C4 duc cac hop kim

CHƯƠNG 4- ĐÚC CÁC HỢP KIM DWE Department of Welding and Metal Technology / Add: 306C1 - Dai Co Viet Str No.1 - Hanoi – Vietnam / Tel.: +84 (04) 8692204 Chương 4: đúc hợp kim 4.1 Tính đúc hợp kim 4.2 Cơ sở thiết kế đúc hợp kim 4.3 Cơ sở thiết kế đúc đặc biệt 4.4 Thiết bị nấu chảy kim loại đúc phôi DWE Department of Welding and Metal Technology / Add: 306C1 - Dai Co Viet Str No.1 - Hanoi – Vietnam / Tel.: +84 (04) 8692204 4.1 Tính đúc hợp kim Để đánh giá chúng dễ, thuận tiện khó, đúc người ta đưa khái niệm tính cơng nghệ đúc hay gọi tắt tính đúc Tính đúc gồm nhiều yếu tố , người ta xét yếu tố sau : Tính chảy lỗng : khả hợp kim điền đầy vào lịng khn đúc bảo đảm xác rõ nét đồng thời tạo vật đúc có chất lượng tốt Tính co:co đặc tính rõ nét kim loại chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái đặc Hợp kim đúc đông đặc bị co thể tích chiều dài Tính thiên tích:là khơng đồng thành phần hoá học vùng nội hạt tinh thể Tính hồ tan khí :đa số kim loại hợp kim nấu chảy rót vào khn tác dụng mãnh liệt với loại khí mơi trường xung quanh q trình phụ thuộc vào loại hợp kim, loại khí điều kiện nhiệt độ,áp suất Những khí có sẵn môi trường O2H2,N2,CO2, nước DWE Department of Welding and Metal Technology / Add: 306C1 - Dai Co Viet Str No.1 - Hanoi – Vietnam / Tel.: +84 (04) 8692204 4.1 Tính đúc hợp kim Tính chảy lỗng Mỗi loại hợp kim đúc có tính chảy lỗng khác phụ thuộc vào: - Thành phần hoá học, độ nhớt, sức căng bề mặt, đặc trưng kết tinh Khuôn đúc; vật liệu làm khuôn; độ bóng bề mặt lịng khn; tính dẫn nhiệt; tính thấm ướt Ngồi cịn phụ thuộc vào điều kiện rót; áp suất kim loại; cấu trúc hệ thống rót; phương pháp rót DWE Department of Welding and Metal Technology / Add: 306C1 - Dai Co Viet Str No.1 - Hanoi – Vietnam / Tel.: +84 (04) 8692204 4.1 Tính đúc hợp kim Tính co Hợp kim đúc đơng đặc bị co thể tích chiều dài, xác định lượng co theo cơng thức sau Co : v=(Vlk-Vvđ ) /Vvđ.100% Co chiều dài: L=(Llk-Lvđ ) /Lvđ.100% : Vlk ,Llk :thể tích chiều dài lịng khn Vvđ ,Lvđ :thể tích chiều dài vật đúc t00 t01 V1=V0[1-v(t0 - t1)] V1:thể tích vật nhiệt độ t1 Vo:thể tích vật nhiệt độ t0 v:hệ số nén nhiệt đặc trưng cho thay đổi thể tích vật nguội 100C DWE Department of Welding and Metal Technology / Add: 306C1 - Dai Co Viet Str No.1 - Hanoi – Vietnam / Tel.: +84 (04) 8692204 4.1 Tính đúc hợp kim Tính thiên tích (segregation) tính thiên tích :là khơng đồng thành phần hố học vùng nội hạt tinh thể +Thiên tích vùng (macrosegregation)xảy khối lượng riêng pha đặc hình thành nguyên tố hợp kim đông đặc khác di chuyển theo hai yếu tố : -Yếu tố khối lượng riêng: HK đúc thường có số nguyên tố HK có khối lượng riêng khác -Yếu tố áp lực :Khi hình thành tổ chức (dung dịch đặc, hỗn hợp học , hợp chất hố học ) chúng có đặc tính riêng thơng số hố lý khác DWE Department of Welding and Metal Technology / Add: 306C1 - Dai Co Viet Str No.1 - Hanoi – Vietnam / Tel.: +84 (04) 8692204 4.1 Tính đúc hợp kim +Thiên tích hạt (microsegregation): Do khác thông số mạng tinh thể nguyên tố hợp kim Và khả hòa tan nguyên tố có hạn Kết tinh theo mạng tinh thể > sai khác nội hạt tinh thể Phương truyền nhiệt >> hướng hạt tinh thể >> gây thiên tích nhiều Thiên tích hạt dễ gây nên vết nứt nóng q trình đúc Ảnh chụp SEM, EPMA phân tích hàm lượng Fe, Mg and Si hàn laser hợp kim nhôm A6061 https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/microsegregation DWE Department of Welding and Metal Technology / Add: 306C1 - Dai Co Viet Str No.1 - Hanoi – Vietnam / Tel.: +84 (04) 8692204 4.1 Tính đúc hợp kim Tính hịa tan khí Đa số kim loại hợp kim nấu chảy rót vào khn tác dụng mãnh liệt với loại khí mơi trường xung quanh q trình phụ thuộc vào loại hợp kim, loại khí điều kiện nhiệt độ,áp suất Những khí có sẵn mơi trường O2,H2,N2,CO2, nước Khí hồ tan tạo nên dạng bong bóng để khỏi vật đúc giai đoạn kết tinh Tuy nhiên việc thoát khí phần bóng khí bị giữ lại tạo nên rỗ khí DWE Department of Welding and Metal Technology / Add: 306C1 - Dai Co Viet Str No.1 - Hanoi – Vietnam / Tel.: +84 (04) 8692204 4.1 Tính đúc hợp kim Tính hịa tan khí Khí hồ tan tạo nên dạng bong bóng để khỏi vật đúc giai đoạn kết tinh Tuy nhiên việc khí phần bóng khí bị giữ lại tạo nên rỗ khí - Khí O2 có khơng hồ tan trạng thái lỏng đặc nhóm kim loại Al, Mg; hồ tan trạng thái lỏng với lượng lớn kim loại như:Fe,Cu,Ni - Khí H2 hồ tan để tạo nên dung dịch với Al,Fe -Khí N2 : nguyên tố HK Ti,Cr,Mn,Fe hoà tan N2 trạng thái lỏng tạo thành dung dịch đặc nitrit Nồng độ hòa tan Hidro KL DWE Department of Welding and Metal Technology / Add: 306C1 - Dai Co Viet Str No.1 - Hanoi – Vietnam / Tel.: +84 (04) 8692204 4.2 Cơ sở thiết PHÂN LOẠI HỢP KIM Fekế - C đúc hợp kim Đúc gang Fe – C (Fe-Fe3C) Thép C (C(=) 0,8% C (=) 4,43% DWE Department of Welding and Metal Technology / Add: 306C1 - Dai Co Viet Str No.1 - Hanoi – Vietnam / Tel.: +84 (04) 8692204 4.2 Cơ sở thiết kế đúc hợp kim Đúc gang GANG hợp kim Fe- C, hàm lượng C từ 2,14% ~ 6,67% - Cacbon nhiều khả graphit hố mạnh, nhiệt độ nóng chảy giảm  tăng tính đúc Nhưng tăng hàm lượng cacbon làm giảm độ bền, tăng dịn Vì gang xám chẳng hạn, hàm lượng cacbon giới hạn từ 2,8  3,5% - Tạp chất S P làm hại đến tính gang Nên hàm lượng S thấp: 0,1  0,2%S Nhưng nguyên tố P phần làm tăng tính chảy lỗng, tăng tính chống mài mịn hàm lượng đến 0.4-0.5% P Tổ chức C gang:Xementit than chì Đặc tính gang phụ thuộc vào dạng cacbon nền: - tổ chức, hình dạng cacbon: Fe3C hay graphit Nền gang xám là: ferit, pherit peclit , peclit - Cùng với C, nguyên tố Si thúc đẩy graphit hoá, nghĩa phân huỷ Fe3C thành Fe cacbon tự kết tinh - Ngược lại Mn lại cản trở graphit hoá nhằm tạo Fe3C gang trắng  Lượng Si thay đổi gang giới hạn từ 1,5  3,0 Mn thay đổi tương ứng với Si giới hạn 0,5  1,0%  Có thể tăng tính gang số nguyên tố hợp kim khác (Cr, V, Mo ) DWE Department of Welding and Metal Technology / Add: 306C1 - Dai Co Viet Str No.1 - Hanoi – Vietnam / Tel.: +84 (04) 8692204 4.2 Cơ sở thiết kế đúc hợp kim  Gang trắng hình thành có hàm Gang Trắng Gang Xám lượng C, Mn… thích hợp với điều kiện nguội nhanh vật đúc thành mỏng, nhỏ GANG Gang Cầu Gang Dẻo Gang trắng loại gang mà hầu hết cacbon dạng liên kết hóa học Fe3C  Khống chế % Si, tăng tốc độ nguội để giữ cacbon dạng liên kết DWE Department of Welding and Metal Technology / Add: 306C1 - Dai Co Viet Str No.1 - Hanoi – Vietnam / Tel.: +84 (04) 8692204 4.2 Cơ sở thiết kế đúc hợp kim - Gang xám loại gang mà hầu hết C dạng graphit Nhờ có nên mặt gãy có màu xám  Tổ chức tế vi gang xám gồm: sở garaphit dạng Nền gang xám là: ferit, pherit - peclit , peclit Cơ tính gang xám phụ thuộc vào hai yếu tố: * Tổ chức nền: độ bền tăng lên từ pherit đến peclit * Số lượng, hình dạng phân bố graphit GX Ferit Gang xám có độ bền nén cao bền kéo kém, chịu mài mịn tốt, đặc biệt có tính đúc tốt Ký hiệu : GX xx-yy xx = hai số độ bền kéo yy = hai số độ bền uốn DWE Department of Welding and Metal Technology / GX 15- 32 kéo = 150 N/mm2 uốn = 320 N/mm2 GX Ferit-Peclit Add: 306C1 - Dai Co Viet Str No.1 - Hanoi – Vietnam / Tel.: +84 (04) 8692204 4.2 Cơ sở thiết kế đúc hợp kim - Gang xám loại gang mà hầu hết C dạng graphit Nhờ có nên mặt gãy có màu xám Tính tốn mẻ liệu đúc gang a) Vật liệu nấu chảy GX  Vật liệu KL: Gang thỏi – X % Gang,thép vụn – Y % Gang phế liệu – Z %  Nhiên liệu: Chiếm khoảng 20% mẻ liệu  Chất trợ dung: Dùng để tạo xỉ trình nấu gang Chất trợ dung thường dùng đá vơi CaCO3 chiếm khoảng ÷ % mẻ liệu b) Tính tốn mẻ liệu phương trình và ẩn số DWE Department of Welding and Metal Technology / X% + Y% + Z% = 100% Si X% + Si Y% + Si Z% = Sivđ / (1-Sich) 100% Mn X% + Mn Y% + Mn Z% = Mnvđ / (1-Mnch) 100% Add: 306C1 - Dai Co Viet Str No.1 - Hanoi – Vietnam / Tel.: +84 (04) 8692204 4.2 Cơ sở thiết kế đúc hợp kim Gang Cầu - Gang cầu loại gang có tổ chức gang xám, graphit có dạng thu nhỏ thành hình cầu Ký hiệu: Gang cầu: GC xx-zz (Liên xô: Bч xx-yy) xx = độ bền kéo yzz = độ dãn dài tương đối  % GC 42-12 kéo = 420 N/mm2  = 12 % SiO2 + 2Mg = Si + MgO Ứng dụng:  Để có tổ chức gang cầu, phải nấu chảy gang xám dùng phương pháp biến tính đặc biệt (Mg) gọi cầu hoá để tạo graphit hình cầu Kết tương tự gang xám với grathit cầu ta có: độ dẻo  =  15%; độ bền kéo k = 400 - 1000N/mm2 DWE Department of Welding and Metal Technology / Add: 306C1 - Dai Co Viet Str No.1 - Hanoi – Vietnam / Chế tạo chi tiết máy trung bình lớn, hình dạng phức tạp, chịu tải lớn, chịu va đập (Trục khuỷu, Trục cán…) Tel.: +84 (04) 8692204 4.2 Cơ sở thiết kế đúc hợp kim Gang Dẻo Gang dẻo loại gang chế tạo từ gang trắng phương pháp nhiệt luyện (Ủ) Fe3C Tính chất: Peclit + Ccụm Ứng dụng - Độ bền cao, - Độ dẻo lớn nhờ Graphit phân huỷ từ Fe3C gang trắng tạo nên dạng cụm Ký hiÖu: GZ To ủ - Giá thành cao khó đúc thời gian ủ lâu - Chế tạo chi tiết phức tạp, thành mỏng xx-yy (Liªn x«: Kч xx-yy) xx = độ bền kéo yy = độ dãn dài tương đối % GZ 37-12 DWE Department of Welding and Metal Technology / kéo = 370 N/mm2  = 12 % Add: 306C1 - Dai Co Viet Str No.1 - Hanoi – Vietnam / Tel.: +84 (04) 8692204 4.2 Cơ sở thiết kế đúc hợp kim - Nhôm kim loại nhẹ - Khối lượng riêng nhẹ: khoảng 2,7g/cm3 - Có tính dẫn điện, dẫn nhiệt cao - Chống ăn mòn tốt - Nhiệt độ nóng chảy: 6600C - Độ bền thấp:  = 60N/mm2 - Độ cứng thấp: (HB = 25  mềm), dẻo cao - Trên bề mặt nhơm có lớp ơxyt bảo vệ chống ăn mịn mơi trường khơng khí nhiệt độ bình thường Lớp ơxyt nhôm luôn tự hỡnh thành bề mặt nhơm tác dụng với khơng khí + nhóm nhôm: A999: 99,999% Al  loại tinh khiết A995, A99, A97 A95: 99,995 - 99,95% Al  loại có độ sạch cao A85, A8, A7, A0: 99,85 - 99% Al  nhôm kỹ thuật DWE Department of Welding and Metal Technology / Add: 306C1 - Dai Co Viet Str No.1 - Hanoi – Vietnam / Tel.: +84 (04) 8692204 4.2 Cơ sở thiết kế đúc hợp kim Nhôm hợp kim Nhôm: + loi HK Nhụm: HK nhôm đúc & HK nhôm biến dạng Loại biến dạng 1xxx Al sạch (>99%) Loại đúc 1xx.x Al thỏi Ứng dụng Giấy nhơm, thùng chống ăn mịn 2xxx Al-Cu Al-Cu-Mg 2xx.x Al-Cu Chi tiết máy bay 3xxx Al-Mn 3xx.x Al-Si-Mg Dụng cụ thực phẩm Al-Si-Cu 4xxx Al-Si 4xx.x Al-Si Block động 5xxx Al-Mg 5xx.x Al-Mg Khung kết cấu, thùng 6xxx Al-Mg-Si 6xx.x Khơng có Kết cấu độ bền cao 7xxx Al-Zn-Mg Al-Zn- 7xx.x Al-Zn Kết cấu độ bền cao Mg-Cu 8xxx Al-các nguyên tố khác 8xx.x Al-Sn Ký hiệu nhôm hợp kim nhôm theo tiêu chuẩn Mỹ DWE Department of Welding and Metal Technology / Add: 306C1 - Dai Co Viet Str No.1 - Hanoi – Vietnam / Tel.: +84 (04) 8692204 4.3 Cơ sở thiết kế đúc đặc biệt Đúc áp lực (die casting) ƯU ĐIỂM •Đúc được vật phức tạp, thành mỏng (15 mm), đúc được loại lỗ có k/t nhỏ •Độ bóng độ c/x cao •Cơ tính vật đúc cao nhờ mật độ vật đúc lớn •Cơ tính vật đúc cao nhờ mật độ vật đúc lớn NHƯỢC ĐIỂM •Ko dùng được lõi cát dịng chảy có áp lực lớn  Hình dạng lỗ mặt phải đơn giản •Khn chóng bị mài mịn dòng chảy áp lực HK to cao Ứng dụng:…………………………………… DWE Department of Welding and Metal Technology / Add: 306C1 - Dai Co Viet Str No.1 - Hanoi – Vietnam / Tel.: +84 (04) 8692204 4.3 Cơ sở thiết kế đúc đặc biệt Đúc khuôn mẫu chảy (investment casting) Là dạng đúc đặc biệt khuôn lần Giống đúc khuôn cát khác chỗ mẫu vật liệu dễ chảy dễ cháy (sáp, ong, parafin, …) ĐẶC ĐIỂM •Độ xác cao so với đúc cát (0,1/25mm) • Thường đúc chi tiết nhỏ (3g- 5kg) •Bề mặt chi tiết nhẵn, khơng có bavia mặt phân khn •Quy trình đúc dài ( 16-48 giờ) DWE Department of Welding and Metal Technology / Add: 306C1 - Dai Co Viet Str No.1 - Hanoi – Vietnam / Tel.: +84 (04) 8692204 4.3 Cơ sở thiết kế đúc đặc biệt Đúc liên tục (continous casting)  Là QT rót KL lỏng liên tục vào khuôn KL Vật đúc đông đặc liên tục SP được lấy liên tục Sử dung nhà máy luyện kim kết hợp hệ thống cán kéo kim loại đầu (12) để sản xuất dạng phôi thanh, Continuous casting 1: Ladle 2: Stopper 3: Tundish 4: Shroud 5: Mold 6: Roll support 7: Turning zone 8: Shroud 9: Bath level 10: Meniscus 11: Withdrawal unit 12: Slab A: Liquid metal B: Solidified metal C: Slag D: Watercooled copper plates E: Refractory DWE Department of Welding and Metal Technology / Add: 306C1 - Dai Co Viet Str No.1 - Hanoi – Vietnam / Tel.: +84 (04) 8692204 4.3 Cơ sở thiết kế đúc đặc biệt 4.4 CÁC CÔNG NGHỆ ĐÚC Đúc ly tâm (centrifugal casting) ĐẶC ĐIỂM •Trong đúc ly tâm, sử dụng loại khuôn vĩnh cửu quay với tốc độ từ 300 đến 3000 v/ph •Đúc ly tâm đứng ngang, máy nằm ngang thích hợp cho chi tiết hình trụ dài, mỏng , máy đứng thích hợp cho chi tiết dang vịng xuyến •Tổ chức KL mịn chặt ko tồn tại khuyết tật rỗ khí, rỗ co ngót •Ko dùng hệ thống rót phức tạp nên hao phí KL Alfred Krupp DWE Department of Welding and Metal Technology / Add: 306C1 - Dai Co Viet Str No.1 - Hanoi – Vietnam / Tel.: +84 (04) 8692204 4.3 Cơ sở thiết kế đúc đặc biệt Đúc khuôn vỏ mỏng (shell mold casting) Là QT đúc khn cát đặc biệt (gồm cát chất kết dính) mà thành khuôn mỏng 68 mm Đặc điểm: Đúc được loại vật liêu : gang, hk nhôm, đồng Khối lượng từ 30g 45-90kg Độ nhẵn bề mặt khoảng 0,3-4m, độ xác khoảng 0,005mm DWE Department of Welding and Metal Technology / Add: 306C1 - Dai Co Viet Str No.1 - Hanoi – Vietnam / Tel.: +84 (04) 8692204 4.4 Thiết bị nấu chảy kim loại đúc phôi DWE Department of Welding and Metal Technology / Add: 306C1 - Dai Co Viet Str No.1 - Hanoi – Vietnam / Tel.: +84 (04) 8692204 ...Chương 4: đúc hợp kim 4.1 Tính đúc hợp kim 4.2 Cơ sở thiết kế đúc hợp kim 4.3 Cơ sở thiết kế đúc đặc biệt 4.4 Thiết bị nấu chảy kim loại đúc phôi DWE Department of Welding... 4.1 Tính đúc hợp kim Tính hịa tan khí Đa số kim loại hợp kim nấu chảy rót vào khn tác dụng mãnh liệt với loại khí mơi trường xung quanh q trình phụ thuộc vào loại hợp kim, loại khí điều... thiết kế đúc hợp kim Đúc gang GANG hợp kim Fe- C, hàm lượng C từ 2,14% ~ 6,67% - Cacbon nhiều khả graphit hố mạnh, nhiệt độ nóng chảy giảm  tăng tính đúc Nhưng tăng hàm lượng cacbon làm giảm