Tính Đúc Của Hợp Kim Và Các Nhân Tố Ảnh Hưởng Đến Sự Kết Tinh Của Hợp Kim Đúc

Chươngư5 Tính đúc hợp kim nhân tố nh hởng đến kết tinh hợp kim đúc Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư 5.1- Tính đúc hợp kim Tính đúc hợp kim tính chất công nghệ hợp kim đúc bao gồm: Tính chy loãng Tính thiên tích Tính co ộ hoà tan khí Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư 1- Tính chy loãng Tính chy loãng mức độ chy lỏng hay sệt hợp kim đúc tạo kh nng điền đầy khuôn nhận đợc vật đúc rõ nét Nếu hợp kim đúc có tính chy loãng th ỡ vật đúc dễ bị thiếu hụt, hỡnh dạng vật đúc không rõ nét, khó đúc vật đúc hỡnh dạng phức tạp, thành mỏng Các nhân tố nh hởng đến tính chy loãng: a) Nhiệt độ b) Cấu tạo hợp kim c) nh hởng tạp chất d) nh hởng khuôn e) nh hởng thành phần hoá học g) nh hởng hỡnh thức rót kim loại lỏng vào khuôn Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư a) Nhiệt độ ộ nhiệt T tng thỡ độ chy loãng hợp kim tng nhng tng đến mức độ định V ỡ để đm bo hợp kim đúc có tính chy loãng tốt ngời ta phi qui định kho ng nhiệt độ rót cho loại hợp kim đúc b) Cấu tạo hợp kim Kim loại nguyên chất, hợp kim tính thỡ có tính chy loãng cao hợp kim có cấu tạo hỡnh dạng dung dịch đặc hợp kim hoá học Bởi vỡ cấu trúc mạng tinh thể chúng phức tạp kim loại nguyên chất Thép có độ chy loãng gang vỡ xa thành phần tinh, gang bon chy loãng gang tinh c) nh hởng tạp chất Kim loại lỏng có tạp chất phi kim lơ lửng nhiều, nh ng màng ôxýt màng nitrit nhiều thỡ độ chy loãng gim vỡ sức cn lớn làm tng độ sệt động lực Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư d) nh hởng khuôn Tính dẫn nhiệt khuôn cao thỡ độ chy loãng (cùng hợp kim đúc, đúc khuôn kim loại tính chy loãng so với đúc khuôn cát) ộ nhám thành khuôn gim, lợng nớc hỗn hợp gim, nhiệt độ khuôn tng thỡ tính chy loãng tng e) nh hởng thành phần hoá học Thành phần hoá học nh hởng nhiều đến tính chy loãng Ví dụ gang tinh (có 4,6%C) nhiệt độ nóng chy thấp gang trớc sau tinh) tính chy loãng cao Gang có chứa phốt nhiều làm tng tính chy loãng (khi nấu phốt ôxy hoá phát nhiệt lớn) Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư g) nh hởng hỡnh htức rót kim loại lỏng vào khuôn Hỡnh thức rót kim loại vào khuôn định dòng chy kim loại Chy tầng dòng kim loại chy êm, song song thành khuôn Tốc độ phần tử kim loại sát thành khuôn không nguội nhanh hơn, chóng đông đặc, tiết diện có ích dòng chy gim nên độ chy loãng gim Chy rối phần tử kim loại lỏng va vào thành khuôn, dội vào dòng chy, lớp kim loại sát thành khuôn thay đổi, đơn vị thời gian dòng kim loại chy nhiều tính chy loãng tng Khi đúc vật đúc nhỏ, mỏng, kết cấu phức tạp nên cho dòng kim loại chy rối vào lòng khuôn Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư 2- Tính thiên tích Tính thiên tích không đồng thành phần hoá học vùng vật đúc nội hạt tinh thể hợp kim Sự thiên tích nh hởng xấu đến cơ, lý tính vật đúc nguyên nhân gây h hỏng chi tiết đúc làm việc Có hai loại thiên tích: Thiên tích vùng Thiên tích hạt Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư a) Thiên tích vùng Là đồng thành phần hoá học gia phần vật đúc Nguyên nhân gây thiên tích vùng: - Tỷ trọng nguyên tố hợp kim khác nhau, trỡnh kết tinh nguyên tố nhẹ lên phía trên, nguyên tố nặng chỡm phía dới - Sự chênh lệch áp suất vật đúc áp suất sinh trỡnh kết tinh lớn lên mầm kết tinh chen lẫn gia chúng - Tốc độ nguội kim loại lỏng nhỏ khong kết tinh lớn thiên tích vùng nhiều (vỡ thời gian kết tinh lâu, nguyên tố nặng nhẹ có điều kiện phân ly) Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư b) Thiên tích hạt Là không đồng nội hạt kim loại Nguyên nhân: - Sự kết tinh nguyên tố hợp kim không lúc - Ngay bn thân hạt kim loại có lẫn xỉ, bọt khí - Do thẩm thấu gia phần tử hợp kim Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư c) Cách khắc phục - Chọn mẻ liệu nấu đúng, chứa tạp chất - m bo qui trỡnh nấu rót - Trong thời gian vật đúc đông đặc ta làm nguội nhanh, sau vật đúc đông đặc ta làm nguội chậm để nhờ tợng thẩm thấu nhiệt độ cao mà điều hoà đợc thành phần hoá học Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư b) Co giai đoạn kết tinh Từ nhiệt độ bắt đầu kết tinh đến nhiệt độ kết thúc kết tinh Trong giai đoạn co thể tích chủ yếu, nguyên nhân gây lõm co rỗ co vật đúc * Lõm co: Là nhng lỗ rỗng hỡnh nón hỡnh thành bền mặt vật đúc vật đúc hở bên gần bề mặt vật đúc vật đúc kín Hình 5.1 Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư Nguyên nhân sinh lõm co: - Quá trỡnh kết tinh xẩy lớp hợp kim tiếp giáp với thành khuôn, sau phát triển dần vào trong, phần gia kết tinh sau V ỡ vào gia vật đúc lợng hợp kim lỏng bị co nhiều nên sau kết tinh xong bề nặt vật đúc tạo lỗ rỗng hỡnh nón - Trong trỡnh kết tinh, nớc khí hoà tan hợp kim lỏng không ngừng thoát ngoài, lùi vào trỡnh kết tinh chậm, lợng nớc khí thoát nhiều làm cho lợng hợp kim lỏng gim Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư - Do trỡnh kết tinh vật đúc tạo tinh thể hỡnh nhánh cây, gia tinh thể hỡnh nhánh tồn hợp kim lỏng, hợp kim lỏng bị co nên gia tinh thể nhánh xuất khe hở nhỏ, tác dụng trọng lợng, hợp kim lỏng phía dồn xuống phía dới, làm cho thể tích phần phía vật đúc thiếu hụt tạo nên lõm co Lõm co thờng xuất nhng nơi tập trung hợp kim vật đúc Muốn khắc phục lõm co phi dùng đậu ngót bổ sung gim nhiệt độ rót hợp kim lỏng Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư * Rỗ co: Là nhng lỗ nhỏ nằm bên vật đúc dọc trục thỏi nằm dới nhng lõm co Nguyên nhân tạo rỗ co: - Khi kết tinh có tạo thành nhng tinh thể hỡnh nhánh cây, chúng gặp ngăn cách nhiều khu vực, hợp kim lỏng lại khu vực sau tiếp tục co không đợc bổ sung hợp kim lỏng từ nơi khác đến tạo rỗ co - Do chỗ mỏng vật đúc kết tinh trớc, chỗ dày kết tinh sau Giọt hợp kim lỏng lại cuối chỗ kết tinh có co thể tích tạo rỗ co Sự xuất rỗ co vật đúc làm cho tính gim ể khắc phục rỗ co ngời ta tng áp lực rót tạo điều kiện cho vật đúc đông đặc lúc Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư c) Co trạng thái rắn: (từ nhiệt độ kết thúc kết tinh đến nhiệt độ môi trờng) trạng thái co chiều dài vật đúc chủ yếu Nhỡn chung hầu hết kim loại lỏng hợp kim hạ nhiệt độ thể rắn có tợng co chiều dài Các hợp kim khác có hệ số co khác Trong trình vật đúc co trạng thái rắn, thỡ tất c nhng yếu tố cn trở co nh: lực ma sát gi a bề mặt khuôn với bề mặt vật đúc, tính lún khuôn, lõi nguyên nhân gây nên ứng suất bên làm cho vật đúc bị nứt, cong vênh Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư 4- Tính hoà tan khí Tính hoà tan khí hoà tan khí vào hợp kim trỡnh nấu rót vào khuôn * Trong trỡnh nấu áp suất môi trờng tng có tác dụng làm cho khí hoà tan vào hợp kim lỏng nhiều * Khi rót kim loại lỏng vào khuôn với tốc độ nhanh ẩm khuôn không kịp thoát làm cho độ hoà tan khí hợp kim đúc tng lên Trong trỡnh nấu rót vào khuôn khí O2, H2, CO, CO2, CH4 từ khí trời , từ vật liệu nấu dễ hoà tan vào hợp kim đúc Khí hòa tan vào hợp kim đúc nguyên nhân sinh rỗ khí vật đúc nh hởng xấu đến tính Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư Sự hoà tan khí vào hợp kim trỡnh nấu đợc mô t đồ thị (hỡnh 5.2) Quá trỡnh nấu nhiệt độ tng từ đến khong nhiệt độ vật liệu kim loại trạng thái rắn nên độ hoà tan khí cha thay đổi Từ nhiệt độ kim loại bắt đầu chy thỡ hoà tan khí vào kim loại lỏng tng dần (đoạn b-c) kim loại chy lỏng hoàn toàn (gần c) lợng khí hoà tan vào hợp kim lỏng tng lên mãnh liệt Khi hợp kim lỏng bắt đầu sôi thỡ sôi làm cho khí từ kim loại lỏng thoát áp lực tác dụng ngn không khí bên xâm nhập vào kim loại lỏng Kết qu hoà tan khí gim đột ngột (de) Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư 5.2- Các nhân tố nh hởng đến kết tinh hợp kim đúc 1- nh hởng vật liệu nấu điều kiện nấu 2- nh hởng khoáng nhiệt độ kết tinh 3- nh hởng biến tính 4- nh hởng tốc độ nguội 5- nh hởng tác dụng học đến kết tinh Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư 1- nh hởng vật liệu nấu điều kiện nấu Các nguyên tố chủ yếu thành phần vật liệu nấu chuyển vào vật đúc Song trỡnh nấu hỡnh thành tạp chất dạng xỉ trạng thái phân tán kim loại không làm thay đổi thành phần hoá học Khi rót hỗn hợp lỏng vào khuôn, xỉ theo vào nằm lẫn vật đúc làm nh hởng đến tính vật đúc Nh xỉ có nhiều loại, nh hởng chúng tính vật đúc có khác nhng nói chung không tốt Vỡ trỡnh nấu luyện phi có biện pháp công nghệ tốt khử tạp chất có hại loại khí hợp kim đúc Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư ối với gang: Nếu gang có chứa: + Loại xỉ có tính chy loãng kém, làm cho gang kết tinh xong có tổ chức hạt grapit thô, tính s n phẩm đúc + Loại xỉ có FeO, CaO làm cho gang kết tinh bị xốp, tính vật đúc + Loại xỉ có lẫn đá vôi đôlômit xỉ mác làm cho gang sau kết tinh có tổ chức hạt graphit nhỏ mịn, tính vật đúc tốt ối với thép: Nếu xỉ thép lỏng có chứa P-S th ỡ kết tinh phân bố miền tinh giới hạn làm cho thép bị dòn nóng dòn nguội Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư 2- nh hởng khoáng nhiệt độ kết tinh (từ nhiệt độ bắt đầu kết tinh đến nhiệt độ kết thúc kết tinh) Bằng thực nghiệm ngời ta xác định đợc rằng: + Nhng kim loại hợp kim có khong kết tinh hẹp, thỡ sau kết tinh xong, vật đúc có cấu trúc tinh thể hỡnh trụ từ vào + Nhng kim loại hợp kim có khong kết tinh rộng, thỡ sau kết tinh xong có lớp mỏng bên vật đúc có cấu trúc tinh thể hạt tròn hỡnh trụ, phần lớn hợp kim bên có dạng tinh thể hỡnh nhánh + Cùng tốc độ nguội, kim loại hợp kim có kho ng kết tinh hẹp thỡ tốc độ sinh mầm lớn, nên sau kết tinh xong vật đúc có cấu trúc tinh thể hỡnh trụ Kim loại hợp kim có cấu trúc tinh thể hỡnh trụ có tính cao cấu trúc tinh thể hỡnh nhánh thô Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư 3- nh hởng biến tính Sự biến tính gia công hợp kim lỏng cách cho thêm nhng chất phụ vào trớc lúc rót hợp kim lỏng vào khuôn nhằm làm nhỏ hạt tinh thể trỡnh kết tinh lần thứ để nhận đợc vật đúc có tính cao Có cách làm biến tính: + Biến tính loại I: Là biến tính cách cho thêm chất phụ vào hợp kim lỏng để tạo nên lớp màng hoạt tính bao bọc xung quanh tâm mầm, hạn chế phát triển chúng trỡnh kết tinh + Biến tính loại II: Là biến tính cách cho chất phụ vào hợp kim lỏng, chúng tác dụng với O2, N2 có sẵn tạo thành lớp hoá học có nhiệt độ nóng chy cao, tồn dạng hạt nhỏ phân tán hợp kim lỏng đóng vai trò tâm mầm có sẵn Nhờ tng đ ợc số tâm mầm kết tinh, nên sau kết tinh xong, hợp kim có tổ chức hạt nhỏ mịn, tính cao Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư 4- nh hởng tốc độ nguội a số hợp kim tạo đợc tốc độ nguội nhanh khuôn thỡ sau kết tinh xong nhận đợc vật đúc có tổ chức hạt mịn nhỏ, tính cao Vỡ tốc độ nguội tơng ứng với độ nguội lớn nên tốc độ sinh mầm tng, số tâm mầm kết tinh đơn vị thể tích hợp kim lỏng t ng, nên sau kết tinh xong số hạt tinh thể nhiều, tổ chức hạt nhỏ mịn Ví dụ: Cùng hợp kim lỏng đúc khuôn kim loại có tính truyền nhiệt cao nên vật đúc có tổ chức hạt nhỏ mịn, tính cao ta đúc khuôn cát Vật đúc thép, gang nơi có chiều dài thành mỏng dới 10mm có tổ chức hạt tròn, mịn, chỗ thành dày 15mm có tổ chức tinh thể hỡnh nhánh Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư 5- nh hởng tác dụng học đến kết tinh Bằng thực nghiệm ngời ta xác định đợc: Nếu trỡnh kết tinh xy điều kiện rung khuôn thỡ sau kết tinh xong vật đúc có tổ chức nhỏ mịn Vỡ dới tác dụng rung động nh thỡ trung tâm kết tinh tinh thể nhánh vừa hỡnh thành bị vỡ vụn tạo vô số trung tâm kết tinh mới, làm tng số tâm mầm nên sau kết tinh xong số hạt nhiều, tổ chức nhỏ mịn, tính cao - Ht chng 5-