đúc trong khuân cát là một phương pháp tạo hình ựã lâu ựời, nhưng cho tới ngày nay vẫn còn chiếm vị trắ quan trọng trong công nghệ ựúc, 90% sản lượng vật ựúc trên thế giới sản xuất bằng khuân cát, phần còn lại do ựúc trong khuân kim loại và các phương pháp ựúc ựặc biệt khác. Khuân cát ựược dùng nhiều vì dễ chế tạo, rẻ, vốn ựầu tư ắt và có tắnh vạn năng cao có thể ựúc từ vật có khối lượng nhỏ 10g ựến vật có khối lượng lớn hàng trăm tấn. Có thể dùng ựể ựúc bất kì kim loại nào.
Những năm gần ựây nhờ sử dụng các hỗn hợp cát có thành phần và tắnh chất mới, nhờ ựẩy mạnh cơ khắ hoá và tự ựộng hoá sản xuất nên năng suất ựúc tăng nhiều và chất lượng vật ựúc cũng ựược cải thiện, ựộ chắnh xác cao hơn.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... ...58
Vật liệu làm dao là thép hợp kim nên khả năng ựạt ựược các yêu cầu kỹ thuật của vật ựúc là khó hơn so với ựúc thép cacbon. Ta nghiên cứu một số ựặc tắnh cơ bản của quá trình ựúc thép hợp kim.
Ngoài phương pháp chế tạo phôi bằng phương pháp ựúc trong khuân cát, còn có các phương pháp ựúc khác: Như ựúc trong khuôn kim loại, ựúc áp lực, ựúc ly tâm, ựúc trong khuân mẫu chảyẦ Các phương pháp ựúc này cho ựộ chắnh xác cao, cơ tắnh vật ựúc cao hơn trong khuân cát. Nhưng công nghệ phức tạp, giá thành chi tiết cao hơn nhiều so với ựúc trong khuân cát.
Ta chọn phương pháp chế tạo phôi bằng phương pháp ựúc trong khuân cát.
4.2.2.1. Tắnh ựúc của thép
đặc ựiểm chung: độ chảy loãng kém, dễ bị khớp nguội, dễ bị ôxy hóa, hút khắ nhiều, ựộ co thể tắch và ựộ co ngắn lớn, dễ hình thành lõm co, xốp, nứt nóng và nứt nguội, nhiệt ựộ nóng chảy cao, dễ bị cháy dắnh cát vv... đối với mỗi loại mác thép phải ựo các tắnh ựúc như: ựộ chảy loãng, ựộ co, ứng suất và xu hướng nứt nóng, nứt nguội vv.... Trên cơ sở ựó ựể xác ựịnh công nghệ ựúc.
độ chảy loãng: là khả năng ựiền ựầy khuôn của thép, chủ yếu phụ thuộc vào tắnh chất của loại thép ựúc, ựiều kiện ựúc trong ựó chủ yếu là nhiệt ựộ rót và tắnh dẫn nhiệt của khuôn.
4.2.2.2. Nấu thép
1. Các nhiệm vụ thực hiện quá trình nấu thép
Quá trình nấu thép thường phải thực hiện 5 nhiệm vụ: - Nấu chảy mẻ liệu kim loại.
- đưa các thành phần có ắch ựạt ựến hàm lượng quy ựịnh của mác thép. - Khử các tạp chất có hại xuống ựến giới hạn quy ựịnh của mác thép. - Khử các chất khắ và các chất lẫn phi kim loại ở trong thép lỏng.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... ...59
- Nâng nhiệt ựộ nước thép lên ựến nhiệt ựộ quy ựịnh ựảm bảo những yêu cầu của việc ựúc rót.
Thép ựược nấu trong nhiều loại lò khác nhau: - Lò thỏi (Lò Betxơme nhỏ).
- Lò bằng (Lò Mactanh). - Lò ựiện hồ quang. - Lò cảm ứng...
2. Các quá trình hóa lý khi luyện thép
Là quá trình ôxy hóa các tạp chất và hoàn nguyên các nguyên tố hợp kim vào trong kim loại lỏng. Các phản ứng hóa lý chủ yếu là ôxy hóa và hoàn nguyên của các nguyên tố thường có ở thép.
a) Ôxy hóa và hoàn nguyên Silic
Ở giai ựoạn ựầu của quá trình luyện thép (theo bất kỹ phương pháp nào) Si ựều bị ôxy hóa dữ dội nên ở các giai ựoạn cuối, hàm lượng Si còn lại rất ắt.
[Si] + 2(FeO) = (SiO2) + 2[Fe] ∆H = -78990 Cal.
Phản ứng tỏa nhiệt mạnh, cung cấp cho lò thép SiO2 sẽ kết hợp với FeO thành 2FeO.SiO2 là một trong những thành phần chủ yếu của xỉ thời kỳ ựầu:
(SiO2) + 2(FeO) = (2FeO.SiO2) ∆H = -5900 Cal.
(2FeO.SiO2) chỉ ổn ựịnh ựược trong xỉ axits. Trong bazơ thì CaO sẽ thay thế cho FeO:
(2FeO.SiO2) + 2(CaO) = (2CaO.SiO2) + 2(FeO) ∆H = -27940Cal Vì 2CaO.SiO2 là hợp chất ổn ựịnh, hơn nữa xỉ ở trong giai ựoạn ựầu thường tháo ựi, do ựó lượng Si bị ôxy hóa coi như bị mất, sau này dù nhiệt ựộ có lên cao, cung không còn SiO2 ựể hoàn nguyên trở lại Si vào trong thép.
Trường hợp ở lò axắt, khi nhiệt ựộ lò ựược nâng cao, áp suất phân ly của SiO2 lớn dần và có thể có phản ứng hoàn nguyên:
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... ...60
(SiO2) + 2[Fe= [Si] + 2FeO
b) Ôxy hóa và hoàn nguyên mangan
Mangan cũng bị ôxy hóa ở giai ựoạn ựầu của quá trình luyện thép: [Mn] + (FeO) = (MnO) + [Fe] ∆H = -32290Cal (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phản ứng cũng tỏa nhiệt, nhưng ắt nên ảnh hưởng không lớn ựến sự cân bằng nhiệt của quá trình. MnO kết hợp với SiO2 trong xỉ lò axắt hình thành MnO.SiO2 trong lò bazơ MnO ở trạng thái tự do. Vì vậy mức ựộ ôxy hóa của Mn ở trong lò axits cao hơn ở trong lò bazơ.
Khi nhiệt ựộ lên cao, áp suất phân ly của MnO lớn hơn của SiO2 nhiều, nên dù ở trạng thái tự do hay kết hợp, MnO ựều bị hoàn nguyên một phần lớn. Do ựó, Mn hoàn nguyên là dấu hiệu của sự tăng nhiệt ựộ là và nước thép.
c) Ôxy hóa Cacbon
Ôxy hóa Cacbon là phản ứng chủ yếu của quá trình luyện thép, ảnh hưởng quyết ựịnh ựến năng suất lò và chất lượng thép.
Phản ứng khử C thực hiện quy hai pha gồm 2 phản ứng ựồng thời. FeO từ xỉ chuyển vào kim loại (FeO) →[FeO]
C bị ôxy hóa ở trong kim loại: [C] + [FeO] = [CO] + [Fe] CO thoát ra ngoài: [CO] → {CO}↑
Kết hợp lại thành phản ứng khử cacbon: (FeO) + [C] = {CO}↑ + [Fe]
Hiệu ứng nhiệt của phản ứng:
[FeO] + [C] = [Fe] + CO ∆H = -10980Cal Khi có sự tham gia của (FeO) ở trong xỉ thì:
(FeO) = [FeO] ∆H = +2889 Cal (FeO) + [C] = [Fe] + CO ∆H = +17910 Cal
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... ...61
Như vậy khi có (FeO) tham gia thì phản ứng khử cacbon qua hai pha là phản ứng thu nhiệt. Vì vậy chỉ ở giai ựoạn cuối, khi nhiệt ựộ lò và nhiệt ựộ nước thép ựã lên cao, cacbo mới bị khử.
d) Ôxy hóa và hoàn nguyên Phốtpho
Phản ứng khử P khi chỉ có FeO tham gia như sau: 2[P] + 8(FeO) = (3FeO.P2O5) + 5[Fe]
3FeO.P2O5 chỉ ổn ựịnh ở nhiệt ựộ thấp, do ựó khi phốt pho ựã bị ôxy hóa, phải tháo hết xỉ chứa nhiêu 3FeO.P2O5 ựể tránh phốt pho hoàn nguyên trở lại thép.
Nếu có cả CaO và FeO cùng tham gia thì phản ứng photpho như sau: 2[P] + 5(FeO) +4(CaO) = (4CaO.P2O5) + 5[Fe] ∆H = -208550Cal điều kiện khử phốt pho:
- Xỉ phải có ựộ kiềm (ựộ bazơ) cao và hàm lượng ôxy sắt (FeO) cao. - Nhiệt ựộ lò và nhiệt ựộ kim loại lỏng phải tương ựối thấp (thông thường giai ựoạn ựầu của quá trình luyện thép là giai ựoạn thuận tiện cho việc khử phôtpho).
- Bể lò phải ựược khuấy ựảo, sôi sục, xỉ phải loãng vì phản ứng khử phôtpho là phản ứng trên mặt tiếp giáp giữa kim loại lỏng và xỉ.
- Lượng xỉ càng nhiều thì nồng ựộ P2O5 trong xỉ càng ắt thuận lợi cho việc khử phôtpho.
Khi nhiệt ựộ lên cao nhất là lúc khử ôxy và lúc rót thép thường có hiện tượng hoàn nguyên của phôtpho:
(4CaO.P2O5) +2(SiO2) = 2(2CaO.SiO2) + 2[P] +5CO
độ kiềm thấp, nhiệt ựộ cao là ựiều kiện thuận tiện ựể phôtpho hoàn nguyên trở lại vào thép.
e) Khử lưu huỳnh
Muốn khử lưu huỳnh phải chuyển nó thành dạng những sunfua không hòa tan trong kim loại: FeS có ựộ hòa tan lớn, MnS hòa tan ắt hơn, CaS thì
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... ...62
hầu như không hòa tan vào trong kim loại. Do ựó nếu chuyển FeS thành MnS hay CaS thì S ựược chuyển vào xỉ ựể bỏ ựi
Phản ứng tạo thành MnS ở trong kim loại:
[FeS] + [Mn] = [MnS] + [Fe] ∆H = -44110 Cal
Khi trong xỉ có CaO thì trên mặt tiếp giáp giữa thép và xỉ có các phản ứng sau ựây:
[MnS] + (CaO) = (CaS) + (MnO) [FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO) điều kiện khử lưu huỳnh: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Xỉ phải có ựộ kiềm cao và hàm lượng (FeO) thấp;
- Nhiệt ựộ phải cao ựể tạo ựược xỉ có ựộ kiềm cao và loãng, ựồng thời hàm lượng (FeO) sẽ thấp vì phản ứng khử cacbon tiến hành mạnh;
- Hàm lượng C, Si, Mn ở trong kim loại phải cao ựể ựộ hòa tan của S ở trong kim loại giảm, sự khuếch tán của S tăng, S càng dễ bị khử. Bể kim loại phải sôi sục mạnh ựể tăng mặt tiếp xúc giữa xỉ và thép;
- Khối lượng xỉ phải nhiều ựể làm giảm nồng ựộ CaS, thuận tiện cho việc khử S.
4.2.2.3. Nấu thép hợp kim thấp trong lò ựiện cảm ứng axit
Phương pháp nấu luyện thắch hợp là không ôxy hóa vì phương pháp ôxy hóa ựòi hỏi nhiệt ựộ lò cao, sau ựó thổi ôxy nước thép lên ựến 17000C. Thực chất là một quá trình nấu chảy mẻ liệu dùng phương pháp ôxy hóa có thể luyện ựược các loại thép hợp kim kết cấu và thép hợp kim công cụ. Phương pháp luyện giống như ựối với luyện thép cacbon, ựiều chủ yếu là thời gian và hàm lượng kim loại cho vào.
1. Phối liệu
Mẻ liệu phải sạch, lượng phoi không ựược quá 15%: - Phải nắm vững thành phần của mẻ liệu.
- để tiết kiệm và tránh cháy hao phải nắm vững thời gian cho nguyên tố hợp kim vào và hiệu suất thu hồi.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... ...63 Bảng 4.1 Bảng phối liệu Vật liệu Tỉ lệ % Thép vụn Còn lại đậu rót, ngót, vật ựúc hỏng 35-50 Phoi thép 15-30 Gang <15
Hàm lượng cacbon trong phôi liệu phải bằng cacbon quy ựịnh của mác thép cộng với lượng khử cacbon. Hàm lượng cacbon trong phối liệu phải bằng tổng lượng cacbon, gang, thép vụn, phoi thép và ựậu rót ựậu ngót... ựưa vào. Khi vượt quá quy ựịnh thì giảm tỉ lệ gang trong phôi liệu, ngược lại thì dùng vụn cực ựiện, bột than cốc ựể tăng hàm lượng cacbon trong phối liệu.
Hàm lượng P và S phải thấp hơn 0,06%. - Cacbon lấy theo giới hạn của mác thép.
- Lưu huỳnh và phốt pho phải lấy thấp hơn giới hạn quy ựịnh 0,005 Ờ 0,1% vì axit không khử P và S.
- Silic, Mangan và các nguyên tố khác lấy theo hệ số thu hồi.
để tiết kiệm và tránh cháy hao phải nắm vững thời gian cho nguyên tố kim loại và hiệu suất thu hồi các nguyên tố ựó vào thép. Theo các bảng 4.2 và 4.3.
Bảng 4.2 Bảng hệ số thu hồi các nguyên tố hợp kim
Nguyên
tố Dạng phối liệu Thời gian nạp liệu
Hệ số thu hồi %
Ni Niken kim loại 100
Mo Feromolipden 98 W Ferovonfram 98 Cr Ferocrom Cùng một lúc với khi nạp liệu 95 Mn Feromangan 10 phút trước khi ra thép 90 Si FeroSilic 7-10 phút trước khi ra thép 100 V Ferovannadi 7 phút trước khi ra thép 92-95
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... ...64
Bảng 4.3 Thời gian cho vào và hiệu suất thu hồi của các hợp kim.
Hợp kim Mục ựắch sử
dụng Thời gian vào ựiều kiện ựưa vào
Hiệu suất thu
hồi % Ferosilic Khử oxy
điều chỉnh Si
Cho ferosilic bột khi tạo xỉ hoàn nguyên. Khi xỉ trắng tốt cho vào trước lúc ra thép 7-10 phút.
30 Ờ 40 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Feromangan Khử ôxy điều chỉnh Mn
Cho vào sau khi ựã cào xỉ ôxyt. Khi xỉ trắng tốt cho vào trong giai ựoạn hoàn nguyên.
93-95
Ferocrom đưa Cr vào Ở giai ựoạn hoàn nguyên, khi xỉ trắng tốt, sau khi ựã hoàn nguyên ựược 15 phút thì cho vào.
95
Feromolipden đưa Mo vào Cho vào khi nạp liệu hoặc cuối giai ựoạn nóng chảy, ựem ựiều chỉnh ở giai ựoạn hoàn nguyên.
95-98
Ferovonfram đưa W vào Cho vào ở cuối giai ựoạn ôxy hóa hoặc giai ựoạn hoàn nguyên, ựiều chỉnh ở giai ựoạn hoàn nguyên (cho W xong sau 15 phút mới ựược ra thép).
95-98
đồng đưa Cu vào Cho vào cuối giai ựoạn nóng chảy hoặc ựầu giai ựoạn ôxy hóa.
95-98
Nhôm đưa Al vào Với thép nhôm cao, sau khi théo ựã khử ôxy tốt, ựạt nhiệt ựộ cao, trước khi ra thép 8-15 phút cào xỉ, ngừng ựiện, cho Al vào.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... ...65
2. Nạp liệu
Nguyên tác nạp: liệu nhỏ cho vào ựáy rồi tiếp ựó là hợp kim fero rồi tiếp ựến liệu to. Những cục liệu to nhất xếp xung quanh nồi. Cách nạp liệu tốt nhất là xếp liệu vào thùng bằng sắt có kắch thước và hình dáng như phắa trong nồi. Khi nấu thùng sẽ nóng chảy cùng với mẻ liệu
1 - Khu vực nhiệt ựộ cao 2,3 Ờ Khu vực nhiệt ựộ vừa 4 - Khu vực nhiệt ựộ thấp
3. Quy trình công nghệ nấu thép 65Cr trong lò cảm ứng axắt
Thành phần hóa học của thép hợp kim 65Cr theo bảng 4.4.
Bảng 4.4 Thành phần hóa học của mác thép ựúc 65Cr
Mác thép C Mn Si P S Cr Ni Cu 65Cr 0,62-0,70 0.15-0.4 0.17-
0.37 0.04 0.04 0.9-1.2 ≤0.4 ≤0.3
Quy trình nấu thép 65Cr trong lò ựiện cảm ứng axit thể hiện qua bảng 4.5.
1 1
2 3 4
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... ...66
Bảng 4.5 Bảng quy trình công nghệ nấu thép 65Cr
Giai ựoạn
Trình tự
Công việc Nội dung công việc
1 Khai lò (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Mở ựiện, cho chạy 60% công suất, chờ hết dòng ựiện xung, từ từ nâng công suất ựến cực ựại
2 đảo liệu
Khi liệu ở phái dưới ựã chảy thì phải ựảo liệu, không ựể cho liệu dắnh chồng bắc cầu lên nhau, tiếp tục cho thêm liệu
3 Tạo xỉ
Khi liệu ựã chảy gần hết cho chất tạo xỉ (mảnh kắnh hay mảnh thủy tinh vỡ) vào 1,5%
Nấu chảy
4 Lấy mẫu
Khi liệu ựã chảy ựến 95% lấy mẫu phân tắch, cho hết số liệu còn lại,. Khi ựã chảy hết, giảm công suất nghiêng lò ra xỉ rồi tạo xỉ mới
5
Khử ôxy ựiều chỉnh thành
phần
Cho feromangan cacbon thấp và ferosilic vào khử ôxy và ựiều chỉnh Si, Mn. Sau ựó cho ferocrom cacbon thấp ựể ựiều chỉnh Cr 6 đo nhiệt ựộ,
ựo ựộ khử ôxy
đo nhiệt ựộ, lấy mẫu ựo ựộ khử ôxy Hoàn
nguyê n
7 Khử ôxy lần cuối
Khi thép ựạt > 16500C, khử ôxy tốt cho nhôm (1kg/t) ựể khử ôxy lần cuối
8 Ra thép Ngưng ựiện, nghiêng lò, ra thép. Lấy mẫu trong thùng rót ựể phân tắch
Ra thép
9 Rót thép để lặng nước thép 3 -5 phút trong thùng rồi rót
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... ...67
Các bước lấy mẫu phân tắch thành phần các nguyên tố hóa học trong thép trên máy phân tắch quang phổ.
4. Rót kim loại lỏng vào khuân
để rót kim loại lỏng vào khuôn ựảm bảo một số vấn ựề sau: - Khuôn ựược lắp xong.
- Vị trắ khuôn bố trắ cho quá trình rót ựược thuận lợi, chóng ựiền ựầy, ựảm bảo chất lượng vật ựúc.
- Chú ý ựè khuôn hoặc kẹp chặt khuôn chắc chắn chông lực ựẩy khi rót (lực acsimet) của kim loại lỏng.
- Thùng rót có dung tắch phù hợp với loại khuôn. - Không cho xỉ theo vào lòng khuôn khi rót.
- đảm bảo nhiệt ựộ rót. Nhiệt ựộ rót thấp hơn nhiệt ựộ khi luyện khoảng 100 ọ 1500C.
Căn cứ vào nhiệt ựộ rót và ựộ giảm nhiệt dộ khi ra lò, khi vận chuyển và giữ trong thùng ựể xác ựịnh nhiệt ựộ ra lò của nước thép: Nhiệt ựộ rót của thép 65Cr từ 1540 Ờ 15800C.
5. Dỡ khuân và làm sạch vật ựúc a) Dỡ khuôn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Vật ựúc ựược hoá rắn ở nhiệt ựộ < 400 ọ 5000C tiến hành dỡ khuôn. - đây là công việc nặng nhọc gồm các nội dung sau:
+ Tháo hòm khuôn, ựập lớp nguyên liệu tạo khuôn khỏi chi tiết; + Phá thao trong lỗ của vật ựúc.
- Dùng tay: Búa, ựục, khắ nén.
b) Làm sạch vật ựúc
Nội dung:
+ Làm sạch lớp nguyên liệu làm khuôn, thao (ựất, cát) bám vào bề mặt chi tiết;
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật... ...68
Phương pháp:
+ Dùng tay: đục, bàn chải thép;
+ Dùng máy: Tang quay, phun cát, phun cát và nướcẦ