Đang tải... (xem toàn văn)
1. MỤC ĐÍCH: Biết tính đúc của kim loại là gì, các yếu tố nào ảnh hưởng đến tính đúc của kim loại; Biết tính chất của một kim loại hoặc hợp kim (cụ thể là Kẽm); Biết cách chuẩn bị, tiến hành thí nghiệm kiểm tra, lấy số liệu và xử lý số liệu thuđược. Kiểm tra ảnh hưởng của nhiệt độ rót đến độ chảy loãng của kim loại đúc; Xác định nhiệt độ rót thích hợp. Biết thiết bị, mẫu thử cho kiểm tra ảnh hưởng của nhiệt độ rót đến độ chảy loãngcủa kim loại đúc. …2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT:2.1. Tính đúc của kim loại:Sản xuất đúc được phát triển rất mạnh và được sử dụng rất rộng rãi trong cácngành công nghiệp. khối lượng vật đúc trung bình chiếm khoảng 40 80% tổngkhối lượng của máy móc và trong ngành cơ khí khối lượng vật đúc chiếm đến 90%mà giá thành chỉ chiếm 2025%. Tính đúc của hợp kim được xác định bằng cácyếu tố: Tính chảy loãng: Tính chảy loãng là mức độ chảy loãng hay sệt của hợp kimđúc, nó quyết định khả năng điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét. Có cácyếu tố ảnh hưởng đến tính chảy loãng của hợp kim đúc: Nhiệt độ: T0 tăng lên (ở T0 nhất định) thì tính chảy loãng tăng. Cấu tạo hợp kim: Gang xám có tính chảy loãng cao nhất. Tạp chất: làm tăng độ sệt thuỷ lực. Ảnh hưởng của khuôn, thành phần hoá học và hình thức rót kim loạivào khuôn. Dùng mẫu thử có rãnh xoắn ốc, mẫu thử rãnh. Kim loại lỏng được rót vào cốc rót và chảy theo rãnh của mẫu thử. Độ chảy loãng của hợp kim đúc được xác định bằng chiều dài kim loạiđiền đầy mẫu thử. Chiều dài đó càng lớn thì độ chảy loãng càng lớn. Tính thiên tích: Là sự không đồng nhất về thành phần hoá học trong từngphần của vật đúc. Có 2 loại thiên tích: Thiên tích vùng: Là sự không đồng nhất về thành phần hoá học trongtừng vùng của vật đúc. Nguyên nhân là do tỷ trọng các nguyên tố tronghợp kim khác nhau và trong từng phần phần của vật đúc có sự chênhlệch áp suất. Thiên tích trong nội bộ hạt kim loại: do các nguyên nhân sau: Sự kếttinh của các nguyên tố hợp kim không cùng một lúc; Ngay trong hạtkim loại cũng lẫn xĩ và tạp chất; Do sự thẩm thấu giữa các phần tử tronghợp kim không triệt để. Tính co: Tính co là hiện tượng giảm thể tích và chiều dài của hợp kim khiT0 giảm xuống. Có 2 loại: Lõm co: Là những lổ rỗng hình nón hình thành ở trên bề mặt vật đúc.Nguyên nhân là do lớp ngoài đông đặc trước lớp trong. khí, nước trongkim loại thoát ra ngoài. Rổ co: Là những lổ rỗng nhỏ nằm bên trong vật đúc, nằm dọc trục thỏiđúc và nằm dưới lõm co. Tính hoà tan khí: Tính hòa tan khí là sự hoà tan các khí: O2, H2, N2, CO, CO2,CH4 vào kim loại lỏng gây nên rỗ khí.Hình 1. Các mẫu thử xác định độ chảy loãng của kim loại(Bên trái: Mẫu thử xoắn ốc, Bên phải: Mẫu thử rãnh)2.2. Tính chất của kim loại KẽmKẽm là một nguyên tố kim loại chuyển tiếp, ký hiệu là Zn và có số nguyêntử là 30. Nó là nguyên tố đầu tiên trong nhóm 12 của bảng tuần hoàn các nguyêntố. Kẽm, trên một số phương diện, có tính chất hóa học giống với magiê, vì ion củachúng có bán kính giống nhau và có số ôxy hoá duy nhất ở điều kiện bình thườnglà +2. Kẽm là nguyên tố phổ biến thứ 24 trong lớp vỏ Trái Đất và có 5 đồng vị bền.Quặng kẽm phổ biến nhất là quặng sphalerit, một loại kẽm sulfua. Những mỏ khaithác lớn nhất nằm ở Úc, Canada và Hoa Kỳ. Công nghệ sản xuất kẽm bao gồmtuyển nổi quặng, thiêu kết, và cuối cùng là chiết tách bằng dòng điện.Tính chất vật lý: Màu sắc: Ánh kim bạc xám. Trạng thái vật chất: Chất rắn. Nhiệt độ nóng chảy: 692,68 K (419,53 °C, 787,15 °F). Nhiệt độ sôi: 1.180 K (907 °C, 1.665 °F). Mật độ: 7,14 gcm3 (ở 0°C, 101.325 kPa). Mật độ ở thể lỏng: ở nhiệt độ nóng chảy: 6,57 gcm3. Nhiệt lượng nóng chảy: 7,32 kJmol. Nhiệt bay hơi: 123,6 kJmol. Nhiệt dung: 25,470 Jmol.K.3.TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM3.1. Vật liệu thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm trên vật liệu Kẽm. Cắt mẫu phôi kẽm thích hợp cốc nấu.3.2. Thiết bị phục vụ thí nghiệm Cốc nấu. Lò nấu điện trở. Kẹp phôi, kẹp cốc.. Găng tay. Súng đo nhiệt độ. Mẫu thử. Thiết bị hỗ trợ rót kim loại. Khuôn kim loại. Máy cắt mẫu. Thước đo chiều dài mẫu thử.3.3. Thực hiện thí nghiệm Bước 1: Bật lò nấu ở nhiệt độ 4500C Bước 2: Cắt mẫu phôi kẽm theo kích thước phù hợp cốc nấu Bước 3: Cho mẫu vào cốc nấu và nấu mẫu phôi kẽm ở nhiệt độ 4500C đếnkhi phôi kẽm chảy hoàn toàn. Bước 4: Làm vệ sinh sạch khuôn mẫu thử, ráp khuôn mẫu thử, kiểm tra độkín khít, cố định vị trí rót, … Bước 5: Tiến hành rót kẽm ở nhiệt độ 4500C vào khuôn mẫu thử, lượng kimloại lỏng còn dư thì rót vào khuôn tạo phôi. Lưu ý, không để kẽm lỏng trongcốc nấu. Bước 6: Tháo khuôn mẫu thử, lấu mẫu thử và tiến hành đo các thông số đểxác định độ chảy loãng của kẽm ở nhiệt độ 4500C. Bước 7: Nâng nhiệt độ lò lên 5000C và tiến hành giống các bước trước đó. Bước 8: Nâng nhiệt độ lò lên 5500C và tiến hành giống các bước trước đó. Bước 9: Nâng nhiệt độ lò lên 6000C và tiến hành giống các bước trước đó.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN THIẾT BỊ VÀ CNVL CƠ KHÍ -oOo - BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KĨ THUẬT CHẾ TẠO SVTH : Lê Văn Hòa MSSV : 1711435 GV LÝ THUYẾT : Phạm Qang Trung GV THỰC HÀNH : Bùi Duy Khanh NHÓM HỌC LÝ THUYẾT : Chiều thứ 3, tiết 7-9 NGÀY THỰC HÀNH : Chiều thứ 6, tiết 8-12 NHÓM THỰC HÀNH : Nhóm A09 TP HỒ CHÍ MINH, ngày 07 tháng 11 năm 2019 BÀI 1: XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ RĨT ĐỐI VỚI ĐỘ CHẢY LỖNG CỦA KIM LOẠI ĐÚC (KẼM – Zn) MỤC ĐÍCH: - Biết tính đúc kim loại gì, yếu tố ảnh hưởng đến tính đúc kim loại; - Biết tính chất kim loại hợp kim (cụ thể Kẽm); - Biết cách chuẩn bị, tiến hành thí nghiệm kiểm tra, lấy số liệu xử lý số liệu thu - Kiểm tra ảnh hưởng nhiệt độ rót đến độ chảy lỗng kim loại đúc; - Xác định nhiệt độ rót thích hợp - Biết thiết bị, mẫu thử cho kiểm tra ảnh hưởng nhiệt độ rót đến độ chảy lỗng kim loại đúc -… CƠ SỞ LÝ THUYẾT: 2.1 Tính đúc kim loại: Sản xuất đúc phát triển mạnh sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp khối lượng vật đúc trung bình chiếm khoảng 40 - 80% tổng khối lượng máy móc ngành khí khối lượng vật đúc chiếm đến 90% mà giá thành chiếm 20-25% Tính đúc hợp kim xác định yếu tố: - Tính chảy lỗng: Tính chảy lỗng mức độ chảy loãng hay sệt hợp kim đúc, định khả điền đầy khn nhận vật đúc rõ nét Có yếu tố ảnh hưởng đến tính chảy lỗng hợp kim đúc: Nhiệt độ: T0 tăng lên (ở T0 định) tính chảy lỗng tăng Cấu tạo hợp kim: Gang xám có tính chảy lỗng cao Tạp chất: làm tăng độ sệt thuỷ lực Ảnh hưởng khn, thành phần hố học hình thức rót kim loại vào khn Dùng mẫu thử có rãnh xoắn ốc, mẫu thử rãnh Kim loại lỏng rót vào cốc rót chảy theo rãnh mẫu thử Độ chảy loãng hợp kim đúc xác định chiều dài kim loại điền đầy mẫu thử Chiều dài lớn độ chảy lỗng lớn - Tính thiên tích: Là khơng đồng thành phần hoá học phần vật đúc Có loại thiên tích: Thiên tích vùng: Là khơng đồng thành phần hố học vùng vật đúc Nguyên nhân tỷ trọng nguyên tố hợp kim khác phần phần vật đúc có chênh lệch áp suất Thiên tích nội hạt kim loại: nguyên nhân sau: Sự kết tinh nguyên tố hợp kim không lúc; Ngay hạt kim loại lẫn xĩ tạp chất; Do thẩm thấu phần tử hợp kim khơng triệt để - Tính co: Tính co tượng giảm thể tích chiều dài hợp kim T0 giảm xuống Có loại: Lõm co: Là lổ rỗng hình nón hình thành bề mặt vật đúc Nguyên nhân lớp ngồi đơng đặc trước lớp khí, nước kim loại ngồi Rổ co: Là lổ rỗng nhỏ nằm bên vật đúc, nằm dọc trục thỏi đúc nằm lõm co - Tính hồ tan khí: Tính hòa tan khí hồ tan khí: O2, H2, N2, CO, CO2, CH4 vào kim loại lỏng gây nên rỗ khí Hình Các mẫu thử xác định độ chảy loãng kim loại (Bên trái: Mẫu thử xoắn ốc, Bên phải: Mẫu thử rãnh) 2.2 Tính chất kim loại Kẽm Kẽm nguyên tố kim loại chuyển tiếp, ký hiệu Zn có số nguyên tử 30 Nó nguyên tố nhóm 12 bảng tuần hoàn nguyên tố Kẽm, số phương diện, có tính chất hóa học giống với magiê, ion chúng có bán kính giống có số ơxy hố điều kiện bình thường +2 Kẽm nguyên tố phổ biến thứ 24 lớp vỏ Trái Đất có đồng vị bền Quặng kẽm phổ biến quặng sphalerit, loại kẽm sulfua Những mỏ khai thác lớn nằm Úc, Canada Hoa Kỳ Công nghệ sản xuất kẽm bao gồm tuyển quặng, thiêu kết, cuối chiết tách dòng điện Tính chất vật lý: Màu sắc: Ánh kim bạc xám Trạng thái vật chất: Chất rắn Nhiệt độ nóng chảy: 692,68 K (419,53 °C, 787,15 °F) Nhiệt độ sôi: 1.180 K (907 °C, 1.665 °F) Mật độ: 7,14 g/cm3 (ở 0°C, 101.325 kPa) Mật độ thể lỏng: nhiệt độ nóng chảy: 6,57 g/cm3 Nhiệt lượng nóng chảy: 7,32 kJ/mol Nhiệt bay hơi: 123,6 kJ/mol Nhiệt dung: 25,470 J/mol.K TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 3.1 Vật liệu thí nghiệm - Tiến hành thí nghiệm vật liệu Kẽm - Cắt mẫu phơi kẽm thích hợp cốc nấu 3.2 Thiết bị phục vụ thí nghiệm - Cốc nấu - Lò nấu điện trở - Kẹp phôi, kẹp cốc - Găng tay - Súng đo nhiệt độ - Mẫu thử - Thiết bị hỗ trợ rót kim loại - Khn kim loại - Máy cắt mẫu - Thước đo chiều dài mẫu thử 3.3 Thực thí nghiệm - Bước 1: Bật lò nấu nhiệt độ 4500C - Bước 2: Cắt mẫu phôi kẽm theo kích thước phù hợp cốc nấu - Bước 3: Cho mẫu vào cốc nấu nấu mẫu phôi kẽm nhiệt độ 4500C đến phôi kẽm chảy hồn tồn - Bước 4: Làm vệ sinh khn mẫu thử, ráp khn mẫu thử, kiểm tra độ kín khít, cố định vị trí rót, … - Bước 5: Tiến hành rót kẽm nhiệt độ 4500C vào khn mẫu thử, lượng kim loại lỏng dư rót vào khuôn tạo phôi Lưu ý, không để kẽm lỏng cốc nấu - Bước 6: Tháo khuôn mẫu thử, lấu mẫu thử tiến hành đo thông số để xác định độ chảy loãng kẽm nhiệt độ 4500C - Bước 7: Nâng nhiệt độ lò lên 5000C tiến hành giống bước trước - Bước 8: Nâng nhiệt độ lò lên 5500C tiến hành giống bước trước - Bước 9: Nâng nhiệt độ lò lên 6000C tiến hành giống bước trước Bảng 1: Số liệu đo rãnh Rãnh thứ Chiều dày hi (mm) 2,1 5,2 6,3 9,12 7,26 3,16 3,12 Chiều rộng bi (mm) 19,20 18,24 17,90 17,88 17,66 18,50 19,10 Bảng 2: Nhiệt độ rót số liệu chiều dài vật đúc đo (mm) Chiều dài rãnh thứ Li L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 450 0,2 1,98 4,2 85 6,08 1,12 0,3 500 0,28 5,8 17,3 196 47,3 2,0 0,6 550 0,58 4,52 21,08 257 47,9 2,16 0,9 600 5,5 16,5 286 82,5 69,5 3,5 Nhiệt độ rót (oC) Bảng 3: Nhiệt độ khn trứng nhiệt độ rót kim loại lỏng 600oC Thời gian (s) Nhiệt độ (oC) 30,5 45 157,1 55 159,6 59 160,2 61 159,7 63 159,5 65 159,4 67 159,2 71 158,6 82 158,2 87 157,5 89 156,4 96 156,1 101 155,9 HÌNH ẢNH VẬT ĐÚC Hình 4.1: Vật đúc nhiệt độ 450oC Hình 4.2: Vật đúc nhiệt độ 500oC Hình 4.3: Vật đúc nhiệt độ 550oC Hình 4.4: Vật đúc nhiệt độ 600oC NHẬN XÉT VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU: 5.1 Phân tích giải thích kết từ bảng bảng 2: a) Xử lý số liệu: Chiều rộng trung bình rãnh là: 19,2 18,24 17,90 17,88 17,66 18,50 19,10 btb 18,35mm Kết hợp số liệu từ bảng bảng ta tính thể tích vật đúc theo cơng thức Vi btb Li hi mm3 số liệu tính bảng Bảng 5.1: Thể tích vật đúc Vi(mm3) 450 7,71 188,93 500 Nhiệt độ rót (oC) 64,94 17,18 10,79 553,436 1999,97 32800,99 6301,35 115,97 34,35 550 22,35 431,30 2436,95 43009,46 6381,29 125,25 51,53 600 38,54 524,81 1907,48 47862,67 10990,73 4030,03 200,38 b) Nhận xét: 485,541 14224,92 809,98 Hình 5.1: Biểu đồ ảnh hưởng nhiệt dộ rót đến thể tích mẫu Hình 5.2: Biểu đồ mối quan hệ nhiệt độ rót với chiều dài mẫu Dựa vào đồ thị mối quan hệ nhiệt độ rót với quảng đường mà kim loại lỏng di chuyển (chính chiều dài vật đúc) ta thấy nhiệt độ tăng từ 450oC đến 600oC chiều dài vật đúc đo nhìn chung tăng dần, đặc biệt nhiệt độ tăng dần đến 600oC dòng kim loại lỏng dễ dàng điền đầy rãnh có độ dày nhỏ Tuy nhiên, có vài kết chưa phù hợp chẳng hạn rãnh thứ thứ nhiệt độ tăng dần đến 600oC rãnh thứ chiều dài bị giảm từ 5,8mm (500oC) xuống 4,52mm (550oC) sau lại tăng lên 5,5mm (600oC), rãnh thứ chiều dài bị giảm từ 21,08mm (550 oC) xuống 16,5mm (600oC) lý q trình tiến hành thí nghiệm kim loại lỏng rót khơng liên tục làm ảnh hưởng đến chiều dài kim loại điền đầy mẫu thử Điều có nghĩa nhiệt độ tăng từ 450oC đến 600oC dựa vào biểu đồ ảnh hưởng nhiệt độ rót đến thể tích mà kim loại lỏng chiếm chỗ ta thấy thể tích mẫu chiều dày khác tăng dần Từ đó, kết luận rằng: + Nhiệt độ rót kim loại lỏng có ảnh hưởng đến độ chảy loãng kim loại đúc Để tiến hành đúc kim loại phải gia nhiệt đến nhiệt độ cao nhiệt độ nóng chảy Tính chảy lỗng kim loại lỏng cho ta biết khả điền đầy khuôn đúc kim loại lỏng Nó định quảng đường kim loại lỏng di chuyển khn đúc trước đơng đặc Nhiệt độ rót kim loại lỏng cao tính chảy lỗng cao, kim loại lỏng dễ dàng di chuyển hệ thống rót, dễ điền đầy khuôn đúc ngược lại + Tuy nhiên nhiệt độ rót cao kéo theo mát kim loại Ơxy hóa mạnh khả thâm nhập khí cao ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc tính vật đúc, tiêu tốn lượng nhiều 5.2 Phân tích giải thích kết từ bảng 3: a) Xử lý số liệu: Thông số biết trước: Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách khn thời gian 1s là: q 30 W m2 Chiều dày khuôn là: 20,3mm 0,0203m Dựa vào số liệu bảng ta có: + Nhiệt độ bề mặt bên ngồi khn lớn là: t1 160,2o C 433,2 K + Nhiệt độ bề mặt ngồi khn nhỏ là: t2 30,5o C 303,5K Xem trình trình dẫn nhiệt qua vách phẳng, ta tính hệ số dẫn nhiệt khuôn nhôm sau: q t1 t2 q 30.0,0203 0,0047 (W/mK) t1 t2 433,2 303,5 Hình 5.3: Biểu đồ thay đổi nhiệt độ khuôn trứng theo thời gian b) Nhận xét: Hệ số dẫn nhiệt khuôn nhôm: 0,0047W mK nhỏ điều có nghĩa hệ số dẫn nhiệt khn mà nhỏ tổn thất nhiệt qua vách khn làm kim loại lỏng chậm đơng đặc, tính chảy lỗng kim loại đúc tăng, kim loại lỏng dễ điền đầy tốt khuôn đúc Từ ta kết luận rằng: + Hệ số dẫn nhiệt khn có ảnh hưởng đến tính chảy loãng kim loại đúc Nếu vật liệu làm khn có hệ số dẫn nhiệt tốt làm giảm nhanh nhiệt độ dòng kim loại lỏng nên kim loại lỏng đơng đặc nhanh, làm giảm tính chảy lỗng Ngược lại kim loại làm khn có tính dẫn nhiệt kém, kim loại lỏng chậm đơng đặc, tính chảy loãng tăng ...BÀI 1: XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ RÓT ĐỐI VỚI ĐỘ CHẢY LOÃNG CỦA KIM LOẠI ĐÚC (KẼM – Zn) MỤC ĐÍCH: - Biết tính đúc kim loại gì, yếu tố ảnh hưởng đến tính đúc kim loại; - Biết tính chất kim loại. .. 65 15 9,4 67 15 9,2 71 158,6 82 15 8,2 87 15 7,5 89 15 6,4 96 15 6 ,1 1 01 155,9 HÌNH ẢNH VẬT ĐÚC Hình 4 .1: Vật đúc nhiệt độ 450oC Hình 4.2: Vật đúc nhiệt độ 500oC Hình 4.3: Vật đúc nhiệt độ 550oC Hình... 5,5 16 ,5 286 82,5 69,5 3,5 Nhiệt độ rót (oC) Bảng 3: Nhiệt độ khn trứng nhiệt độ rót kim loại lỏng 600oC Thời gian (s) Nhiệt độ (oC) 30,5 45 15 7 ,1 55 15 9,6 59 16 0,2 61 159,7 63 15 9,5 65 15 9,4