Cấu trúc tinh thể: Rót kim loại vào khuôn, lớp kim loại lỏng tiếp xúc trực tiếp với thành khuôn được làm nguội rất nhanh, kim loại chịu một độ quá nguội lớn, đồng thời bề mặt nhám của thành khuôn tạo nên những tâm mầm kết tinh có sẵn nên tốc độ kết tinh rất lớn, tạo ra lớp tinh thể nhỏ mịn, đẳng trục, vô hướng.
Tiếp theo, nhiệt độ thành khuôn tăng lên, đồng thời sự truyền nhiệt từ lớp trong ra ngoài đi qua lớp tinh thể mới kết tinh nhiệt độ còn rất cao, tốc độ truyền nhiệt giảm xuống, kim loại chịu một độ quá nhiệt không lớn như ban đầu nên tinh thể hình thành chậm hơn và phát triển theo hướng vuông góc với thành khuôn, tạo thành vùng tinh thể hình trụ (hay còn gọi là tinh thể nhánh cây).
Khi toàn bộ kim loại lỏng chưa kết tinh phía trong đạt đến độ quá nguội cần thiết và kết tinh đồng thời, hình thành nên vùng tinh thể đẳng trục vô hướng thô đại (kích thước tinh thể lớn hơn nhiều so với kích thước tinh thểở lớp ngoài cùng).
Ngoài ra, do truyền nhiệt qua đáy khuôn (đĩa đúc), ở đáy thỏi hình thành một vùng tinh thể nhỏ mịn hình chóp, còn ở vùng mũ nhiệt do tốc độ nguội chậm, kim loại
Hình 8.8 Cấu trúc thỏi thép lắng
a) Sơđồ cấu trúc b) Giai đoạn kết tinh lớp ngoài c) Giai đoạn kết tinh nhánh cây
1) Lớp tinh thể nhỏ mịn 2) Lớp tinh thể hình trụ 3) Vùng tinh thểđẳng trục 4) Vùng tinh thểởđáy 5) Lỗ co 6) Vùng tinh thể thô đại
1 2 3 4 5 6 a) b) c)
kết tinh sau cùng, một phần kim loại bù co cho phần thể tích kết tinh trước tạo thành lỗ
co, phần còn lại kết tinh tạo thành vùng tinh thể xốp bao quanh lỗ co.
Thiên tích: trong thỏi thép đúc thường thấy rõ nhất là thiên tích của S, P và C. Lớp tinh thể nhỏ mịn ngoài cùng do kết tinh nhanh nên đồng đều và có thể coi là vùng không có thiên tích. Vùng tinh thể hình trụ, do kết tinh có chọn lọc và tốc độ khuếch tán hạn chế, ở tâm hạt tinh thể giàu nguyên khó chảy, ở biên giới hạt giàu nguyên dễ
chảy, tạo thành thiên tích nhánh cây (thiên tích vi mô). Thiên tích vùng trong vật đúc thép, thường thấy rõ nhất là sự thiên tích của S, P. Khi nồng độ của các tạp chất nhiều hơn mức trung bình thì sự thiên tích đó được gọi là thiên tích dương, ngược lại gọi là thiên tích âm. Trong quá trình kết tinh các tạp chất như S, P vừa bị đẩy dần từ ngoài vào trong, vừa nổi dần lên trên tạo nên thiên tích hình chữ V ngược, ở vùng phía trên tâm thỏi do sự dịch chuyển của kim loại bù co hình thành nên thiên tích hình chũ V thuận. Dạnh thiên tích hình chữ V ngược và chữ V thuận là thiên tích vùng dương. Ở
phía dưới vùng tâm thỏi hình thành một vùng thiên tích âm, ởđó hàm lượng S, P thấp hơn mức trung bình.
Như vậy, thỏi thép lắng thiên tích nhiều nhất là ở vùng giữa và vùng phía trên. Nếu thỏi càng lớn thì thời gian kết tinh càng lâu, tạp chất ở vùng giữa và vùng phía trên càng lớn. Mức độ thiên tích vùng phụ thuộc kích thước thỏi, tỉ lệ giữa bề rộng thỏi trên chiều cao càng lớn thì thiên tích vùng càng lớn.
Hình 8.9 Thiên tích trong thỏi thép lắng 1) Thiên tích chữ V ngược 2) Thiên tích
chữ V thuận 3) Thiên tích âm 1
2
Co ngót:do quá trình kết tinh xẩy ra tuần tự từ ngoài vào trong nên khi lớp vỏ
rắn hình thành, thể tích kim loại lỏng phía trong tiếp tục nguội và kết tinh, thể tích co lại, kim loại lỏng phía trên chảy xuống bù co, làm mực kim loại còn lại hạ xuống tạo thành khoảng trống, tiếp tục như vậy dần dần hình thành lổ co có tiết diện hình phểu.
Khi quá trình kết tinh đạt đến gần tâm nhiệt, phần kim loại lỏng ở tâm còn lại ít và độ chảy loảng thấp không thể chảy xuống để bù co để lại những lổ co kích thước bé nằm dọc tâm nhiệt gọi là xốp đường tâm.
Thể tích và hình dạng lổ co ảnh hưởng lớn đến suất thu hồi kim loại, nếu cùng một thể tích mà chiều cao lổ co càng lớn thì suất thu hồi kim loại càng thấp
b) Cấu trúc thỏi thép sôi
Cấu trúc tinh thể:Cấu trúc tinh thể của thổi thép sôi có ba vùng rõ rệt: lớp tinh thể nhỏ mịn mặt ngoài, vùng tinh thể hình trụ và vùng tinh thểđẳng trục, vô hướng thô
đại ở tâm. Do trong thép sôi có xẩy ra phản ứng oxy cacbon, khí CO thoát ra tạo nên sự xáo trộn mạnh kim loại lỏng nên tinh thể nhánh cây bị cuốn gãy, làm cho lớp tinh thể nhỏ mịn ở mặt ngoài dày hơn trong thỏi thép lắng.
Thiên tích: thiên tích trong thỏi thép sôi cũng gồm thiên tích nhánh cây và thiên tích vùng. Thiên tích vùng, do kết tinh từ ngoài vào trong và từ đáy lên, nên tạp chất vừa bịđẩy dồn vào trong, vừa bị đẩy lên trên nên ở phần đầu của thỏi tập trung nhiều tạp chất.
Bọt khí: lớp tinh thể nhỏ mịn ngoài cùng do kết tinh nhanh nên sít đặc và hầu như không có bọt khí. Sau khi hình thành lớp vỏ ngoài, các bọt khí tạo thành ở gần miệng khuôn (cách miệng khuôn khoảng dưới 1/3 chiều cao thỏi) có thể nổi lên và thoát ra ngoài, các bọt khí nằm phía dưới rất khó nổi lên nằm lại trong kim loại tạo thành những rỗ khí phân tán (rổ tổ ong). Do quá trình kết tinh từ ngoài vào và sau đó là từ dưới lên, đồng thời do các bọt khí nổi lên, nên sau khi kết tinh hoàn toàn ở phần đầu của thỏi tập trung một vùng rổ khí gọi là rổ xốp.
Do trong thỏi thép sôi hình thành các bọt khí bù vào thể tích co ngót nên trong thỏi thép sôi không tạo thành lổ co.
c) Cấu trúc thỏi thép nửa sôi
Quá trình kết tinh và cấu trúc tinh thể của thỏi thép nửa sôi tương tự thép sôi. Tuy nhiên, do hạn chế được sự khuấy trộn của CO nên chất lượng cao hơn thép sôi,
đồng thời có sự tạo bọt khí nên trong thỏi thép không có lổ co, suất thu hồi kim loại tương tự thép sôi.
8.3.3. Công nghệđúc khuôn a) Công nghệđúc thép lắng