Bài giảng công nghệ kim loại

LỊCH SỬ NGHỀ ĐÚC Lịch sử 5000 năm của nghề ñúc kim loại Hình 1: Nấu kim loại và ñúc ở Ai Cập năm 1450 trước Công nguyên. Hình 2: Vật ñúc bằng phương pháp mẫu chảy thời kỳ ñồ ñồng ở châu Âu Hình 3: Mũi giáo ñúc, niên ñại thời kỳ ñồ ñồng (900 ñến 800 trước Công nguyên) Hình 4: Súng thần công thời kỳ Trung cổ Hình 5: Vỏ ñộng cơ tàu thủy (diesel) Tạo mẫu 5000 BC Khuôn ñúc bằng ñá ở vùng Cận Đông 3000 BC Đúc bằng mẫu chảy ở vùng Cận Đông và Ấn Độ 1500 BC Ống be thay cho ống thổi ở Ai Cập Lò và Kỹ thuật nấu kim loại 3000 BC Lò nấu ñồng ở Trung Quốc 1700 Than cốc thay thế cho củi dùng cho lò cao ở Anh 1865 Lò ñứng ra ñời 1879 Lò hồ quang (Werner v. Siemens) 1935 Lò cảm ứng Vật liệu ñúc 5000 BC Vàng ñược gia công và ñúc ở vùng Cận Đông 3000 BC Đúc ñồng (Cu-As-Pb) ở Ấn ñộ 2700 BC Thời kỳ ñồ ñồng ở Châu Âu 1100 BC Thời kỳ ñồ sắt ở châu Âu 500 BC Đúc gang ở Trung Quốc 1400 Đúc gang ở châu Âu Đúc súng thần công và ñạn 1630 Bằng sáng chế ñầu tiên của Anh về ủ gang 1800 Tìm ra các kim loại nhẹ (Ti 1791, Mg 1808, Al 1825) 1845 Đúc thép 1909 Đúc hợp kim Mg 1921 Al ñược sử dụng làm vật liệu ñúc Trống ñồng Việt Nam Trống ñồng Việt Nam có nhiều loại hình, nhưng tất cả khởi nguồn từ trống Đông Sơn mà ñỉnh cao là sự hoàn thiện kỹ thuật chế tạo là trống ñồng Ngọc Lũ. Trống ñồng Việt Nam có niên ñại khởi ñầu khoảng thiên niên kỷ I trước Công nguyên cho ñến một vài thế kỷ sau công nguyên. Trống ñồng là biểu hiện tập trung nhất những thành tựu trong sinh hoạt kinh tế, văn hóa, xã hội và quyền uy của một nhà nước ñược xác lập ñầu tiên trên ñất nước ta - Nhà Nước Hùng Vương. Trống ñồng và những hình khắc họa trên trống ñã giúp chúng ta ngày nay hình dung ñược ñôi nét về cuộc sống của người Việt cổ ở thời xa xưa ấy. Hoa văn trên trống ñồng có nhiều loại, kiểu bố trí hợp lý trên các phần mặt, tang và thân trống. Nó ñược các nhà nghiên cứu tìm hiểu, phân tích ñể làm một trong những cơ sở khoa học trong phân loại trống và khắc họa những nét sinh hoạt kinh tế, xã hội, văn hóa Đông Sơn thời bấy giờ. Trống Đồng Ngọc Lũ: Tìm thấy ở chùa Ngọc Lũ (Hà Nam) vào năm 1901. Trống này cao 0,63 mét (1.8 ft), ñường kính mặt trống 0,86 mét (2.5 ft), ñược trang trí bằng các hình chạm sâu xuống cả trên mặt trống lẫn tang trống. Chính giữa mặt trống là một hình ngôi sao (hay mặt trời) 14 cánh. Chung quanh ngôi sao này là 16 vòng tròn ñồng tâm có trang trí bằng nhiều hình kỷ hà hay hình vẽ khác nhau. Giữa vòng thứ 5 và thứ 6 có khắc hình 2 căn nhà mái cong, có sàn, trong có người tóc dài ngồi. Trước nhà là 4 dàn trống và ñoàn vũ nhạc nhảy múa, thổi khèn. Sau nhà có 2 người ñang giã gạo. Xen kẽ với 2 nhà sàn trên là 2 nhà sàn mái tròn trong có người cầm kiếm. Trước nhà này có một người tay phải cầm kiếm, tay trái cầm một con chim. Sau nhà là một ñoàn võsĩ cầm lao, cầm kiếm ñang múa. Giữa vòng thứ 7 và thứ 8 có chạm hình 2 ñàn hươu (10 con mỗi ñàn) và xen kẽ với 2 ñàn chim ñang bay (mỗi ñàn 8 con). Giữa vòng thứ 8 và thứ 9 có khắc 18 con chim mỏ dài ñang bay, xen kẽ với 18 con chim ñang ñậu dưới ñất. Trên tang trống, phần phình ra có khắc hình thuyền trên có những người cầm lao, kiếm, cung, ñang chuẩn bị chiến ñấu, hoặc ñang nhảy múa hoặc Hình 6: Trống ñồng Ngọc Lũ chèo thuyền. Trên phần thẳng ñứng có những ñường trang trí kỷ hà thẳng ñứng hay nằm ngang ñóng khung lấy những hình người cầm rìu và lá chắn. Trống Đồng Hòa Bình: Tìm thấy ở Mường Dâu, Hòa Bình. Trống này ñược gọi là trống Moulié (tên người mua ñược và tặng lại cho Viện Bảo Tàng). Trống này ñược tàng trữ trong Bảo Tàng Quân Đội Pháp, rồi ñược chuyển cho Bảo Tàng Viện Guimet (Paris). Trống Đồng Hoàng Hạ : Tìm thấy ở làng Hoàng Hạ (Hà Đông), cao 0,615 mét (1.84 ft) và ñường kính mặt trống là 0,78 mét (2.3 ft). Mặt trống ñồng Hoàng Hạ cũng trang trí bằng các vòng tròn ñồng tâm trong ñó có khắc hình nhà sàn, người, chim bay. Tang trống chỗ phình ra cũng khắc hình thuyền. Các nhân vật trên thuyền tương tự như ở trống Ngọc Lũ, nhưng thứ tự bố trí hơi thay ñổi một chút. Các trống ñồng tìm thấy ở Hoa Nam, Lào, Cam bốt, Mã Lai tuy về hình thức (hình dáng và trang trí) có giống trống ñồng Lạc Việt, nhưng những nét chạm trổ còn thô sơ vô cùng. Có thể ñấy chỉ là những trống bắt chước trống Lạc Việt một cách vụng về mà thôi. Trống ñồng Hoàng Hạ là một di vật rất quý. PHẦN I CÔNG NGHỆ ĐÚC Chương 1 KHÁI NIỆM VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ĐÚC 1.1. Phân loại các phương pháp ñúc 1.1.1. Định nghĩa: Đúc là quá trình ñiền ñầy kim loại ở thể lỏng vào lòng khuôn ñúc có hình dạng và kích thước ñịnh sẵn. Kim loại ñông ñặc, ta ñược vật ñúc khi dỡ khuôn. Nếu vật ñúc ñược tiếp tục gia công bằng cắt gọt, áp lực ta gọi là phôi ñúc. 1.1.2. Đặc ñiểm: - Đúc ñược nhiều vật liệu (nấu chảy ñược) khác nhau - Vật ñúc có kết cấu phức tạp, khối lượng lớn - Sản phẩm chất lượng cao, kích thước chính xác, ñộ bóng bề mặt cao. Có thể cơ khí hóa và tự ñộng hóa. (Đúc mẫu chảy, ñúc liên tục ) - Giá thành hạ Khuyết ñiểm - Dễ bị các khuyết tật: rỗ co, rỗ khí, nứt, lẫn tạp chất - Đúc trong khuôn cát ñộ bóng thấp, ñộ chính xác thấp - Tốn kim loại cho hệ thống rót, ñậu ngót, 1.1.3. Phân loại các phương pháp ñúc - Đúc trong khuôn cát - Đúc ñặc biệt  Đúc trong khuôn kim loại;  Đúc li tâm;  Đúc liên tục;  Đúc chính xác: ñúc trong khuôn vỏ mỏng, ñúc mẫu chảy. 1.2. Sự kết tinh của kim loại vật ñúc trong khuôn Quá trình kết tinh của kim loại ñúc phụ thuộc vào các yếu tố: - Tính chất lý nhiệt và nhiệt ñộ rót của hợp kim ñúc - Tính chất lý nhiệt của vật liệu khuôn - Công nghệ ñúc Quá trình kết tinh gồm các giai ñoạn: a. Giai ñoạn ñiền ñầy kim loại lỏng vào khuôn: tính từ lúc bắt ñầu rót kim loại nóng chảy vào khuôn cho ñến khi kim loại lỏng ñiền ñầy hệ thống rót và ñậu ngót. b. Giai ñoạn hạ nhiệt ñộ từ nhiệt ñộ rót ñến nhiệt ñộ ñiểm lỏng: kim loại nóng chảy bắt ñầu truyền nhiệt vào khuôn, hướng tản nhiệt luôn vuông góc với thành khuôn. Kim loại ở bên dưới lòng khuôn và phần kim loại tiếp xúc với lòng khuôn bắt ñầu ñông ñặc. c. Giai ñoạn kết tinh tính từ nhiệt ñộ ñiểm lỏng ñến nhiệt ñộ ñiểm ñặc (khoảng ñông ñặc): có hai cơ chế ñông ñặc:  Đông ñặc theo lớp: Những kim loại nguyên chất, hợp kim cùng tinh hoặc khoảng kết tinh hẹp thường ñông ñặc theo lớp.  Đông ñặc thể tích: những hợp kim có khoảng nhiệt ñộ kết tinh lớn thường xảy ra ñông ñặc thể tích. d. Giai ñoạn nguội trong khuôn: ñược tính từ nhiệt ñộ ñiểm ñặc trở xuống (khi kim loại ñã ñông ñặc hoàn toàn) cho ñến khi lấy vật ñúc ra khỏi khuôn. e. Giai ñoạn nguội ngoài khuôn: ñược tính từ lúc vật ñúc ñược lấy ra khỏi khuôn. Thời ñiểm này tùy thuộc vào công nghệ ñúc cũng như hợp kim ñúc. 1.3. Tổ chức kim loại vật ñúc Gồm 3 vùng: - Vỏ ngoài cùng có lớp hạt kim loại nhỏ, ñẳng trục. - Vùng có cấu trúc nhánh cây - Vùng hạt to, ñẳng hướng. Sự hình thành khuyết tật ñúc: - Lõm co và rỗ co Lõm co hình thành do kim loại co thể tích khi ñông ñặc, nằm ở phía trên cùng của vật ñúc, tại ñó kim loại ñông ñặc sau cùng. Để khắc phục lõm co ta phải thiết kế ñậu ngót ñể bổ sung thêm kim loại lỏng cho thể tích vật ñúc. [...]... ngoài Ch t lư ng v t ñúc tùy thu c vào các y u t : H p kim ñúc: Lo i khuôn ñúc và phương pháp ñúc nh hư ng c a công ngh ñúc, bao g m: Công ngh n u ch y h p kim ñúc Công ngh ch t o khuôn và lõi Công ngh rót Các bư c làm khuôn: Chương 3: THI T K ĐÚC Thi t k ñúc là khâu quan tr ng trong quá trình s n xu t v t ñúc, ta căn c vào các y u t sau: Lo i h p kim ñúc Yêu c u k thu t c a chi ti t máy (ñ chính xác,... t p trung kim lo i và cao nh t Ch n m t phân khuôn sao cho khi ñ t h th ng rót ñ m b o ñư c kim lo i l ng ñi n ñ y nhanh, ñ ng ñ u, không t o dòng ch y r i làm h ng khuôn 3.1.3 Xác ñ nh các ñ i lư ng c a b n v v t ñúc a Lư ng dư gia công c t g t: là ph n kim lo i dôi ra (dư ra) dùng cho các nguyên công gia công c t g t ñ ñ t ñư c ñ bóng và ñ chính xác yêu c u Hình : Ký hi u lư ng dư gia công b m t... v t ñúc: v t ñúc càng l n, lư ng dư gia công càng l n Đ chính xác ñúc (ñúc trong khuôn cát, khuôn kim lo i; m u b ng g , b ng nh a hay b ng kim lo i) D ng s n xu t (ñơn chi c, hàng lo t ) Kim lo i v t ñúc: v t ñúc b ng thép có lư ng dư gia công l n hơn v t ñúc gang và lư ng dư gia công c a v t ñúc b ng kim lo i nh ít hơn n a b Đ d c rút m u (góc thoát khuôn): trên các thành ñ ng (vuông góc v i m t... ñ bóng (không c n ph i gia công sau ñúc) s không xác ñ nh lư ng dư Lư ng dư gia công ph thu c vào các y u t sau: V trí b m t c n gia công c a v t ñúc trong khuôn (m t phía trên, bên hông hay phía dư i): x , oxyt và b t khí thư ng nh nên n i lên trên nên lư ng dư gia công nh ng m t phía trên c a v t ñúc bao gi cũng l n hơn Kích thư c v t ñúc: v t ñúc càng l n, lư ng dư gia công càng l n Đ chính xác ñúc... 1.4 Quá trình s n xu t ñúc b ng khuôn cát và các b ph n cơ b n c a m t khuôn ñúc Quá trình s n xu t ñúc bao g m: Thi t k : b ph n thi t k quy t ñ nh công ngh gia công chi ti t T o m u ñúc và hòm khuôn b ng g ho c nh a Làm khuôn ñúc Làm lõi N u ch y kim lo i ñúc Đ khuôn Tháo khuôn, làm s ch v t ñúc, ki m tra s n ph m ñúc Nh ng b ph n chính ñ ñúc v t ñúc trong khuôn cát Chi ti t M u ñúc H p lõi và lõi... co là do nh ng nơi mà v t ñúc có th tích l n, vì t c ñ ngu i c a vùng này nh hơn xung quanh nên khi kim lo i co không ñư c b sung thêm - R khí: do khí xâm nh p vào h p kim l ng khi n u ho c rót, ho c các ph n ng sinh khí trong quá trình ñúc - Thiên tích: là s không ñ ng ñ u v thành ph n hóa h c, do kim lo i k t tinh các giai ño n khác nhau - N t - Cháy cát - L ch khuôn Các khuy t t t trên làm gi m... T ch ph n v t ñúc thu c khuôn trên, còn D thu c v khuôn dư i Ch n m t phân khuôn d a vào công ngh làm khuôn (rút m u, s a ch a lòng khuôn, ñ nh v lõi, l p các n a khuôn): M t phân khuôn ñi qua ti t di n l n nh t ñ ti n cho vi c rút m u Lòng khuôn nông (c n) ñ d s a lòng khuôn, d ñi n ñ y kim lo i, dòng ch y c a kim lo i l ng êm Lòng khuôn trên nông (c n) hơn khuôn dư i M t phân khuôn nên là m t ph ng... ng l c n gia công c t g t, tùy theo d ng s n xu t, n u kích thư c nh có th không c n ñ t lõi mà ñúc li n (s n xu t ñơn chi c d ≤ 50 mm, s n xu t hàng lo t d ≤ 30, s n xu t hàng kh i d ≤ 20 có th ñúc li n, sau khi ñúc s t o l b ng gia công c t g t) Các b c dày hơn 25mm và các rãnh có chi u sâu l n hơn 6mm trên các v t ñúc nh và v a ñ u ñư c t o nên ngay t khi ñúc Nh ng l không qua gia công c t g t c... th xác ñ nh theo công th c kinh nghi m ho c tra b ng 1 3 Góc trong: r = ( ÷ 1 a+b ) 5 2 Góc ngoài: R = r + b Trong ñó: a, b là chi u dày thành v t ñúc giao nhau (a>b) d Dung sai v t ñúc: là sai s c a kích thư c v t ñúc cho phép so v i kích thư c danh nghĩa Dung sai c a v t ñúc ph thu c vào các y u t : phương pháp ñúc, lo i khuôn ñúc, lo i m u, h p lõi Kích thư c danh nghĩa T Đ n M u kim lo i M u nh... di n khác nhau và yêu c u ñ ñ ng tâm cao N u v t ñúc có lõi, nên b trí lõi th ng ñ ng vì d ñ nh v , tránh b kim lo i l ng làm bi n d ng lõi S lư ng m t phân khuôn càng ít càng b o ñ m chính xác Không ch n m t phân khuôn qua ch có ti t di n thay ñ i Ch n m t phân khuôn d a vào ch t lư ng h p kim ñúc Nh ng b m t quan tr ng c n ch t lư ng cao nên b trí bên dư i ho c hai Ch n m t phân khuôn sao cho hư .  Hợp kim ñúc:  Loại khuôn ñúc và phương pháp ñúc Ảnh hưởng của công nghệ ñúc, bao gồm:  Công nghệ nấu chảy hợp kim ñúc.  Công nghệ chế tạo khuôn và lõi  Công nghệ rót khuôn - Công nghệ ñúc Quá trình kết tinh gồm các giai ñoạn: a. Giai ñoạn ñiền ñầy kim loại lỏng vào khuôn: tính từ lúc bắt ñầu rót kim loại nóng chảy vào khuôn cho ñến khi kim loại lỏng. thành do kim loại co thể tích khi ñông ñặc, nằm ở phía trên cùng của vật ñúc, tại ñó kim loại ñông ñặc sau cùng. Để khắc phục lõm co ta phải thiết kế ñậu ngót ñể bổ sung thêm kim loại lỏng