CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÚC ĐẶC BIỆT

Các phương pháp đúc đặt biệt nay tuy chiếm một tỷ lệ nhỏ nhưng vẫn được chú ý nhiều vì tạo được vật đúc có độ chính xác cao, mặt nhẵn đẹp, và cơ tính ,chất lượng kim loại.Có thể chia các

Một trong những chỉ tiêu mà ngành đúc kim loại đã cố gắng đạt được ngày càng ở mức độ cao hơn đó chính là độ chính xác

Để đạt được độ chính xác của vật đúc trong quá trình đúc kim loại cần phải chú trọng đến những thông số quyết định của nó: Độ chính xác của mẫu hoặc của khuôn kim loại, độ chính xác khi in hình mẫu trong khuôn, độ chính xác khi lắp ráp khuôn Mức biến dạng của khuôn khi rốt, độ co của hợp kim đúc, kỹ thuật làm sạch, mài vật đúc…

Phương pháp đúc có những đặc điểm khác so với đúc thông thường Những điểm đặc biệt có thể là đặc biệt về nguyên liệu, đặc biệt về công nghệ, đặc biệt về cách rót, cách điền khuôn, tạo hình vật đúc và quá trình đông đặc khác với trọng trường

Các phương pháp đúc đặt biệt nay tuy chiếm một tỷ lệ nhỏ nhưng vẫn được chú ý nhiều vì tạo được vật đúc có độ chính xác cao, mặt nhẵn đẹp, và cơ tính ,chất lượng kim loại.Có thể chia các phương pháp đúc thành hai nhóm chính:

 Nhóm dùng vật liệu chịu nóng để tạo khuôn, thường là khuôn dùng một lần, tạo vật liệu đúc nhẵn bóng chính xác cao, trong đó đáng lưu ý hơn cả là phương pháp đúc trong khuôn vỏ cứng và phương pháp đúc chính xác bằng mẫu chảy

 Nhóm dùng khuôn bằng kim loại vật đúc chính xác lại có cơ tính cao như đúc trong khuôn kim loại tĩnh, đúc li tâm, đúc áp lực, đúc liên tục

Ngày nay chúng ta đã thấy những chi tiết mà chỉ có đúc đặc biệt mới có thể giải quyết được những yêu cầu trong cuộc sống ví dụ cánh tuabin nhà máy thủy lực, chân vịt tàu thủy cỡ lớn, tấm lớn làm thân máy bay,

MỤC LỤC Trang

5 Đúc trong khuôn cát – nước thủy tinh 37

8 Đúc trong khuôn mẫu hóa khí 71

1.1 GIỚI THIỆU

1.1.1 Khái niệm:

Đúc trong khuôn kim loại tĩnh hay còn được gọi là đúc trong khuôn kim loại dưới tác dụng của trọng trường (thường được gọi tắt là đúc trong khuôn kim loại) Bản chất của phương pháp đúc này là rót kim loại lỏng vào khuôn kim loại sử dụng nhiều lần thay cho khuôn cát được sử dụng 1 lần

Kim loại được điền đầy khuôn dưới tác dụng của trọng trường mà không chịu tác động bất kỳ nào khác

Hiện nay sản lượng các vật đúc được đúc bằng phương pháp này chiếm khoảng 30% tổng sản lượng các vật đúc bằng các phương pháp đúc đặc biệt

1; 2: hai nửa khuôn bằng kim loại

3 : Lòng khuôn 4: Hệ thống rót (Được bố trí ở mặt phân khuôn để dễ chế tạo khuôn)

5: Gờ khuôn (tăng cứng vững cho khuôn)

6: chốt định vị (để lắp 2 nửa khuôn 1, 2 cho chính xác)

7: Tai có lỗ để bắt bu lông gá khuôn lên máy

1.1.2 Đặc điểm:

 Khuôn được sử dụng nhiều lần thay vì chỉ 1 lần như khuôn cát

 Vật đúc nguội nhanh hơn

 Khuôn kim loại không có khả năng thông khí

 Khuôn không chịu lún, cản co mạnh, dễ làm vật đúc bị cong vênh, nứt, khó lấy ra khỏi khuôn

 Vật đúc có tổ chưc sít chặt, cơ tính cao (tăng 10% - 30%) so với đúc trong khuôn cát

 Giảm đáng kể lượng hỗn hợp làm khuôn và ruột sử dụn, trong nhiều trường hợp hoàn toàn không sử dụng tới chúng Chính vì vậy trang thiết bị sử dụng cho phương pháp đúc này ít hơn nhiều so với các phương pháp đúc trong khuôn cát

 Nâng cao độ bền cơ học của vật đúc, đặc biệt là ở bề mặt vật đúc tiếp xúc với khuôn kim loại

 Năng suất cao

 Dễ cơ khí hóa, tự động hóa vì các khâu làm khuôn, ráp khuôn, phá dỡ khuôn bị loại bỏ

 Gía thành sản phẩm giảm nếu sản lượng đúc nhiều

 Giảm diện tích sản xuất

 Không đòi hỏi tay nghề thợ cao

 Giảm ô nhiễm môi trường so với đúc khuôn cát

1.2.2 Nhược điểm:

 Chế tạo khuôn kim loại rất phức tạp và đắt tiền

 Độ bền khuôn kim loại bị han chế, đặc biệt là khi đúc thép

 Không hiệu quả khi sản xuất nhỏ

 Dễ biến trắng khi đúc gang

 Vật đúc có ứng suất lớn do khuôn kim loại cản co mạnh

 Khó đúc những vật thành mỏng do tốc độ nguội lớn, khó đúc các vật có hốc sâu, có các phần lồi, gân Phải dùng nhiều ruột khi đúc các vật đúc phức tạp

1.3 PHẠM VI SỬ DỤNG

Phương pháp đúc trong khuôn kim loại thích hợp với:

 Các vật đúc có kết cấu không quá phức tạp, có thành không mỏng, không hoặc ít gia công cơ

 Các vật đúc đòi hỏi tổ chức sít chặt

 Các vật đúc bằng gang yêu cầu có lớp biến trắng bề mặt

 Các vật đúc bằng hợp kim màu dễ chảy

 Các vật đúc bằng thép có hình dạng đơn giản có thành dày

 Bên cạnh đó, đúc khuôn kim loại chỉ đạt hiệu quả kinh tế khi sản xuất hang loạt trở lên

1.4 QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ ĐÚC TRONG KHUÔN KIM LOẠI

Quá trình đúc trong khuôn kim loại được tiến hành như sau:

 Làm sạch bề mặt lòng khuôn lõi (sau mỗi lần đúc)

 Sấy khuôn đến nhiệt độ nhất định để hạn chế sự giảm nhiệt độ nhanh của kim loại lỏng làm ảnh hưởng đến tính chảy loãng Nhiệt độ sấy khuôn phụ thuộc vào hợp kim đúcvà được quy định như sau:

Hợp kim đúc Nhiệt độ sấy Hợp kim đúc Nhiệt độ sấy Gang

Thép

Hợp kim đồng

và bề mặt khuôn, do đó nâng cao tính chịu nhiệt của khuôn

 Lắp khuôn và rót kim loại vào khuôn

 Để nguội vật đúc trong khuôn một thời gian nhất định rồi dỡ khuôn Thời gian này tuỳ thuộc vật đúc và hợp kim đúc Nếu dỡ vật đúc quá sớm, vật đúc sẽ nguội nhanh ngoài không khí nên dễ nứt, nếu dỡ vật đúc muộn quá cũng dễ nứt do khuôn lõi kim loại ngăn trở

sự co của vật đúc

1.5 GIỚI THIỆU CÁC BỘ PHẬN QUAN TRỌNG CỦA ĐÚC TRONG KHUÔN KIM LOẠI

1.4.1 Khuôn kim loại:

Khuôn dùng để đúc có nhiều loại: khuôn có mặt phân khuôn đứng, mặt phân khuôn ngang, mặt phân khuôn hỗn hợp, khuôn sử dụng ruột cát ruột kim loại, khuôn có hoặc không sơn khuôn

Yêu cầu đối với khuôn kim loại khá nghiêm ngặt, khuôn phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

 Bố trí được hệ thống rót trong khuôn

 Bảo đảm được chế độ nhiệt của khuôn trong quá trình công nghệ

 Thoát được toàn bộ khí qua hệ thống thoát khí

 Dễ lấy vật đúc ra khỏi khuôn

 Giảm khả năng suất hiện ứng suất trong khuôn và vật đúc

 Đáp ứng đươc yêu cầu tự động hóa, cơ khí hóa

1.4.2 Bố trí vật đúc trong khuôn kim loại:

Khi bố trí hốc khuôn và xác định kích thước khuôn cần lưu ý đến những giới hạn cho phép sau:

 Khoảng cách giữa hai thành hốc khuôn ≥ 15÷20 mm

 Khoảng cách từ thành ống rót đến thành hốc khuôn ≥ 25 ÷ 30 mm (nếu nhỏ hơn hốc khuôn dễ quá nhiệt, hư hỏng)

 Khoảng cách từ thành hốc khuôn đến mép ngoài của khuôn ≥ 25 ÷ 30 mm (nếu nhỏ hơn kim loại có thể rò ra ngoài theo khe hở của mặt ráp khuôn do khuôn bị vênh và quá nhiệt không đều)

 Chiều cao ống rót tính từ đỉnh cao nhất của hốc khuôn ≥ 40 ÷ 70 mm để đảm bảo cột áp thủy tĩnh

 Chiều dài rãnh dẫn ≥ 10 ÷ 15 mm để tránh cho thành hốc khuôn khỏi bị quá nhiệt

1.4.3 Chiều dày thành khuôn:

Một trong những vấn đề chính của việc thiết kế khuôn kim loại là phải xác định được chiều dày thành khuôn Điều này sẽ quyết định chế độ nhiệt và chất lượng của khuôn (độ bền lâu, độ chính xác)

Việc thay đổi chiều dày thành khuôn sẽ ảnh hưởng tới điều kiện đông đặc của vật đúc Việc tăng chiều dày thành khuôn:

 Làm tăng tốc độ nguội và đông đặc của vật đúc bằng các hợp kim có nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp (hợp kim nhôm, hợp kim đồng gang)

 Hầu như không làm thay đổi tốc độ nguội vật đúc thép

 Làm giảm tốc độ nguội và đông đặc của vật đúc bằng các hợp kim có nhiệt độ nóng chảy cao (Ti , Mo)

Việc giảm chiều dày thành khuôn:

 Khi đúc các hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp, điểu này sẽ làm giảm đáng kể khả năng tích nhiệt của khuôn, trong khi nhiệt truyền ra môi trường xung quanh do đối lưu tăng (do sự tăng nhiệt độ mặt ngoài khuôn) không đáng kể Do đó tốc độ đông đặc của vật đúc giảm

 Khi đúc các hợp kim có nhiệt độ nóng chảy cao, việc giảm chiều dày thành khuôn làm tốc độ đông đặc của vật đúc tăng lên

1.4.4 Vật liệu làm khuôn:

Khuôn có thể làm bằng các loại vật liệu:

 GX 18 – 26, GX 21 – 40: dùng làm khuôn đúc vật đúc nhỏ và trung bình, có làm nguội bằng không khí

 GX 42 - 12, GC 45 -5: dùng làm khuôn đúc cho các vật đúc trung bình và lớn, có làm nguội bằng không khí

 Thép C10 , C15, C20, 15CrMo…: dùng cho vật đúc lớn, hình dạng đơn giản, khuôn làm nguội bằng nước

 Hợp kim nhôm đúc AL9, AL11: chủ yếu dùng đúc các hợp kim đồng, khuôn được làm nguội bằng nước và được thấm nito bề mặt

 Đồng và các hợp kim đồng ( thường được sử dụng để làm ruột, miếng rời)

1.4.5 Vật liệu làm ruột trong khuôn:

Lõi có thể làm bằng kim loại hoặc bằng hỗn hợp cát – sét tươi, cát – sét khô, cát dầu, cát – nước thủy tinh, cát – nhựa

Ruột kim loại: được sử dụng trong sản xuất lớn, yêu cầu độ chính xác cao Đôi khi ruột

kim loại được lắp ráp từ nhiều mảnh

Ưu điểm của ruột kim loại:

 Năng suất cao

 Dễ cơ khí hóa khâu đặt ruột, rút ruột

 Chính xác

 Vệ sinh công nghiệp cao

 Cơ tính vật đúc cao do nguội nhanh đều ở cả mặt trong lẫn mặt ngoài

Nhược điểm của ruột kim loại:

 Cản co, tạo ứng suất trong vật đúc do đó vật đúc dễ bị nứt cong vênh Để khắc phục nhược điểm này, có thể rút ruột sớm khi độ co của vật đúc còn đủ nhỏ hoặc phải rung ruột trong thời gian rót và đông đặc hoặc làm nguội ruột nhanh để ruột co nhanh hơn vật đúc

 Dùng ruột cố định khuôn sẽ có kết cấu đơn giản, nhưng đòi hỏi phải tác động lực lớn để tháo dỡ vật đúc, vật đúc có thể bị nứt, ruột cần độ côn cao

 Ruột ghép bằng nhiều miếng rời được sử dụng trong trường hợp lỗ sâu hoặc phức tạp, lỗ không cho phép độ côn đúc Độ cứng vững của ruột nhỏ, độ chính xác không cao

 Ruột ghép bắng nhiều miếng rời cũng cò thể được sử dụng như ruột chịu lún, dùng đúc hợp kim màu có độ co lớn và có xu hướng nứt Loại ruột này có nhược điểm là các tấm ngăn dễ bị cong, gây trở ngại cho việc lắp ghép

Ruột cát: ruột cát cần phải nằm vững trong khuôn, do đó có thể dùng đầu gát bằng kim

loại, ngoài ra cần phải chú ý đến việc chống nổi ruột và thoát hơi ruôt ra ngoài Ruột cát thường dùng là ruột vỏ mỏng chế tạo bằng hỗn hợp cát – nhựa, cát – nước thủy tinh

1.4.6 Vật liệu sơn khuôn:

1 Mục đích của việc sơn khuôn:

 Điều chỉnh các điều kiện đông đặc và nguội của vật đúc

 Bảo vệ bề mặt làm việc của khuôn khỏi bị va đập nhiệt và ăn mòn

 Tạo ra một môi trường khí nhất định

 Tăng độ thấm ướt của bề mặt khuôn với kim loại lỏng

 Hợp kim hóa hoặc biến đổi tính bề mặt vật đúc Trong đó 2 mục đích đầu tiên đóng vai trò quan trọng nhất Các chất sơn khuôn có thể được chia thành 3 nhóm: sơn 1 lần, sơn bán vĩnh cửu và sơn nhiều lần

2 Các loại sơn khuôn:

 Sơn lót: sơn lót được đưa trực tiếp lên bề mặt khuôn

Yêu cầu đối với sơn lót:

Thành phần 1 số loại sơn lót thường dùng cho khuôn kim loại (% khối lượng):

 Đúc gang: bột thạch anh 10 , nước thủy tinh , nước

 Đúc thép: macsalit: 20, nước thủy tinh : 5, axit boric: 1, nước 74

 Đúc hợp kim nhôm: oxit kẽm 5, axit boric 1,5 ; nước thủy tinh 1 , nước 92,5

 Đúc hợp kim đồng: graphit bột:4, dầu 96

 Đúc hợp kim manhê: bột phấn: 22,5, axit boric: 3,5 , graphit: 7 , nước 67

 Sơn phủ:

Sơn phủ được chế tạo từ các vật liệu cơ khí để tạo ra một lớp khí ngăn cách bề mặt khuôn và kim loại Sơn phủ được đưa lên bề mặt khuôn đã có sẵn lớp sơn lót Còn nếu trong sơn phủ có vật liệu chịu lửa thì có thể phủ thẳng lên bề mặt khuôn

Mục đích của sơn phủ:

 Ngăn ngừa sự cháy dính của sơn lót lên bề mặt vật đúc

 Tăng độ bền vững cùa khuôn nhờ lớp khí tạo ra khi sơn cháy sẽ ngăn cách bề mặt khuôn với vật đúc, làm giảm va đập nhiệt và tác động hóa học của kim loại lỏng tới khuôn

 Biến tính hoặc hợp kim hóa bề mặt vật đúc Các yêu cầu với sơn phủ:

 Có nhiệt độ bốc cháy đủ cao để sơn chỉ cháy khi tiếp xúc với kim loại lỏng

 Khi cháy tạo ra môi trường hoàn nguyên và không sinh ra khí độc

 Không bị dòng kim loại lỏng rửa trôi, không tác dụng hóa học với lớp lót và với khuôn

Thành phần một số loại sơn phủ (% khối lượng):

 Đúc gang: bồ hóng: 5, nước thủy tinh: 10, sét chịu lửa: 5, KMnO4: 0,5 , nước: 80

 Đúc thép: sơn tan trong rượu: 50 , dầu hỏa: 25, mazút: 25

1.4.7 Rót khuôn, dỡ khuôn đối với vật đúc bằng gang - sửa chữa khuôn:

Nhiệt độ gang lỏng khi rót vào khuôn phụ thuộc vào chiều dày của vật đúc

Bề dày thành vật đúc (mm) Nhiệt độ gang lỏng, 0 C

 Vật đúc được dỡ ra khỏi khuôn ở nhiệt độ 900 850o

C (đúc trong khuôn được làm nguội bằng nước 960 1000o

C), sau đó cho nguội từ từ trong lò (được nung đến

 Nếu khuôn để lâu không sử dụng thì phài dùng vadơlin trát lên bề mặt khuôn

1.5 KHUYẾT TẬT KHI ĐÚC TRONG KHUÔN KIM LOẠI:

1.5.1 Rỗ hơi:

Nguyên nhân:

 Khuôn đƣợc nung không đủ

 Thành phần gang chƣa chuẩn

Biện pháp khắc phục:

 Tăng nhiệt độ nung khuôn, ủ vật đúc sau khi dỡ khuôn, trát phủ khuôn

 Tăng nhiệt độ nung khuôn

 Tăng cacbon và silic cho gang, biến tính gang

Biện pháp: đặt ruột ở các chỗ tương ứng, tăng chiều dày lớp trát phủ, dỡ vật đúc ra

kịp thời, khuôn được ghép từ nhiều phần rời

1.5.6 Vật đúc bị sần sùi kiểu da sấu:

Nguyên nhân: kim loại in hình rạn cháy của khuôn Biện pháp: làm sạch bề mặt khuôn

2.1 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC:

Định nghĩa:

Đúc áp lực là phương pháp đúc dùng áp lực đẩy kim loại lỏng chảy vào khuôn đúc có hình dạng mong muốn, vật đúc bền đẹp vì kết tinh dưới áp lực cao

Toàn bộ quá trình điền đầy khuôn xảy ra trong vòng vài phần mười đến vài phần trăm giây

Áp suất ép lên kim loại lỏng có thể từ vài trăm đến vài nghìn kG/cm2

Chất lượng vật đúc phụ thuộc vào công nghệ điền đầy kim loại lỏng vào hốc khuôn và chế

độ ép, cụ thể là phụ thuộc vào kết cấu khuôn, loại và công suất máy đúc áp lực Các nhân tố ảnh hưởng đáng kể nhất đến quá trình hình thành vật đúc:

 Áp lực trong buồng ép và hốc khuôn

 Vận tốc chuyển động của piston ép

 Vận tốc nạp (vận tốc kim loại khi đi qua rãnh dẫn)

 Các thông số của hệ thống rót

 Nhiệt độ của kim loại lỏng và khuôn

 Chế độ bôi trơn và làm nguội Quá trình kim loại lỏng được chuyển vào trong khuôn có thể chia thành 4 giai đoạn:

Giai đoạn 3: kim loại lỏng điền đầy hệ thống rót và hốc khuôn Vận tốc v3 của piston lúc này giảm xuống do có sự thu hẹp dòng chảy ở rãnh dẫn và áp suất p3 tăng lên Tại thời điểm kết thúc chuyển động của piston ép xảy ra hiện tượng thủy kích, nguyên nhân là do lực quán tính của các phần tử chuyển động và làm áp suất tăng lên, sau khi dao động tắt dần và đạt được áp suất cuối cùng là áp suất thủy tĩnh p4

Giai đoạn 4: ép tĩnh Áp suất p4 có thể đạt từ 50 – 5000 kG/cm2 Nếu giữ cho áp suất p4 cố định trong khoảng thời gian kim loại ở rãnh dẫn vẫn còn lỏng thì áp suất này sẽ được truyền lên vật đúc, ảnh hưởng đến cấu trúc tế vi của vật đúc và tác động lên cơ tính

2.2 ĐẶC ĐIỂM VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG:

2.2.1 Chất lượng của vật đúc:

Đánh giá chất lượng vật đúc qua 4 tiêu chí: độ chính xác kích thước, độ bóng bề mặt, độ sít chặt (độ xốp), cơ tính

1 Độ chính xác về kích thước: phụ thuộc các yếu tố sau:

 Chất lượng gia công và lắp ráp khuôn

 Độ kín giữa nửa khuôn động và nửa khuôn tĩnh trong quá trình kim loại điền đầy hốc khuôn

 Điều kiện làm việc và mức độ mòn của khuôn

 Tính ổn định của quá trình công nghệ

 Đặc điểm về sự co ngót của hợp kim đúc

 Việc bố trí và kích thước của hệ thống cấp kim loại lỏng

2 Độ bóng bề mặt:

Phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng gia công bề mặt khuôn đúc, việc khuôn đúc bị mòn ảnh hưởng rất lớn đến độ bóng bề mặt các vật đúc lần đúc sau Độ mòn của khuôn phụ thuộc vào điều kiện làm việc, cụ thể là số lần ép và áp suất khi ép

hợp kim manhê Hợp kim đồng

500 1.000 5.000 10.000 50.000 100.000

1,00 – 0,32 1,25 – 0,32 1,25 – 0,63 2,5 – 1,25

40 – 20

80 – 20

2,5 – 0,63 2,5 – 0,63

20 – 2,5

20 – 2,5

80 – 40 –

20 – 1,25

40 – 20

80 – 40

160 – 80 – –

Bảng 2.1 trình bày ảnh hưởng của độ mòn khuôn (được xác định qua số lần ép) đến độ bóng bề mặt vật đúc

3 Độ xốp:

Có 2 nguyên nhân dẫn đến độ xốp của vật đúc:

 Sự co của vật đúc

 Khí lẫn vào vật đúc và tiết ra từ hợp kim trong quá trình kết tinh

Rỗ khí và bọt khí theo hình dạng bề ngoài không khác nhiều so với rỗ co Chúng xuất hiện

ở tâm vật đúc, ngoài ra còn có thề xuất hiện ở gần lớp bề mặt Bọt khí có thể có kích thước 1 – 1,5

mm hoặc có thể ở dạng nhỏ mịn với kích thước dưới 0,3 mm Những bọt to làm giảm độ bền và độ

sít chặt và ảnh hưởng cơ tính vật đúc, bọt nhỏ làm vât đúc bị rộp khi nung, do đó bọt khí làm hạn chế phạm vi sử dụng của phương pháp đúc áp lực, đặc biệt là đối với các hợp kim cần nhiệt luyện

ở nhiệt độ cao

4 Cơ tính:

Phụ thuộc vào chiều dày của thành vật đúc Cơ tính được giải thích do sự không đồng đều

về cấu trúc theo tiết diện vật đúc, ngoài ra phải tính đến các yếu tố khác như việc ép sơ bộ, chân không hóa khuôn,…

Bảng 2.2 Cơ tính của vật đúc khi đúc áp lực

Các chỉ tiêu

Hợp kim

b, MPa

Bảng 2.2 trình bày cơ tính của các vật đúc dày 3mm không qua nhiệt luyện, với các loại hợp kim khác nhau

2.2.2 Ưu điểm của phương pháp đúc áp lực:

 Vật đúc đạt độ chính xác, độ bóng bề mặt cao, hầu như không cần gia công cơ khí

 Hoàn toàn không sử dụng hỗn hợp làm khuôn, ruột

 Có khả năng đúc được những vật đúc thành rất mỏng (<1mm), đúc được vật đúc nhỏ

 Vận tốc điền đầy khuôn lớn, áp lực tác dụng lên kim loại lỏng cao, làm nguội nhanh nên tổ chức tế vi của vật đúc nhỏ mịn, sít chặt

 Điều kiện lao động được cải thiện, cơ khí hóa, tự động hóa cao

 Năng suất cao, có thể đạt 1000 – 3600 lần ép/giờ

 Khuôn kim loại có thể dùng được nhiều lần (đúc nhôm có thể từ 100.000 – 200.000 lần, kẽm – chì có thể đến 500.000 lần)

2.2.3 Nhược điểm của phương pháp đúc áp lực:

 Giá thành khuôn ép rất cao, nhất là khi đúc các hợp kim có nhiệt độ rót cao như đồng, thép Vật liệu làm khuôn phải là hợp kim có nhiệt độ nóng chảy cao, được gia công tỉ

mỉ và nhiệt luyện thích hợp

 Vật đúc có rỗ khí trong tâm và có thể nằm gần bề mặt, do dòng kim loại chảy vào khuôn cuốn theo bọt không khí và do kết tinh nhanh nên không kịp thoát ra ngoài, làm giảm độ sít chặt, giảm cơ tính vật đúc Khi nhiệt luyện thì các rỗ khí sẽ nở ra có thể làm biến dạng vật đúc Cần đặc biệt quan tâm đến nhược điểm này khi thiết kế các chi tiết đúc áp lực

 Kích thước và khối lượng vật đúc bị hạn chế do kích cỡ khuôn đúc và máy đúc có hạn

 Tỉ lệ thành phẩm khi đúc áp lực là nhỏ vì hệ thống rót lớn

2.2.4 Phạm vi sử dụng:

 Phương pháp này được sử dụng đúc các vât nhỏ, hình dạng và kết cấu phù hợp, đa số đúc các vật thành mỏng, áp dụng sản xuất hàng loạt

 Khi áp dụng đúc áp lực, các hợp kim thường đem đúc được lựa chọn theo thành phần hóa học, các tính chất sử dụng và các tính chất công nghệ

 Lựa chọn hợp kim đúc có khoảng kết tinh hẹp để nhận được vật đúc có độ sít chặt cao, đồng đều, độ bền và độ dẻo cao ở nhiệt độ cao, đồng thời hợp kim cũng cần có

độ chảy loãng tốt, độ bám dính khuôn kém, thành phần hóa học ổn định khi giữ lâu trong lò nung

Dựa vào những tiêu chí trên, ta có được các loại hợp kim thường được sự dụng đúc áp lực:

Hợp kim trên cơ sở thiếc và chì: những hợp kim loại này có đặc điểm là nhiệt độ nóng

chảy thấp và độ chảy loãng cao, độ bền và độ cứng thấp, có thể dùng để đúc trên các máy đúc có công suất nhỏ, buồng ép nóng Đúc các thiết bị cho ngành viễn thông, rơnghen Vật đúc có độ chính xác cao, chiều dày thành đến 0,5 mm, độ bóng bề mặt Ra = 0,32 – 0,63 m

Hợp kim trên cơ sở kẽm: chứa 3 – 5% Al, được sử dụng rộng rãi để đúc áp lực do tính đúc

tốt, đúc được các chi tiết thành mỏng, hình dang phức tạp, kích thước lớn Do hợp kim kẽm không tương tác với khuôn và buồng ép nên áp dụng đúc trên các máy tự động có buồng ép nóng Nhiệt

độ nóng chảy của hợp kim kẽm là thấp (khoảng 4000C) nên tuổi thọ khuôn khi đúc bằng hợp kim này là cao, 500.000 – 1.000.000 lần ép

Hợp kim trên cơ sở nhôm: chủ yếu dùng hợp kim hệ Al-Si-Cu-Mg Hợp kim này có độ

chảy loãng và độ bền tăng do có thành phần Silic; đồng có tác dụng hóa bền hợp kim nhưng lại làm giảm tính chống ăn mòn hợp kim; manhê cải thiện tính chống ăn mòn, độ dẻo và độ dai va đập Hợp kim nhôm được sử dụng rộng rãi nhất là: AlSi12, AlSi9Mg0.3, AlMg8, AlSi8Cu4

Hợp kim trên cơ sở manhê: hợp kim này có khối lượng riêng nhỏ (1,7 – 1,8 kg/dm 3), độ

bền cũng tương đối cao (150 – 250 MPa) Những ưu điểm chính:

 Hợp kim lỏng không bị hàn dính vào bề mặt buồng ép và khuôn, giảm độ xiên thành của vật đúc, giảm tiêu hao vật liệu bôi trơn, tuổi thọ khuôn có thể tăng 1,5 lần, đúc được các chi tiết có thành không đồng đều

 Chịu được tải trọng va đập và rung động, thậm chí ở nhiệt độ âm, có khả năng chịu ăn mòn trong các môi trường dầu khoáng, xăng dầu, kiềm, các môi trường oxy hóa,…

Hợp kim trên cơ sở đồng: dùng các hợp kim đồng thau, đôi khi sử dụng đồng thanh Đồng

thau silic có nhiệt độ nóng chảy thấp, khoảng đông hẹp, độ chảy loãng cao, đồng thau chì có tính gia công cắt tốt, còn đồng thau nhôm lại có tính chống mài mòn cao

Thép: vật liệu này đúc được các vật đúc có tính bền cơ nhiệt cao Để đúc được thép bằng

phương pháp đúc áp lực, ta sử dụng các máy đúc có các chi tiết, buồng ép và khuôn được chế tạo trên cơ sở Mo hoặc W Đúc được các chi tiết khối lượng 0,015 – 1,5 kg, mỏng từ 1 – 6 mm, kích thước tối đa 160x170x40 mm, hình dạng phù hợp để tránh ứng suất trong khuôn và vật đúc Hiện nay đã dùng đúc áp lực đúc được các mác: 10Cr18Ni9Ti, 10Cr18Ni10Ti, 10Cr18Ni12Mo3TiĐ, 12Cr18Ni12Mo3TiĐ, 50Ni, 29NiCo …

Gang: là loại vật liệu rất khó đúc trên máy đúc áp lực, do vật đúc dễ biến trắng, dễ tạo vết

nứt nóng ở lớp biến trắng Để khắc phục, dùng biện pháp biến tính, sản xuất ra vật đúc có thành phần(%): 3,7C – 2,5Si – 0,6Mn ở nhiệt độ 1275 – 13300C, sau đó ủ ở nhiệt độ 9540

C, phần biến trắng sẽ chuyển thành cấu trúc gang dẻo, có cơ tính phù hợp Hiện nay người ta đã đúc được gang cầu trên máy đúc áp lực

Hợp kim titan: có các hệ hợp kim titan dùng cho đúc áp lực như sau:

Ti-Al-Mo-Zr-Si và Ti-Al

2.3 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA VIỆC ĐIỀN ĐẦY HỐC KHUÔN:

Kim loại lỏng điền đầy hốc khuôn với vận tốc lớn, áp suất cao có khi đến 5.000 kG/cm2 Vận tốc nạp có thể đạt tới 12m/s, cho phép đúc được các vật đúc thành rất mỏng mà cường độ trao đổi nhiệt giữa vật đúc với khuôn là lớn

Kim loại lỏng điền vào hốc khuôn có tính chất phụ thuộc vào các yếu tố:

 Vận tốc nạp

 Độ nhớt và sức căng bề mặt của kim loại lỏng

 Tương quan giữa chiều dày thành rãnh dẫn và chiều dày thành vật đúc

 Các điều kiện về nhiệt

Chuyển động của kim loại lỏng trong hốc khuôn cũng ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc, chia làm 3 loại chuyển động của kim loại lỏng

 Chuyển động êm: vận tốc nạp nhỏ hơn 0,3 m/s, tỉ lệ giữa tiết diện rãnh dẫn F1 và tiết diện thành vật đúc F2 nằm trong khoảng 1/2 - 2/3 sử dụng đúc các chi tiết có hình dạng tương đối đơn giản, chế tạo bằng các loại hợp kim có khoảng kết tinh rộng, yêu cầu độ bền và

độ sít chặt cao

 Chuyển động rối: vận tốc nạp nằm trong khoảng 0,5 – 15 m/s, tỉ lệ giữa tiết diện

rãnh dẫn F1 và tiết diện thành vật đúc F2 nằm trong khoảng 1/4 – 1/2, các vật đúc thường bị rỗ

có kích thước 0,1 – 1 mm Nguyên nhân là do chuyển động rối nên dòng kim loại lỏng sẽ cuốn theo khí và các sản phẩm cháy của lớp sơn khuôn

 Chuyển động phân tán: vận tốc nạp lớn hơn 25 – 30 m/s, tỉ lệ giữa tiết diện rãnh

dẫn F1 và tiết diện thành vật đúc F2 nhỏ hơn 1/4 – 1/2 Chuyển động này cũng gây ra rỗ khí, làm giảm cơ tính vật đúc nhưng ít hơn dạng rỗ khí do chuyển động rối Nguyên nhân là do kim loại lỏng sau khi đập vào thành khuôn, bắn tóe thành nhiều giọt nhỏ và tạo với không khí thành một hệ phân tán, lớp vỏ đông đặc của vật đúc sẽ cản trở việc thoát khí và khí sẽ còn lại trong vật đúc dưới dạng rỗ khí cực nhỏ Khi vận tốc nạp lớn hơn 100m/s thì mắt thường không nhìn

rõ được các rỗ khí này Chuyển động phân tán còn làm cho thành khuôn và ruột bị ăn mòn rất nhanh, làm kim loại lỏng bám dính vào thành khuôn Chuyển động phân tán được áp dụng đúc các chi tiết thành mỏng, hình dáng phức tạp, đòi hỏi cao về chất lượng bề mặt, độ nét của các đường viền

2.4 CÁC ĐIỀU KIỆN VỀ NHIỆT CỦA SỰ HÌNH THÀNH VẬT ĐÚC:

Trong quá trình đúc phải giữ nhiệt độ sao cho đảm bảo tính chảy của kim loại trong quá trình điền đầy khuôn và trong quá trình ép Trong giai đoạn điền đầy, phải đảm bảo kim loại lỏng vượt qua được sự tạo thành lớp vỏ rắn trên bề mặt khuôn, trong quá trình ép phải đảm bảo sự chuyển động của kim loại trong rãnh dẫn và trong hốc khuôn Chế độ nhiệt tối ưu sẽ cải thiện chất lượng bề mặt vật đúc và nâng cao tuổi thọ của khuôn đúc

2.4.1 Sự trao đổi nhiệt trong quá trình điền đầy hệ thống rót và khuôn:

1 Nhiệt độ rót:

Nhiệt độ của kim loại lỏng khi rót vào khuôn:

Tr = Tlò – (  Tn +  Tb +  Thtr)

Với: T lò – nhiệt độ của kim loại lỏng trong lò

T n – độ giảm nhiệt độ của kim loại lỏng trong nồi rót

T b – độ giảm nhiệt độ của kim loại lỏng trong buồng ép

T htr – độ giảm nhiệt độ của kim loại lỏng trong hệ thống rót

Nhiệt độ rót chính là nhiệt độ kim loại khi ra khỏi rãnh dẫn (nhiệt độ kim loại khi bắt đầu vào hốc khuôn)

2 Các điều kiện nhiệt của quá trình điền đầy khuôn:

Trong quá trình điền đầy khuôn, có thể xuất hiện pha rắn trong dòng kim loại lỏng, đồng thời pha rắn này cũng bị nóng chảy do tác động của dòng kim loại lỏng này Bề dày lớp vỏ rắn sẽ bằng hiệu của bề dày đông đặc với bề dày bị nóng chảy

Công thức xác định bề dày lớp vỏ rắn bị đông đặc khi kim loại lỏng chảy qua rãnh dẫn, cách rãnh dẫn một đoạn x:

3 Tính toán thời gian điền đầy khuôn:

Để đáp ứng được các điều kiện về nhiệt, trước tiên phải phải thỏa điều kiện thời gian điền đầy hốc khuôn Thời gian điền đầy hốc khuôn phải đảm bảo sao cho kim loại lỏng không bị đông đặc quá nhanh, vẫn chảy đến cuối hốc khuôn dưới áp lực nhưng chưa bị đông đặc, làm kết cấu vật đúc đều hơn, độ sít chặt và độ bền cao

2.4.2 Trao đổi nhiệt giữa vật đúc và khuôn sau khi kim loại điền đầy khuôn:

Sau khi kim loại được điền đầy vào khuôn, nhiệt độ bắt đầu giảm xuống do sự truyền nhiệt

ra khuôn Lúc này nhiệt độ bên trong khuôn cũng cần được giữ ổn định trong quá trình ép tĩnh, giúp đảm bảo cấu trúc trong vật đúc Ngoài ra cần phải giữ cho nhiệt độ giảm dần theo qui trình tùy theo yêu cầu tính chất vật đúc

2.5 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC:

2.5.1 Tính công nghệ của kết cấu vật đúc:

Vật đúc phải có kết cấu hợp lý, đảm bảo dễ lấy vật ra khỏi khuôn, dễ rút ruột ra khỏi vật đúc, ít tạo nên ứng suất ở vật đúc và khuôn đúc

Những nguyên tắc về thiết kế kết cấu vật đúc và khuôn đúc:

 Thiết kế chi tiết đúc sao cho số lượng mặt phân khuôn là ít nhất, tốt nhất chỉ nên có một mặt phân khuôn, để đảm bảo độ chính xác của vật đúc

 Vật đúc không được tạo bóng khi chiếu bằng các tia vuông góc với mặt phân khuôn

 Thiết kế vật đúc nên có phần lớn ruột nằm ở nửa khuôn di động

 Các thành phần bên trong nên đặt nằm nghiêng để giảm ứng suất co

 Thiết kế vật đúc và khuôn đúc sao cho vật đúc đông đặc đồng thời, vật đúc nên có thành dày đều hoặc mỏng nhất có thể để làm hạn chế rỗ co tập trung và rỗ khí

 Chỗ chuyển tiếp thành và góc lượn của vật đúc: nếu độ chênh chiều dày thành nhỏ

có thể sử dụng góc lượn, còn nếu độ chênh lớn cần chuyển tiếp chiều dày thành vật đúc

 Không nên sử dụng ruột dài, nếu có thể nên chia ruột dài thành nhiều phần ngắn để tháo khuôn được dễ dàng Các ruột nên bố trí song song nhau, không nên bố trí xiên qua nhau

2.5.2 Khuôn đúc áp lực:

Yêu cầu của khuôn đúc áp lực là làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, áp suất cực lớn, yêu cầu cao đối với độ chính xác và độ bóng bề mặt trong khuôn đúc

Để khuôn có tuổi thọ cao, cần quan tâm đến các yếu tố:

 Chọn vật liệu làm khuôn thích hợp

 Chế độ nhiệt luyện phù hợp

 Kết cấu khuôn hợp lý

 Nhiệt độ rót khuôn phải được tính toàn phù hợp, thường rót kim loại lỏng có nhiệt

độ chỉ nên cao hơn nhiệt độ đường lỏng từ 10 – 200

 Vật liệu làm khuôn đúc áp lực thép: hợp kim Mo, Mo – W, …

2.5.3 Hệ thống rót và thoát hơi cho khuôn đúc áp lực:

Hệ thống rót và thoát hơi ở khuôn đúc áp lực bao gồm: ống rót, phần chứa kim loại thừa, ống góp, rãnh dẫn, kênh thoát hơi và rãnh cửa Kích thước và cách bố trí các phần tử này được tính toán thiết kế theo điều kiện điền đầy và ép

 Hệ thống rót: kim loại có thể qua hệ thống rót bao gồm ống rót, ống góp, rãnh dẫn

hoặc đi trực tiếp từ buồng ép vào ống góp

 Hệ thống thoát hơi: bao gồm các rãnh để không khí và các khí hình thành từ vật liệu

bôi trơn, sơn khuôn thoát từ hốc khuôn ra ngoài trong quá trình đúc Hệ thống bao gồm các kênh thoát khí và rãnh rửa Rãnh rửa là nơi chứa phần kim loại bị nhiễm bẩn bởi khí Kênh thoát khí có dạng khe rộng nối với hốc khuôn hay rãnh rửa Chiều dày kênh, nối liền rãnh rửa với hốc khuôn, phải bằng hoặc lớn hơn chiều dày thành vật đúc để tạo những điều kiện cân bằng nhiệt khi nó đông đặc

1 Phân loại hệ thống rót:

Hệ thống rót là tổ hợp những kênh nối từ buồng ép tới hốc khuôn, có 3 loại hệ thống rót chính:

 Hệ thống rót trực tiếp: không có kênh dẫn, buồng ép nối trực tiếp với hốc khuôn,

hệ thống rót trực tiếp cho phép điền đầy hốc khuôn bằng dòng kim loại liên tục Hệ thống rót này áp dụng cho các khuôn đúc chiếc một và cho các vật đúc không có lỗ

ở tâm

 Hệ thống rót trong: áp dụng cho khuôn đúc chiếc một và cho các vật đúc có lỗ ở

tâm mà kích thước lỗ đủ lớn để bố trí hệ thống rót Hệ thống rót này giảm đáng kể kích thước khuôn

 Hệ thống rót ngoài: được sử dụng rộng rãi nhất Đây là hệ thống rót duy nhất để

dẫn kim loại lỏng vào hốc khuôn đối với các khuôn đúc nhiều hốc ( mỗi lần rót nhiều vật đúc)

2 Thiết kế hệ thống rót:

Cần tuân thủ các nguyên tắc sau:

 Đoạn đường chuyển động của kim loại lỏng trong hệ thống rót là ngắn nhất

 Tiết diện các kênh dẫn thu hẹp dần từ buống ép đến hốc khuôn Điều này có tác dụng làm giảm sự cuốn khí của dòng kim loại lỏng, đồng thời làm tăng tốc dòng chảy, dòng chảy sẽ có gia tốc làm các bọt khí liên kết lại với nhau và sẽ được đẩy vào rãnh rửa

3 Thiết kế kênh thoát khí:

Các kênh thoát khí được bố trí dựa vào đặc trưng của quá trình điền đầy khuôn Khi hốc khuôn được điền đầy bằng dòng liên tục, rãnh thoát khí được đặt ở các vị trí cách xa rãnh dẫn nhất hoặc ở nơi tạo thành sự dâng thủy lực Còn khi dòng chảy trong khuôn là phân tán hoặc phân tán – rối, các kênh thoát khí nên bố trí ở tất cả các phần của khuôn

Ngoài tiêu chí trên, kênh thoát khí còn thường được bố trí ở mặt phân khuôn và có dạng khe hẹp có chiều dày phụ thuộc vào hợp kim đúc Ngoài ra các rãnh thoát khí có thể được bố trí ở những vị trí đặc biệt hoặc rãnh trên các ruột di động

4 Rãnh rửa:

Có tác dụng:

 Làm giảm bọt khí trong vật đúc

 Đóng vai trò của kênh thoát khí

 Tạo cân bằng nhiệt tối ưu cho khuôn, đặc biệt khi đúc các vật đúc thành mỏng ở nhiệt độ rót thấp

 Chiều dày khe nối từ hốc khuôn đến rãnh rửa không được nhỏ hơn 0,5 – 1 mm, phụ thuộc vào chức năng của rãnh rửa Theo chức năng và vị trí đặt, rãnh rửa chia làm 2 loại: rãnh rửa chung và rãnh rửa cục bộ

2.6 MÁY ĐÚC ÁP LỰC:

Có 2 loại máy đúc áp lực: máy đúc buồng ép nóng và máy đúc buồng ép nguội

2.6.1 Máy đúc buồng ép nóng:

Máy đúc loại này có buồng ép đặt nằm ngay trong nồi lò kim loại lỏng và được nối với máy đúc bằng một hệ thống ống dẫn Ống dẫn thường được chế tạo bằng gang

Ưu điểm của máy đúc buồng ép nóng là hiệu suất sử dụng kim loại cao, kết cấu thiết bị đơn giản Nhược điểm là buồng ép và piston ép luôn tiếp xúc với kim loại lỏng nên tuổi thọ không cao,

áp suất ép tương đối thấp Máy đúc loại này thường áp dụng để đúc các hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp như hợp kim kẽm, chì, manhê … vì chúng chậm ăn mòn lâu phá hủy nồi nấu, xylanh, piston

2.6.2 Máy ép có buồng ép nguội:

Buồng ép và piston ép chỉ tiếp xúc theo chu kỳ trong thời gian ngắn với kim loại lỏng nên

có nhiệt độ thấp, độ bền cao, cho phép sử dụng áp lực ép lớn Các loại máy hiện đại thường là loại này

Theo cách bố trí rãnh dẫn ta phân loại được 2 loại máy ép buồng ép nguội:

Chân không hóa khuôn để hạn chế rỗ khí trong vật đúc Dùng chân không rút không khí trong hốc khuôn ra trước rồi ép kim loại lỏng vào sau sẽ giảm rỗ khí đồng thời cho phép dùng áp lực ép thấp hơn, nâng cao tuổi thọ khuôn, độ chính xác, độ bóng bề mặt và độ sít chặt trong cấu trúc vật đúc Phương pháp này đúc được vật có thành rất mỏng, nhỏ hơn 0,6 – 1 mm

2.7.2 Đúc áp lực thấp:

Dùng để đúc các chi tiết bằng hợp kim nhôm có hình dạng phức tạp, kích thước tương đối lớn như: hộp số, nắp xylanh, blốc xylanh, hộp lọc dầu,… mà phương pháp đúc áp lực cao không đáp ứng được

1 Nguyên lý:

Khuôn đúc được đặt trên nồi chứa kim loại lỏng, cho không khí nén áp suất (dưới 1 kG/cm2) tác động lên bề mặt kim loại lỏng trong nồi lò, kim loại lỏng sẽ dâng lên qua ống dẫn và điền đầy hốc khuôn Khi không cho không khí nén tác động nữa thì kim loại lỏng sẽ chảy trở lại nồi lò Khi sử dụng khí trơ thì vật đúc sẽ có chất lượng được cải thiện hơn

Ống dẫn thường làm bằng gang có ống cách nhiệt Thường dùng khuôn kim loại nhưng ruột có thể bằng cát Vật liệu làm khuôn không yêu cầu cao lắm vì chỉ dùng áp lực thấp

 Tạo được áp suất dư tác động lên kim loại lỏng lúc kết tinh

 Tỉ lệ thành phẩm cao, lớn hơn 90%, do không tốn kim loại cho hệ thống rót

 Máy đúc, khuôn đúc rẽ, dễ chế tạo

kG/cm 2, bảo đảm kim loại kết tinh sít chặt hơn, cơ tính cao hơn

Hiện nay đã thiết kế được các máy đúc áp kháng có khả năng đúc được các vật đúc có khối

lượng 100 kg, áp suất 2 – 3 atm, nồi lò có dung lượng 200 – 500 kg

3.1 MỞ ĐẦU:

Phương pháp này được áp dụng vào đầu thế kỷ 19 và được sử dụng phổ biến từ những năm

20 của thế kỷ 20 Phương pháp đúc này dùng để chế tạo các chi tiết dạng tròn xoay như ống ngang, phôin sơmi, sécmăng, bạc lót… Sau này, bằng phương pháp đúc ly tâm, có thể chế tạo những vật

đúc có dạng không tròn xoay (đúc bán ly tâm: semi – centralfugal)

Khi đúc ly tâm, kim loại lỏng được rót vào khuôn đang quay (trục quay có thể thẳng đứng hoặc nằm ngang) Trong suốt quá trình rót và đông đặc, khuôn cùng vật đúc luôn ở trạng thái quay

và chịu tác dụng của lực ly tâm

Lực ly tâm tác động theo hướng kính từ trục quay được xác định theo công thức:

2

Trong đó:

m – khối lượng của phần tử quay

3.1.1 Những ưu điểm so với đúc trong khuôn tĩnh:

 Kim loại lỏng tạo hình vật đúc và kết tinh dưới tác động của lực ly tâm và lại được làm nguội nhanh nên vật đúc có tổ chức nhỏ mịn, sít chặt Cũng do tác động của lực ly tâm, mặt ngoài vật đúc rất sạch và có tổ chức sít chặt, tạp chất và khí dồn cả vào mặt trong, vật đúc không có rỗ khí và rỗ xỉ

 Có thể tạo lỗ rỗng ở vật đúc mà không cần ruột như đúc ống, bạc

 Lượng kim loại tiêu tốn cho hệ thống rót, ngót ít (nhiều trường hợp không cần); hệ số thực thu thành phẩm cao

 Có thể đúc các vật đúc bằng các hợp kim có độ chảy loãng thấp

 Ít hoặc hoàn toàn không tiêu tốn vật liệu làm khuôn

 Dễ tạo phôi nhiều lớp

 Điều kiện lao động tốt

3.1.2 Hạn chế của đúc ly tâm:

 Do lực ly tâm, những chất điểm có tỉ trọng lớn sẽ nằm sát thành khuôn, vật đúc dễ bị thiên tích thành phần Do đó, đúc ly tâm không thể được sử dụng để đúc tất cả các loại hợp kim

 Khó đúc các vật đúc bằng hợp kim nhẹ

 Ly tâm trục ngang thường chỉ đúc được những vật đúc tròn xoay rỗng, mặt trong không đạt được kích thước chính xác, dễ lẫn xỉ, bọt khí nên phải tăng lượng dư gia công lỗ

 Khó định lượng kim loại

 Dễ bị cháy dính cát khi dùng khuôn có cát áo

 Không hiệu quả khi sản xuất loạt nhỏ

Nói chung đúc ly tâm có thể được sử dụng có hiệu quả khi đúc các vật đúc dạng tròn xoay (ống, bạc…) và cả các vật đúc khác Đúc ly tâm được sử dụng rộng rãi để đúc bạc bimetal

3.2 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ THỦY LỰC CỦA QUÁ TRÌNH ĐÚC LY TÂM:

3.2.1 Hình dáng bề mặt thoáng của vật đúc:

Để xác định hình dáng bề mặt thoáng của vật đúc khi đúc ly tâm trục đứng, giả thiết rằng tất cả các phần tử của kim loại lỏng có vận tốc góc như nhau và bằng vận tốc góc của khuôn và có thể xem vật đúc nằm ở trạng thái tĩnh tương đối so với khuôn

Khi trục quay nằm ngang, vận tốc góc cũa các phần tử quay là thay đổi: hợp lực của lực

ly tâm và trọng lực thay đổi về độ lớn theo vị trí, chính sự thay đổi về lực sẽ làm thay đổi vận tốc góc Tuy nhiên do lực ly tâm lớn hơn nhiều so với trọng lực (K có giá trị từ vài đơn vị đến vài chục đơn vị) nên có thể bỏ qua tác dụng của trọng trường và có thể xem vật đúc là ở trạng thái tĩnh tương đối

3.2.2 Áp lực tác động lên chất điểm đang quay:

Xét 3 trường hợp bố trí trục quay: bố trí trục quay thẳng đứng, trục quay nghiêng một góc α so với trục đứng và trục quay đặt nằm ngang Ta có nhận xét:

 Áp suất tác động lên mỗi chất điểm tỉ lệ thuận với bình phương khoảng cách từ chất điểm đó tới trục quay

 Tại bề mặt thoáng áp suất luôn bằng không

Tuy nhiên, áp suất thực tế trong kim loại lỏng thường nhỏ hơn áp suất tính toán do những nguyên nhân:

 Kim loại lỏng chảy vào khuôn dần dần chớ không phải tức thời, do đó rth không thể được coi là không đổi mà có giá trị giảm dần trong quá trình rót

 Bán kính ngoài của phôi đúc cũng giảm dần do sự kết tinh của kim loại lỏng

 Kim loại lỏng không thể đạt được vận tốc quay của khuôn ngay tức thời

3.2.3 Lực tác dụng lên vật lẫn trong kim loại lỏng trong quá trình đúc ly tâm:

1 Lực tác dụng lên vật lẫn:

 Lực tác dụng lên vật lẫn trong kim loại lỏng quay lớn hơn so với trong kim loại tĩnh

lần Điều này dẫn tới sự thiên tích mạnh các vật lẫn có khối lượng riêng khác kim loại lỏng (chủ yếu theo hướng kính)

 Nếu (đa số các trường hợp vật lẫn phi kim trong kim loại lỏng) thì <0

và hướng về phía bề mặt thoáng

2 Vận tốc nổi của vật lẫn:

 Trong kim loại lỏng tĩnh, vận tốc nổi lên lớn nhất của vật lẫn có thể xác định từ điều kiện cân bằng giữa lực nâng và lực cản thuỷ tinh( xuất hiện khi vật lẫn chuyển động trong kim loại lỏng)

 Vận tốc nổi của vật lẫn phi kim trong kim loại lỏng quay lớn hơn √ lần so với trong kim loại tĩnh Đây chính là ưu điểm lớn của đúc ly tâm

 Chất lẫn nổi lên theo hướng pháp tuyến với mặt thoáng Như vậy khi trục quay nằm ngang, quãng đường chuyển động của chất lẫn là ngắn nhất

3.3 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ QUÁ TRÌNH ĐÔNG ĐẶC CỦA VẬT ĐÚC LY TÂM:

 Nếu phủ bề mặt khuôn một lớp vật liệu tản rời, sẽ có tác dụng làm giảm tốc độ nguội của vật đúc Nếu tăng tốc độ quay của khuôn thì lực ly tâm sẽ tăng và do đó sẽ làm giảm khe hở khí giữa vật đúc và khuôn, kết quả là vật đúc sẽ đông đặc nhanh hơn

3.3.2 Các hiện tượng co:

1 Vật đúc được làm nguội từ một phía:

Đây là trường hợp các vật đúc đặc hoặc các vật đúc rỗng có hai đầu mút kín: vật đúc chỉ nguội từ một phía và đông đặc có hướng từ mặt ngoài và mặt thoáng

a Hợp kim đúc có khoảng đông hẹp:

Đối với vật đúc bằng hợp kim có khoảng đông hẹp, rỗ co nằm tập trung ở vùng trục quay( đối với vật đúc đặc) hoặc ở bề mặt thoáng và làm giảm chiều dày thành vật đúc (đối với vật đúc rỗng)

b Hợp kim đúc có khoảng đông rộng:

Quá trình đông đặc của vật đúc phức tạp hơn Trong vật đang kết tinh tồn tại bốn vùng:

 Đầu tiên hình thành lớp vỏ đông đặc ở mặt ngoài

 Sau đó do sự lớn lên của các nhánh cây về phía mặt thoáng sẽ hình thành vùng lỏng rắn trong khi kim loại ở mặt thoáng vẫn ở trạng thái lỏng

 Trong quá trình nguội, trong vùng lỏng sẽ xuất hiện những tinh thể nhánh cây thứ nhất Dưới tác dụng của lực ly tâm, những tinh thể này, do có khối lượng riêng lớn hơn pha lỏng, sẽ bắn về phía mặt ngoài và nhập với các nhánh cây của vùng lỏng – rắn Sự co ở giai đoạn này sẽ được bù co bởi kim lọi lỏng từ các vùng trung tâm

 Sau khi kim loại lỏng ở các vùng trung tâm đạt được nhiệt độ đường lỏng, vùng lỏng sẽ mất đi, vùng lỏng –rắn, do sự lớn lên của các tinh thể nhánh cây, sẽ trở thành vùng rắn – lỏng Trong giai đoạn này, sự bù co được thực hiện bởi quá trình lọc kim loại lỏng qua lưới tinh thể nhánh cây

 Khi các tinh thê nhánh cây phát triển lên và độ sệt của kim loại tăng thì quá trình lọc sẽ gặp khó khăn và một số vùng trong vật đúc sẽ không được bù co Như vậy rỗ co sẽ xuất hiện, chủ yếu ở vùng mặt thoáng Tuy nhiên do lực ly tâm lớn hơn trọng lực nhiều lần nên sẽ tạo điều kiện tốt cho việc bù co Chiều dày lớp rỗ co phụ thuộc nhiều vào các điều kiện nguội của mặt ngoài: cường độ nguội càng lớn thì đông đặc có hướng càng mạnh và do đó chiều dày lớp rỗ co càng giảm

2 Vật đúc được làm nguội từ 2 phía:

Trong trường hợp này trong vật đúc sẽ xảy ra dòng đối lưu tuần hoàn: các lớp kim loại nguội hơn (có trọng lượng riêng lớn hơn) dưới tác dụng của lực ly tâm và trọng lực sẽ “chìm” vào lớp kim loại có nhiệt độ cao hơn (có trọng lượng riêng nhỏ hơn) Mặt khác, do lực ly tâm lớn hơn trọng lực nhiều lần, nên sự tuần hoàn trong vật đúc sẽ xảy ran gay cả khi chênh lệch về

khối luợng riêng nhỏ Chính nhờ sự tuần hoàn này mà kim loại nguội sẽ đi về phía mặt ngoài, kim loại nóng hơn đi về phía mặt thoáng , tức là có những điều kiện thuận lợi cho sự đông đặc

có hướng và như vậy quá trình co cũng sẽ xảy ra như trong trường hợp làm nguội từ một phía

Tuy nhiên thực tế cho thấy rằng trong vật đúc ly tâm làm nguội từ hai phía bao giờ cũng có rỗ co Xem xét quá trình đông đặc trong trường hợp này:

 Khi nhiệt độ bề mặt thoáng thấp hơn nhiệt độ đường lỏng thì ở đó sẽ xuất hiện những tinh thể nhánh cây riêng biệt

 Dưới tác động của lực ly tâm, những tinh thể nhánh cây sẽ dịch chuyển về phía mặt ngoài và nhập vào vùng rắn – lỏng

 Khi kim loại nguội đi, độ sệt của kim loại lỏng tăng lên thì chuyển động của các tinh thể nhánh cây ở bề mặt thoáng sẽ gặp khó khăn, chúng sát nhập lại nhau và tạo ra ở

bề mặt thoáng vùng rắn – lỏng và sau đó là lớp vỏ rắn

 Sau đó vật đúc sẽ đông đặc từ hai phía và sẽ hình thành rỗ co bên trong

 Tính chất và vị trí của rỗ co phụ thuộc vào bản chất của hợp kim đúc và điều kiện nguội, cụ thể:

- Hợp kim có khoảng đông hẹp có khuynh hướng tạo rỗ co tập trung và ngược lại

- Tốc độ nguội bề mặt ngoài càng lớn so với bề mặt thoáng thì vùng rỗ co càng nằm gần mặt thoáng và ngược lại

- Các vật đúc càng ngắn có vùng rỗ co càng sâu ( tính từ bề mặt thoáng) do tốc độ nguội bề mặt thoáng lớn Đối với các vật đúc dài và thành mỏng(ống), sự co hầu như chỉ làm giảm chiều dày thành

- Càng xa bề mặt thoáng thì áp suất kim loại càng lớn và các điều kiện bù co trở nên thuận lợi hơn Ở mặt ngoài vật đúc hầu như không có rỗ co

3.4 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC LY TÂM:

3.4.1 Chọn vị trí trục quay:

Các vật đúc có chiều dài lớn không nên đúc trong các máy có trục quay thẳng đứng vì:

 Hình dáng bề mặt thoáng là paraboloid: phía dưới vật đúc dày hơn phía trên Chiều dài vật đúc dày hơn phía trên nên phần dưới sẽ đông đặc sau: dễ hình thành rỗ co

 Chiều dài vật đúc càng lớn thì chiều cao cột áp kim loại lỏng càng lớn, khuôn bị ăn mòn mạnh, dễ bắn toé

Hình - đúc ly tâm có trục quay bố trí thẳng đứng và ngang

Mặt khác, khi trục quay thẳng đứng không thể phủ bề mặt khuôn một lớp vật liệu tản rời được

Chỉ nên đúc áp lực trục quay đứng trong các trường hợp:

 Các vật đúc đặc

 Các vật đúc không có hình dạng tròn xoay, rỗng có tỉ lệ giữa chiều cao và đường kính nhỏ hơn 1

3.4.2 Tốc độ quay của khuôn:

Tốc độ quay của khuôn là thông số công nghệ rất quan trọng Trong trường hợp trục quay nằm ngang:

 Nếu tốc độ quay nhỏ thì bề mặt thoáng của vật đúc chỉ nghiêng đi một góc hoặc xảy ra tình trạng mưa rơi

 Nếu tốc độ quay quá lớn: áp suất trong kim loại lỏng cao, sẽ gây nứt hoặc chảy dính, thiên tích, rung máy…

Tốc độ quay tối ưu là tốc độ quay nhỏ nhất mà vẫn bảo đảm được chất lượng vật đúc Thực

tế cho thấy rằng sự dao động của tốc độ quay trong giới hạn từ 10 tới 15% không ảnh hưởng đáng

kể đến quá trình rót và chất lượng vật đúc

3.4.3 Khuôn đúc ly tâm:

Khuôn để đúc ly tâm có thể là khuôn kim loại, khuôn cát hoặc hỗn hợp kim loại và cát

1 Khuôn kim loại:

Khuôn kim loại để đúc ly tâm thường làm bằng gang xám GX 18-36, GX 24-44 chứa ít P,S Khi có yêu cầu cao hơn có thể dung thép cacbon, gang cầu

Khuôn kim loại thường đuợc sử dụng trong các trường hợp sau:

 Sản xuất hàng loạt lớn

 Vật đúc không bị cản co, dễ lấy ra khỏi khuôn

 Vật đúc cần làm nguội nhanh

 Dùng đúc bạc nhẵn, ống …

Khuôn kim loại nóng: để hạn chế tốc độ nguội của vật đúc Để đúc các vật đúc

thành mỏng bằng gang, khuôn được nung nóng trên 5000C trước khi rót

Khuôn kim loại nguội: Có tác dụng làm nguội nhanh vật đúc Trước lúc rót, khuôn

có nhiệt độ khoảng 150 – 2000C, sau khi rót khuôn được làm nguội bằng cách phun nước ở mặt ngoài khuôn

Khuôn kim loại nhiều lớp: khuôn thường có hai hoặc ba lớp, giữa các lớp có khe

2 Lớp phủ cách nhiệt của khuôn kim loại:

Lớp phủ cách nhiệt có tác dụng làm tăng tuổi thọ khuôn, chống biến trắng khi đúc gang Chất phủ có thể sử dụng ở dạng lỏng hoặc bột khô

Việc phủ bề mặt khuôn bằng một lớp vật liệu chịu nhiệt tản rời là một đặc trưng của phương pháp đúc ly tâm

Tác dụng của lớp vật liệu tản rời:

 Giảm tốc độ và mức độ nung nóng khuôn, do đó làm tăng tuổi thọ và độ bền vững của khuôn

 Giảm tốc độ nguội của vật đúc để tránh nứt, biến trắng và các khuyết tật khác có liên quan với việc nguội nhanh của vật đúc

 Giữ kim loại ở trạng thái lỏng lâu với mục đích đúc hai lớp

 Trong một số trường hợp có thể thay đổi đường kính ngoài của vật đúc bằng cách thay đổi chiều dày lớp vật liệu tản rời

Chiều dày lớp phủ tản rời phụ thuộc vào chiều dày thành vật đúc và có thể được tính theo công thức:

√ Trong đó: a – chiều dày lớp phủ

t – chiều dày thành vật đúc Nếu chiều dày lớp phủ quá lớn thì bề mặt của nó sẽ không phẳng Vận tốc quay và kích thước hạt tản rời càng lớn thì chiều dày tối đa cho phép của các lớp phủ càng lớn

3 Khuôn có lớp cát áo:

Loại khuôn này dùng trong những trường hợp sau:

 Sản xuất loạt nhỏ

 Vật đúc bị căn co và vướng không lấy ra khỏi khuôn kim loại được

 Cần làm nguội chậm vật đúc (biến trắng khi đúc gang, nứt…)

 Chế tạo một nhóm vật đúc cần thay đổi kích thước chút ít Thông thường khuôn được chế tạo từ bên ngoài rồi lắp vào máy đúc ly tâm Lớp áo

có thể là hỗn hợp cát – sét tươi, khô, hỗn hợp cát – nước thuỷ tinh, vỏ mỏng bằng hỗn hợp cát nhựa

Áo cát có thể đuợc chế tạo bằng các cách:

 Cát ghép bằng ruột: đặt ruột đã được kiểm bằng dưỡng vào đai khuôn bằng

kim loại được doa thành côn Dùng đúc bạc hoặc ống vòng găng có gờ ở cả hai phía hoặc dạng ngoài phức tạp khi sản xuất loạt nhỏ Sau mỗi lần rót phải thay ruột

 Đầm chặt hỗn hợp làm khuôn: trong trường hợp này, khuôn kim loại cũng

như hòm khuôn được đầm chặt bằng mẫu, sau đó đậy chặt nắp đầm chặt hỗn hợp cát áo vào khuôn, lật ngược lại, lấy mẫu ra, đậy chặt nắp thứ hai lại, sơn

và sấy cũng có thể làm áo bằng máy rung, ép, xoắn ruột gà, thổi bắn cát… Dùng đúc ống găng loại quan trọng

 Cán hỗn hợp cát: đầu tiên dùng dưỡng để tạo hình sơ bộ trong khuôn kim

loại Sau đó dùng cán để cán hỗn hợp cát

4 Kết cấu khuôn kim loại đúc ly tâm:

Kết cấu khuôn đúc phải đảm bảo sự cân bằng khuôn và an toàn lao động, do đó khuôn phải đảm bảo độ kẹp chặt, độ kín khít

Ngoài ra kết cấu khuôn cũng phải đảm bảo dễ lấy sản phẩm đúc ra, làm nguội đúng theo qui trình đúc từng loại vật đúc

3.5 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ ĐÚC LY TÂM CỤ THỂ

3.5.1 Đúc bạc gang:

 Sau khi đặt khuôn, ruột , cho chất phủ, sơn các mặt mút, thành sau và nắp khuôn, cho máy chạy Dùng gầu rót định lượng rót kim loại lỏng vào khuôn qua máng rót

 Khi nhiệt độ rót quá cao, vật đúc dễ bị rỗ co và nhiều khuyết tật đúc khác:

 Khi rót chậm quá thì dễ bị dính hoặc thiếu liên tục, rót nhanh thì dễ bị bắn toé kim loại

 Khi đúc bạc bằng gang cầu thì tốc độ rót lấy lớn hơn 15%

 Sau mỗi lần rót phải làm sạch máng rót, lấy kim loại dính bám rồi sơn quét lại Sau khi rót xong, dịch dần máng rót ra ngoài để khuôn tiếp tục quay đến khi vật đúc nguội xuống 800 – 7000C thì ngưng phun nước làm nguội khuôn, dừng máy, mở nắp khuôn, lấy vật đúc ra bằng kềm hoặc cháy ép phôi Dùng không khí nén thổi làm sạch khuôn Quá trình cứ thế lặp lại

 Nếu phôi cần chống biến trắng mặt đầu thì nắp đậy phải có lớp áo bằng hỗn hợp bằng làm khuôn

 Khi đúc những vật đúc có mặt ngoài dị hình phải dung nước sơn để quét mặt trong khuôn

 Khi đúc bạc lót trong khuôn có ruột cát thì phải dùng dưỡng để kiểm tra

 Khuôn đặt tựa trên những con lăn và được truyền chuyển động quay nhờ một động

cơ qua đai truyền Sau khi cho khuôn quay, rót gang bằng gầu rót định lượng vào máng và cho điền đầy phần loe của ống trước Sau đó cho bộ phận chuyển động dọc trục hoạt động Khi nhiệt độ ống còn 800 – 700 thì cho khuôn ngừng quay và lấy ống ra khỏi khuôn Ống được đưa ngay vào lò ủ khử biến trắng Sauk hi cho ruột vào khuôn để tạo phần loe của ống, quá trình lại tiếp tục Khuôn để đúc ống thường được làm bằng thép 38CrW

 Đối với ống có đường kính 50 – 70 mm thì đúc trong khuôn có lớp cát áo chiều dày khoảng 30mm Dùng máy xoắn đùn để chế tạo lớp áo lót

 Hiện nay thường đúc ống ly tâm theo công nghệ sau: khuôn kim loại để đúc ống được đục thủng nhiều lỗ, bố trí theo mạng bàn cờ Mặt trong khuôn được trát một lớp mỏng cát thạch anh trộn với chất dính là nhựa hữu cơ Lớp trát này được được trát lên thành khuôn ở nhiệt độ 300 -3500

C Với công nghệ này ống gang không bị biến trắng

3.5.3 Đúc bạc bằng hợp kim màu:

 Khi đúc ly tâm hợp kim màu thường dùng khuôn kim loại Đối với các vật đúc lớn, thành dày thường phải làm nguội khuôn bằng nước Khi đúc bạc cỡ vừa bằng hợp kim đồng, bề mặt khuôn được phủ một lớp muội từ ngọn lửa acetilen Khuôn thép

để đúc bạc bằng đồng thanh thiếc được sơn bằng graphit Trước khi rót, khuôn phải được nung nóng sơ bộ Khi đúc đồng thanh chì, để tránh thiên tích, phải chọn tốc độ quay của khuôn chậm và làm nguội khuôn bằng nước

 Nhiệt độ rót thích hợp để đúc đồng thanh nhôm sắt 9-4 là 1000 – 10200C, đồng thanh nhôm mangan 58-2 – khoảng 10300C, đồng thanh thiếc photpho 10-1 khoảng

1020 – 10500C

3.5.4 Đúc vật đúc hai lớp:

Trong nhiều trường hợp, để tiết kiệm kim loại quý, người ta thường đúc vật đúc hai lớp trong đó lớp ngoài được làm bằng hợp kim rẻ tiền Dùng phương pháp đúc ly tâm để đúc các loại bạc bằng gang và đồng rất hiệu quả

1 Công nghệ rót một lần:

Đổ hợp kim đồng vào phôi đã lồng trong khuôn đang quay Phương pháp này thường dùng để đúc bạc có vỏ ngoài là thép cacbon thấp, lớp trong là đồng thanh thiếc Nếu lớp vỏ ngoài là thép cacbon cao hay thép hợp kim thì lớp đồng thanh thiếc khó hàn gắn chặt vào lớp vỏ thép Lớp vỏ ngoài phải được tẩy sạch sét gỉ, dầu mỡ, bụi bẩn

2 Công nghệ rót hai lớp:

Đầu tiên khuôn phải được nung nóng Lần lượt rót hai hợp kim vào trong khuôn đang quay Như vậy phải có hai lò để náu hai loại hợp kim Tốc độ rót thép vào khuôn khoảng 2 kg/s Giữa hai lần rót của hai hợp kim phải giữ một khoảng thời gian xác định Nếu thời gian giữ quá ngắn th2i hai hợp kim sẽ trộng lẫn nhau Nếu thời gian giữ quá dài thì hai hợp kim lại không bám chắc vào nhau Rót thép xong, khoảng 15 – 20s sau thì rót hợp kim đồng

3 Công nghệ hàn điện:

Đem ép đồng thanh rắn ở dạng nguyên vật liệu vào trong lỗ bạc lót bằng gang đã được đã được gia công và xử lý bề mặt Cho đầu điện cực vào tạo thành hồ quang, làm nóng chảy đồng thanh Sau khi đồng thanh đã nóng chảy và đủ nhiệt độ, tắt hồ quang và cho khuôn quay để đồng phân bố đều trên mặt trong của bạc gang

3.6 KHUYẾT TẬT VẬT ĐÚC KHI ĐÚC LY TÂM:

Sự hình thành khuyết tật của vật đúc ly tâm cũng tuân theo những quy luật chung song cũng có những điểm riêng

3.6.1 Vật lẫn

Do chịu ảnh hưởng của lực ly tâm nên những vật lẫn tập trung ở gần mặt thoáng của vật đúc, còn ở mặt ngoài lại rất sạch Do đó, khi đúc ly tâm cần tính toán lượng dư ở chi tiết đúc cho đủ và có các biện pháp loại trừ khí, xỉ, tạp lẫn….khi nấu luyện và rót

3.6.2 Xốp co

Ở các vật đúc có thành mỏng đúc ly tâm trong khuôn kim loại thì quá trình nguội diễn

ra từ mặt ngoài vào mặt trong, do đó vật đúc sít chặt trên toàn tiết diện Ở những vật đúc ly tâm thành dày thì sau khi rót một thời gian, quá trình đông đặc xảy ra từ cả hai phía do đó gây ra hiện tượng xốp co Độ sâu xốp co phụ thuộc vào khả năng dẫn nhiệt của khuôn và điều kiện nguội của mặt thoáng vật đúc

Khi trục quay nằm ngang thì xốp co thường nằm ở phần giữa và chỗ thành dày của ống, còn khi quay quanh trục đứng thì nằm ở phần dưới của vật đúc( do có thành dày hơn)

Để đưa xốp co vào mặt thoáng vật đúc, phải làm chậm sự đông đặc của mặt thoáng: giữ cho không có sự lưu thông của không khí, giảm mất mát nhiệt qua lỗ ở nắp khuôn…

3.6.3 Nứt

Kể từ khi lớp vỏ rắn hình thành ở mặt ngoài vật đúc, đặc biệt là từ khi hình thành khe

hở khí giữa vật đúc và khuôn thì áp lực của kim loại lỏng sẽ hoàn toàn tác động lên lớp vỏ đó

và tạo nên ứng suất trong nó

Các vật đúc ly tâm hình trụ, nứt dọc thường xảy ra chủ yếu là do sự cản co của vật đúc theo chiều dọc

Các biện pháp giảm nứt:

 Chọn vận tốc quay ly tâm hợp lý

 Nhanh chóng lấy vật đúc ra khỏi khuôn kim loại để tránh cản co

 Thay khuôn kim loại bằng khuôn có áo cát

 Tránh không để rót dính vào các phần tiếp giáp của khuôn

3.6.4 Khuyết tật về tổ chức

Khi đúc ly tâm trong khuôn kim loại, gang thường có tổ chức biến trắng do nguội nhanh và tiết ra graphit ở dạng giữa các nhánh cây( ở phần mặt ngoài và các chỗ gần mặt ngoài, ở những mép nhọn )

Để tránh hiện tượng nói trên, nên dùng các loại khuôn có cách nhiệt, dùng khuôn có áo cát, biến tính gang, tháo vật đúc ở 1100 – 10000C cho làm nguội ngoài không khí rồi ủ…

Các sơ đồ bố trí trong đúc bán ly tâm với trục quay đứng:

 Trục quay trùng với trục khuôn

 Trục quay vuông góc với trục khuôn: phù hợp cho các vật đúc có kích thước lớn Đây

là kiểu bố trí đặc trưng cho quá trình đúc ly tâm trục quay đứng

 Nồi rót ban đầu được bố trí đứng Sau khi rót kim loại vào nồi hoặc nấu chảy kim loại trong nồi, lắp khuôn lên nồi và bắt chặt Cho cả hệ thống quay và vẫn giữ nguyên vị trí thẳng đứng Sau đó lật đảo quanh trục phụ nằm ngang để kim loại lỏng điền đầy hệ thống rót Đây là sơ đồ phù hợp cho các vật đúc có kích thước nhỏ, hình dạng phức tạp

Hệ thống rót và hốc khuôn được xem là tối ưu khi trong khuôn không có sự dịch chuyển của kim loại lỏng theo quán tính, có nghĩa là loại trừ được sự trượt tương đối của kim loại lỏng với thành khuôn

4.2 ĐẶC ĐIỂM

4.2.1 Ưu điểm

 Chất lượng vật đúc được cải thiện, độ chính xác của vật đúc cao hơn

 Giảm được các thao tác làm xương, găm đinh do độ bền khuôn, ruột cao

 Tính chảy của hỗn hợp cao, do đó dễ điền đầy hòm khuôn

 Năng suất lao động cao

 Giảm ô nhiễm môi trường

4.2.2 Nhược điểm

 Có độ bền tươi thấp

 Khó phá khuôn, ruột nếu không có các biện pháp thích hợp

 Tính bám dính mẫu cao, khó lấy ruột ra khỏi hộp ruột nếu kết cấu hộp ruột không phù hợp

 Thời gian bảo quản khuôn, ruột bị hạn chế

 Cát phải khô, nguội, sạch khi chuẩn bị hỗn hợp

Hỗn hợp cát – nước thủy tinh thường được dung để đúc các vật đúc bằng gang và thép

có khối lượng nhỏ, trung bình, lớn, có độ chính xác và độ bóng bề mặt tương đối cao.Phù hợp với tất cả các loại hình sản xuất

4.2.4 Nước thủy tinh

Nước thủy tinh là chất dính vô cơ không thuận nghịch Đây là dung dịch nước của silicat kiềm có công thức hóa học R2O.mSiO2.nH2O, trong đó m được gọi là mô đun của nước thủy tinh Trong sản xuất đúc thường dùng nước thủy tinh Natri để làm khuôn, ruột, vữa xây

lò, vá lò, đắp nồi lò…So với các loại nước thủy tinh khác, nước thủy tinh Natri có độ bền thấp hơn nhưng có ưu điểm là rẻ

Tính chất của nước thủy tinh và khả năng tham gia các phản ứng hóa lý của nó với các chất khác phụ thuộc vào tính chất của silicat kiềm

1 Cấu trúc của silicat natri

Silicat natri có cấu trúc phức tạp bao gốm các oxit silixic mang điện tích âm và các ion natri mang điện tích dương Khi các hàm lượng oxit natri lớn, silicat natri có cấu trúc lớp: mỗi lớp là các mạch Si – O – Si và các oxit kiềm bao quanh Lúc này tính chất của silicat được đặc trưng bởi liên kết ion.Khi hàm lượng oxit natri nhỏ, silicat có cấu trúc không gian và tính chất của nó được đặc trưng bởi mối liên kết cộng hóa trị

2 Cấu trúc của nước thủy tinh

Silicat natri hòa tan trong nước tạo thành nước thủy tinh Khả năng hòa tan của silicat phụ thuộc vào mô đun và lượng nước tinh thể trong silicat natri: mô đun càng nhỏ, nước tinh thể càng nhiều thì càng dễ hòa tan Hiện nay có thể điều chế nước thủy tinh có mô đun từ 0,5 ÷ 5,0

Nước thủy tinh có cấu trúc rất phức tạp Nước thủy tinh là dung dịch của các ion đơn

Na+, OH-, H+, SiO44- và các đa anion Số lượng và dạng tồn tại phụ thuộc vào nồng độ silicat natri và mô đun theo quy luật nhất định

Nước thủy tinh có tính hai mặt: theo tính chịu nén, chỉ số khúc xạ, độ dẫn điện, mối phụ thuộc của tỷ trọng vào thành phần hóa học thì nước thủy tinh giống như dung dịch nước của chất điện li, cón theo độ nhớt và theo cấu trúc của các anion silixic thì nó lại giống như dung dịch polime Như vậy, có thể xem nước thủy tinh là dung dịch polime vô cơ

3 Các cơ chế đông rắn của nước thủy tinh

Phụ thuộc vào tác nhân gây đông rắn, nước thủy tinh có thể đông rắn theo các cách sau:

b) Hình thành silicagel

Quá trình hình thành silicagel gắn liền với sự thay đổi pH của nước thủy tinh bằng cách đưa vào nó các axit, muối vô cơ hoặc hữu cơ hòa tan trong nước hay các chất tác dụng với ion natri Khi đó, tốc độ đông rắn và độ bền của hỗn hợp phụ thuộc vào bản chất đó

Quá trình tạo silicagel:

 Các chất đôn rắn kết hợp với ion natri Lúc này các axit silixic đơn được tạo thành trong nước thủy tinh (thường bắt đầu khi pH của nước thủy tinh đạt 10,5);

 Các axit silixic đơn này trùng hợp tạo ra đa axit silixic, kết quả là tạo thành silicagel ngậm nước

Một số chất đông rắn tác dụng với nước thủy tinh theo cơ chế trên như: axit (HCl, H2SiF6 …), Na2SiF6, hydroxit kim loại kiềm thổ (Ca(OH)2, Mg(OH)2…), este hữu cơ, ferosilic FeSi, khí cacbonic… Dù sản phẩm cuối cùng của nước thủy tinh sau đông rắn từ các tác nhân đông rắn đều là del silixic nhưng độ bền của mỗi loại gel sẽ khác nhau Nếu gel càng xốp thì nước chứa trong các gel càng nhiều Việc mất nước do sấy sẽ làm cho gel bị co gây ứng suất trong nó

4 Các tính chất của nước thủy tinh

Các tính chất của nước thủy tinh được quy định bởi thành phần hóa học và được thể hiện qua mô đun M, khối lượng riêng ρ, độ nhớt động học η

a) Mô đun của nước thủy tinh

Mô đun M của nước thủy tinh là một đại lượng không thứ nguyên, biểu thị tỉ số phần mol của SiO2 và Na2O: