Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ rót và ma sát thành khuôn kim loại áo cát đối với độ chảy loãng của hợp kim nhôm đúc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ RĨT VÀ MA SÁT THÀNH KHN KIM LOẠI ÁO CÁT ĐỐI VỚI ĐỘ CHẢY LOẢNG CỦA HỢP KIM NHÔM ĐÚC MÃ SỐ: T2014 – 100 SKC005480 Tp Hồ Chí Minh, 12/2014 B GIÁOD CVÀ TR NG IH CS THÀNH PH ÀOT O PH MK THU T H CHÍ MINH BÁOCÁOT NGK T TÀ I KH&CN C P TR NGHIÊNC U NHH NGC ANHI T MA SÁT THÀNH KHN KIM LO V I NG RĨ TVÀ I Á O CÁ T CH YLO?NGC AH PKIMNHÔ M ÚC M? s : T2014-100 Ch nhi m tài: GV.ThS Nguy n Thanh Tân TP HCM, Thá ng 12 n m 2014 I TR NG IH CS THÀNH PH PH MK THU T H CHÍ MINH NV C KHÍCH T OMÁY BÁOCÁOT NGK T TÀ I KH&CN C P TR NGHIÊNC U NHH NGC ANHI T MA SÁT THÀNH KHUÔN KIM LO V I NG RÓ TVÀ I Á O CÁ T CH YLO?NGC AH PKIMNHÔ M ÚC M? s : T2014-100 Ch nhi m Thành viên tài: GV.ThS Nguy n Thanh Tân tài: TP HCM, Thá ng 12 n m 2014 I DANH SÁCH NH NG NG I THAM GIA H tên STT TÀ I Nhi m v n v ng tác c giao NV PH IH PCHÍNH STT Tên n v n c N i dung ph i h p Trang M CL C Trang M C L C DANH M C B NG BI U DANH M C CÁ C CH VI T T T CH NG M U 1.1 T ng quan t?nh h?nh nghiên c u thu c l nh v c tài ngồi n c .8 1.2 Tính c p thi t 12 1.3 M c tiêu 12 1.4 Cách ti p c n 12 1.5 Ph ng pháp nghiên c u 12 1.6 i t ng nghiên c u 12 1.7 Ph m vi nghiên c u 12 1.8 N i dung nghiên c u 13 CH NG C S L? THUY T 14 2.1 T ng quan v cô ng ngh ú c 14 2.3 Công ngh ú c khuôn cát 23 2.4 Khuy t t t ú c th ng g p 25 CH NG PH NG PHÁ P TH C NGHI M 29 CH NG K T LU N VÀ NGH 43 4.1 K t lu n 43 4.2 ngh 43 PH L C 44 Ph l c 2: K? hi u ng d ng c a h p kim nhô m 45 TÀI LI U THAM KH O 47 Trang DANHM CB NGBI U B ng B B ng 2.1 Thà nh ph n ch t bi n tính cho h p kim nhơ m tính theo % kh i l ng m n u ng 3.1 Thà nh ph n hó a h c h p kim nhô m ADC12 theo tiêu chu n Nh t, JIS H5302 DANHM CCÁCCH Trang VI TT T THÔNG TIN K T QU NGHIÊ N C U Thông tin chung: - Tên tài: Nghiên c u nh h ng c a nhi t ró t ma sát thành khuô n kim lo i áo cát i v i ch y lo?ng c a h p kim nhô m ú c - M? s : T2014 100 - Ch nhi m: GV.ThS Nguy n Thanh Tân - C quan ch tr?: Tr ng i h c S ph m K thu t Tp HCM - Th i gian th c hi n: 01/2014 12/2014 M c tiêu: Xác nh nh h ng c a nhi t ró t ma sát thành kh n kim lo i áo cát i v i ch y lo?ng c a h p kim nhô m ú c N i dung chính: Nghiên c u t ng quát - L? thuy t v nhô m h p kim nhô m ú c - L? thuy t v ch y lo?ng tr?nh ú c L p ph ng án thí nghi m nh h ng c a nhi t ró t i v i ch y lo?ng c a h p kim nhô m silic nh h - ng ma sát thành khuô n kim lo i áo cát iv i ch y lo?ng c a h p kim nhơ m silic Thí nghi m T ng k t ánh giá k t qu K t qu nghiên c u: - Xác nh nh h ng c a nhi t ró t ma sát thành khuô n kim lo i áo cát i v i ch y lo?ng c a h p kim nhô m silic S n ph m: K t qu thí nghi m t p thuy t minh Hi u qu , ph ng th c chuy n giao k t qu nghiên c u kh n ng áp d ng: Chuy n giao k t qu nghiên c u n B mô n CNKL Khoa CKM HSPKT TpHCM Ngày 10 tháng 11 n m 2014 ng nv Ch nhi m tài Tr (k?, h tên, (k?, h ó ng d u) Trang tên) SUMMARY General information: Project Title: Effected of pouring temperture and friction in sand mould to fludity of aluminium casting alloy Code number: T2014 100 Coordinator: Tan Nguyen Thanh Implementing Institution: University of Technical Education HCMC Cooperating Institution (s): Duration: from 01/2014 to 12/2014 Objective(s): To introduce the concept of fluidity of molten metal and its influence on the production of castings The student will understand the relevance of fluidity, the means by which this is measured and the effect of alloy type Main Contents: - Research overview - Basic understanding of foundry processes - Knowledge of phase diagrams - Basic physics and mathematics - Experiment Results obtained: - Spiral test sample - Effected of temperture and friction in mould to fludity of aluminium casting alloy Products: - Spiral test sample - Documents Effect, transfer results, and possible aplications: - Result research can aid designer and worker on work - Transfer directly the experimental results to Metal Technology Department, UTE Trang CH NG1.M U 1.1 T ng quan t?nh h?nh nghiên c u thu c l nh v c tài ngồi n c Cơ ng ngh ú c m t nh ng ngành ch t o phô i quan tr ng khô ng th thi u c n n cô ng nghi p ch t o Theo [1] ? ch cô ng ngh ú c kim lo i màu có th dù ng c nhi u ph ng pháp khác , ch y lo?ng y u t quy t nh t i tính ú c c a h p kim Theo [6] ? ch ph ng pháp m i o ch?y lo?ng b ng ph ng pháp chân không H?nh 1.1: Ph ng phá p o ch y lo?ng b ng châ n khô ng Trang H?nh 1.2: nh h ng c a nhi t n ch y lo?ng c a h p kim A356 d i cá c i u ki n c [6] H?nh 1.3: nh h H?nh 1.4: nh h ng c a nhi t n ch y lo?ng h p kim A356 [6] ng c a nh ph n Si n h p kim A356.2 nhi t 700 C [6] Trang n ch y lo?ng p nh n ch?m khu y ÷ 10 phút cho nhơm tác d ng v i mu i Ph n ng t o Na hoà tan vào kim lo i theo ph ng tr?nh: 3NaF + Al AlF3 + 3Na V? nhi t th p mu i ph n ng ch m nên bi n tính ?i h i ph i dù ng l ng mu i t ng i nhi u Tùy theo chi u dày c a v t úc có th ch n nhi t kim lo i l ng thích h p bi n tính t ng ng v i h n h p mu i ? ch n 3.2.5 K thu t n u luy n H p kim nhô m n u xong ph i m b o c ba yêu c u sau: - Khơng c?n khí hồ tan - Khơng có xyt nhôm - ú ng thành ph n ? nh dù ng ch Ch n l? li u thích h p + S y k n i l? nung li u tr c cho vào l? + T o mơ i tr ng khí xy hố y u, có che ph h n ch di n tích m t thống c a kim lo i l ng, tránh khí thâm nh p + Rút ng n th i gian n u + Tránh nâng nhi t kim lo i l ng lên cao, gi lâu nhi t cao (hồ tan nhi u khí, làm h t thơ) + Có ti n hành kh khí tinh luy n kim lo i l ng tr c rót + H n ch khu y ng kim lo i l ng n u + Tránh rót i rót l i vào n i chuy n nhi u l n + Có bi n pháp thao tác công ngh h p l? 3.4 Thi t b n u luy n thu h i h p kim nhôm + Ph li u ch th i h p kim nguyên sinh Tuy nhiên, nhô m, h p v i công ngh quy mô s n xu t, ki n n ng l L? luy n có th ra: l? nhiên li u, l? x , l? n i; theo ph ng pháp ró t kim lo i l 3.4.1 L? ph r ng r?i l? ph n x Lo i l? v n hành, t xúc v i nhôm l ng nên kim lo i d nhôm l ng cao H?nh 3.4 tr?nh bày s b ng nhi t c Trang 35 L? ph n x : Trong cô ng ngh kim lo i v?m l?, nhi t b c x t v?m l?, t ng l? L? n i: l? n i So v cao, có th chuy n v n ut r t th p mtg ng kim lo i l? n i nh dung che ph Kim lo i n i khô ng ti p xúc tr gi m c hao cháy l n i c ng có nhi u nh hao nhiên li u l nhôm l n nhi u s t, không th li u úc d ng c Ph n quan tr ng c a l? n i n i n u n i grafit ho c n i gang khô ng làm nhô m b N i gang b n, r m?n gây nhi m b n nhơ m (có t có th dùn g h n h khơng tác d ng hóa h Trang 36 H?nh 3.3 S l? n i 2.4.2 L? i n G n ây l? i n c s d ng ngày r ng r?i n u luy n tái sinh nhô m Tù y theo cách bi n i i n n ng thành nhi t n ng, ng i ta chia l? i n thành nhó m: l? h quang, l? i n tr l? c m ng Trong l? h quang, nhi t kim lo i b L? i n tr i n tr ki u ph n x Thanh nung có th l Trong tr?nh tái sinh nhôm ph i dùng nhi u tr có th tác i n tr L? c m ng có th mà xét, l? c m ng có nhi u u i m: Quá tr?nh nung kim lo i th c hi n t kim lo i, cho phép n u luy n nhi t t ng i th p, không s nhi t + Khơng có khí l?, d ng khơng gian làm vi c c a l? thu n ti n cho vi c b o v nhô m, b ô xy hóa + T c n u nhanh nên l? c m ng có th n u c gi y nhôm, m t c a mà không s cháy hao nhi u (nh l? nhiên li u) + L ng tiêu hao tr dung r t nh , tr dung b bay h i + L ng khí h?a tan nh , ch t l ng kim lo i m b o h n + + D i tác d ng c a l c i n + Nhi t l? d ng, kim lo i chuy n i u ch nh, d t o mô i tr ng b o v ng, khu y tr n (chân khơng, khí tr ) N u luy n nhô m b ng l? c m ng gi i quy t cc b nv n v sinh lao ng, ch ng ô nhi m mô i tr ng, nâng c ch tiêu kinh t - k Trang 37 t, t ng c ch t l ng nhô m tái sinh, c i thi n i u ki n làm vi c cho công nhân luy n kim, d dàng ti n t i c khí hóa t ng hóa tr?nh n u luy n Nh c i m c b n c a l? c m ng có kênh là: nhơ m xyt l ng ng kênh có th b t c, nh t n u luy n ph li u l n nhi u t p ch t kim lo i b xáo ng, nhôm ô xyt tr n l n nhôm l ng, d bám ch t vào t ng thu JIS HS202 (1986) AC1A Cu 4.0-5.0 AC1B 4.0-5.0 AC2A 3.0-4.5 AC2B 2.0-4.0 AC3A 0.25Max AC4A 0.25Max AC4B 2.0-4.0 AC4C 0.25Max AC4CH 0.20Max AC4D 1.0-1.5 AC5A 3.5-4.5 AC7A 0.10 Max AC7B 0.10 Max AC8A 0.8-1.3 AC8B 2.0-4.0 AC8C 2.0-4.0 AC9A 0.50-1.5 AC9B 0.50-1.5 JIS H2212 (1990) ADC1 ADC3 ADC5 ADC6 ADC10 ADC10Z ADC12 ADC12Z ADC14 Cu U.K LM2 0.70-2.5 0.30 Max 9.00-11-50 1.00 Max 0.50 Max 0.50 Max 2.00 Max 0.30 Max 0.20 Max 0.20 Max LM4 Al 2.00-4.00 0.15 Max 4.00-6.00 0.80 Max 0.20-0.60 0.30 Max 0.50 Max 0.10 Max 0.10 Max 0.20 Max LM5 0.10 Max BAL 3.00-6.00 0.30 Max 0.60 Max 0.30-0.70 0.10 Max 0.10 Max 0.05 Max 0.05 Max 0.20 Max BAL BAL Trang 38 LM12 9.00-11.00 LM13 0.70-1.50 LM16 1.00-1.50 LM18 0.10 Max LM20 0.40 Max LM21 3.00-5.00 LM22 2.80-3.80 LM24 3.00-4.00 LM25 0.10 Max LM26 2.00-4.00 LM27 1.50-2.50 LM28 1.30-1.80 LM29 LM30 0.80-1.30 4.0-5.0 Cu U.S.A A360 Thay 0.60 Max A380.0 A380.1 3.00-4.00 3.00-4.00 A383 2.00-3.00 i nhi t H?nh 3.4: M u o xo n c H?nh 3.5: Là m khuô n d Trang 39 i H?nh 3.6: Khuôn sau chu n hó a h th ng ró t H?nh 3.7: H p kim nhơ m DAC12 H?nh 3.8: L? gi ng H?nh 3.10: M u ró t H?nh 3.9: M u rót nhi t 700 C Trang 40 nhi t H?nh 3.11: M u ró t 680 C nhi t 720 C H?nh 3.12: M u ró t H?nh: M u ró t nhi t H?nh 3.14: M u ró t nhi t 750 C 780 C nhi t H?nh 3.13: M u ró t H?nh: M u ró t 800 C Trang 41 nhi t nhi t 760 C 790 C H?nh 3.15: M u ró t nhi t 820 C H?nh 3.16: M u b t t H?nh 3.17: H th ng ró t Trang 42 CH NG4.K TLU NVÀ NGH 4.1 K t lu n Nhi t ró t cao th? ch y lo?ng c a h p kim ADC 12 cao B m t khuô n dù ng cát h t bé th? ch y lo?ng c a h p kim ADC12 cao h n cát h t thô Nhi t ró t c a kim lo i ph thu c vào r t nhi u y u t : - Nhi t ró t - Lo i kh n + Thành ph n khuô n + m khuô n + H s truy n nhi t c a khuô n + d m ch t khuôn + H s nhám b m t khuô n - Thành ph n kim lo i Các y ut V? v y (chu n hó a) y u t ngh ch t o thi t b th ng ró t k t qu Bên c nh dù ng b m chân khô ng ho c ph h n 4.2 ngh Vi c th có th i gian dài c n nhi u kinh phí xây d ng ph?ng thí nghi m nghiên c u t có thi t b ph c v thí nghi m giú p ng i c k t qu m t cách xác Ngồi vi c cung c p thơ ng tin v l nh v c nghiên c u thô ng qua t p chí website khoa h c r t c n thi t v i m t tr ng Trang 43 i h c l n nh tr ng ta PH L C Ph l c 1: K? hi u STT c tính c a h p kim nhô m [Ngu n : viccons.com] THÀNH PH N VÀ LO IH PKIM - C TÍNH Có h n 99% nhơ m tinh t c s d ng nhi u l nh v c - c bi t l nh v c hố h c i n - Có tính ch ng mài m?n, ch u c nhi t có tính d n i n cao - Có tính c h c th p d - S c b n t ng - Ch t tr n chính: s t, silicon - Thành ph n h p kim chính: - nh h?nh c kéo d?n ?i h i ph i x l? nhi t ng t Có th t ng tu i th s n ph m c c tính cao nh t t ng tính c h c v? c ng ? b m t kéo d?n b n cao - Khơ ng có tính ch ng mài m?n cao nh h u h t h p kim nhô m - H p kim 2024 c nhi u ng i bi t n c dùng ngành hàng không - Thành ph n h p kim chính: Manganese - Th b n t th p - ng khô ng th x l? nhi t n trung b?nh Ch ng mài m?n cao, khó c t d nh h?nh 3003 c dù ng r ng r?i cho s n ph m có bn trung b?nh ?i h i tính nh h?nh cao - Thành ph n h p kim chính: Silicon - Thêm m t l ng Silicon v a giú p làm gi m k i m ng ch y mà khô ng làm h p kim gi?n - Th ng c dù ng Trang 44 hàn dây kim lo i n u h p kim ng thau th? nhi t ng ch y th p h n kim lo ig c - Th ng khô ng th x l? nhi t - Không phù h p cho s n ph m nh h?nh - Có màu xám mn u c x l? anodic oxide, v? v y phù h p cho ki n trú c - Thành ph n h p kim chính: Magnesium - H p kim khơ ng th x l? nhi t có - D hàn, ch ng mài m?n cao l nh v c hàng h i - Thành ph n h p kimchính: Silicon Magnesium - H p kim nh h?nh ph bi n nh t - Có th x l? nhi t, có tính nh h?nh - Tính t o h?nh cao, ch ng mài m?n, d c t, d hàn - Thành ph n h p kim chính: K m - Khi thêm m t l kim có 7xxx n trung b?nh 5xxx 6xxx b n t th p - Th b n cao ng nh magnesium s t o thành h p x l? nhi t có ng thêm vào m t l 7075 h p kim có b n r t cao ng nh ng chromium b n cao nh t dù ng làm khung máy bay b ph n ch u áp l c cao Ph l c 2: K? hi u ng d ng c a h p kim nhô m H p ki m A A 1 0 A 5 A N hi H 12 ,H 14 ,H 18 H32 ,H3 H11 1,H 116, H32 d y (mm) R ng & Dài (mm) 0.18~12 1000x2000/Cu n 1200x2400/Cu n 1.0~16.0 1200x2400/Cu n 1500x3000/cu n 1500x6000/cu n ng d Các ng d ng an t n g p h T h p h A6061 T A7075 T Nhô m màuH 11001 , A10 H 50 N h ô m a n o d i z e A , A , A s L c a máy làm thu c, v.v.v Các l nh v c yêu c u v t li u có kh n n g ch ul c cao , b c p h u n t h n Trang 45 h máy bay Trang trí Ngành ng nghi p chi u sáng Cây nhôm & Thanh nhôm A1070,A1085,A1090 ng nhô m A6060,A6061 T6,T651 Dia.6~200 2440/4880/6000 T6,T651 WT2~20x OD 12~200 4880/6000 inh vít Thi t b ô tô v.v ng ch , s n ph m thi t b i n dân d ng, cơng c cho th thao, gi i trí, v.v Trang 46 U THAM KH O TÀI LI Hoàng Tr ng Bá Giáo tr?nh ú c kim lo i mà u Giáo tr?nh công ngh ú c, Tr ng i h c Bách Khoa N ng, 2006 The Fluidity of Molten Metals, John Campbell and Richard A Harding, The University of Birmingham Jong-KyuBaekandHae-WookKwon, E ect of Squeeze Cast Process Parameters on Fluidity, School of Materials Science and Engineering,Yeungnam University Makhlouf M Makhlouf Diran Apelian, casting characteristics of aluminum die casting alloys, 2002 Brian Albert Dewhirst, Castability Control in Metal Casting via Fluidity Measures: Application of Error, 2008 Marisa Di Sabatino, fluidity of aluminium foundry alloys, September 2005 Tr n T Trác, Nghiên c u cô ng ngh t n thu h p kim nhô m ADC12 t m t, ba via nhôm tr?nh ú c p l c cao, 2010 Kiavash Siavashi, The Effect of Casting Parameters on the Fluidity and Porosity of Aluminium Alloys in the Lost Foam Casting Process, Doctor of Philosophy, 2011 10 John Campbell and Richard A Harding, The Fluidity of Molten Metals, The University of Birmingham, IRC in Materials, 11 Ph m Mai Khánh, ô ng nh h ng c a i u ki n ngu i khuô n cá t t i tr?nh c c a v t ú c, Lu n án ti n s k thu t, 12 Tài li u t Internet Trang 47 i h c Bách Khoa Hà N i, 2010 ... Max 0.50 Max 0.50 Max 2.00 Max 0.30 Max 0.20 Max 0.20 Max LM4 Al 2.00-4.00 0.15 Max 4.00-6.00 0.80 Max 0.20-0.60 0.30 Max 0.50 Max 0.10 Max 0.10 Max 0.20 Max LM5 0.10 Max BAL 3.00-6.00 0.30 Max... ng pháp ú c h p kim nhô m theo [8] H p kim nhôm m t s r t kim lo i có th úc c b ng nhi u ph ng pháp nh ú c áp l c, ú c khuôn kim lo i, úc khuôn cát (khuôn cát khô khuôn cát t i), khuôn th ch cao,...B GIÁOD CVÀ TR NG IH CS THÀNH PH ÀOT O PH MK THU T H CHÍ MINH BÁOCÁOT NGK T TÀ I KH&CN C P TR NGHIÊNC U NHH NGC ANHI T MA SÁT THÀNH KHUÔN KIM LO V I NG RÓ TVÀ I Á O CÁ T CH YLO?NGC AH PKIMNHÔ