Cỏc tớnh chất của hỗn hợp như khả năng dẫn nhiệt, khả năng tạo hỡnh, độ bền, dộ thụng khớ ... sẽ quyết định chất lượng vật đỳc. Chớnh vỡ thế phải lựa chọn hỗn hợp cú tớnh chất hợp lý, vừa để đỏp ứng chỉ tiờu kĩ thuật, đồng thời thỏa món về cung ứng vật tư và giỏ thành hỗn hợp.
Người ta phõn tớnh chất hỗn hợp thành ba nhúm sau:
a) Tớnh chất nhiệt lý:
Khi rút kim loại lỏng vào khuụn xảy ra quỏ trỡnh truyền nhiệt từ vật đỳc vào khuụn và truyền nhiệt trong khuụn. Dưới tỏc dụng của nhiệt độ cao, vật liệu trong hỗn hợp làm khuụn phản ứng với nhau hay với kim loại, sẽ tạo ra khớ hay hợp chất dẽ chảy trong khuụn đỳc.
Tốc độ nguội vật đỳc ảnh hưởng rất lớn đến chất lưọng vật đỳc. Nú được quyết định bởi sự trao đổi nhiệt giữa kim loại đỳc và khuụn qua 4 giai đoạn:
- KLL điền đày khuụn - KLL nguội
- Vật đỳc đụng đặc
- Vật đỳc đó đụng đặc tới nhiệt độ rỡ khuụn.
+ Nhiệt dung riờng(C): Là lượng nhiệt cần thiết để làm cho 1 đơn vị khối lượng vật chất núng lờn 10C, đặc trưng cho khả năng hấp phụ nhiệt của vật chất. Tuỳ thuộc vào bản chất của cỏc thành phần vật liệu trong hỗn hợp, vào nhiệt độ và độ ẩm của hỗn hợp, nhiệt dung được xỏc định theo cụng thức (1.8).
Chh = 1 1 n i i n i i C g = = ∑ ∑ . (Cal/gam.độ) (1.8)
Trong đú: Chh: Nhiệt dung của hỗn hợp .
Ci : Nhiệt dung của cấu tử i trong hỗn hợp . gi: Hàm lượng cấu tử i cú trong hỗn hợp .
Nhiệt dung của hỗn hợp phụ thuộc vào độ ẩm theo cụng thức (1.9). C0 = Cw .100 w 100 − + W 100. (1.9) Tong đú: W: Độ ẩm của hỗn hợp .
Cw=0 : Nhiệt dung của hỗn hợp khi độ ẩm =0. C0: Nhiệt dung của hỗn hợp ở độ ẩm w.
+ Độ dẫn nhiệt (λ): Là nhiệt lượng đi qua một đơn vị diện tớch trong một đơn vị thời gian khi cú độ chờnh lệch nhiệt độ trờn một đơn vị chiều dài. Độ dẫn nhiệt đặc trưng cho khẳ năng truyền nhiệt của hỗn hợp.
λ=λtn +λdl +λbức xạ. (1.10)
• λtn : Dẫn nhiệt truyền nhiệt: Khi tăng nhiệt độ, độ dẫn nhiệt bằng truyền nhiệt của cỏt lại giảm, cũn lại cỏc thành phần truyền nhiệt khỏc (truyền nhiệt bức xạ, truyền nhiệt đối lưu) trong hỗn hợp lại tăng. Cho nờn, ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ truyền nhiệt của hỗn hợp làm khuụn là rất khỏc nhau, nú phụ thuộc vào bản chất từng cấu tử trong hỗn hợp làm khuụn. Mặt khỏc, độ xốp của hỗn hợp càng lớn, thỡ độ dẫn nhiệt tăng chậm, khi nhiệt độ tăng. Khi ở nhiệt độ thấp độ dẫn nhiệt bằng truyền nhiệt lại nhỏ.
• λdl: Dẫn nhiệt đối lưu: Dẫn nhiệt đối lưu tự do gõy ra bởi sự khỏc nhau về
nhiệt độ, cũn dẫn nhiệt đối lưu bắt buộc gõy ra bởi sức ộp từ bờn trong. Do truyền nhiệt đối lưu chịu ảnh hưởng của cỏc yếu tố như nhiệt độ, độ xốp, mà độ xốp của hỗn hợp lại phụ thuộc vào thành phần độ hạt của cỏt cũng
như vào cỏc cấu tử khỏc, thành phần hỗn hợp và độ hạt của cỏt cú ảnh hưởng tới truyền nhiệt đối lưu. Nếu cỏt cú kớch thước hạt to, đồng đều thỡ dẫn nhiệt bằng đối lưu tăng do cú độ xốp lớn.
Độ dẫn nhiệt đối lưu hiệu quả phụ thuộc vào nhiệt độ theo cụng thức (1.11.
λhq= ϕ.λdl(1+A.∆T) (1.11)
Trong đú: A : Là hằng số .
∆T: Độ chờnh về nhiệt độ .
• λbức xạ: Độ dẫn nhiệt bức xạ
-Bức xạ từ bề mặt vật đỳc đến bề mặt hạt cỏt: Chỉ ảnh hưởng tức thời trong thời điểm rút .
-Bức xạ giữa cỏc bề mặt hạt cỏt với nhau: Cú ảnh hưởng rất lớn tới độ dẫn nhiệt của hỗn hợp làm khuụn .
Năng lượng bức xạ: Qbx= λbx(T1-T2).F Qbx= C.F.e. ∆T4 ∆T4= 4 1 273 100 T + λbx=( 1 2). bx Q T T F− Vậy : λbx = 1 4 2 4 ( ) 2 1 273 273 : 100 100 T T T T + + − − ữ ữ (1.12) Trong đú: C=4,9(Kcal/h.m2.0C) F: Diện tớch bề mặt bức xạ. e: Độ đen bức xạ . ϕ=1: Hệ số gúc bức xạ . T1: Nhiệt độ của vật bức xạ ,
+ éộ dẫn nhiệt độ(a): Độ dẫn nhiệt độ là mức nõng nhiệt độ của một đơn vị trọng lượng vật chất trong một đơn vị thời gian, được tớnh theo cụng thức (1.13).
a=Cλ.
ρ (1.13)
Trong đú: λ: Độ dẫn nhiệt của hỗn hợp . C: Nhiệt dung của hỗn hợp.
ρ: Khối lượng riờng của hỗn hợp.
Độ dẫn nhiệt độ chủ yếu phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt, vỡ nhiệt dung của hỗn hợp thay đổi khụng đỏng kể, khi tăng độ đầm chặt thỡ độ dẫn nhiệt độ giảm.
+ Độ chịu núng: Là khẳ năng chịu đựng của vật liệu trước tỏc dụng của nhiệt độ cao mà khụng bị chảy mềm. Nú phụ thuộc nhiều vào cỏc yếu tố như: Thành phần khoỏng chất, độ mịn của hạt, tốc độ nung, ỏp lực khi nung ... Độ hạt của hỗn hợp càng nhỏ, hỗn hợp bị nung càng nhanh, độ chịu núng của hỗn hợp càng nhỏ. Đối với cỏt làm khuụn, thành phần khoỏng chất trong hỗn hợp là yếu tố ảnh hưởng chủ yếu đến độ chịu núng. Ngoài ra, nú cũn phụ thuộc vào cỏc quỏ trớnh hoỏ lý xảy ra ở bề mặt tiếp xỳc giữa kim loại và vật liệu làm khuụn.
+ Khối lượng riờng của hỗn hợp: Là khối lượng của một đơn vị thể tớch. Nú gõy ảnh hưởng trực tiếp và giỏn tiếp tới chế độ nhiệt của khuụn đỳc. Khối lượng riờng của hỗn hợp phụ thuộc vào khối lượng riờng và thành phần của cỏc cấu tử trong hừn hợp và được xỏc định theo cụng thức (1.14).
ρhh= 1 1 n i i i n i i g g ρ = = ∑ ∑ (1.14)
Trong đú: ρi: Khối lượng riờng của cấu tử thứ i.
gi: Hàm lượng của cấu tử thứ i trong hỗn hợp .
1 12 2 2 2 S S ρ ρ = ữ (1.15)
Trong đú: ρ1,ρ2: Khối lượng riờng của hỗn hợp ở độ đầm chặt S1, S2.
c: Hằng số
Khi Độ đầm chặt của hỗn hợp đạt tối đa thỡ ρ bằng 2500(kg/cm3). Khi độ xốp (O) bằng 60% thỡ ρ bằng 1500(kg/cm3). Độ đầm chặt tối đa là độ đầm chặt mà tại ỏp suất đú sẽ đạt độ dằm chặt đa, thỡ hạt cỏt bị phỏ huỷ .
ρ=1500(kg/cm3) với làm khuụn bằng tay.
ρ=1600(kg/cm3) với làm khuụn bằng mỏy.
ρ=1800ữ1850(kg/cm3) khuụn cao ỏp .
+ Khả năng tớch nhiệt của khuụn (b): Là khả năng của khuụn nhận được nhiều hay ớt nhiệt từ vật đỳc. Khả năng tớch nhiệt của khuụn quyết định đến quỏ trỡnh kết tinh và đụng đặc của vật đỳc:
b= λ ρ. .c (cal/cm2.s2.c). (1.16)
b) Tớnh chất cơ học:
+ Độ bền (σb): Là khả năng chống lại tỏc dụng của ngoại lực. Trong hỗn hợp độ bền cú được là do sự liờn kết giữa chất dớnh với cỏc phần tử khỏc trong hỗn hợp và trong sự liờn kết trong nội bộ cỏc phần tử đú.
Hỗn hợp làm khuụn ruột phải cú độ bền nhất định và được xỏc định theo cụng thức (1.17).
Rz =n.S.Bz (1.17) Trong đú :
n: Số tiết diện trong một diện tớch mẫu thử ở phương vuụng gúc với lực phỏ hủy.
S: Diện tớch hỡnh chiếu của một tiếp điểm lờn mặt phẳng vuụng gúc với lực phỏ hủy. Nú phụ thuộc vào chiều dày lớp chất dớnh bao quanh hạt cỏt, đường kớnh hạt cỏt và độ dầm chặt.
Bz: Độ bền riờng của chất dớnh .
Lực liờn kết giữa chất dớnh với hạt cỏt gọi là lực dớnh kết K. Lực liờn kết trong nội tại chất dớnh gọi là lực liờn kết. Trong thực tế khi kộo mẫu hử sẽ xẩy ra ba trường hợp sau:
• A = K nếu như độ bền của hỗn hợp được đặc trưng bởi cả độ bền lực liờn kết và dớnh kết. Đõy là trường hợp của hỗn hợp cỏt – sột.
• A > k nếu như độ bền của hỗn hợp được đặc trưng bởi độ bền kiờn kết. Đõy là trường hợp của hỗn hợp cỏt - nước thủy tinh, vỡ thủy tinh lỏng dớnh kết tốt lờn hạt cỏt.
• A < k nếu như độ bền của hỗn hợp được đặc trưng bởi độ bền dớnh kết. Đõy là trường hợp của hỗn hợp cỏt nhựa hoặc cts dầu, vỡ nhựa và dầu dớnh bỏm kộm lờn bề mặt hạt cỏt.
Độ bền của hỗn hợp phụ thuộc vào mụ đun, tỷ trọng và hàm lượng thủy tinh lỏng.
+ Độ bền kộo (σσ):
σk = 4m.σ.d.δ (1.18)
Trong đú: σ: Độ bền riờng của chất dớnh. δ: Chiều dày chất dớnh .
m: Số điểm tiếp xỳc. d: Đường kớnh hạt cỏt .
+ Độ bền riờng: Là độ bền ở điều kiện tối ưu và tớnh cho 1% chất dớnh. δcỏt= δ1.tg2(45-φ/2) – 2.C.tg(45-φ/2) (1.19)
δ1 = 2.C. tg((45-φ/2) = 2.C.cotg(45-φ/2) ( 1.20) Trong đú: φ: Gúc ma sỏt trong.
+ Độ bền tươi: Là độ bền của hỗn hợp được đỏnh giỏ ngay sau khi trộn hỗn hợp xong, khi này chưa xảy ra phản ứng đúng cứng chất dớnh.
Độ bền tươi của hỗn hợp cỏt-nước TTL phụ thuộc vào:
− Bản chất chất dớnh: Khi tăng tỷ trọng, mụđun TTL thỡ độ bền của hỗn hợp tăng.
− Hàm lượng chất dớnh: Hàm lượng chất dớnh tăng thỡ độ bền hỗn hợp tăng nhưng nếu tăng quỏ giới hạn cho phộp thỡ độ bền hỗn hợp lại giảm.
− Thành phần kớch thước hạt.
− Độ dầm chặt.
+ Độ bền khụ: Là độ bền của hỗn hợp sau khi sấy và làm nguội đến nhiệt độ thường, hoặc độ bền của hỗn hợp ở trạng thỏi đó xảy ra phản ứng đúng rắn chất dớnh. Độ bền khụ giữ được cho khuụn hỡnh dỏng trước tỏc dụng của ngoại lực khi vận chuyển, lắp rỏp và rỏp khuụn và khi rút khuụn. Độ bền khụ phụ thuộc vào lượng nước trong hỗn hợp. Lượng nước càng cao, độ bền khụ của hỗn hợp càng giảm. Tốc độ nung và làm nguội càng nhỏ độ bền khụ của hỗn hợp càng lớn. Ngoài ra độ hạt cỏt càng lớn thỡ độ bền khụ càng tăng do khi sấy nước vận chuyển ra ngoài dễ dàng.
+ Độ bền nung: Là độ bền của hỗn hợp ở trạng thỏi nung trong khoảng từ nhiệt độ bắt đầu mất nước liờn kết đến nhiệt độ làm việc của khuụn khi rút kim loại. Độ bền nung giỳp khuụn khụng bị phỏ hủy khi làm việc dưới tỏc dụng của cơ và nhiệt, của dũng kim loại khi điền đầy khuụn, của ỏp suất cột kim loại, ….
+ Độ bền nguội:
Là độ bền của hỗn hợp làm khuụn sau khi được nung núng đến nhiệt độ cao giữ một thời gian rồi làm nguội đến nhiệt độ thường. Nú ảnh hưởng lớn đến năng xuất lao động và điều kiện lao động ở khõu phỏ khuụn, làm sạch vật đỳc và
tỏi sinh hỗn hợp cũ. Đối với hỗn hợp cỏt - nước TTL việc giảm độ bền nguội trở thành vấn đề thời sự và là đối tượng của nhiều cụng trỡnh nghiờn cứu vỡ độ bền nguội của hỗn hợp này rất lớn.
Một số biện phỏp làm giảm cụng phỏ dỡ khuụn: Giảm tới mức thấp nhất hay loại bỏ hoàn toàn lớp hỗn hợp cỏt đệm (làm khuụn vỏ mỏng hay ruột rỗng) giỳp độ thụng khớ của khuụn tăng; Giảm lượng nước TTL trong hỗn hợp tới mức cú thể để khuụn vẫn đủ độ bền cần thiết; Dựng một số biện phỏp làm giảm độ bền cũn lại khỏc như:
− Nung toàn bộ khuụn đến nhiệt độ 400ữ6000C để những phần khuụn khụng bị kim loại đỳc nung núng đến 3500C cũng cú độ bền nguội cực tiểu.
− Cho vào hỗn hợp một số húa chất như: Cỏc ụxớt :SiO2, Al2O3, MgO, thường người ta dựng 3ữ4% đất sột. Cú tỏc dụng nõng cao nhiệt độ tạo pha lỏng và nõng cao độ sệt của pha lỏng khú điền đầy cỏc khe nứt tạo thành trong hỗn hợp làm giảm độ bền nguội. Độ bền nguội của hỗn hợp cỏt - nước TTL cũn phụ thuộc vào mụ đun, hàm lượng nước thủy tinh, độ hạt cỏt và tốc độ làm nguội.
c). Tớnh chất cụng nghệ:
Để quy trỡnh chế tạo khuụn ruột được tiến hành dễ dàng hỗn hợp cần cú một số tớnh chất cụng nghệ sau:
+ Khả năng tạo hỡnh: Là khả năng tạo được những hỡnh dạng nhất định dưới tỏc dụng của lực biến dạng. Tớnh chất này rất quan trọng khi hỗn hợp được sử dụng để chế tạo khuụn, ruột phức tạp và được đỏnh giỏ qua khả năng điền đầy hay chảy loóng của hỗn hợp .
+ Độ thụng khớ của hỗn hợp: Là khả năng cho khớ đi qua hỗn hợp. Khi rút kim loại vào khuụn bản thõn kim loại cũng mang một lượng khớ nhất định vào khuụn nhờ khả năng hũa tan khớ ở trạng thỏi lỏng, và khớ từ mụi trường cuốn vào
do tỏc dụng cơ học của dũng kim loại. Mặt khỏc, trong lỗ khuụn và khuụn cũng chứa một lượng khớ nhất đinh. Khi rút khuụn, lớp hừn hợp khuụn tiếp xỳc với kim loại lỏng sẽ sinh khớ làm ỏp suất khớ trong khuụn tăng. Khớ này sẽ thoỏt ra ngoài bằng cỏch chui vào hốc khuụn nơi mặt thoỏng của kim loại lỏng, hay đi qua khuụn ra ngoài nhờ hệ thỗng lỗ mao rỗng hay hệ thống lỗ hơi được tạo ra trong khuụn. Nếu sức cản chuyển động của cỏc chất khớ và hơi nước vào khuụn lớn hơn sức cản chuyển động của cỏc chất khớ qua kim loại thỡ khớ chui vào kim loại lỏng và vật đỳc cú thể xuất hiện rỗ khớ. Do đú hỗn hợp làm khuụn phải cú độ thụng khớ lớn và độ sinh khớ nhỏ. Độ thụng khớ là một trong cỏc chỉ số tiờu chuẩn phổ biến đỏnh giỏ chất lượng hỗn hợp. nú được xỏc đinh theo cụng thức (1.21).
Q = C.π.τ(p8ηlp ).r 4 2 1 −
(1.21) Trong đú: Q: Khối lượng chất lỏng nhớt đi qua lỗ mao dẫn. C: Hằng số
τ : Thời gian để lượng chất lỏng Q đi qua hờt. p1: ỏp suất trước mẫu thử
p2: ỏp suất sau mẫu thử r: bỏn kớnh lỗ mao dẫn η: Độ nhớt của chất lỏng
l: chiều dài lỗ mao dẫn.
+ Độ rỗng: Hỗn hợp làm khuụn là hệ thống lỗ rỗng, nờn trong khuụn cũn cú độp xốp hay độ rỗng. Độ rỗng là tỷ số giữa thể tớch cỏc lỗ rỗng (V0) trong một đơn vị thể tớch hỗn hợp (V) được xỏc định theo cụng thức (1.22).
P= 0.100%
VV V
(1.22)
+ Tuổi xuõn của hỗn hợp: Là khoảng thời gian mà hỗn hợp cũn giữ được tớnh chất húa lý như ban đầu mới tạo ra. Hỗn hợp mới được chế tạo ra, khi để tiếp
xỳc với khụng khớ, thủy tinh lỏng sẽ tỏc dụng với oxy trong khụng khớ, làm cho hỗn hợp chết. Vỡ vậy hỗn hợp chộ tạo ra càng sử dụng sớm càng tốt. Trong thực tế, khi sản xuất thủ cụng, người ta thường dựng biện phỏp che phủ kớn hỗn hợp trỏnh để nú tiếp xỳc với khụng khớ. Tuổi xuõn của hỗn hợp phụ thuộc chủ yếu vào vào mụđun và tỷ trọng của thủy tinh lỏng.
+ Áp suất khớ trong khuụn : Khớ tạo ra trong khuụn sinh ra trường ỏp lực khớ tỏc động lờn cỏc phần tử trong hỗn hợp làm khuụn. Nếu ỏp lực khớ trong khuụn lớn đủ thóo món điều kiện theo cụng thức (1.23) thỡ khớ dễ dàng chui vào kim loại lỏng gõy ra rỗ khớ trng vật đỳc.
Pk >P1 + P2 + σ (1.23)
+ Độ tạo khớ: Là lượng khớ được tạo ra từ một đơn vị khối lượng hỗn hợp khi nung hỗn hợp ấy ở nhiệt độ cao. Khớ được tạo ra do chỏy cỏc chất dớnh, cỏc chất phụ hữa cơ, do thăng hoa của cỏc chất bốc, do sự phõn hủy cỏc hợp chất húa học tạo khớ, do nước húa hơi. Khi tốc độ tạo khớ lớn sẽ gõy ỏp lực khớ trong khuụn tăng tức thời, do đú gõy ra rỗ khớ trong vật đỳc.
+ Tớnh phỏ dỡ của khuụn: Độ bền của hỗn hợp cỏt-thủy tinh lỏng ở nhiệt độ cao rất lớn, gõy khú khăn cho việc phỏ dỡ khuụn, ruột. Để khắc phục nhược điểm này cú thể đưa vào hỗn hợp cỏc chất phụ gia làm tốt tớnh phỏ dỡ của hỗn