Bài giảng Công nghệ kim loại - Phần 1: Công nghệ đúc

30/08/2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

CÔNG NGHỆ KIM LOẠI

METAL TECHNOLOGY

MMH: METE330126 - SỐ TC: 3 LT+BTL: 3 TN 0 TH 0

TRÌNH ĐỘ: ĐẠI HỌC, CAO ĐẲNG.

Chương 5: ĐÚC CÁC HỢP KIM

5.1. Tính Đúc Của Hợp Kim

Mục tiêu bài học

Tính đúc

của hợp

Chảy

loãng

Sau bài học này sinh viên có khả năng sau:

kim là khả

năng đúc

dễ hay khó

- Hiểu được tính đúc của hợp kim

của

kim đó. Nó

được đánh

giá

hợp

Co của

kim

loại

Tính

đúc

Thiên

tích

- Hiểu được quá trình đúc gang và quá trình đúc hợp

kim màu.

bằng

các chỉ tiêu

cơ bản sau

đây:

- Hiểu được cấu tạo của lò đứng.

Hoà tan

khí

1

30/08/2016

1-Tính chảy loãng

Gang

Độ quá nhiệt

Lớn, không yêu cầu cao:1220-1260⁰C

TB: :1280-1320⁰C

1-

Nhiệt

độ

Mỏng: :1320-1360⁰C

Tính

chảy

loãng

Thép:1500⁰C

C,P,Si,..

HK Đồng: :1040-1170⁰C

HK Nhôm: 700-730⁰C

Chảy

loãng

Khuôn

TPHH

S,Mn,..

CTHK

1-Tính chảy loãng

1-

Tính

chảy

loãng

2

30/08/2016

3 - Tính hoà tan khí

2 -Tính co cuûa kim loaïi

Kim loại khi đúc thường hoà tan khí O₂, H₂, hơi H₂O gây rỗ

vật đúc, làm giảm cơ tính

Tính co caøng taêng tính ñuùc caøng keùm. Vì ñuùc

vaät ñuùc ra deã bò caùc khuyeát taät, loõm co, roã co.

4 - Tính thiên tích: (không đồng nhất về thành phần hỗn

hợp, thường ở kim loại màu).

Thaønh phaàn hoãn hôïp cuûa caùc nguyeân toá trong

kim loaïi.

Nhieät ñoä roùt kim loaïi.

5.2 . Ñuùc gang

Phaân loaïi gang :

Thaønh phaàn hoãn hôïp cuûa gang : Fe, C …

C = 2,14  4,0%

− Gang xaùm : GX – VD : GX 15-32

− Trong gang khoâng coù xeâmentit töï do, maø chæ coù

Si = 0,4  3,5%

Graphit. Gang xaùm coù tính ñuùc toát deã gia coâng cô khí.

Mn = 0,2  1,5%

− Gang traéng: Cacbon trong gang naøy coù daïng lieân keát

P = 0.04  1,5%

hoaù hoïc xeâmentit töï do vì vaäy gang naøy raát cöùng vaø doøn.

S = 0,02  0,2%

3

30/08/2016

Caùc nguyeân toá aûnh höôûng ñeán tính ñuùc cuûa gang

 Gang bieán traéng: Beà maët gang traéng beân trong loõi laø

gang xaùm. Vuøng tieáp giaùp giöõa hai toå chöùc coù toå chöùc

cuûa gang hoa raâm.

- Thaønh phaàn hoaù hoïc.

- Nhieät ñoä roùt gang.

 Gang caàu: Graphit trong gang ôû daïng hình caàu nhôø

ñöa vaøo chaát bieán tính ñaëc bieät vaøo gang loûng khi ñuùc.

- VD : GC 60

- Vaät ñuùc thaønh caøng moûng  roùt gang ôû

nhieät ñoä caøng cao.

 Gang deûo: Graphit ôû daïng boâng neân tính deûo cuûa

gang taêng leân .

- Coâng ngheä khuoân.

- Toác ñoä nguoäi.

Caùc nguyeân toá thuùc ñaåy söï Graphit hoùa : C, Si, P.

Caùc nguyeân toá caûn trôû söï Graphit hoùa : Mn, S, Cr.

- Thaønh phaàn vaät lieäu naáu gang.

Chaát trôï dung

Vaät lieäu kim loaïi

− Thoûi gang (naáu loø cao), hoài lieäu + chi tieát maùy = gang

− Ñöa vaøo ñeå taùch caùc taïp chaát vaø xæ ra khoûi kim loaïi

hö, feroâ hôïp kim ( Fe-Si, Fe-Mn).

loûng.

− Tính toaùn hôïp lyù, kích thöôùc  ñöôøng kính trong cuûa

loø.

− CaCO₃( 4  5%)

− Ñoái vôùi loø daàu khoâng caàn duøng ñaù voâi CaCO₃ñeå khöû

taïp chaát.

− Laøm saïch Oxy hoùa.

− Loø ñuùc: loø ñöùng duøng nhieân lieäu laø than coác.

− Loø choõ: duøng nhieân lieäu than ñaù.

− Loø daàu: duøng nhieân lieäu daàu FO .

− Loø ñieän: loø hoà quang (naáu theùp), loø caûm öùng

− Loø khí gaz.

− Loø ñieän hoà quang tröïc tieáp duøng ñeå naáu theùp.

− Loø ñieän hoà quang giaùn tieáp duøng ñeå naáu kim loaïi

maøu.

− Loø naáu : xem

4

30/08/2016

Vaät lieäu chòu löûa

Yêu cầu

Vật liệu chịu được nhiệt cao mà không bị mềm chảy

thay đổi thể tích thành phần hỗn hợp. Thường để xây các

tường lò hợp kim lò đúc làm các dụng cụ để chứa đựng

kim loại lỏng hay lò nung làm vật liệu chịu lửa.

Tính phoái lieäu naáu gang

 Vật liệu chịu lửa : axit

a.Meû lieäu naáu

Gạch Đinat : SiO₂; nhiệt độ chảy :1730⁰C lò điện, ngọn

Nhieân lieäu :

lửa

Daàu FO 15  18% khoái löôïng vaät lieäu kim loaïi

Than coác :12  15% (loø ñöùng )

Than ñaù : 20  25% (loø choû)

 Vật liệu chịu lửa : bazơ

Gạch Manhêhit (MgO)

Crôm-Manhêhit (Cr₂O₃, MgO …) 1600  1700⁰C luyện

Chaát trôï dung : Coù taùc duïng ñöa vaøo laøm chaûy loaõng xæ

vaø noåi leân treân beà maët nöôùc gang ñeå vôùt ra deã daøng .

thép

Ñaù voâi CaCO₃, ñoâloâmít, xæ loø Mactanh  loø ñöùng vaø loø

choõ. Loø daàu khoâng caàn duøng chaát trôï dung ñeå taïo xæ

Gạch Crômit

 Vật liệu chịu lửa: trung tính

5

30/08/2016

Caùch tính

b. Vật liệu kim loại

 Gang thỏi đúc.

Gọi X_1,X₂, X₃là khối lượng của các vật liệu nấu.

 Gang vụn (gang máy).

 Hồi liệu (phế phẩm + hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót ).

 Thép vụn .

 Ferô hợp kim : FeSi : 30,45,75, Fe-Mn bổ sung các nguyên

tố Si, Mn bị cháy hao trong quá trình nấu. Vật liệu nấu phải

làm sạch, có kích thước phù hợp với đường kính của lò ( 

1/3D_t).

Thành phần hóa học của vật đúc và lượng cháy hao

Thành phần hóa học %

Lượng cháy hao %

Mn_chSi_ch

Mn

Si

+ loø ñöùng, loø choõ(than) C khoâng tính.

+ loø daàu phaûi tính chaùy hao 15%.

Si_vlkl– Si_ch. Si_vlkl= Si_vñ.

Heä phöông trình:

Si_vlkl.(1– Si_ch) = Si_vñ.

Si_vñ

Si_vlkl

=

1- Si_ch

Mn_vñ

1- Mn_ch

Si , C cháy hao 15%,.

Mn cháy hao 20%.

Mn_vlkl

=

6

30/08/2016

Quá trình nấu chảy gang

Quá trình cháy của than

C+O₂ CO+Q₁

Vùng nung nóng

Sự trao đổi nhiệt giữa khí lò và

vật liệu rắn. Liệu được sấy và t⁰

tăng từ trên xuống

C+O₂ CO₂+Q₂

CO₂+C  CO+Q₃

CaCO₃CaO +CO₂

Quá trình nấu chảy gang

Vùng nóng chảy

Vùng hoàn nguyên:

CO₂+C  CO-Q

Để có độ quá nhiệt cao, ít bị oxi

hoá, ta thu hẹp vùng này và dịch

lên trên xa mắt gió bằng cách:

-Dùng than hoạt tính kém, cỡ cục

lớn

Fe+O₂ FeO+Q

FeO+Si SiO₂+Fe+Q

FeO+Mn MnO +Fe+Q

FeO+C  CO +Fe -Q

- Dùng liệu cục nhỏ

-Lưu lượng gió thích hợp

7

30/08/2016

Quá trình nấu chảy gang

Vùng oxy hoá:

Vùng nồi lò:

Vùng này có nhiệt độ cao nhất

1600÷1700⁰C

Nhiệt độ giảm còn 1350÷ 1450⁰C

T¸n dËp löa

Cöa cho liÖu

VËt liÖu kim lo¹i

Fe+O₂ FeO+Q

ChÊt trî dung

Giã

FeO+Si SiO₂+Fe+Q

FeO+Mn MnO +Fe+Q

FeO+C  CO +Fe -Q

Nhiªn liÖu

VËt liÖu kim lo¹i

M¾t giã

Buång giã

Cöa ra gang

Cöa ra xØ

Gang láng

XØ

Thïng rãt

V-3. Ñuùc kim loaïi maøu (hôïp kim maøu)

Ñaëc ñieåm ñuùc gang

−Tính chảy loãng cao nên đúc được các vật đúc

thành mỏng, phức tạp.

1.Ñuùc ñoàng :

 Hôïp kim ñoàng goàm:

−Khối lượng riêng của gang lớn, nên ít lẫn các tạp

chất, xỉ, bọt khí.

- Ñoàng thau : Latoâng(L), LZn30

-Ñoàng thanh : Broâng(B), BSn5Pb

 Loø naáu:

−Công nghệ khuôn không phức tạp, chất lượng đúc

cao.

Loø noài (noài baèng Graphit )

−Nấu luyện đơn giản.

8

30/08/2016

Quá trình nấu

Vật liệu nấu : Đồng nguyên chất dạng thỏi, dạng

tấm, dùng các nguyên tố hợp kim cho vào đồng Zn,

Sn, Pb, Al

Đồng hoà tan nhiều khí O₂, H₂dùng Cu-P (90%Cu,

10%P) khử O_2..

− Sấy lò (chứa) 300  400%C.

− Cho vật liệu kim loại khó chảy vào trước, dễ chảy sau

Zn bay hơi cho vào sau cùng, Pb dễ bị thiên tích.

− Phủ chất trợ dung lên trên cùng.

− Không khuấy trộn nhiều.

Cu-P + O₂ P₂O₅+ CuO

Chất trợ dung :

 Che phủ bề mặt của kim loại màu để không bị

oxy hoá.

 Có tác dụng tạo xỉ chảy lõang nhẹ nổi lên .

 Than củi, nùm cưa, các muối clorua natri.

NaCl + borát (Na₂B₄O₇).

− Cho CuP để khử O₂(0.09  1%) khối lượng vật liệu kim

loại.

− Nhiệt độ rót hợp kim đồng 1070  1100⁰C.

Ñaëc ñieåm ñuùc hôïp kim ñoàng

2.Đúc hợp kim nhôm

Hợp kim nhôm-đúc (Silumin Al-Si).

 Coâng ngheä ñuùc, khuoân, heä thoáng roùt laøm ñaëc bieät söû

Hợp kim nhôm biến dạng (Al-Cu-Si, Al-Mg, AL-Ni).

Lò nấu: Nồi nấu bằng gang thì phải phải sơn vì nguyên tố

Fe có hại cho nhôm.

duïng khuoân caùt, khuoân kim loaïi.

 Naáu luyeän chuù yù söï oxy hoaù hoaëc hoøa tan khí.

Vật liệu nấu : Al thỏi, tấm, vật liệu nhôm dư hỏng hồi liệu

khi nấu thì kim loại đưa vào nhôm dưới dạng hợp kim.

Chất trợ dung: Muối clorua.

Chất biến tính làm nhỏ hạt : Na 1%.

9

30/08/2016

STT

LOẠI HỢP KIM

THÀNH PHẦN VÀ ĐẶC TÍNH

Có hơn 99% nhôm tinh khiết

-

Được sử dụng trong nhiều lĩnh vực đặc biệt trong lĩnh vực hoá

học và điện.

1

1xxx

-

Có tính chống mài mòn, chịu được nhiệt và có tính dẫn điện cao

Có tính cơ học thấp và dễ định hình

Sức bền tăng khi được kéo dãn ra

Chất trộn chính: sắt, silicon

Thành phần hợp kim chính: Đồng

Đòi hỏi phải xử lý nhiệt để đạt được đặc tính cao nhất.

Có thể tăng tuổi thọ sản phẩm để tăng tính cơ học vì độ căng đã

bị mất khi kéo dãn

2

2xxx

-

Độ bền cao

Không có tính chống mài mòn cao như hầu hết các hợp kim

nhôm

-

Hợp kim 2024 được nhiều người biết đến và được dùng trong

ngành hàng không

STT

LOẠI HỢP KIM

THÀNH PHẦN VÀ ĐẶC TÍNH

STT

LOẠI HỢP KIM

THÀNH PHẦN VÀ ĐẶC TÍNH

Thành phần hợp kim chính: Manganese

-

Thành phần hợp kimchính: Magnesium

-

Hợp kim không thể xử lý nhiệt có độ bền từ thấp đến trung

bình

5

6

5xxx

Thường không thể xử lý nhiệt

3

3xxx

Độ bền từ thấp đến trung bình

-

Dễ hàn, chống mài mòn cao trong lĩnh vực hàng hải

Thành phần hợp kimchính: Silicon và Magnesium

Hợp kim định hình phổ biến nhất

Chống mài mòn cao, khó cắt và dễ định hình 3003 được dùng rộng rãi

cho các sản phẩm có độ bền trung bình đòi hỏi tính định hình cao

6xxx

7xxx

Có thể xử lý nhiệt, có tính định hình và độ bền cao

Tính tạo hình cao, chống mài mòn, dễ cắt, dễ hàn

Thành phần hợp kim chính: Kẽm

-

Thành phần hợp kim chính: Silicon

Thêm một lượng Silicon vừa đủ giúp làm giảm đáng kể điểm nóng

chảy màkhông làm hợp kim giòn

-

Thường được dùng để hàn dây kim loại và nếu là hợp kim đồng thau

thì nhiệt độ nóng chảy thấp hơn kim loại gốc

Thường không thể xử lý nhiệt

Khi thêm một lượng nhỏ magnesium sẽ tạo thành hợp kim có độ

xử lý nhiệt và có độ bền rất cao

4

4xxx

7

-

Thường thêm vào một lượng nhỏ đồng và chromium

7075 là hợp kim có độ bền cao nhất dùng làm khung máy bay

và các bộ phận chịu áp lực cao

Không phù hợp cho các sản phẩm định hình

Có màu xám đậm nếu được xử lý anodic oxide, vì vậy phù hợp cho

kiến trúc

10

30/08/2016

Đặc điểm đúc nhôm

Quá trình nấu

Nấu hợp kim nhôm dưới lớp trợ dung.

- Thường đúc trong khuôn kim loại có độ bóng và độ

chính xác cao.

Nấu bằng cách tinh luyện và dùng khí Clo.

Chú ý : Khi nấu nhôm có lớp oxit nhôm trên bề mặt có tác

dụng che phủ không cho lớp nhôm nguyên chất ở phía

dưới bị oxy hoá. Do vậy không được khuấy trộn trong quá

trình nấu.

- Có tính chảy loãng cao, đúc dễ và thành rất mỏng.

- Công nghệ khuôn, hệ thống đặc biệt có thể đúc nhiều vật

đúc chung một hệ thống rót.

- Con mã là dụng cụ dùng để chống hoặc đỡ lõi lớn, lõi

công xôn nằm lại ở vật đúc sau khi đúc xong.

11

Bài giảng Công nghệ kim loại - Phần 1: Công nghệ đúc - Chương 5: Đúc các hợp kim