<pre> tính đúc của kim loại và hợp kim
tính đúc của một kim loại hay hợp kim nào đó đợc đánh giá bởi khả năng đúc đạt chất lợng cao hay thấp của bản thân kim loại hay hợp kim đó.
nói nh vậy rõ ràng tính đúc là một thuộc tính công nghệ phụ thuộc vào hàng loạt các tính chất khác của kim loại và hợp kim nh: tính chảy loãng, tính co ngót, tính thiên tích và tính hoà tan khí.
1- tính chảy loãng:
a) khái niệm:
là mức độ chảy loãng ra một diện tích rộng hay hẹp của kim loại hoặc hợp kim đợc khảo sát. rõ ràng tính chảy loãng ảnh hởng đến khả năng điền đầy khuôn đúc. nếu kim loại và hợp kim có tính chảy loãng thấp thì vật đúc có thể bị thiếu, hụt, hình dáng không rõ nét đặc biệt đối với những vật đúc thành mỏng, kết cấu phức tạp.
b) các nhân tố ảnh hởng đến tính chảy loãng:
tính chảy loãng của kim loại và hợp kim chịu ảnh hởng của các nhân tố sau:
- nhiệt độ: nhìn chung nhiệt độ tăng, độ chảy loãng cũng tăng nhng chỉ đến một giới hạn nhất định phụ thuộc vào từng kim loại và hợp kim.
- cấu trúc hợp kim: các kim loại nguyên chất và hợp kim cùng tinh có độ chảy loãng cao hơn các hợp kim có cấu tạo ở dạng dung dịch đặc và hợp chất hoá học. ví dụ thép có độ chảy loãng thấp hơn gang vì gang có thành phần hoá học gần điểm cùng tinh hơn.
- ảnh hởng của tạp chất:
trong kim loại và hợp kim càng nhiều các tạp chất khó chảy nh màng ôxyt, nitrít thì độ chảy loãng càng thấp vì sức cản của chúng rất lớn làm tăng độ sệt động lực của hệ.
- ảnh hởng của thành phần hoá học của kim loại và hợp kim:
phốt pho có trong thành phần của kim loại và hợp kim sẽ làm tăng độ chảy loãng vì nó tạo thành hợp chất dễ chảy. các nguyên tố có nhiệt độ chảy cao nh cr, ti làm giảm độ chảy loãng vì tạo ôxyt khó chảy.
- ảnh hởng của khuôn:
khuôn có độ nhám cao, độ ẩm lớn sẽ làm giảm độ chảy loãng của kim loại và hợp kim. nếu tính dẫn nhiệt của vật liệu làm khuôn lớn thì độ chảy loãng của kim loại rót khuôn cũng giảm.
- ảnh hởng của hình thức rót kim loại lỏng vào khuôn:
khi rót khuôn với vận tốc rót nhỏ, kim loại chảy vào khuôn theo chế độ chảy tầng, tốc độ chảy của các lớp sát thành khuôn bằng không. do có sự truyền nhiệt từ dòng chảy vào thành khuôn nên lớp kim loại sát thành khuôn sẽ nhanh chóng đông đặc. kết quả là diện tích dòng chảy giảm dần, độ chảy loãng vì thế cũng giảm.
2- tính thiên tích:
a) khái niệm
thiên tích là hiện tợng không đồng nhất về thành phần hoá học trong toàn bộ vật đúc. sự thiên tích làm giảm cơ tính của vật đúc, giảm khả năng chịu ăn mòn v.v... gây nên h hỏng vật đúc khi làm việc.
ngời ta chia thiên tích ra hai dạng:
- thiên tích vùng:
là sự không đồng nhất vì thành phần hoá học giữa các vùng của vật đúc.
các nguyên nhân chính gây ra thiên tích vùng có thể là sự khác biệt lớn về tỷ trọng của các nguyên tố thành phần trong hợp kim. các nguyên tố nặng có xu hớng tập trung ở phần dới của vật đúc, các nguyên tố nhẹ và tạp chất phi kim, bọt khí có xu hớng tập trung ở phần trên của vật đúc.
- thiên tích hạt (thiên tích nhánh cây):
là sự không đồng nhất về thành phần hoá học trong nội bộ một hạt kim loại.
nguyên nhân chính sinh ra khuyết tật thiên tích hạt là do nhiệt độ kết tinh của các nguyên tố trong hợp kim khác nhau.
với những hợp kim có khoảng kết tinh rộng thì bản thân hạt kim loại cũng có thể bị ngậm xỉ và bọt khí gây nên thiên tích hạt.
để giảm thiên tích hạt cần làm nguội chậm vật đúc sau khi đã kết tinh hoàn toàn đến nhiệt độ thờng để dới tác dụng của nhiệt độ cao các nguyên tử của các nguyên tố thành phần trong hợp kim có đủ thời gian khuếch tán tơng hỗ dẫn đến đồng đều vì thành phần hoá học trong nội bộ hạt
3- tính co ngót:
co ngót là hiện tợng giảm thể tích của hợp kim khi giảm nhiệt độ. sự giãn nở khi nung nóng và co ngót khi làm nguội có thể xem nh một quá trình thuận nghịch. vì vậy độ co thể tích và co chiều dài có thể biểu diễn bằng phơng trình sau:
(v = (v (to1 - to2 ) , %
(l = (l (to1 - to2 ) , %
trong đó:
- (v , (l là hệ số co thể tích và co chiều dài
- to1 và to2 là nhiệt độ đầu và cuối của quá trình khảo sát co.
a) co ở trạng thái lỏng:
là sự co thể tích bắt đầu từ nhiệt độ rót đến nhiệt độ bắt đầu kết tinh, đợc tính theo công thức:
(vlỏng = (v lỏng. (tor - tobềkt)
từ công thức trên thấy rõ nhiệt độ rót (tr) càng cao thì lợng co ở trạng thái lỏng càng nhiều. co ở trạng thái lỏng chỉ làm giảm mức kim loại lỏng trong hốc khuôn, vì vậy nếu thiết kế hệ thống bù ngót hợp lý thì sẽ không dẫn đến khuyết tật vật đúc.
a) co ở trạng thái lỏng:
là sự co thể tích bắt đầu từ nhiệt độ rót đến nhiệt độ bắt đầu kết tinh, đợc tính theo công thức:
(vlỏng = (v lỏng. (tor - tobềkt)
từ công thức trên thấy rõ nhiệt độ rót (tr) càng cao thì lợng co ở trạng thái lỏng càng nhiều. co ở trạng thái lỏng chỉ làm giảm mức kim loại lỏng trong hốc khuôn, vì vậy nếu thiết kế hệ thống bù ngót hợp lý thì sẽ không dẫn đến khuyết tật vật đúc.
b) co trong giai đoạn kết tinh:
là sự co thể tích tính từ lúc bắt đầu kết tinh đến khi kết thúc quá trình kết tinh, đợc tính theo công thức:
(vkt = (v kt (to bềkt - toktkt).
co trong giai đoạn kết tinh là nguyên nhân gây ra khuyết tật lõm co và rỗ co trong vật đúc.
- sự hình thành lõm co:
trong giai đoạn kết tinh vật đúc thờng tản nhiệt mạnh về phía đáy và thành bên. vì vậy tại một thời điểm bất kỳ trong giai đoạn vật đúc đang kết tinh ta đều thấy có hai lớp "da đông đặc": lớp ở thành bên và lớp ở đáy.
lớp ở đáy co một lợng là: (v .(.x2 .d.h.
lớp ở thành bên co một lợng là: (v .2 .(. x . (y - h). dx.
nếu tốc độ tản nhiệt theo phơng x và y là nh nhau thì:
dh = dx và h = r - x.
độ co tổng cộng sẽ là :
(v = ( .(v (2x.y.dx + 3 x2. dx - 2 r.x.dx).
ngoài ra để điền đầy vật đúc cần bổ sung thêm một lợng kim loại là : (. x2. dy + (v .(. x2. dy.
kết hợp hai phơng trình này giải ra nghiệm :
từ quan hệ giữa y và x rút ra nhận xét: lõm co có dạng nón ngợc nằm ở phía trên vật đúc.
- sự hình thành rỗ co:
nếu lõm co là hiện tợng hình thành co tập trung hình nón ngợc phía trên vật đúc thì rỗ co là hiện tợng co phân tán rải rác trong toàn bộ vật đúc. nguyên nhân hình thành rỗ co là do kim loại kết tinh theo cơ chế nhánh cây làm cho phần kim loại lỏng nằm giữa các nhánh cây bị cô lập trong quá trình kết tinh. kim loại lỏng từ phần cha kết tinh không thể bổ xung bù co ngót cho phần kim loại lỏng giữa các nhánh cây. kết quả cuối cùng là trong không gian giữa các nhánh cây để lại những lỗ co nhỏ phân tán và đợc gọi là "rỗ co".
- quan hệ giữa lõm co và rỗ co:
thấy rằng các hợp kim có khoảng đông hẹp thì có xu hớng hình thành lõm co. ngợc lại các hợp kim có khoảng đông rộng sẽ có xu hớng hình thành rỗ co. trong vật đúc nếu rỗ co nhiều thì lõm co sẽ có thể tích giảm đi.
biện pháp khắc phục lõm co tốt nhất là đặt đậu ngót để đa lõm co vào đậu ngót rồi cắt bỏ sau khi đúc.
để khắc phục rỗ co có thể tăng áp lực lên mặt thoáng kim loại lỏng trong quá trình kết tinh để tăng khả năng mao dẫn của kim loại lỏng vào khe hở giữa các nhánh cây do đó giảm đợc rỗ co.
sau khi đúc với một số chi tiết dùng phơng pháp rèn hoặc cán để làm bẹp các rỗ co.
c) co ở trạng thái rắn:
là sự co tính từ nhiệt độ kết thúc kết tinh đến nhiệt độ thờng của môi trờng, tính theo công thức:
(vd = (vd (toktkt - tomt) = 3.(l.(toktkt - tomt)
lợng co tính theo công thức trên chỉ đúng khi vật đúc đợc co tự do. khi đó cùng với sự co dài của vật đúc thể tích của lõm co, rỗ co cũng giảm. tuy nhiên trong thực tế vật đúc luôn bị khuôn cản co tự do, vì vậy dới tác dụng của hiện tợng co ở trạng thái rắn trong vật đúc luôn tồn tại ứng xuất d. ứng xuất d càng lớn vật đúc càng dễ bị cong vênh, nứt nẻ.
4- tính hoà tan khí :
khí hoà tan vào trong kim loại lỏng trong quá trình nấu luyện và khi rót khuôn.
độ hoà tan của khí phụ thuộc
- nhiệt độ của kim loại khi kim loại bắt đầu chảy (t = ta) độ hoà tan của khí tăng dần (đoạn ab). sau khi kim loại chảy hoàn toàn độ hoà tan của khí tăng đột ngột (đoạn bc). đến nhiệt sôi của kim loại (t = tc) độ hoà tan của khí lại bắt đầu giảm do tác động sôi của kim loại làm thoát bớt khí ra môi trờng bên ngoài.
- áp xuất khí trong môi trờng bao quanh. theo sibest áp xuất khí trong môi trờng bao quanh càng lớn thì độ hoà tan của nó vào kim loại lỏng sẽ càng cao.
độ hoà tan khí lúc đó có thể tính theo công thức:
(với khí hai nguyên)
s =
(với khí ba nguyên)
trong đó k là hệ số sibest.
- bản chất của khí hoà tan:
khí hoà tan vào kim loại lỏng càng nhiều khi nó dễ phân ly thành nguyên tử. đờng kính nguyên tử của khí càng nhỏ thì độ hoà tan của nó trong kim loại lỏng càng lớn.
- tình trạng nấu luyện và rót:
khi nấu luyện càng khuấy đảo nhiều càng tạo điều kiện làm tăng độ hoà tan của khí. khi rót kim loại lỏng nếu kết cấu của hệ thống rót không hợp lý cũng sẽ cuốn khí từ môi trờng bên ngoài vào kim loại lỏng
(2- nấu và đúc gang
i. nấu và đúc gang xám:
gang xám là hợp kim của fe với cacbon, trong đó cácbon hầu hết nằm ở dạng tự do (graphít) có hình tấm, phiến.
1- tính đúc của gang xám:
- gang xám có tính chảy loãng cao vì thành phần của nó gần cùng tinh (2,5 - 3,5% c). các nguyên tố khác có mặt trong gang xám nh si, p cũng làm tăng độ chảy loãng của gang xám.
- gang xám có độ co nhỏ (khoảng 1%), nguyên nhân có thể do trong quá trình kết tinh của gang xám có sự tiết graphit tự do làm tăng thể tích do đó bù đợc 1 phần co ngót của kim loại (1% graphit làm tăng 2% thể tích).
- gang xám có chứa nhiều c, p, s thì thiên tích càng lớn vì p và s trong gang tạo thành các hợp chất dễ chảy phân bố ở tinh giới hạt gây thiên tích hạt.
- gang xám thờng bị hoà tan khí o2, n2, h2 , v.v... khi lợng chứa n2 > 12 (15 cm3/100 gam kim loại có thể gây ra rỗ khí.
2- vật liệu nấu:
vật liệu nấu bao gồm: vật liệu kim loại, nhiên liệu và trợ dung. khi nấu gang trong lò đứng vật liệu nấu đợc cho thành từng lớp theo thứ tự nhiên liệu, vật liệu kim loại, trợ dung. lợng vật liệu kim loại của một lớp đợc gọi là một "mẻ liệu".
- vật liệu kim loại: vật liệu kim loại thờng dùng là gang thỏi, gang máy cũ, gang hồi lò, thép vụn và pherô các loại.
- nhiên liệu để nấu gang xám trong lò đứng thờng dùng than cốc hoặc than gầy nhiệt luyện vì chúng có nhiệt trị cao, bền, xốp và ít tạp chất.
- trợ dung thờng dùng là đá vôi, đôlômit, huỳnh thạch hoặc xỉ lò máctanh. lợng trợ dung thờng dùng khoảng 4-5% khối lợng vật liệu kim loại.
3- tính phối liệu mẻ liệu:
a) nguyên tắc tính khối lợng mẻ liệu:
khi nấu gang trong lò đứng chiều cao của lớp than mẻ phải đạt 200(250 mm mới đủ đảm bảo ngăn cách các mẻ liệu. từ chiều cao than mẻ yêu cầu dễ dàng xác định đợc thể tích và do đó khối lợng của than mẻ.
khối lợng của vật liệu kim loại trong một mẻ liệu phụ thuộc vào tỷ lệ than/ gang.
thờng tỷ lệ than/gang lấy trong khoảng 0,12(0,15, tùy thuộc vào chất lợng than và thành phần của vật liệu kim loại
b) nguyên tắc tính phối liệu:
cơ tính của vật đúc đợc quyết định bởi thành phần hoá học của nó. thành phần hoá học của vật đúc có đợc là do tính toán phối liệu mẻ liệu đúng. để tính phối liệu đúng trớc tiên cần chú ý các điểm sau:
- xác định đúng thành phần hoá học của mác gang vật đúc và của các vật liệu kim loại phối liệu.
- xác định đúng tỷ lệ cháy hao các nguyên tố trong thành phần hoá học của mác gang.
có 3 cách tính phối liệu mẻ liệu:
- phơng pháp giải tích.
- dùng đồ thị.
- dùng phơng pháp chọn trớc.
phơng pháp giải tích.
- gọi x, y, z là phần trăm khối lợng của vật liệu 1, 2, 3.
- gọi six, siy, siz là phần trăm khối lợng si của vật liệu 1, 2, 3.
- gọi mnx, mny, mnz là phần trăm khối lợng mn của vật liệu 1, 2, 3.
- gọi sipl, mnpl là phần trăm si, mn trong phối liệu
* phơng pháp chọn trớc.
- bằng cách chọn trớc thành phần của các vật liệu đem nấu, sau đó kiểm tra lại thành phần các nguyên tố. thông thờng chỉ kiểm tra silic và mangan, khi tính phối liệu những mác gang có độ bền cao hay gang dẻo mới cần kiểm tra thành phần cácbon, lu huỳnh, phốt pho,…để kiểm tra nhanh nên lập bảng tính cho 100 kg nguyên liệu kim loại.
4- nấu gang trong lò đứng:
cấu tạo của lò đứng:
nâng cao chất lợng nấu bao gồm:
- nâng cao năng suất của lò: ngời ta có thể dùng gió nóng, gió giầu ô xy hoặc tăng áp lực gió để tăng năng suất của lò.
khi tăng đồng thời lợng gió và tỷ lệ than thì năng suất lò cùng tăng nhanh.
- nâng cao nhiệt độ của gang ra lò: bằng cách dùng than có chất lợng cao, nhiệt trị lớn, mở rộng vùng ô xy hoá bằng cách tăng số hàng mắt gió ta có thể tăng đợc nhiệt độ của gang ra lò. cho thêm cac2 vào thành phần mẻ liệu vừa có tác dụng nổi xỉ tốt vừa làm tăng nhiệt độ gang ra lò do có phản ứng toả nhiệt sau:
cac2 + o2 ( 2 cao + q cal
ii. đặc điểm nấu và đúc các loại gang khác:
1- nấu và đúc gang trắng:
a) khái niệm:
gang trắng là gang có lợng chứa các bon khoảng từ 2,4 (3,4%, cácbon không ở dạng grafit nh gang xám mà ở dạng xêmentit (fe3c). vì có xêmentít nên gang trắng rất cứng, dòn, độ bền dẻo và độ dai va chạm kém, rất khó gia công cơ khí. do đó chế tạo gang trắng chỉ dùng cho các trờng hợp sau:
b) tính đúc của gang trắng:
gang trắng có tính đúc kém hơn gang xám nhiều. vì thành phần cacbon thấp nên nhiệt độ chảy của gang trắng cao, độ chảy loãng thấp .vì cần tốc độ nguội nhanh để tạo ra xêmentit nên khả năng điền đầy khuôn của nó kém. do nhiệt độ chảy cao, khoảng kết tinh lớn nên gang trắng co nhiều (độ co chiều dài khoảng 1,7%, độ co thể tích khoảng 9,4%) và dễ bị nứt.
c) nấu chảy gang trắng:
nấu chảy gang trắng có thể dùng lò ngọn lửa, lò điện và thờng dùng nhất là phơng pháp liên hợp lò đứng , lò điện hồ quang axit. vấn đề cơ bản khi nấu ở lò đứng là phải tạo đợc gang có ít cacbon, muốn vậy ta dùng một số biện pháp sau:
+ hạ thấp lỗ ra xỉ từ 500mm xuống 200mm để giảm thể tích nồi lò, do đó giảm sự thấm cacbon của lớp than đáy vào gang lỏng.
+ thay phần dới lớp than đáy ở nồi lò bằng gạch đinat hoặc sa mõt cũng có thể giảm cacbon tới 2,5 ( 2,6% và s tới 0,075%.
+ đắp đáy lò đến gần mắt gió và cho gang trực tiếp ra lò tiền cũng để tránh việc thấm cacbon từ lớp than vào gang lỏng
d) đặc điểm khi đúc gang trắng:
do nhiệt độ rót vào khuôn cao nên vật liệu làm khuôn, lõi cần có tính chịu nhiệt cao. độ co của gang trắng lớn nên hỗn hợp khuôn, lõi cần có tính lún cao. tính thông khí của hỗn hợp khuôn cần khoảng 80 ( 100, độ bền nén tơi khoảng 3,8 ( 4,0 n/mm2 , độ ẩm khoảng 4 ( 4,8%. để nâng cao độ bóng bề mặt khuôn, ta thêm 1% kiềm sunfat vào hỗn hợp khuôn.
2- đúc gang biến tính:
a) khái niệm:
gang biến tính là loại gang có thành phần khoảng : 2,8 ( 3,4% c; 1 ( 1,4% mn; 0,2 ( 3% p; < 0,12% s, còn si tùy thuộc vào chiều dày thành vật đúc, thông thờng lợng si khoảng 0,9 ( 1,5%, gang biến tính đợc chế tạo từ gang xám bằng cách cho thêm các chất biến tính nh si, al, ca... để tạo nên những oxít tơng ứng sio2 , al2o3 , cao... tồn tại trong gang lỏng ở trạng thái lơ lửng và là những trung tâm cho grafit kết tinh, nhờ đó ta nhận đợc tổ chức grafit hình phiến nhỏ mịn làm cho độ bền, dẻo cao hơn và ít dòn hơn gang xám.
b) đặc điểm chế tạo gang biến tính:
quá trình chế tạo gang biến tính gồm hai bớc:
* pha thêm thép vụn vào mẻ liệu để nấu ra gang ít cacbon. lợng thép vụn để đa vào mẻ liệu khoảng 60 ( 70%, nhiệt độ nớc gang ra lò khoảng 1440 ( 1450oc, nhiệt độ rót khoảng 1330 ( 1360oc
* làm biến tính gang bằng cách dùng 0,3 ( 0,6% si - ca hoặc 0,5 ( 0,8% fe-si loại 75% si, đập vụn nhỏ (kích thớc hạt < 6 mm) cho chất biến tính vào thùng rót, quấy đều và đem rót ngay, để lâu sẽ mất hiệu quả của sự biến tính.
gang biến tính do có ít c nên nhiệt độ chảy cao, co nhiều, vì thế vật liệu làm khuôn, công nghệ làm khuôn, lõi yêu cầu tơng tự nh đúc gang trắng.
3- đúc gang grafit cầu:
a) khái niệm:
gang grafit cầu (ký hiệu gc ) là loại gang có thành phần khoảng: (3,2(3,6)% c; (2 ( 3)% si ; (0,3 ( 0,9) % mn; (0,1 ( 0,2)% p; 0,03% s. gang cầu đợc chế tạo từ gang xám bằng cách cho vào gang xám lỏng (0,3 ( 0,6)% mg, mg hoà tan vào gang lỏng, bao quanh các hạt ôstenit và grafit (làm tăng sức căng mặt ngoài) khi kết tinh làm cho grafit không phát triển đợc và ở dạng hình cầu, mg còn kết hợp với si tạo nên hợp chất silicmanhêzi, hợp chất này hoà tan vào ferit làm tăng độ cứng của nó.
nhng vì có mg đợc đa vào nên gang có khuynh hớng dễ tạo thành xêmentít (cứng, ròn), do đó ngay sau khi cho mg, ngời ta thêm fe-si (loại 75% si ) vào gang lỏng để cản trở sự tạo thành xêmentít.
b) đặc điểm khi chế tạo gang grafit cầu:
khi cho mg vào gang lỏng để biến tính, vì mg có nhiệt độ chảy khoảng 650oc, nhiệt độ bốc hơi khoảng 1107oc nên nhiệt lợng tiêu tốn để làm chảy và bốc hơi mg mất rất nhiều (1% mg có thể làm giảm nhiệt độ gang lỏng khoảng 100 ( 120oc), do đó nhiệt độ gang lỏng cần cao . nếu nhiệt độ nớc gang cao quá sẽ làm cho mg cháy nhiều, nếu nhiệt độ thấp quá không đảm bảo cho tạp chất nổi lên làm chất lợng vật đúc giảm.
mặt khác mg là nguyên tố khứ s rất mạnh, nên yêu cầu nớc gang phải ít s để giảm sự hao tốn mg và tăng tác dụng cầu hoá. đồng thời lợng si trong gang lỏng cũng cần cao để ngăn cản sự hình thành xêmentít. ngoài ra mg còn có phản ứng mạnh với nớc gang làm kim loại lỏng bắn tung toé ra ngoài nhiều, nên ngời ta phải có thiết bị đặc biệt để cho mg vào gang lỏng. cũng nh tính chất này nên nó có tác dụng khử khí mạnh.
(3- đúc thép
1- phân loại thép đúc:
a) thép các bon đúc:
thành phần hoá học của thép chủ yếu có: c, si, mn, p, s, thép cacbon đợc chia ra 3 nhóm theo hàm lợng cacbon:
- thép cacbon thấp (0,12 ( 0,2% c): là loại có độ chảy loãng thấp, co ngót lớn nên khó đúc. đây là loại thép dùng chủ yếu trong ngành kỹ thuật điện.
- thép cacbon trung bình (0,22 ( 0,45% c): thép có tính đúc tốt hơn thép các bon thấp, đợc dùng chủ yếu để chế tạo các chi tiết máy.
- thép cácbon cao (0,45 ( 0,6% c): là loại thép có tính đúc tốt do chảy loãng cao, co ngót ít. tuy nhiên vật đúc thép cacbon cao dễ bị nứt do dẫn nhiệt kém. thép cacbon cao đợc dùng chế tạo các chi tiết chịu mài mòn.
b) thép hợp kim đúc:
thép hợp kim đúc rất đa dạng, dới đây xin giới thiệu một số loại điển hình:
- thép silic: hàm lợng si có loại thấp hơn 2%, có loại thép chứa đến 20% si. nhìn chung thép silic đúc có tổ chức hạt thô to, kém dẻo vì vậy vật đúc phải có kết cấu đồng đều để giảm ứng xuất, khuôn đúc phải có tính lún cao, việc phá dỡ, làm sạch vật đúc phải hết sức thận trọng mới tránh đợc nứt.
- thép mangan: thép mangan có ba loại: thép mangan thấp (dới 2% mn), thép mangan vừa (2,5 ( 4% mn) và thép mangan cao (dới 20% mn).
thép mangan thấp có tính đúc tơng tự thép cacbon. tuy nhiên cùng với việc tăng hàm lợng mangan hệ số dẫn nhiệt của thép giảm, hạt thô to nên dễ bị nứt. khắc phục bằng cách rót khuôn ở nhiệt độ thấp, dùng khuôn có tính lún cao, dỡ vật đúc sớm.
- thép crôm: thép crôm có 3 loại: thép crôm thấp (1( 2%), thép crôm trung bình (3 ( 5%) và thép crôm cao (dới 30%). thép crôm khó đúc nhất là thép crôm cao. muốn đúc phải quá nhiệt nhiều do đó co lỏng lớn, đậu ngót phải đặt lớn hơn khi đúc thép cácbon.
- thép niken: có ba loại: thép niken thấp (dới 2%), thép niken trung bình (2 (5%) và thép niken cao (dới 25%). niken nhìn chung làm tăng độ chảy loãng của thép song vẫn phải rót ở nhiệt độ cao (vì khoảng kết tinh hẹp). do đó độ co lỏng lớn. cần phải tạo tổ chức hạt nhỏ và tránh va đập trong quá trình dỡ khuôn, làm sạch, vận chuyển vật đúc để tránh nứt.
2- cấu tạo và tính toán hệ thống rót:
a) cấu tạo của hệ thống rót:
hệ thống rót dùng cho đúc thép phải là hệ đờng ống có chiều dài càng ngắn càng tốt. đậu ngót phải đợc đặt đúng đờng trục phân bổ ngót. những vật đúc cỡ vừa và cỡ lớn sử dụng hệ thống rót tổng hợp là tốt nhất, vừa bảo đảm dòng chảy êm, vừa bảo đảm hớng đông.
hệ thống rót phổ biến trong đúc thép là hệ thống rót xiphông và hệ thống rót tầng. những chi tiết thành dày đều nên dẫn kim loại vào chỗ mỏng nhất sẽ đảm bảo đợc sự đông đặc đồng đều.
hệ thống rót trên xuống dùng cho vật đúc rộng và thấp. hệ thống rót bên sờn, khi rót đặt khuôn nghiêng dùng cho vật đúc dạng tấm mỏng.
hệ thống rót xiphông tuy dòng chảy êm nhng kim loại ở đỉnh khuôn lại nguội nhất, trái với nguyên tắc đông có hớng, để khắc phục cần rót thép lỏng vào đậu ngót sau khi đã rót đầy khuôn.
lợng tiêu hao kim loại cho hệ thống rót và đậu ngót khá cao, chiếm tới 20(50% trọng lợng thép lỏng.
b) tính toán hệ thống rót:
nói chung công thức tính toán hệ thống rót khi đúc thép cũng giống nh đúc gang. do thép chóng đông và tính chảy loãng kém nên thời gian rót phải tính theo công thức sau:
trong đó: s - chiều dày trung bình của thành vật đúc (mm);
g - trọng lợng của vật đúc kể cả hệ thống rót (kg);
s - hệ số thời gian .
hệ số s thờng lấy 1,4 (1,6. những vật đúc bằng loại thép co nhiều, phải tăng hệ số s thêm 0,1 ( 0,2. khi đúc bằng khuôn kim loại hoặc khuôn cát có dùng nhiều vật làm nguội phải rót nhanh, hệ số s phải giảm đi 0,1 ( 0,2.
khi tính toán kích thớc của hệ thống rót, dùng tỷ số sau đây:
với vật đúc nhỏ:
fd : fx : fr = 1 : (1,05 ( 1,2) : (1,1 ( 1,2)
với vật đúc vừa:
fd : fx : fr = (1 ( 1,5) :1 : (1,05 ( 1,2)
với vật đúc lớn :
fd : fx : fr = (1 ( 1,2) : 1 : (1 ( 2).
3- đặc điểm về công nghệ khuôn:
hỗn hợp làm khuôn và lõi dùng để đúc thép phải có độ bền cao hơn so với đúc gang vì nhiệt độ rót của thép cao hơn. do đó chất dính thờng dùng trong đúc thép là loại có chất lợng cao (nh sét bentônít, nớc thuỷ tinh ...). để chống cháy cát với khuôn tơi phải dùng cát cỡ hạt nhỏ để làm hỗn hợp cát mặt, với khuôn khô nên dùng chất sơn khuôn gồm 93% bột đá, 3% đất sét bentônit và 4% dầu. hỗn hợp làm lõi đúc thép phải có tính lún tốt vì thép co ngót mạnh do đó thờng pha vào thành phần của nó (15 ( 30)% mùn ca.
4- đặc điểm nấu thép:
thực chất của quá trình nấu thép là quá trình khử bỏ các tạp chất trong nguyên liệu ban đầu, điều chỉnh thành phần của thép lỏng theo yêu cầu và gia nhiệt cho thép đến nhiệt độ rót khuôn.
nguyên liệu nấu thép thờng là gang và thép phế. lò nấu thép có nhiều loại: lò chuyển, lò bằng và lò điện, trong đó lò điện là thiết bị phù hợp nhất để luyện thép trong các xởng đúc.
lò điện hồ quang có những đặc điểm sau:
- có thể tạo ra môi trờng khí hoàn nguyên trong không gian nấu chảy của lò, xỉ nóng hơn các loại lò khác vì xỉ đợc hồ quang có nhiệt độ cao đốt nóng, có thể điều chỉnh thành phần hoá học của kim loại lỏng dễ dàng nên luyện đợc nhiều loại thép, từ thép cacbon đến thép hợp kim đặc biệt.
- trong lò điện hồ quang không có ôxy tự do trong môi trờng khí lò. quá trình khử ôxy là do ôxy trong quặng sắt hoặc ôxy có sẵn trong nồi lò nên tỷ lệ cháy hao các nguyên tố trong hợp kim thấp. nhợc điểm của thép nấu trong lò hồ quang là chứa nitơ cao hơn thép lò máctanh,
- lò hồ quang tờng kiềm dùng nấu thép đúc những chi tiết quan trọng bằng thép hợp kim hay thép bền nóng. có thể nấu đợc thép có lợng lu huỳnh và phôt pho thấp.
- lò hồ quang tờng axít chỉ nấu đợc mẻ liệu sạch chứa lu huỳnh và phôt pho thấp. lò hồ quang axít là phơng tiện nấu thép đơn giản và thuận tiện nhất. tờng lò hồ quang axít có tuổi thọ cao hơn so với lò hồ quang kiềm. do đó lò điện hồ quang axít thờng dùng trong xởng đúc nhiều hơn so với lò điện hồ quang kiềm.
vật liệu dùng để nấu trong lò cao tần phải chọn và làm sạch, phải tính toán mẻ nấu rất cẫn thận để đạt đợc thành phần thép nhất định, sau khi nấu ngời ta cho thêm một ít chất phụ và chất khử ôxy. thời gian nấu trong lò cao tần rất nhanh, nên kim loại không bị ôxy hoá, xỉ không bị nung nóng bởi dòng điện cảm ứng, mà chỉ nung nóng nh nhiệt độ của kim loại.
lò cao tần dùng để nấu thép có chất lợng cao, đặc biệt là sử dụng trong sản xuất đúc thép. thờng dùng lò cao tần để nấu luyện thép hợp kim cao không gỉ, thép chịu nóng, bền nóng và các loại thép khác.
(4- nấu đúc hợp kim màu
1- những đặc điểm và nguyên tắc chung về nấu luyện hợp kim màu:
trong lĩnh vực kỹ thuật của đúc đối với hợp kim màu ngời ta phân biệt các kim loại và hợp kim nh sau:
- nhôm và hợp kim nhôm.
- manhê và hợp kim manhê.
- đồng và hợp kim đồng.
- niken và hợp kim niken.
- côban và hợp kim côban.
- kẽm và hợp kim kẽm.
- kim loại quý và hợp kim của chúng.
- kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao và hợp kim của chúng.
những nguyên tắc chung về nấu luyện hợp kim màu:
1- nồi lò phải đợc sấy khô, nóng trớc khi chất phôi liệu kim loại vào. phôi liệu kim loại cũng phải đợc sấy khô nóng trớc khi cho vào nồi lò.
2- tỷ lệ giữa khối lợng thỏi kim loại và hồi liệu đợc cho vào tùy theo yêu cầu vì chất lợng chi tiết đúc. những vật đúc yêu cầu chất lợng cao thì đợc rót từ hợp kim lỏng nấu 100% thỏi.
3- trớc hết nấu chảy những kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao nhất, sau đó cho tiếp các kim loại còn lại vào.
4- phải tiến hành nấu sao cho thời gian nấu một mẻ ngắn nhất.
5- không đợc phép quá nhiệt hợp kim lỏng trên nhiệt độ tối đa.
6- không đợc để kim loại lỏng lâu trong lò để tránh sự hấp thụ khí và cháy hao.
7- những chất phụ gia phải đợc dùng đúng liều lợng.
8- sau khi chảy tan thì hợp kim lỏng phải đợc khuấy trộn cẩn thận, tốt nhất nên dùng thanh graphit để khuấy trộn.
9- ra lò phải cẩn thận để tránh hấp thụ khí.
10- tất cả thiét bị và dụng cụ dùng cho nấu luyện phải đợc sấy nóng tốt để đảm bảo an toàn cho ngời phục vụ.
2- các phơng pháp tiến hành tinh luyện hợp kim màu.
a) tiến hành ô xy hoá:
chất lợng vật đúc không những phụ thuộc vào thành phần hoá học của hợp kim lỏng mà còn phụ thuộc một phần vào quá trình tiến hành nấu luyện.
nguyên lý tiến hành ôxy hoá là cho thêm ôxy vào kim loại lỏng để làm giảm độ hoà tan của h2 sao cho lợng h2 còn lại trong kim loại không có khả năng tạo nên rỗ khí trong vật đúc. sau quá trình ôxy hoá ta tiến hành khử o2 ra khỏi hợp kim lỏng. bằng quá trình khử o2 ngời ta có thể khử o2 ra khỏi kim loại một cách dễ dàng.
thực tế ngời ta có thể tiến hành ô xy hoá bằng hai phơng pháp:
- phơng pháp thứ nhất: đối với lò nấu hợp kim màu dùng nhiên liệu khí và lỏng thì ngời ta có thể tiến hành ô xy hoá bằng cách thổi o2 vào vùng đốt cháy nhiên liệu. quá trình này làm tăng hàm lợng o2 trong hợp kim lỏng.
- phơng pháp thứ hai: dùng hợp chất thích hợp có chứa o2 cho vào hợp kim lỏng. bằng phơng pháp này có thể rút ngắn giai đoạn oxy hoá và nh vậy làm giảm lợng cháy hao kim loại và hợp kim cần nấu. thông thờng ngời ta sử dụng hợp chất ôxyt kim loại dễ phân ly.
thực tế thờng sử dụng ôxyt đồng (cuo) và ôxyt mangan (mno2).
ở nhiệt độ của hợp kim lỏng quá nhiệt thì cuo không bền mà nó bị phân ly thành cu2o và o2 theo phơng trình:
4cuo = 2cu2o + o2
ôxy phân tử (o2) thực tế không tham gia vào phản ứng ô xy hoá mà nó thoát ra, đi vào môi trờng lò: cu2o hoà tan vào hợp kim đồng lỏng và kết hợp với h2 , nghĩa là nó đợc hoàn nguyên theo phơng trình:
h2 + cu2o = 2cu + h2o
đối với hợp kim lỏng có chứa các nguyên tố có ái lực với o2 lớn hơn đồng (ví dụ: đồng thanh thiếc) thì cu2o không hoà tan vào hợp kim đồng mà nó kết hợp với thiếc (sn) nh vậy thiếc bị ôxy hoá theo phơng trình: 2 cu2o + sn = sno2 + 4 cu.
sau đó sno2 tác dụng với h2 theo phản ứng:
2 h2 + sno2 = sn + h2o.
khi oxy hoá các tạp chất sẽ đạt đợc sự cân bằng nếu áp lực phân ly po2 của cu2o bằng áp lực phân ly của oxyt tạo chất, nghĩa là: po2 (cu2o) = po2 (meo).
u điểm của phơng pháp tiến hành ôxy hoá: bảo đảm loại đợc h2 ra khỏi hợp kim lỏng. nhng khi tiến hành oxy hoá có nhợc điểm: không kiểm tra hàm lợng o2 , do vậy có thể gây ra cháy hao lớn hơn và dễ tạo ra phản ứng giữa kim loại và khuôn do lợng p có thể lớn tồn tại lại trong kim loại sau khi tiến hành khử o2.
b) không tiến hành oxy hoá:
do phơng pháp tiến hành ôxy hoá có nhợc điểm nêu trên, cho nên tùy theo từng trơng hợp cụ thể mà ngời ta không tiến hành ôxy hoá. để loại h2 ra khỏi hợp kim lỏng thì có thể dùng khí trơ hoặc hoạt tính. nh vậy sẽ làm giảm cháy hao và giảm lợng chất khử o2 .
nguyên lý của phơng pháp không tiến hành oxy hoá là sử dụng chất che phủ hợp kim lỏng và khí trơ hoặc hoạt tính.
nhợc điểm của phơng pháp này là: không thể kiểm tra đợc mức độ hoà tan khí h2 trong quá trình nấu luyện. do vậy mà phải tiến hành một công đoạn tinh luyện riêng. đó là công đoạn làm thoát khí khỏi hợp kim lỏng bằng cách để kim loại nguội tự do.
u điểm của phơng pháp không tiến hành ôxy hoá là: tiến hành khử o2 với mức độ nhất định có thể đạt đợc hàm lợng thấp o2 trong kim loại.
theo phơng pháp này ngời ta thờng dùng lớp che phủ hợp kim lỏng bằng than củi. lớp che phủ này tạo nên môi trờng hoàn nguyên trên bề mặt kim loại lỏng.quá trình này làm giảm chất khử o2 . khi nấu luyện hợp kim đồng thì ngời ta thờng áp dụng phơng pháp này.
3- nấu luyện hợp kim nhôm:
a) nấu nhôm nguyên chất:
nhôm nguyên chất có tính dẫn điện và nhiệt rất tốt, chịu ăn mòn hoá học tốt trong một số trờng hợp. nhôm nguyên chất có những tính chất quang học rất tốt. khả năng biến dạng nóng và nguội của al rất tốt.
nhôm lỏng có ái lực lớn với o2 do vậy dễ bị oxy hoá. quá trình ôxy hoá ảnh hởng đến chất lợng vật đúc và làm cháy hao kim loại lúc nấu luyện. khi ôxyt nhôm bị đẩy lẫn vào kim loại lỏng nó sẽ làm giảm độ chảy lỏng của kim loại lỏng.
để khử khí và loại tạp chất ra khỏi nhôm lỏng, ngời ta thờng sử dụng các hợp chất. các chất dùng để tinh luyện phải đảm bảo các yêu cầu:
- sau khi nóng chảy phải có độ loãng nhất định.
- trọng lợng riêng bé hơn nhôm lỏng, nghĩa là phải nhỏ hơn 2,4 kg /dm3.
- khả năng hút ẩm nhỏ nhất.
- không độc.
- không hoà tan trong nhôm.
- rẻ tiền.
có hai loại chất dùng để tinh luyện nhôm:
loại thứ nhất: dùng để giảm sức căng bề mặt ở giới hạn kim loại ôxyt. từ đó có thể tách ôxyt ra khỏi nhôm.
loại thứ hai: dùng chất dễ bay hơi để khử khí và làm sạch al bằng tác dụng cơ học. đối với loại này, ngời ta thờng sử dụng c2cl6.
các muối dùng để tinh luyện nhôm phải đợc sấy khô và cho vào nhôm lỏng từng phần một.
b) nấu luyện hợp kim nhôm:
hợp kim nhôm có nhiều tính chất phù hợp cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau. nhìn chung hợp kim nhôm có trọng lợng riêng nhỏ, cơ tính tốt, có thể biến dạng nóng và nguội. một số hợp kim al có tính đúc tốt, nhiều loại hợp kim nhôm chịu ăn mòn tốt. tất cả hợp kim nhôm không từ tính và có độ dẫn điện và nhiệt tốt.
tùy theo thành phần hoá học, có thể chia thành các nhóm hợp kim al quan trọng nhất nh sau: al - cu - mg ; al - mg; al - mn; al - cu - ni; al - mg - si; al - zn; al - zn - mg; al - si.
quy trình công nghệ nấu hợp kim nhôm:
- chuẩn bị lò: lò nồi hoặc lò điện trở, phải đợc loại bỏ các thứ còn lại của mẻ trớc, nghĩa là cạo sạch kim loại còn thừa, ôxyt và muối tinh luyện. lò đợc nung đến nhiệt độ 700 ( 750oc và cho vào nồi lò một lớp (1 (5 kg) muối clorua ( ví dụ: hỗn hợp nacl, kcl và na3alf6 ). sau khoảng 3 ( 5 phút thì cào bỏ màng bẩn.
- chất phối liệu vào lò: trớc hết xếp các thỏi silumin, tiếp theo xếp các cục hồi liệu. nếu phối liệu bao gồm nhôm, hồi liệu và hợp kim trung gian al-si thì trớc hết cho nhôm và hồi liệu vào lò.
- tiến hành nấu luyện: nếu nấu bằng nhiên liệu rắn hoặc khí thì phải dùng ngọn lửa ôxy hoá yếu. sau khi cào bỏ màng bẩn và khuấy trộn hợp kim lỏng thì tăng nhiệt độ lên 730 ( 750oc và tiến hành biến tính hợp kim lỏng.
4- nấu luyện hợp kim đồng:
đồng và hợp kim của nó là vật liệu đợc sử dụng nhiều (sau hợp kim fe-c và al). đồng nguyên chất có tính đúc xấu, nó chỉ đợc sử dụng trong công nghiệp kỹ thuật điện. tính đúc của đồng tăng khi cho thêm các nguyên tố hợp kim.
a) nấu luyện đồng nguyên chất:
quá trình nấu luyện đồng nguyên chất đòi hỏi phải chính xác và cẩn thận. quá nhiệt kim loại lỏng không những làm tăng độ hấp thụ khí mà còn làm tổ chức thô, điều này ảnh hởng xấu đến cơ tính và lý tính của đồng.
các phơng pháp nấu luyện đồng nguyên chất dùng cho kỹ thuật điện:
- phơng pháp cổ điển:
phế liệu phải đợc làm sạch lớp vỏ và sơn bên ngoài. phối liệu phải đợc xếp gọn vào trong lò và tránh tiếp xúc với sản phẩm cháy. nồi lò phải đợc sấy trên 100oc.
quá trình nấu chảy phải nhanh và nâng độ nhiệt độ lên 11630c. đáy nồi lò phải đợc phủ một lớp bột than gỗ (khô), sau đó mới xếp phối liệu kim loại vào và cho các cục than vụn vào các lỗ hổng. sau khi phối liệu thứ nhất chảy thì cho tiếp đồng vào, cần lu ý là bề mặt kim loại lỏng luôn luôn đợc che phủ. quá trình nấu luyện theo phơng pháp không tiến hành ôxy hoá để tránh hiện tợng giảm độ dẫn điện do chất khử ôxy gây ra. do vậy hàm lợng h2 trong phối liệu phải bé nhất.
phơng pháp khử ôxy từng bớc:
phốt pho là một trong các nguyên tố làm giảm độ dẫn điện của cu nhiều nhất. do vậy để tránh hiện tợng làm giảm độ dẫn điện của cu, ngời ta tiến hành khử ôxy theo từng bớc.
bớc 1: sau khi cu nguyên chất chảy tan thì quá nhiệt đến 1200oc và cào xỉ, cho vào kim loại lỏng 0,3 ( 0,5% zn.
bớc 2: cho vào kim loại lỏng 0,05 ( 0,07% p thì lợng ôxy trong kim loại sẽ giảm đến giá trị thấp nhất, lợng p còn lại không đáng kể (không ảnh hởng đến độ dẫn điện). thực tế zn tác dụng chủ yếu vào quá trình khử ôxy (bớc 1).
phơng pháp nấu luyện cu nguyên chất dùng cho mục đích khác:
trong trờng hợp không yêu cầu cao về độ dẫn điện mà yêu cầu vật đúc có tổ chức đồng nhất thì phải dùng một số nguyên tố hợp kim nhất định để làm tăng tính đúc của kim loại. ví dụ có thể dùng 1% sn và zn. do yêu cầu không cần độ dẫn điện lớn, ngời ta có thể dùng cup10 (0,3% khối lợng kim loại) hoặc zn (0,5%) để khử ôxy cho kim loại lỏng (cu).
b) nấu luyện hợp kim đồng:
hợp kim đồng đợc chia làm hai loại: đồng thanh và đồng thau. đồng thanh là hợp kim của đồng với bất kỳ nguyên tố nào trừ kẽm ra. ngợc lại hợp kim đồng với kẽm thì đợc gọi là đồng thau. sự phân loại này cha thật chính xác, đặc biệt trong phạm vi đồng thau khi kẽm đợc thay bằng nguyên tố khác hoặc đối với đồng thanh đỏ.
khi sử dụng phối liệu ẩm hoặc tờng lò cha sấy thì trong quá trình nấu chảy, nớc đợc phân ly và tác dụng với đồng hoặc đồng thanh làm xuất hiện khí h2
nấu hợp kim đồng thanh :
- nấu đồng thanh thiếc: thực tế thờng hay sử dụng các hợp kim đồng thanh thiếc sau: cusn1, cusn5, cusn10, cusn12, cusn10p1.
nếu phối liệu chứa lợng nhỏ h2 thì phải tiến hành nấu có ôxy hoá yếu và có che phủ bề mặt hợp kim lỏng bằng lớp than gỗ khô với cỡ than 10 mm và chiều dày lớp che phủ bột than gỗ thì không cho kết quả chắc chắn. trớc khi rót tiến hành khử khí bằng cách thổi khí n2.
trờng hợp phối liệu chứa lợng h2 lớn hơn thì cần tiến hành ôxy hoá. cuối giai đoạn ôxy hoá cào bỏ lớp che phủ ngăn ngừa cháy hao và đợc thay bằng chất ôxy hoá. sau khi đạt độ quá nhiệt thì cào xỉ ôxy hoá. trớc khi rót mỗi mẻ nấu luyện hợp kim đồng thanh thiếc đều phải tiến hành khử ôxy bằng 0,2 đến 0,3% cup10 (nếu có tiến hành ôxy hoá). khi không tiến hành ôxy hoá thì chỉ cần 0,2% cup10. nói chung cần phải khử ôxy sao cho lợng p còn lại trong hợp kim không vợt quá 0,015 đến 0,02% để tránh xuất hiện phản ứng giữa khuôn - kim loại.
nấu đồng thanh đỏ: đồng thanh đỏ là hợp kim đúc đợc a chuộng nhất. nó có tính đúc tốt. trong đồng thanh đỏ ngoài sn và pb còn có zn (ví dụ hợp kim đồng thanh đỏ: cusn3pb5zn12).
nếu phối liệu là hồi liệu thì phải tiến hành oxy hoá. tuy nhiên cũng có thể sử dụng các phơng pháp nấu luyện nh trờng hợp nấu đồng thanh thiếc. mức độ hoà tan khí h2 giảm khi hàm lợng pb tăng.
ngời ta thổi khí n2 để khử khí hợp kim lỏng đồng thanh đỏ.</pre>
Bạn đang đọc truyện trên: Truyen2U.Pro