Từ bản vẽ chi tiết bán tinh bạc lót mà cơng ty cơ khí luyện kim SADAKIM đã gửi nhóm nghiên cứu đã thiết kế khuôn đúc kim loại bằng vật liệu phổ biến hiện nay là gang xám [43].
Hình 3.2. Bản vẽ bạc lót trục cán của máy cán 300.
Khi thiết kế khuôn cần quan tâm đến chiều dày thành khuôn. Đây là một thông số quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ làm nguội khn. Ngồi ra, khi thiết kế khuôn phải chú ý đểdư các kích thước nhằm mục đích gia cơng cơ khí khn sau khi đúc. Khuôn được thiết kếdưới dạng hai nửa khuôn và được ghép chặt lại
chốt so le nhau và hai lỗ vào chốt cũng so le nhau). Mục đích của chốt là để định vị khn và kết nối hai nửa khn. Khn được thiết kếnhư sau:
Hình 3.3. Bản vẽkhn gang đúc bạc lót máy cán 300.
Sau khi đúc xong khn ta cịn phải đem đi gia cơng làm bóng sạch lịng khn trước khi đem ra sử dụng để có thể cho chất lượng vật đúc tốt.
Chế tạo ruột khuôn:
Đề tài chọn phương pháp rót hợp kim lỏng từ trong ruột khn ra. Ruột khuôn được chế tạo từ hỗn hợp của cát, nước thủy tinh và sử dụng khí CO2 để đóng bánh [44]. Với các thông số sản phẩm và khng đúc, ruột khn được thiết kế như sau:
Hình 3.4. Ruột khuôn.
Ruột khuôn được thiết kế như hình trên gồm có một lỗ rót và một lỗ lọc xỉ. Hợp kim lỏng đi vào từ lỗ rót qua lỗ lọc xỉ từ đó xỉ được giữ lại và phần kim loại lỏng sạch đi tiếp vào lịng khn đúc.
Trước khi đúc ruột khuôn phải được qt chất chống dính và đưa vào lị sấy khơ để tăng độ bền của ruột khuôn, chống hiện tượng ruột khuôn bị ẩm ướt gây hiện tượng cháy nổ. Ruột khuôn không khô sẽ gây hiện tượng xuất hiện bọt khí trong khi đúc ảnh hưởng chất lượng vật đúc [45].
Để có được sản phẩm đúc chất lượng đạt hiệu quả kinh tế cao cần phải khảo sát xác định các thông số công nghệ đúc phù hợp.
3.5 Cơng tác phân tích.
- Phân tích thành phần hố học các hợp kim HKTG Al5Mg và hợp kim kẽm nhôm SAM 15.
- Thử cơ lý tính một số mẫu vật đúc theo hình dạng chi tiết sản phẩm bạc lót theo mẫu của cơng ty cổ phần cơ khí Luyện kim – SADAKIM tại trung tâm phân tích cuả Viện KH&CN Mỏ-Luyện kim và cơ quan ngồi.
3.6. Sơ đồ cơng nghệ dự kiến.
Zn Al Mg
Hình 3.5. Sơ đồ cơng nghệ dự kiến
Nấu hợp kim trung gian
Nấu tạo mác hợp kim SAM 15
Đúc phôi
Gia cơng cơ khí
Nhiệt luyện
Sản phẩm cuối cùng Lắp khn
Chương 4
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ nấu luyện.
Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nấu luyện tới thành phần của hợp kim được tiến hành với các điều kiện:
- Nhiệt độ nấu được thay đổi từ 480°C÷640°C.
- Nguyên liệu cho chế tạo hợp kim được sấy khơ trước khi tiến hành nấu luyện trong lị trung tần. Đầu tiên, kẽm được nấu chảy trong nồi Tỉ lệ phối liệu (được tính trên cơ sở hợp kim lý thuyết Zn15Al0.5Mg)
o Zn 8,5 Kg o Al 1,4 Kg o HKTG Al5Mg 0,1 Kg - Thời gian giữ nhiệt: 15 phút. - Chất tinh luyện khử khí VZ-DPL - Chất tách xỉ kẽm VZ-DPH
Nguyên liệu cho chế tạo hợp kim được sấy khô trước khi tiến hành nấu luyện trong lò trung tần. Đầu tiên, kẽm được nấu chảy trong nồi graphit, nhôm được đưa vào ở 460°C và hợp kim trung gian Al5Mg được đưa vào ở 480°C, q trình hợp kim hóa có kết hợp với khuấy để góp phần đồng đều thành phần hợp kim.
Ảnh hưởng của nhiệt độ nấu luyện tới thành phần hợp kim được thể hiện trong bảng 4.1 và hình 4.1.
Nhiệt độ nấu luyện là một trong những yếu tố có ảnh hưởng rất lớn tới thành phần của hợp kim thu được, đặc biệt là đối với những hợp kim có chứa các kim loại có độ cháy hao lớn trong q trình nấu luyện. Nhiệt độ nấu luyên
độ cao cũng thúc đẩy q trình oxi hóa (cháy hao) của các ngun tố hợp kim. Đối với hợp kim có chứa Mg, sự cháy hao trở nên đặc biệt quan trọng do Mg bị cháy hao rất mạnh trong quá trình nấu luyện [46]. Như được trình bày trong bảng 4.1 và hình 4.1, khi nấu luyện ở 640°C, hợp kim thu được có hàm lượng Mg là 0.039% hay lượng Mg thực thu trong quá trình nấu chỉ là 78%.
Bảng 4.1. Bảng thực thu các nguyên tố khi thay đổi nhiệt độ. Thí nghiệm Nhiệt độ (oC) Thành phần tính tốn (%) Thành phần hợp
kim thu được (%)
Hiệu suất thực thu (%) Zn Al Mg Zn Al Mg Zn Al Mg 1 480 85 15 0,05 82,5 14,0 0,042 97,06 93,30 84,0 2 520 85 15 0,05 84,1 14,7 0,045 98,94 98,00 90,0 3 560 85 15 0,05 84,0 14,5 0,043 98,82 96,67 86,0 4 600 85 15 0,05 83,2 14,2 0,040 97,88 94,67 80,0 5 640 85 15 0,05 82,8 14,0 0,039 97,41 93,30 78,0
Hình 4.1. Biểu đồ thực thu các nguyên tốkhi thay đổi nhiệt độ nấu luyện. Có thể giảm cháy hao kim loại bằng cách hạ thấp nhiệt độ nấu luyện. Tuy nhiên, nhiệt độ nấu thấp có thể dẫn đến phân bố không đều của nguyên tố hợp
kim trong nền. Đồng thời cũng có khả năng gây dính nồi làm mất mát kim loại trong q trình nấu.
Nhiệt độ nấu luyện cũng quyết định nhiệt độ rót của q trình đúc và do vậy ảnh hưởng tới quá trình đúc chi tiết. Nhiệt độ nấu luyện phù hợp phải đủ cao để đáp ứng yêu cầu nhiệt độ rót cho q trình đúc đồng thời khơng quá cao để giảm cháy hao kim loại trong quá trình nấu. Dựa trên các kết quả thực nghiệm, nhiệt độ nấu luyện phù hợp được chọn là 520°C.
4.2 Ảnh hưởng của thời gian nấu luyện.
Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian nấu luyện tới thành phần của hợp kim được tiến hành với các điều kiện:
- Nấu luyện trong lò điện trung tần với khối lượng 10 Kg/ mẻ nấu.
- Tỉ lệ phối liệu (được tính trên cơ sở hợp kim lý thuyết Zn15Al0.5Mg)
o Zn 8,5 Kg
o Al 1,4 Kg
o HKTG Al5Mg 0,1 Kg
- Nhiệt độ nấu luyện là: 5200 C.
- Chất tinh luyện khử khí VZ-DPL.
- Chất tách xỉ kẽm VZ-DPH.
- Thời gian nấu được thay đổi từ 10 phút ÷30 phút.
Các nguyên liệu trước khi nấu sẽ được sấy khô để tránh gây ra hiện tượng cháy nổ. Thí nghiệm được tiến hành như sau: cho toàn bộ kẽm kim loại vào nồi nấu. Bật lò và nâng nhiệt độ lò lên khoảng 4600 C và chờ đến khi Zn chảy hồn tồn. Sau đó cho Al vào khuấy kĩ để các nguyên tố hòa tan vào nhau. Nâng nhiệt độ lên 4800 C và cho hợp kim trung gian Al5Mg khuấy kĩ lần nữa tránh hiện tượng Al và Mg chưa tan nổi trên bề mặt. Tiếp tục nâng nhiệt độ lên 5200 C và bắt đầu khảo sát với các khoảng thời gian khuấy là 10 phút, 15 phút, 20 phút, 25
Kết quả thí nghiệm được trình bày như bảng sau:
Bảng 4.2. Thành phần hợp kim thu được sau thí nghiệm. Thí nghiệm Thời gian nấu (Phút) Thành phần tính tốn (%) Thành phần hợp kim thu được (%) Hiệu suất thực thu (%) Zn Al Mg Zn Al Mg Zn Al Mg 1 10 85 15 0,05 83,5 14,1 0,044 98,20 94,0 88,0 2 15 85 15 0,05 84,1 14,7 0,045 98,94 98,0 90,0 3 20 85 15 0,05 83,8 14,4 0,041 98,59 96,0 82,0 4 25 85 15 0,05 83,3 14,3 0,039 98,00 95,33 78,0 5 30 85 15 0,05 82,6 14.1 0,037 97.18 94,00 74,0
Kết quả thí nghiệm cho thấy hợp kim SAM 15 nấu luyện ở nhiệt độ 5200 C với thời gian giữ nhiệt 10 phút các cho hiệu suất thực thu các nguyên tố hợp kim không cao do các nguyên tố thành phần chưa kịp hòa tan hết vào hợp kim. Với thời gian giữ nhiệt lớn hơn 15 phút các nguyên tố hợp kim bắt đầu cháy hao nhiều hơn. Đặc biệt magie hiệu suất thực thu chỉ còn 74% nếu thời gian giữ nhiệt là 30 phút.
Bảng 4.2 và hình 4.2 cũng chỉ ra thời gian giữ nhiệt 15 phút cho hiệu suất thực thu các nguyên tố hợp kim cao nhất. Thời gian nhỏhơn 15 phút sẽkhông đủđể ta khuấy đều các kim loại và hợp kim trong nồi nấu dẫn đến hiện tượng các kim loại hoặc hợp kim chưa tan hết còn lắng đọng dưới đáy nồi nên hiệu suất thu hồi chưa cao. Thời gian giữ nhiệt lớn hơn 15 phút bắt đầu xuất hiện hiện tượng cháy
hao các nguyên tố hợp kim nên hiệu suất thu hồi cũng giảm dần.
4.3 Ảnh hưởng của chất tinh luyện khử khí.
Trong q trình nấu luyện tạo mác hợp kim luôn cần chọn và sử dụng chất tinh luyện và khử khí hợp lý.
Thành phần hợp kim SAM 15 có các nguyên tố Al, Zn, Mg:
- Al: 15 %.
- Mg: 0,05 %
- Zn còn lại
Đây đều là các nguyên tố dễ cháy hao đặc biệt là Mg vì thế phải tìm được chất che phủ bề mặt để phủ bề mặt hợp kim trong q trình nấu làm giảm cháy hao Mg. Ngồi ra để khử các tạp chất các khí có hại trong mẻ nấu cần phải dùng chất tinh luyện và khử khí ởđây đề tài chọn chất tinh luyện khử xỉ kẽm VZ-DPL và chất tách xỉ kẽm VZ-DPH.
GIỚI THIỆU CHẤT TINH LUYỆN KHỬ XỈ KẼM VZ-DPL
Chất tinh luyện khử xỉ kẽm VZ-DPL có dạng bột màu trắng. Đóng gói nhỏ trong túi nilong, miệng túi dán bằng nhiệt, trọng lượng 1kg/ túi. Đặc điểm tính năng:
- Chất tinh luyện khử xỉ kẽm VZ-DPL có tính năng khử khí và tạp chất lẫn trong kẽm hoặc hợp kim kẽm, cải thiện chất lượng bên trong của vật liệu và nâng cao cơ tính cho sản phẩm.
- Trong quá trình sử dụng, chất tinh luyện khử xỉ VZ- DPL khơng sinh ra khí độc, khơng khói, khơng tổn hại thiết bị, khơng độc hại cơ thể người, là sản
phẩm thân thiện với môi trường.
GIỚI THIỆU CHẤT TÁCH XỈ KẼM VZ-DPH.
Chất tách xỉ kẽm VZ-DPH được đóng gói nhỏ trong túi nilong, miệng túi dán bằng nhiệt và là có dạng bột màu trắng. Đặc điểm tính năng:
- Trong q trình sử dụng, chất tách xỉ kẽm VZ-DPH có đặc tính phát nhiệt, tốc độ tạo xỉ nhanh, vớt xỉ dễ dàng.
- Nhiệt độ khi sử dụng VZ-DPH thấp, xỉ và kẽm lỏng tách triệt để, hàm lượng kẽm lẫn trong xỉ thấp, tiêu hao kẽm khơng đáng kể, tính năng tách xỉ rất tốt.
- Chất tách xỉ kẽm VZ-DPH thích hợp sử dụng trong lĩnh vực nhúng kẽm, nấu lại kẽm phế liệu và sản xuất phôi hợp kim kẽm.
- Trong quá trình sử dụng , chất tách xỉ kẽm VZ-DPH khơng có khí độc, khơng khói. Khơng làm hỏng thiết bị, không độc hại với cơ thể người, là sản phẩm thân thiện với môi trường.
Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của chất tách xỉ kẽm VZ-DPH tới thành phần của hợp kim được tiến hành với các điều kiện:
- Nấu luyện trong lò điện trung tần với khối lượng 10 Kg/ mẻ nấu.
- Tỉ lệ phối liệu (được tính trên cơ sở hợp kim lý thuyết Zn15Al0.5Mg)
o Zn 8,5 Kg o Al 1,4 Kg o HKTG Al5Mg 0,1 Kg - Nhiệt độ nấu luyện là: 5200 C. - Chất tinh luyện khử khí VZ-DPL. - Chất tách xỉ kẽm VZ-DPH.
Các nguyên liệu trước khi nấu sẽ được sấy khô để tránh gây ra hiện tượng cháy nổ. Tiến hành thí nghiệm như sau: cho tồn bộ kẽm kim loại vào nồi nấu. Bật lò và nâng nhiệt độ lò lên khoảng 4600 C và chờđến khi Zn chảy hồn tồn. Sau đó nâng nhiệt đến 4800 C và cho Al vào khuấy đều. Tiếp tục nâng nhiệt lên 5200 C và cho hợp kim trung gian Al5Mg vào nồi khuấy kĩ để các nguyên tố hòa tan vào nhau tránh hiện tượng Al và Mg chưa tan nổi trên bề mặt. Sau đó ném túi VZ-DPL lên bề mặt nước hợp kim, sau đó giữ trạng thái tĩnh từ 2 ÷ 4 phút rồi dùng lồng dạng chụp ấn túi bột VZ-DPL xuống sâu trong nước hợp kim nóng chảy (cách đáy lị 10 cm), từ từđảo đều để bột tinh luyện này phân tán đều trong lị. Chờ phản ứng xảy ra hồn tồn. Sau đó rải 0,2 ÷0,5 % trọng lượng kẽm nguyên liệu chất tách xỉ kẽm VZ-DPH lên trên bề mặt xỉ, dùng môi vớt xỉ miết đảo đều trên bề mặt xỉ. Khi lớp xỉ ở bề mặt biến dạng thành bột và tách hồn tồn khỏi kẽm lỏng thì vớt xỉ.
Để khảo sát hiệu quả của chất tinh luyện và khử khí VZ-DPL cần tiến hành thí nghiệm và khảo sát các trường hợp: nấu luyện khơng có VZ-DPL, nấu luyện sử dụng VZ-DPL với thành phần 0,2; 0,3; 0,4 và 0,5 % khối lượng kẽm kim loại. Kết quả thí nghiệm được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 4.3. Hiệu suất thực thu của các nguyên tố sau thí nghiệm. Thí nghiệm Phần trăm VZ –DPL theo lượng kẽm (%) Thành phần tính tốn (%) Thành phần hợp
kim thu được (%)
Hiệu suất thực thu (%) Zn Al Mg Zn Al Mg Zn Al Mg 1 0 85 15 0,05 82,8 14,2 0,042 97,4 94,67 84,0 2 0,2 85 15 0.05 83,8 14.5 0.043 98,59 96,67 86,0 3 0,3 85 15 0,05 84,1 14,7 0,044 98,94 98,0 88,0 4 0,4 85 15 0,05 84,1 14,7 0,044 98,94 98,0 88,0 5 0,5 85 15 0,05 84,1 14,7 0,044 98,94 98,0 88,0
Hình 4.3. Ảnh hưởng của hàm lượng VZ-DPL đến hiệu suất thực thu nguyên tố. Kết quả thí nghiệm tại bảng 4.3 và hình 4.3 chỉ ra hợp kim SAM 15 nấu luyện ở nhiệt độ 5200 C với thời gian giữ nhiệt 15 phút và sử dụng VZ-DPL một lượng bằng 0,3 ÷0,5 kẽm cho hiệu suất thực thu các nguyên tố hợp kim cao với kẽm đạt 98,94%, nhôm đạt 98%, magie cháy hao nhiều nhất đạt 88%. Do vậy, sử dụng VZ-DPL một lượng bằng 0,3 kẽm cho hiệu suất thực thu các nguyên tố cao nhất và lượng chất tinh luyện khử khí VZ-DPL phải cho vào là ít nhất.
4.4 Tổng hợp kết quả công nghệ nấu luyện.
Qua các thí nghiệm khảo sát đã cho thấy được khoảng nhiệt độ cho hiệu suất thu hồi cao nhất trong khoảng từ 5200 C đến 5600 C với thời gian giữ nhiệt khoảng 15 phút. Trong khoảng nhiệt độ đó kẽm ít cháy hao nhất. Mg là ngun tố dễ cháy hao nhiều nhất khi tăng nhiệt độ vì thế ta cần chú ý bù Mg trong quá trình nấu.
Trong quá trình nấu cần dùng chất tinh luyện khử khí VZ-DPL và chất tách xỉ kẽm VZ-DPH đồng thời khuấy kĩ hợp kim sử dụng que titan để tránh hiện tượng kẽm chưa tan hết lắng đọng dưới đáy nồi hoặc Al và Mg nổi trên bề mặt nhằm đạt được hiệu suất thu hồi các nguyên tố hợp kim cao nhất.
Trong các nguyên tố hợp kim SAM 15 thì Zn chiếm tỉ lệ phần trăm khối lượng cao nhất khoảng 85% tiếp theo là đến nhơm khoảng 15% cịn Mg chiếm một lượng nhỏ. Với thời gian giữ nhiệt 15 phút thì Zn đạt hiệu suất thu hồi cao nhất 98,94% và nhôm cũng đạt hiệu suất thu hồi tương đối cao 98,0%. Magie càng giữ nhiệt lâu lượng tiêu hao càng lớn. Đây cũng là thời gian hợp lý, nếu thời gian khuấy nhỏ quá (< 10 phút) thì sẽ khơng đủ thời gian khuấy hết các vị trí trong nồi, còn thời gian khuấy lớn quá (> 15 phút) sẽ gây hiện tượng cháy hao hoặc oxy hóa của kim loại.
4.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ rót và thời gian rót.
Nhiệt độ rót ảnh hưởng lớn chất lượng vật đúc. Chọn nhiệt độ rót khơng thích hợp có thể dẫn tới sản phẩm đúc bị rỗ, nứt, co ngót, thiên tích [47].
Bảng 4.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ rót đến chất lượng sản phẩm.Chất lượng bạc Chất lượng bạc