thấp, nhiệt độ rót thấp, ráp không kín, kẹp chặt hay đè khuôn
thiếu lực
− Hệ thống thoát khí không đạt yêu cầu tạo áp lực trong khuôn nâng lên đến
mức kim loại lỏng không điền đầy được
− Kích thước hệ thống rót nhỏ
− Thành vật đúc lỏng

Hình 2.35 Vật đúc thiếu hụt về hình dáng
b. Lệch:
− Là sự xê dịch tương đối giữa các thành phần của vật đúc. Có thể đặt mẫu sai,
định vị mẫu không tốt, ráp khuôn thiếu chính xác và kẹp khuôn lỏng.

24


Hình 2.36 Vật đúc bị ệch
c. Ba-via:
− Là phần kim loại thừa ra. Nó thường hình thành ở mặt phân khuôn, gối lõi.

Hình 2.37 Vật đúc bị ba-via



d. Lồi:
− Là phần nhô lên trên vật đúc do đầm chặt khuôn kém, không điều. áp suất tinh
của kim loại lỏng ép nén lên phần dầm chặt yếu.

25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×