Bài giảng: Học phần đúc – chương 3 ppt

Hình 124: Sự hình thành lõm co Bài giảng: Học phần đúc chơng 3 Môn học: Công nghệ kim loại chơng 3 hợp kim đúc 1- Tính đúc của kim loại và hợp kim 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. b) Các nhân tố ảnh hởng đến tính chảy loãng: - Nhiệt độ: - Cấu trúc hợp kim: - ảnh hởng của tạp chất: - ảnh hởng của thành phần hoá học của kim loại và hợp kim: - ảnh hởng của khuôn: - ảnh hởng của hình thức rót kim loại lỏng vào khuôn: 2- Tính thiên tích: a) Khái niệm: b) Các dạng thiên tích: - Thiên tích vùng: Biện pháp khắc phục: - Thiên tích hạt (thiên tích nhánh cây): Biện pháp khắc phục: 3- Tính co ngót: a. Khái niệm co của kim loại và hợp kim: b. Các hình thức co của kim loại và hợp kim: - Co ở trạng thái lỏng: - Co trong giai đoạn kết tinh: + Sự hình thành lõm co: + Sự hình thành rỗ co: + Quan hệ giữa lõm co và rỗ co: - Co ở trạng thái rắn: c. Biện pháp khắc phục co ngót 4- Tính hoà tan khí : a. Khái niệm: b. Các nhân tố ảnh h- ởng đến hòa tan khí và biện pháp khắc phục - Các yếu tố ảnh hởng: + Nhiệt độ của kim loại (hình 125) Giảng viên: Hoàng Quang Tròn 1 Hình 125: độ hoà tan khí Đ ộ ho à ta n khí Bài giảng: Học phần đúc chơng 3 Môn học: Công nghệ kim loại + áp xuất khí trong môi trờng bao quanh. + PK. (với khí hai nguyên). S = + 3 . PK (với khí ba nguyên). Trong đó K là hệ số Sibest. + Bản chất của khí hoà tan: + Tình trạng nấu luyện và rót: + Khi kết tinh và làm nguội - Biện pháp khắc phục hòa tan khí Giảng viên: Hoàng Quang Tròn 2 Bài giảng: Học phần đúc chơng 3 Môn học: Công nghệ kim loại 2- Nấu và đúc gang I. Nấu và đúc gang xám: 1- Vật liệu nấu gang: Vật liệu nấu bao gồm: - Vật liệu kim loại: - Nhiên liệu: - Trợ dung: 2- Tính phối liệu mẻ liệu: Khái niệm mẻ liệu: a) Nguyên tắc tính khối lợng mẻ liệu: b) Nguyên tắc tính phối liệu: Cách tính phối liệu mẻ liệu: - Giải hệ phơng trình bậc nhất. - Dùng đồ thị. - Dùng phơng pháp chọn trớc. Ph ơng pháp giải hệ ph ơng trình bậc nhất : Giả sử có 3 loại vật liệu kim loại có thành phần hoá học khác nhau dùng để phối liệu đúc ra mác gang có thành phần hoá học đã xác định theo bảng sau: Tên vật liệu Thành phần hoá học Khối lợng Si (%) Mn (%) (%) Vật liệu 1 Si x Mn x x Vật liệu 2 Si y Mn y y Vật liệu 3 Si z Mn z z Mác gang vật đúc Si vd Mn vì 100 Tính hàm lợng Si có đ- ợc từ 3 loại vật liệu phối liệu: a.Si 1 + b.Si 2 + c.Si 3 = Si PL (%). Tơng tự hàm lợng Mn có đợc từ 3 loại vật liệu phối liệu: a.Mn 1 +b.Mn 2 + c.Mn 3 =Mn PL (%). Biết lợng Si vd và Mn vd ta tính đợc lợng Si và Mn cần phải bổ sung cho mẻ liệu là: Si bx = (Si vd - Si PL ).(Si ch + 1). Mn bx = (Mn vd - Mn vd ). (Mn ch + 1). Nếu chọn pherô silíc 45% và pherô mangan 72% làm vật liệu bổ xung ta sẽ tính đợc hàm lợng pherô cần dùng là: .(%) 45 )1.( 45 chbx SiSi FeSi + = . Giảng viên: Hoàng Quang Tròn 3 Hình 126: Cấu tạo của lò đứng nấu gang Bài giảng: Học phần đúc chơng 3 Môn học: Công nghệ kim loại .(%) 72 )1.( 72 chbx MnMn FeMn + = . 3- Nấu gang trong lò đứng: a) Cấu tạo của lò đứng: (Hình 126). b) Các thông số cơ bản của lò: - Đờng kính lò (D): - Chiều cao hữu ích của lò (H o ): Thờng chọn H o theo tỷ lệ : = D H 0 4 ữ 6 - Chiều cao nồi lò (H n ) : H n = 500 ữ 700 mm. - Kích thớc và vị trí các hàng mắt gió gió: Tổng diện tích mắt gió chiếm 15ữ 25% diện tích tiết diện ngang của lò. c) Vận hành lò đứng: Khi nấu gang trong lò xẩy ra hai quá trình chính là: - Nhiên liệu cháy tạo ra khí nóng truyền nhiệt cho kim loại. - Kim loại phối liệu nóng chảy và bị quá nhiệt tạo ra gang lỏng và xỉ. Dựa vào nhiệt độ và thành phần khí lò chia lò ra 4 vùng (hình 127): + Vùng nung nóng chảy (1). + Vùng hoàn nguyên (2). + Vùng ô xy hoá (3). + Vùng nồi lò (4). d) Các biện pháp nâng cao chất lợng nấu: - Nâng cao năng suất của lò: - Nâng cao nhiệt độ của gang ra lò: 4. Nấu gang trong lò chõ a. Cấu tạo lò chõ: Lò chõ dùng cho xởng đúc nhỏ. Lò chõ có cấu tạo đơn giản. Lò có thể chia làm 2 hoặc 3 đoạn để dễ tháo lắp. Các thông số chính của lò: + Đờng kính của lò: thờng 400 ữ 500 mm. Giảng viên: Hoàng Quang Tròn 4 Hình 127: Nhiệt độ và thành phần khí lò nung nóng nóng chảy Hoàn nguyên O xy hóa Nồi lò Bài giảng: Học phần đúc chơng 3 Môn học: Công nghệ kim loại + Chiều cao của lò: Tỷ số D H khoảng 2 ữ 3 là hợp lý nhất. Chiều cao lớn quá khó nâng hạ, thao tác kém an toàn. + Mắt gió: Kết cấu mắt gió có tác dụng rất lớn với công suất lò và nhiệt độ của gang lỏng. Kết cấu của mắt gió phải phù hợp với quạt, số lợng mắt gió thờng từ 3 ữ 4. b. Đặc điểm nấu gang lò chõ: u điểm: Lò chõ có cấu tạo đơn giản, vốn đầu t ít, nhiên liệu dùng cho lò dễ kiếm có thể nấu bằng nhiều loại than đá. Nhợc điểm: Năng suất thấp. Thành phần hóa học của gang khó ổn định. Điều kiện cơkhí hóa thấp. Tỷ lệ cháy hao cao hơn trong lò đứng. Khối lợng mẻ liệu không quá 60 kg. Tỷ lệ than/gang khoảng 20 ữ 30%. c. Thao tác nấu gang trong lò chõ: - Sửa lò: - Lắp ráp lò: - Chạy lò: Lò phải sấy kỹ từ 3 ữ 4 giờ. Cho liệu vào lò tránh treo liệu. Cần ra xỉ đều, tránh lu xỉ. Còn có loại lò chõ quay, cấu tao giống lò chõ đứng chỉ khác phần đáy lò. Phần kê của lò đứng đợc thay bằng cơ cấu có thể quay để tháo gang ra. Trong lò quay xỉ và gang cùng tháo ra một cửa. 5. Nấu gang lò điện a. Đặc điểm nấu gang lò điện: b. Các loại lò địên dùng để nấu gang: - Lò hồ quang 3 pha nung nóng trực tiếp. - Lò 1 pha nung nóng gián tiếp. - Lò cảm ứng. II. Đặc điểm nấu và đúc các loại gang khác: 1- Nấu và đúc gang trắng: a) Khái niệm: Giảng viên: Hoàng Quang Tròn 5 Hình 128: Lò điện hồ quang 1-Cửa chất liệu; 2-cơ cấu quay lò; 3- cơ cấu giữ điện cực; 4- phối liệu rắn; 5- than cốc; 6- kim loại lỏng ; 7- xỉ lỏng ; 8- điện cực; 9- đỉnh lò; 10- đáy lò. Hình 129: Lò điện cảm ứng cao tần 1-nồi chịu lửa ;2-cuộn dây đồng; 3-dây đồng có n ớc làm nguội; 4- kim loại lỏng; 5- xỉ đặc. Bài giảng: Học phần đúc chơng 3 Môn học: Công nghệ kim loại Gang trắng là gang có lợng chứa %C từ 2,4 ữ3,4%, cácbon không ở dạng grafit nh gang xám mà ở dạng xêmentit (Fe 3 C). 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 vậy 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 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. Một số biện pháp xử lý lò nấu: + Hạ thấp lỗ ra xỉ từ 500mm xuống 200mm (tính từ đáy nồi lò) để giảm thể tích nồi lò, do đó giảm sự thấm cacbon của lớp than đáy vào gang lỏng. Biện pháp này giảm lợng cacbon trong gang từ 2,9 ữ 3% xuống 2,7 ữ 2,85%. + Thay phần dới lớp than đáy ở nồi lò bằng gạch đinat hoặc samõt cũng có thể giảm cacbon tới 2,5 ữ 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. Mẻ liệu để đúc ra gang trắng (có 2,7 ữ 2,9% C) thờng dùng là: Gang thỏi loại GD : 14% Vụn gang trắng hoặc gang dẻo nấu lại: 47% Thép 0,4% C: 33% Ferô silic nấu ở lò cao (12% Si): 3,5 % Than cốc (dùng để mẻ liệu): 16% (vật liệu kim loại). Đôlômit (chất trợ dung): (6 ữ 9)% (vật liệu kim loại). 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. 2- Đúc gang biến tính: a) Khái niệm: Gang biến tính (ký hiệu MC) gang biến tính đợc chế tạo từ gang xám bằng cách cho thêm các chất biến tính nh Si, Al, Ca 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 (có tổng l- ợng C và Si khoảng 4,2 ữ 4,6%) đảm bảo có tổ chức của gang hoa râm. - Làm biến tính gang bằng cách dùng 0,3 ữ 0,6% Si - Ca hoặc 0,5 ữ 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). Do grafit có dạng hình cầu nên gang có cơ tính rất cao, ngời ta có thể dùng nó thay thép để chế tạo các chi tiết phức tạp, cần bền nh trục khuỷu, bánh răng, vỏ hộp các máy b) Đặc điểm khi chế tạo gang grafit cầu: Khi cho Mg vào gang lỏng để biến tính. 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. Giảng viên: Hoàng Quang Tròn 6 Bài giảng: Học phần đúc chơng 3 Môn học: Công nghệ kim loại 3- Đúc thép - Nói chung tính đúc của thép xấu hơn của gang nhiều vì nhiệt độ chảy của nó cao nên tính chảy loãng của nó kém, độ co lớn, hoà tan nhiều khí, dễ thiên tích Do đó điều kiện kĩ thuật đúc thép khắt khe hơn đúc gang. 1. Đặc điểm công nghệ khi đúc thép cácbon. a. Tính đúc của thép cácbon. b. Đặc điểm khi đúc thép. 2. Đặc điểm công nghệ khi đúc một số thép hợp kim. a. Thép Silíc. b Thép Mangan. c. Thép Niken. 3. Nấu và đúc hợp kim màu. 1. Nấu - Đúc hợp kim đồng. a. Vật liệu nấu. - Vật liệu chính: - Hợp kim phụ: - Chất khử ôxy. Chất khử ôxy để hoàn nguyên ôxít kim loại trong hợp kim, khi nấu đồng chất khử thờng dùng là Đồng - Phốtpho có 90% Cu + 10% P (tạo thành P 2 O 5 là xỉ nổi lên). - Chất trợ dung để bảo vệ kim loại lỏng khỏi bị ôxy hoá và để tránh tạp chất Nồi nấu đồng thờng dùng lò nồi, lò phản xạ, lò hồ quang, lò cảm ứng b. Đặc điểm quá trình đúc đồng. - Hợp kim đồng có nhiệt độ chảy thấp nên có tính chảy loãng cao, có thể đúc đợc những vật phức tạp và vật đúc rõ nét. - Vật liệu làm khuôn dùng cát hạt nhỏ, khuôn và lõi cần sơn một lớp sơn bằng grafít để tránh dình cháy cát. - Hợp kim đồng có độ co lớn nên cần làm đậu ngót lớn và đặt nơi tập chung kim loại, đậu hơi phải làm lớn để làm cả nhiệm vụ đậu ngót. - Đồng dễ bị ôxy hoá, đồng thanh dễ bị thiên tích nên dòng kim loại lỏng rót vào khuôn phải thấp và nhanh, chảy êm và liên tục, nên rót kiểu xiphông để tránh ôxy hoá. 2. Nấu và đúc hợp kim nhôm. a. Nguyên vật liệu. - Nguyên vật liệu nấu gồm 40 60% vật liệu cũ (phoi vụn, nhôm cũ, hệ thống rót, ) và 60 40% kim loại nguyên chất. Kim loại nguyên chất đa vào hợp kim nhôm cũng đợc chế tạo dới dạng hợp kim phụ, thành phần gồm hợp kim nhôm và một trong những nguyên tố sau: Mn, Cu, Si. - Ngoài ra còn phải dùng thêm chất trợ dung để ngăn ngừa ôxy hoá và dễ tạo xỉ. Chất trợ dung thờng dùng là: 44% KCl + 56% MnCl 2 hoặc là 50% NaCl + 35% KCl + 15% Na 3 AlF 6 ( những chất này có tác dụng phá huỷ ôxýt nhôm để tạo xỉ). - Nấu chảy nhôm bằng lò nồi, lò điện trở, lò cảm ứng b. Đặc điểm khi đúc nhôm. - Trong sản xuất đơn chiếc nhôm đợc đúc trong khuôn cát, còn trong sản xuất hàng loạt nhôm đợc đúc trong khuôn kim loại. Vì nhôm co nhiều nên hợp kim làm khuôn cần có tính lún tốt, độ bền cao. - Nhôm có tính chảy loãng cao nên có thể đúc đợc các thành mỏng đến 2,5 mm và vật đúc phức tạp, nhôm dễ hoà tan khí nên hệ thống rót dùng kiểu xiphông. - Nhôm co nhiều nên đậu ngót cần lớn để bổ xung tốt và ép cho kim loại đ- ợc mịn chặt hơn. - Rót kim loại lỏng vào khuôn cần thấp, êm, liên tục để tránh hoà tan khí. Không nên dỡ khuôn quá sớm, vì nguội nhanh ngoài không khí dễ bị nứt. 4. Một số loại lò điện dùng nấu luyện Giảng viên: Hoàng Quang Tròn 7 Hình 136: Lò nồi nấu nhôm Hình 137: Lò điện trở nấu nhôm Bài giảng: Học phần đúc chơng 3 Môn học: Công nghệ kim loại Giảng viên: Hoàng Quang Tròn 8 Hình 139: Lò điện hồ quang Hình 140: Lò nồi. . Hình 124: Sự hình thành lõm co Bài giảng: Học phần đúc chơng 3 Môn học: Công nghệ kim loại chơng 3 hợp kim đúc 1- Tính đúc của kim loại và hợp kim 1- Tính chảy loãng: a). Mg vào gang lỏng. Giảng viên: Hoàng Quang Tròn 6 Bài giảng: Học phần đúc chơng 3 Môn học: Công nghệ kim loại 3- Đúc thép - Nói chung tính đúc của thép xấu hơn của gang nhiều vì nhiệt độ chảy của. Hoàng Quang Tròn 7 Hình 136 : Lò nồi nấu nhôm Hình 137 : Lò điện trở nấu nhôm Bài giảng: Học phần đúc chơng 3 Môn học: Công nghệ kim loại Giảng viên: Hoàng Quang Tròn 8 Hình 139 : Lò điện hồ quang