Công Nghệ Chế Tạo Phôi Sản Xuất Đúc Hợp Kim Đúc

Bài giảng CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI Sản xuất đúc Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI Chơng - hợp kim đúc 1- Tính đúc kim loại hợp kim Tính đúc kim loại hay hợp kim đợc đánh giá khả đúc đạt chất lợng cao hay thấp thân kim loại hay hợp kim Nói nh rõ ràng tính đúc thuộc tính công nghệ phụ thuộc vào hàng loạt tính chất khác kim loại hợp kim nh: tính chảy loãng, tính co ngót, tính thiên tích tính hoà tan khí Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 1- Tính chảy loãng: a) Khái niệm: Là mức độ chảy loãng diện tích rộng hay hẹp kim loại hợp kim đợc khảo sát Rõ ràng tính chảy loãng ảnh hởng đến khả điền đầy khuôn đúc Nếu kim loại hợp kim có tính chảy loãng thấp vật đúc bị thiếu, hụt, hình dáng không rõ nét đặc biệt vật đúc thành mỏng, kết cấu phức tạp Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI b) Các nhân tố ảnh hởng đến tính chảy loãng: Tính chảy loãng kim loại hợp kim chịu ảnh h ởng nhân tố sau: - Nhiệt độ: Nhìn chung nhiệt độ tăng, độ chảy loãng tăng nhng đến giới hạn định phụ thuộc vào kim loại hợp kim - Cấu trúc hợp kim: Các kim loại nguyên chất hợp kim tinh có độ chảy loãng cao hợp kim có cấu tạo dạng dung dịch đặc hợp chất hoá học Ví dụ thép có độ chảy loãng thấp gang gang có thành phần hoá học gần điểm tinh Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI - ảnh hởng tạp chất: Trong kim loại hợp kim nhiều tạp chất khó chảy nh màng ôxyt, nitrít độ chảy loãng thấp sức cản chúng lớn làm tăng độ sệt động lực hệ - ảnh hởng thành phần hoá học kim loại hợp kim: Phốt có thành phần kim loại hợp kim làm tăng độ chảy loãng tạo thành hợp chất dễ chảy Các nguyên tố có nhiệt độ chảy cao nh Cr, Ti làm giảm độ chảy loãng tạo ôxyt khó chảy Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI - ảnh hởng khuôn: Khuôn có độ nhám cao, độ ẩm lớn làm giảm độ chảy loãng kim loại hợp kim Nếu tính dẫn nhiệt vật liệu làm khuôn lớn độ chảy loãng kim loại rót khuôn giảm - ảnh hởng hình thức rót kim loại lỏng vào khuôn: Khi rót khuôn với vận tốc rót nhỏ, kim loại chảy vào khuôn theo chế độ chảy tầng, tốc độ chảy lớp sát thành khuôn không Do có truyền nhiệt từ dòng chảy vào thành khuôn nên lớp kim loại sát thành khuôn nhanh chóng đông đặc Kết diện tích dòng chảy giảm dần, độ chảy loãng giảm Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 2- Tính thiên tích: a) Khái niệm Thiên tích tợng không đồng thành phần hoá học toàn vật đúc Sự thiên tích làm giảm tính vật đúc, giảm khả chịu ăn mòn v.v gây nên h hỏng vật đúc làm việc Ngời ta chia thiên tích hai dạng: - Thiên tích vùng: Là không đồng thành phần hoá học vùng vật đúc Các nguyên nhân gây thiên tích vùng khác biệt lớn tỷ trọng nguyên tố thành phần hợp kim Các nguyên tố nặng có xu hớng tập trung phần dới vật đúc, nguyên tố nhẹ tạp chất phi kim, bọt khí có xu hớng tập trung phần vật đúc Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI - Thiên tích hạt (thiên tích nhánh cây): Là không đồng thành phần hoá học nội hạt kim loại Nguyên nhân sinh khuyết tật thiên tích hạt nhiệt độ kết tinh nguyên tố hợp kim khác Với hợp kim có khoảng kết tinh rộng thân hạt kim loại bị ngậm xỉ bọt khí gây nên thiên tích hạt Để giảm thiên tích hạt cần làm nguội chậm vật đúc sau kết tinh hoàn toàn đến nhiệt độ thờng để dới tác dụng nhiệt độ cao nguyên tử nguyên tố thành phần hợp kim có đủ thời gian khuếch tán tơng hỗ dẫn đến đồng thành phần hoá học nội hạt Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 3- Tính co ngót: Co ngót tợng giảm thể tích hợp kim giảm nhiệt độ Sự giãn nở nung nóng co ngót làm nguội xem nh trình thuận nghịch Vì độ co thể tích co chiều dài biểu diễn phơng trình sau: V = V (to1 - to2 ) , % L = L (to1 - to2 ) , % Trong đó: - V , L hệ số co thể tích co chiều dài - to1 to2 nhiệt độ đầu cuối trình khảo sát co Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI a) Co trạng thái lỏng: Là co thể tích nhiệt độ rót đến nhiệt độ bắt đầu kết tinh, đợc tính theo công thức: Vlỏng = V lỏng (toR - tobềkt) Từ công thức thấy rõ nhiệt độ rót (tR) cao l ợng co trạng thái lỏng nhiều Co trạng thái lỏng làm giảm mức kim loại lỏng hốc khuôn, thiết kế hệ thống bù ngót hợp lý không dẫn đến khuyết tật vật đúc 10 Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI *)Nấu hợp kim đồng : - Nấu đồng thiếc: Thực tế thờng hay sử dụng hợp kim đồng thiếc sau: CuSn1, CuSn5, CuSn10, CuSn12, CuSn10P1 Nếu phối liệu chứa lợng nhỏ H2 phải tiến hành nấu có ôxy hoá yếu có che phủ bề mặt hợp kim lỏng lớp than gỗ khô với cỡ than 10 mm chiều dày lớp che phủ bột than gỗ không cho kết chắn Trớc rót tiến hành khử khí cách thổi khí N2 83 Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI Trờng hợp phối liệu chứa lợng H2 lớn cần tiến hành ôxy hoá Cuối giai đoạn ôxy hoá cào bỏ lớp che phủ ngăn ngừa cháy hao đợc thay chất ôxy hoá Sau đạt độ nhiệt cào xỉ ôxy hoá Trớc rót mẻ nấu luyện hợp kim đồng thiếc phải tiến hành khử ôxy 0,2 đến 0,3% CuP10 (nếu có tiến hành ôxy hoá) Khi không tiến hành ôxy hoá cần 0,2% CuP10 Nói chung cần phải khử ôxy cho lợng P lại hợp kim không vợt 0,015 đến 0,02% để tránh xuất phản ứng khuôn - kim loại 84 Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI - Nấu đồng đỏ: đồng đỏ hợp kim đúc đợc a chuộng Nó có tính đúc tốt Trong đồng đỏ Sn Pb có Zn (ví dụ hợp kim đồng đỏ: CuSn3Pb5Zn12) Nếu phối liệu hồi liệu phải tiến hành oxy hoá Tuy nhiên sử dụng phơng pháp nấu luyện nh tr ờng hợp nấu đồng thiếc Mức độ hoà tan khí H2 giảm hàm lợng Pb tăng Ngời ta thổi khí N2 để khử khí hợp kim lỏng đồng đỏ 85 Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI - Nấu đồng chì: đồng chì hợp kim dễ thiên tích Để giảm thiên tích ngời ta đa thêm vào hợp kim: Sn, Ni nguyên tố khác Trong thời gian gần ngời ta sử dụng lu huỳnh kim loại giúp Pb phân bố đồng tổ chức Ngợc lại P Si làm tăng xu hớng thiên tích đồng chì, mà ngời ta không dùng P Si để khử ôxy đồng chì Quá trình nấu luyện nên tiến hành ôxy hoá nhẹ bề mặt hợp kim có lớp che phủ than gỗ khô Nếu thỏi phối liệu chứa lợng H2 tối thiểu khử khí 86 Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI Quy trình nấu đồng chì theo thứ tự sau: 1- Sấy nồi lò đến nóng đỏ 2- Cho vào đáy nồi nửa hỗn hợp bốn thành phần có chứa lu huỳnh 3- Cho hồi liệu vụn vào nồi lò 4- Cho đồng thỏi vào nồi lò 5- Nấu chảy nhanh môi trờng ôxy hoá yếu 6- Sau chảy tan, tiến hành khuấy trộn 7- Khử ôxy CuMn30 (0,5%) to = 1100oC 87 Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 8- Chờ đến phút cào xỉ 9- Cho nửa lại hỗn hợp bốn thành phần chứa lu huỳnh 10- Nâng nhiệt độ lên đến 1400oC, tiến hành khử ôxy Zn (cho nửa vào) 11- Chờ đến phút, xong khuấy trộn 12- Cào xỉ rót 88 Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI - Nấu đồng nhôm: Đồng nhôm hai nguyên đ ợc sử dụng tạo thành tổ chức thô to nguội chậm Do hợp kim phải làm nguội nhanh đúc rót khuôn kim loại Từ nguyên nhân mà ngời ta thờng sử dụng đồng nhôm nhiều thành phần, Ni làm tăng tính đợc sử dụng dạng hợp kim trung gian CuNi30 Đối với hợp kim đồng Fe nguyên tố không mong muốn, nhng hợp kim đồng nhôm hàm lợng Fe thờng cho vào đến 4%, Fe đợc cho vào dạng hợp kim trung gian CuFe10, nhôm đợc cho vào dạng CuAl33 CuFe25Al25 89 Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 5- Nấu luyện hợp kim manhe (Mg): Manhe kim loại có khối lợng riêng nhỏ ( = 1,8 g/cm3 ) Nhiệt độ nóng chảy Mg nguyên chất 650oC , điểm bay thấp (1107oC) Hợp kim Mg có khối lợng riêng nhỏ, nhng có độ bền cao (80 đến 300 MN/m3) Do mà ngời ta sử dụng hợp kim để chế tạo chi tiết đúc dùng cho động máy bay 90 Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 6- Nấu luyện hợp kim Niken: Trong xởng đúc, hợp kim niken hợp kim có trình nấu phức tạp khó Khi nấu luyện phải phủ bề mặt kim loại lớp borắc (Na2B4O7), trờng hợp nấu lợng hợp kim lớn phủ bề mặt hợp kim lớp xỉ có chứa đá vôi Trong trình nấu luyện phải phòng ngừa hoà tan cácbon, lu huỳnh , ôxy hyđro Do tốt nên phủ lên bề mặt hợp kim niken lỏng lớp mảnh kính vụn 91 Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 7- Nấu luyện hợp kim Titan: Titan nguyên tố chịu ăn mòn tốt Các kim loại kiềm đất (Th, Ce) không tạo thành hợp kim với Ti, có chênh lệch đáng kể bán kính nguyên tử chúng Titan Các nguyên tố khác tạo thành dung dịch đặc thay với Ti Ngợc lại số kim loại không thích hợp dễ tạo hợp kim với Ti có độ chênh lệch điểm nóng chảy áp lực riêng phần (ví dụ: As , Sb, Pb, Hg, Zn) Thực tế thờng hay sử dụng hợp kim Ti: TiAl6V4 vào lĩnh vực kỹ thuật máy bay tên lửa Nhiệt độ nóng chảy Ti cao (1660oC) dễ làm tăng mức độ hấp thụ khí dễ xẩy phản ứng hợp kim lỏng Ti t ờng nồi lò 92 Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 8- Nấu luyện hợp kim thiếc: Nồi lò phải đợc sấy nóng trớc cho phối liệu vào Thiếc hợp kim đợc nấu chảy, bề mặt có lớp than gỗ khô che phủ Cỡ hạt than gỗ che phủ đến 10 mm Bề dày lớp che phủ khoảng 30 mm Sau chảy tan nhiệt đến nhiệt độ xác định cào xỉ rót Đồng đợc cho vào cách rót đồng lỏng vào thiếc lỏng, sử dụng hợp kim trung gian SnCu25 Hợp kim lỏng đ ợc tinh luyện NH4Cl NH4Cl đợc nhúng chìm xuống đáy nồi Phản ứng xẩy đến phút, xong rót 93 Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 9- Nấu luyện hợp kim kẽm: Trong trình nấu luyện hợp kim kẽm khó khăn đặc biệt, nhng đòi hỏi ngời thợ phải có kinh nghiệm thực tế định phải chấp hành bớc quy trình nấu Các nguyên tố hợp kim hợp kim kẽm nhôm đồng Nhôm làm tăng tính đúc hợp kim Zn (đến 5,5% Al) làm tăng tính, ngăn cản hoà tan Fe từ nồi lò Đồng làm tăng tính đúc (đến 1,8% Cu) độ cứng hợp kim Zn Hợp kim Zn điển hình hợp kim kẽm chứa 30% Al 5% Cu hợp kim dùng làm ổ trục tốt Nó thay đồng phốt hợp kim đồng khác 94 dùng làm ổ trục Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 10- Nấu luyện hợp kim chì: Nồi lò đợc sấy nóng, xong cho phối liệu vào, đồng thời cho lớp than gỗ (cỡ hạt đến 10mm) Nhiệt độ nhiệt 500 đến 550 oC Trớc rót hợp kim chì phải đợc khuấy trộn Hợp kim chì phải đợc che phủ hỗn hợp có nhiệt độ nóng chảy thấp để ngăn ngừa bay ôxy hoá 95 Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 11- Tính toán phối liệu: Những nguyên tắc chung dùng cho việc tính toán phối liệu: - Phối liệu đợc tính 100% (bằng 100kg) - Các nguyên tố đợc cho vào mà có hợp kim đợc giới hạn khoảng xác định phải tính theo giá trị trung bình giới hạn cho Những nguyên tố cháy hao lớn, phải chọn giới hạn khoảng giới hạn cho - Phối liệu phải cân với kim loại sở nguyên tố cho vào luôn đợc tính trớc - Các thành phần cho vào có điểm nóng chảy cao th ờng cho vào nh hợp kim trung gian - Đối với kim loại (nguyên chất) đợc coi nh không chứa tạp chất - Các chất phụ gia (chất chảy) không đợc tính vào phối liệu 96 Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 97