Bài giảng Công nghệ đúc - Chương 2: Cơ sở lý thuyết quá trình hình thành vật đúc (Phần 1) - Nguyễn Ngọc Hà

3 - 1-3)/ 1-2 3 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ KLL thấm ƣớt kém thành khuơn Khi  > 900  1-3 > 2-3 Gĩc thấm ướt lớn làm giảm khả năng thấm ướt của kim loại lỏng với thành khuơn 4 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ KLL thấm ƣớt kém thành khuơn Hệ quả: - Làm giảm khả năng điền đầy khuơn, đặc biệt với các vật đúc thành mỏng, hình dạng phức tạp - Hạn chế sự thâm nhập của kim loại lỏng vào các lỗ mao dẫn ở bề mặt khuơn  hạn chế cháy dính cát cơ học trên bề mặt vật đúc 5 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Kim loại lỏng thấm ƣớt tốt thành khuơn Khi < 900  1-3< 2-3 Gĩc thấm ướt nhỏ làm tăng khả năng thấm ướt của kim loại lỏng với thành khuơn 6 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Kim loại lỏng thấm ƣớt tốt thành khuơn Hệ quả: - Làm tăng khả năng điền đầy khuơn, đặc biệt với các vật đúc thành mỏng, hình dạng phức tạp - Làm tăng sự thâm nhập của kim loại lỏng vào các lỗ mao dẫn ở bề mặt khuơn  dễ cháy dính cát cơ học trên bề mặt vật đúc 7 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1.1.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến scbm a. Thành phần hĩa học của kim loại lỏng KLL hịa tan các ơxit cĩ T nĩng chảy < T nĩng chảy của KL nền  sẽ làm giảm . Thí dụ: FeO trong hợp kim sắt; CuO trong HK đồng Khi trên bề mặt KLL cĩ màng ơxit khĩ chảy sẽ làm tăng . Thí dụ: Al2O3, Cr2O3/thép lỏng; Al2O3/HK Al Các nguyên tố hịa tan trong kim loại lỏng 8 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ b. Nhiệt độ c. Vật liệu làm khuơn, chất sơn khuơn Nhiệt độ tăng thì gĩc thấm ướt giảm Sơn khuơn bằng phấn chì, bột talc: làm tăng gĩc thấm ướt Phun dầu hỏa lên bề mặt khuơn: giảm gĩc thấm ướt 9 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1.2. ĐỘ SỆT 1.2.1. Khái niệm Độ sệt là trở lực bên trong kim loại lỏng làm cản trở dịng chảy  - độ sệt động lực học  - độ sệt động học; = / Re= vd/ v – vận tốc dài của dịng chảy d - đường kính thủy lực của ống Re Reth: chảy rối Reth 3500 (thép cacbon);  7000 (gang xám) 10 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1.2.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến độ sệt kim loại lỏng a. Nhiệt độ Ảnh hưởng đến độ sệt theo mối quan hệ: = Aeb/T A, b - hằng số T tăng thì  giảm mạnh b. Thành phần kim loại lỏng Một số nguyên tố hợp kim làm tăng độ sệt; một số khác lại làm giảm Những tạp phi kim rắn (vd: Al2O3 trong thép) thường làm tăng độ sệt của kim loại lỏng. Tạp cĩ dạng gĩc, cạnh làm tăng độ sệt mạnh hơn so với dạng cầu Các tạp phi kim lỏng (vd: Fe3P trong gang) thường làm giảm độ sệt của kim loại lỏng. 12 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1.3. ĐỘ CHẢY LỖNG VÀ KHẢ NĂNG ĐIỀN ĐẦY KHUƠN 1.3.1. Một số khái niệm Độ chảy lỗng cĩ thể xem là nghịch đảo của độ sệt:  1/ Độ chảy lỗng tăng khi tăng T rĩt Hợp kim cĩ khả năng chảy đến một T thấp hơn đường lỏng và sẽ mất tính chảy ở một T xác định gọi là nhiệt độ cĩ độ chảy lỗng bằng khơng (T0) 13 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1.3.1. Một số khái niệm Giá trị của T0: • Pha rắn dạng cầu: hợp kim sẽ mất tính chảy lỗng khi lượng pha rắn khoảng 30% • Pha rắn dạng nhánh cây: giảm mạnh độ chảy lỗng; HK sẽ mất tính chảy lỗng khi lượng pha rắn khoảng 20% Cách xác định T0 Dựa vào quy tắc địn bẫy PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 15 1.3.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng điền đầy khuơn a. Các tính chất của hợp kim KLL chảy trong khuơn mất dần nhiệt Lượng nhiệt mất đi (Qm) khơng được vượt quá lượng nhiệt quá nhiệt (Qqn) cần thiết để nung KLL từ T cĩ độ chảy lỗng bằng khơng đến T rĩt: Qm < Qqn 16 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ a. Các tính chất của hợp kim Qqn = G[c(Tr – T0) + xW] G – khối lượng vật đúc c - nhiệt dung riêng của KLL W - ẩn nhiệt kết tinh của KLL x - phần pha rắn khi KLL cĩ độ chảy lỗng bằng khơng Mức độ chảy của KLL phụ thuộc vào c và W 17 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ b. Các tính chất của khuơn Tính chất của khuơn thể hiện ở 2 mặt: 1. Khuơn lấy nhiệt của KLL Khả năng lấy nhiệt được đặc trưng bằng độ thấm nhiệt của khuơn bkh: bkh= (c) 0,5 , c, : độ dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, khối lượng riêng của khuơn Khuơn cĩ bkh càng lớn  KLL nguội càng nhanh 18 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ b. Các tính chất của khuơn 2. Gây trở lực cho dịng chảy do ma sát Bề mặt khuơn càng nhẵn, hệ số ma sát càng thấp Sự hình thành màng khí mỏng giữa KLL và bề mặt khuơn làm giảm hệ số ma sát 19 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ c. Sức căng bề mặt d. Màng ơxit Scbm giữa KKL và khuơn càng lớn thì khả năng điền đầy khuơn càng kém Màng ơxit trên bề mặt KLL làm giảm khả năng điền đầy khuơn 20 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ e.Khoảng đơng của KLL T càng thấp thì độ chảy lỗng càng cao 21 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ f. Ảnh hƣởng của hình dạng lịng khuơn Gọi: F, V là tổng diện tích bề mặt và thể tích lịng khuơn. Khi F/V tăng: - Nhiệt lượng KLL truyền cho khuơn tăng - Ma sát giữa KLL và khuơn tăng  Giảm khả năng điền đầy khuơn 22 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1.3.3. XÁC ĐỊNH ĐỘ CHẢY LỖNG Mẫu thử Spiral 23 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ XÁC ĐỊNH ĐỘ CHẢY LỖNG Mẫu thử hình trụ 24 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2. QUÁ TRÌNH ĐIỀN ĐẦY KHUƠN CỦA KIM LOẠI LỎNG 25 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.1. MỞ ĐẦU 2.1.1. Quá trình rĩt khuơn Nồi lị (Lị)  Thùng rĩt  Hệ thống rĩt  Lịng khuơn 26 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.1.1. Quá trình rĩt khuơn 2 loại thùng rĩt: - Rĩt nghiêng từ miệng thùng rĩt - Rĩt đáy 2.1.1. Quá trình rĩt khuơn Dịng kim loại từ thùng rĩt đến khuơn là dịng chảy rơi tự do PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 28 2.1.2. Dạng của dịng chảy rơi tự do Khi chảy tự do từ thùng rĩt, ở vị trí h, vận tốc v của dịng chảy: v= (2gh)0,5 g: gia tốc trọng trường Theo định luật dịng chảy liên tục: lượng KLL Q chảy qua tiết diện S tại vị trí h trong một đơn vị thời gian là khơng đổi: Q= vS = const 29 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.1.2. Dạng của dịng chảy rơi tự do  S= Q/v= Q/(2gh)0,5= d2/4  d2= 4Q/[ (2gh)0,5] Đặt A= {4QQ/[(2g)0,5]}0,5  d= Ah-0,25 Vậy mặt ngồi của dịng chảy rơi tự do cĩ dạng hyperbol trịn xoay bậc 4 30 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.2. CÁC LOẠI DÕNG CHẢY LƯC ĐIỀN ĐẦY KHUƠN Cĩ 2 phương pháp rĩt kim loại lỏng vào khuơn: 1. Rĩt chảy rơi tự do vào khuơn 2. Rĩt chảy theo hệ thống rĩt (HTR) Dù rĩt theo phương pháp nào cũng tồn tại giai đoạn chảy rơi tự do PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 31 2.2.1. Dịng chảy rơi tự do a.Tƣơng tác của dịng chảy với mơi trƣờng Khi chảy rơi tự do, bề mặt KLL cĩ thể bị ơxy hĩa. Lượng ơxit tạo thành phụ thuộc: - Ái lực hĩa học của các nguyên tố trong KLL với ơxy - Chiều dài dịng chảy rơi - Diện tích bề mặt dịng chảy - Mơi trường xung quanh 32 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ b. Hành vi của các ơxit Tách ra & hịa tan vào KLL: - Thường là các ơxit hĩa trị 1 & 2 - Thí dụ: Cu2O/Cu; FeO/thép Nổi lên bề mặt KLL trong khuơn: - Thường là các ơxit nhẹ - ZnO/Cu ; MgO/gang 33 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ b. Hành vi của các ơxit Tạo thành lớp màng bền vững trên bề mặt dịng chảy: - Bảo vệ phần bên trong khơng bị ơxy hĩa tiếp - Thường là các ơxit hĩa trị 3 (vd: Al2O3, Cr2O3/thép). - Khi dịng chảy chạm vào khuơn, do xốy, ơxit trộn lẫn với KLL  tạp chất nằm lại trong vật đúc  Phải cĩ HTR thích hợp và khơng nên rĩt rơi tự do 34 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.2.2. Dịng chảy trong HTR Hệ thống rĩt thƣờng bao gồm: - Cốc rĩt - Ống rĩt - Rãnh lọc xỉ - Rãnh dẫn PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 35 2.2.2. Dịng chảy trong HTR Chức năng của HTR 1. Tiếp nhận dịng chảy từ thùng rĩt 2. Giữ lại tạp chất trước khi KLL chảy vào khuơn 3. Ngăn cản xốy, bắn tĩe, ơxy hĩa dịng KLL 4. Dẫn KLL vào khuơn ở các vị trí xác định với vận tốc hợp lý và cột áp xác định PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 36 2.2.2. Dịng chảy trong HTR Dịng chảy trong HTR cĩ thể là tầng hoặc rối Ứng với mỗi lưu chất khi chảy trong một ống cĩ tiết diện xác định, tốc độ dịng chảy khi chuyển từ tầng sang rối được gọi là tốc độ tới hạn vth PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 37 a. Điều kiện để cĩ dịng chảy tầng v < vth vth= Reth / d Thép cacbon ở 16000C: Reth 3500; = 0,4.10 -6m2/s  vth= 0,0014/d (m/s) Gang xám ở 13000C: Reth 7000; = 0,3.10 -6m2/s  vth= 0,0021/d (m/s) 38 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ a. Điều kiện để cĩ dịng chảy tầng Gọi: G-lượng KLL cần rĩt vào khuơn; -thời gian rĩt; S-tiết diện ống dẫn Tốc độ rĩt: m= G/ = Sv Điều kiện để cĩ chảy tầng: G/  Svth - Gang xám: G/  (d2/4).(0,0021/d).7000  d 0,08 (G/) [mét] - Thép: G/  (d2/4).(0,0014/d).7000  d 0,13 (G/) [mét] 39 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ a. Điều kiện để cĩ dịng chảy tầng Trong thực tế, khĩ chế tạo HTR để cĩ dịng chảy tầng do m cĩ giá trị từ vài đến vài chục kg/s Thí dụ: rĩt thép với G/= 5 kg/s  d  0,13x5= 0,65 m (quá lớn) Biện pháp giảm mức độ chảy rối trong khi vẫn bảo đảm G/r khơng đổi: ? 40 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ b. Rĩt vào ống rĩt đầy Dịng KLL chảy khỏi thùng rĩt cĩ dạng mặt hyperbol bậc 4 trịn xoay. Ta cĩ 3 trường hợp: 1. Ống rĩt cĩ hình dạng nhƣ dịng chảy rơi tự do Trong trường hợp này cĩ thể chứng minh được tồn bộ thế năng biến thành động năng: khơng cĩ lực tác động lên thành ống rĩt 41 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ b. Rĩt vào ống rĩt đầy 2. Ống rĩt áp dƣơng Nếu ống rĩt cĩ độ cơn lớn hơn độ cơn của dịng chảy, dễ dàng chứng minh: năng lượng thủy tĩnh (thế năng) khơng biến đổi hồn tồn thành động năng và phần năng lượng thủy tĩnh dư sẽ tác động lên thành ống rĩt 3. Ống rĩt áp âm - Nếu ống rĩt cĩ độ cơn nhỏ hơn độ cơn của dịng chảy  dịng KLL tác động áp âm lên ống rĩt - Đối với khuơn cát, áp âm làm hút khơng khí và khí từ khuơn vào dịng KLL và đi vào khuơn gây rỗ khí trong vật đúc 42 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ c. Rĩt vào ống rĩt khơng đầy Ống rĩt khơng chứa đầy kim loại lỏng Dịng kim loại chảy vào khuơn với tốc độ nhỏ  khơng bị bắn tĩe Hao tốn nhiều kim loại cho HTR 43 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.3. DÕNG CHẢY TRONG HTR 2.3.1. Các trở lực cản trở dịng KKL Hai loại trở lực cản trở quá trình điền đầy khuơn: 1. Trở lực do những tính chất của KLL: scbm, độ sệt, màng ơxit 2. Trở lực do KLL chảy qua HTR (đáng kể hơn) 44 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.3.1. Các trở lực cản trở dịng KKL KLL được rĩt vào cốc rĩt cĩ: - Chiều cao cột áp h - Qua ống rĩt vào rãnh dẫn cĩ tiết diện S - Điền đầy hốc khuơn cĩ thể tích V - Điền đầy khuơn trong thời gian  Nếu khơng cĩ trở lực: V= Sv = S(2gh)0,5 45 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.3.1. Các trở lực cản trở dịng KKL Từ cốc rĩt vào ống rĩt, dịng chảy bị co thắt nên bị tổn thất cột áp với hệ số  Khi chảy qua các bộ phận của HTR dịng chảy bị tổn thất cột áp với hệ số  do ma sát, chuyển hướng dịng chảy, thay đổi tiết diện của HTR, độ phức tạp của hốc khuơn Phải tính thêm hệ số  khi xét đến nhiệt độ rĩt, độ sệt KLL 46 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.3.1. Các trở lực cản trở dịng KKL Do đĩ: V= S(2gh)0,5  G= V = S(2gh)0,5 Đặt: =  = (2g)0,5  G= S(h)0,5 với : độ cản thủy lực  S= G / [(h)0,5 ] 47 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.3.1. Các trở lực cản trở dịng KKL Giá trị của độ cản thủy lực  • Rĩt đỉnh (khơng qua HTR): = 0,75 – 0,85 • Rĩt qua HTR: - Gang: = 0,27 – 0,55 - Thép: = 0,30 – 0,42 - HK màu: = 0,60 – 0,70 48 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Khuyết tật khơng điền đầy khuơn và khớp nối 49 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.3.2. Các thành phần của HTR Cốc rĩt, phễu rĩt Chức năng: - Hướng dịng KLL từ nồi rĩt vào HTR - Giữ tạp chất lại Ống rĩt Ống rĩt cĩ tác dụng dẫn KLL chảy thẳng đứng từ độ cao xác định (để tạo cột áp thủy tĩnh thích hợp) Nên tạo ống rĩt áp dương  nên cĩ độ cơn 4 – 60 51 2.3.2. Các thành phần của HTR Rãnh ngang (rãnh lọc xỉ) Chức năng: - Phân phối KLL từ ống rĩt vào các rãnh dẫn - Lọc xỉ Rãnh dẫn Rãnh dẫn: phần cuối cùng của HTR dẫn KLL vào khuơn Tại vị trí đặt rãnh dẫn, HHLK bị nung nĩng nhiều nhất  khơng bố trí rãnh dẫn vào vị trí yêu cầu chất lượng vật đúc cao 52 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.3.2. Các thành phần của HTR PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 53 Một số thí dụ về bố trí hệ thống rĩt Một số thí dụ về bố trí hệ thống rĩt 55 3. TƢƠNG TÁC GIỮA KIM LOẠI LỎNG VÀ KHUƠN 3.1. MỞ ĐẦU Trong quá trình đúc, KL tiếp xúc khuơn tạo nên các tương tác làm ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc Trình tự tƣơng tác: - Giữa khuơn và KLL - Giữa khuơn và KL đang đơng đặc - Giữa khuơn và VĐ trong quá trình nguội 56 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.1.1. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tƣơng tác Bản chất và phương pháp chế tạo khuơn Bản chất và trạng thái của hợp kim đúc Kết cấu vật đúc Mơi trường xung quanh 57 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.1.2. Kết quả quá trình tƣơng tác Cĩ thể tạo hàng loạt khuyết tật đúc: 1. Hiện tượng bọng cát 2. Cháy cát nhiệt 3. Cháy dính cát cơ nhiệt 4. Cháy cát nhiệt hĩa 5. Rỗ khí 6. Thốt cacbon 7. Các khuyết tật trong VĐ liên quan khí hydro 8. VĐ khơng được điền đầy hồn tồn 58 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.2. SỰ HÌNH THÀNH VỎ BỀ MẶT KHI KLL TiẾP XƯC KHUƠN 3.2.1. Mở đầu Khi rĩt, ngay sau khi KKL tiếp xúc thành khuơn, do chênh lệch lớn về T trên bề mặt tiếp xúc  hình thành lớp vỏ rắn mỏng Lớp vỏ bề mặt ảnh hưởng lớn đến cơ tính VĐ 59 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.2.2.Phƣơng thức phát triển lớp vỏ rắn 1. KKL đƣợc quá nhiệt quá nhỏ: Lớp vỏ liên tục phát triển theo thời gian 2. KKL đƣợc quá nhiệt nhỏ: Sự phát triển của lớp vỏ rắn diễn ra chậm do sự tăng nhiệt độ khuơn làm chậm quá trình truyền nhiệt từ KL vào khuơn 3. KKL đƣợc quá nhiệt lớn Lớp vỏ hình thành ban đầu nhanh chĩng bị nĩng chảy lại do độ quá nhiệt và nhiệt kết tinh của KL quá lớn. Sau một thời gian mới kết tinh lại lớp vỏ mới 60 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 61 3.3. SỰ TƢƠNG TÁC NHIỆT VÀ CƠ NHIỆT GIỮA KL VÀ KHUƠN 3.3.1. Tƣơng tác nhiệt Trong khuơn, KL nung nĩng HHLK. Nếu trong HHLK chứa các thành phần chịu nhiệt kém chúng sẽ bị nĩng chảy và cháy dính lên bề mặt vật đúc: cháy dính cát nhiệt Các thành phần chịu nhiệt kém cĩ thể cĩ trong HHLK: các sunfua, ơxit sắt, một số ơxit KL kiềm và kiềm thổ 62 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.3.1. Tƣơng tác nhiệt Các yếu tố ảnh hƣởng Hợp kim đúc: c, W càng cao càng dễ cháy dính cát nhiệt Nhiệt độ rĩt càng cao càng dễ cháy dính cát nhiệt Độ thấm nhiệt của khuơn bkh càng thấp càng dễ cháy dính cát nhiệt Kết cấu vật đúc 63 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.3.2. Tƣơng tác cơ nhiệt  Luơn tồn tại các lỗ hổng giữa các hạt cát trong khuơn cát Trong các điều kiện thích hợp, KLL cĩ thể thâm nhập vào các lỗ rỗng ở lớp bề mặt khuơn tạo nên hiện tượng cháy dính cát cơ học 64 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ a. Điều kiện xảy ra cháy dính cát cơ nhiệt Xem lỗ rỗng là ống mao dẫn bán kính r thì áp lực của KLL pk phải lớn hơn áp lực ngăn cản KLL thâm nhập vào lỗ rỗng pz: pk>pz  png+ptt+pck > -(2cos)/r png- áp lực bên ngồi tác động lên KLL ptt- áp lực thủy tĩnh của KLL pck- độ chân khơng ở cuối ống mao dẫn - sức căng bề mặt của KLL - gĩc thấm ướt giữa KLL và HHLK 65 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ b. Các yếu tố ảnh hƣởng đến cháy dính cát cơ nhiệt ,  càng bé; r,  càng lớn thì KLL càng dễ thâm nhập vào các lỗ rỗng trên bề mặt khuơn Khi <900: KLL bị hút vào các lỗ rỗng trên bề mặt khuơn mà khơng cần các tác động khác Nhiệt độ tăng  ,  giảm  dễ cháy dính cát cơ nhiệt hơn 66 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ b. Các yếu tố ảnh hƣởng đến cháy dính cát cơ nhiệt Sơn khuơn: làm giảm kích thước (r) lỗ rỗng  khĩ cháy dính cát cơ nhiệt hơn Cho vào chất sơn khuơn, HHLK các chất phụ gia thích hợp (graphite, bột than ), khi rĩt khuơn sẽ sinh ra khí, đi vào lỗ rỗng và ngăn cản sự thâm nhập của KLL Khuơn đầm càng chặt  r càng bé  khĩ cháy dính cát cơ nhiệt hơn 67 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ c. Các vị trí dễ cháy dính cát cơ nhiệt Sự thâm nhập của KLL vào các lỗ hổng trên bề mặt khuơn nhanh chĩng chấm dứt do hình thành lớp vỏ rắn Tại một số vị trí của vật đúc, lớp vỏ này cĩ thể bị nĩng chảy lại do hấp thụ một lượng nhiệt lớn từ dịng KLL  KLL tiếp tục thâm nhập vào lỗ hổng 68 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ c. Các vị trí dễ cháy dính cát cơ nhiệt Các vị trí này cĩ thể là: 1. Nơi cĩ dịng kim loại chảy qua trong thời gian dài (các phần vật đúc gần rãnh dẫn KL vào) 2. Nơi tập trung một lượng lớn KL (chỗ thành dày của vật đúc) 3. Các gĩc trong và lỗ trong của vật đúc 69 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Truyền nhiệt tại các gĩc của vật đúc Hình D: ngay gĩc trong dễ cháy dính cát PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 70 Cháy dính cát cơ nhiệt 71 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Cháy dính cát cơ nhiệt 72 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.3.3. Các biện pháp làm giảm cháy cát nhiệt và cơ nhiệt Làm cho bề mặt VĐ nguội nhanh bằng cách tăng khả năng tích nhiệt của khuơn ở những vị trí dễ gây cháy dính cát: - Sử dụng cát manhêzit hoặc crơm-manhêzit - Dùng HHLK cĩ trộn thêm phoi gang - Đặt vật làm nguội 73 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 74 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.3.3. Các biện pháp làm giảm cháy cát nhiệt và cơ nhiệt Thay đổi kết cấu VĐ, hạn chế các gĩc trong và lỗ trong VĐ Sơn khuơn để làm giảm kích thước lỗ hổng ở bề mặt khuơn Bố trí HTR thích hợp Khơng rĩt khuơn ở nhiệt độ quá cao 75 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.4. TƢƠNG TÁC NHIỆT HĨA Trong quá trình rĩt khuơn, đơng đặc và làm nguội, bề mặt khuơn cĩ thể chịu một số tác động hĩa học: 1. Do nhiệt độ cao, HHLK cĩ sự biến đổi hĩa học. Thí dụ: CaCO3  CaO + CO2 2. Xảy ra phản ứng hĩa học trực tiếp giữa khuơn và kim loại. Thí dụ: khi đúc HK Mg Mg + 0,5 SiO2  MgO + 0,5 Si 76 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.4. TƢƠNG TÁC NHIỆT HĨA 3. Tương tác giữa các ơxit của HHLK với các ơxit trên bề mặt KLL (kết quả của sự ơxy hĩa các nguyên tố trong KKL). Đây là phản ứng hĩa học của các thành phần mang tính axit (SiO2, P2O5 ) với những thành phần mang tính baz (MgO, MnO, FeO ) tạo thành các hợp chất cĩ T nĩng chảy thấp bám lên bề mặt vật đúc. 77 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.4. TƢƠNG TÁC NHIỆT HĨA Thí dụ: cát làm khuơn là cát thạch anh: - Khi đúc thép, nếu khử ơxy khơng đủ sâu, sẽ cịn nhiều FeO: 2FeO + SiO2  2FeO.SiO2 - Khi đúc thép chứa nhiều mangan: 2MnO + SiO2  2MnO.SiO2 (Tnc= 1322 0C) MnO + SiO2  MnO.SiO2 (Tnc= 1215 0C) 3MnO + SiO2  3MnO.SiO2 (Tnc= 1200 0C) 78 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 79 3.5. SỰ HÌNH THÀNH VÙNG NGƢNG TỤ TRONG KHUƠN 3.5.1. Sự hình thành vùng ngƣng tụ  Trong quá trình rĩt khuơn (khuơn cát-sét, cát-nước thủy tinh ), KL truyền nhiệt vào bề mặt khuơn làm nước bốc hơi rồi ngưng tụ bên trong khuơn hình thành vùng ngưng tụ  Nếu khuơn cĩ độ thơng khí kém thì hơi ẩm khơng thốt hết ra ngồi mà đi vào vật đúc tạo rỗ khí 80 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.5.2. Bọng cát Trong quá trình rĩt khuơn, khi KLL đang dâng lên, nhiệt bức xạ từ bề mặt KLL lên trần khuơn : 1. Lớp bề mặt khuơn được nung nĩng mạnh trong khi lớp bên trong chưa được nung  lớp bề mặt bị dãn nở nhiều hơn và nén lớp bên trong 2. Tạo nên vùng ngưng tụ  áp lực khí tác động lên lớp bề mặt 81 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.5.2. Bọng cát  Lớp bề mặt bị võng xuống và nứt KLL chảy qua các vết nứt vào chiếm chỗ trống trên bề mặt khuơn tạo nên khuyết tật đúc gọi là bọng cát hay đát (dartre) Bọng cát cĩ dạng những khối u trên bề mặt vật đúc; bên trong khối u cĩ HHLK 82 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 83 Các biện pháp ngăn ngừa bọng cát Giảm nhiệt độ rĩt Giảm thời gian KLL bức xạ nhiệt lên trần khuơn: - Giảm thời gian rĩt - Bố trí vật đúc trong khuơn hợp lý; nghiêng khuơn Chọn HHLK cĩ thành phần thích hợp 84 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.6. SỰ HÌNH THÀNH KHÍ TRONG QUÁ TRÌNH ĐƯC 3.6.1. Nguyên nhân tạo khí 1. Do tác dụng nhiệt khi KKL tƣơng tác với HHLK  xảy ra các quá trình: - Sự bay hơi của nước và các chất dễ bay hơi trong HHLK - Sự bay hơi của nước liên kết trong sét - Sự cháy các chất hữu cơ trong HHLK 85 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.6.1. Nguyên nhân tạo khí 2. Khí hịa tan trong KLL thốt ra ngồi khi vật đúc đơng đặc và làm nguội: - KLL hồ tan khí nhiều hơn KL rắn - T càng cao  Khí hồ tan trong KL càng nhiều PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 86 3.6.1. Nguyên nhân tạo khí Khí sinh ra cĩ thể: - Thốt ra ngồi qua khuơn - Thốt ra ngồi qua mặt thống của KLL - Đi vào KLL tạo ra rỗ khí trong vật đúc (cĩ thể bên trong hoặc mặt ngồi vật đúc) PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 87 Rỗ khí 88 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Rỗ khí PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 89 Rỗ khí Vấn đề thảo luận Thường quan sát thấy 3 dạng rỗ khí: - Cĩ kích thước nhỏ: thường gọi là bọt khí - Cĩ kích thước lớn, thường nằm ở mặt trên của vật đúc: thường gọi là bọng khí - Bề mặt vật đúc phồng lên, đâm thủng màng phồng thì quan sát thấy những bọng khí to Nguyên nhân cụ thể của việc hình thành 3 dạng khuyết tật trên? Biện pháp ngăn ngừa? PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 91 3.6.2. Rỗ khí hình kim Đây cũng là một dạng khuyết tật bề mặt vật đúc: những dải bọt khí vuơng gĩc với bề mặt vật đúc PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 92 a. Nguyên nhân hình thành 1.Sự tiết ra các khí H2, N2 từ KLL do KL giảm nhanh T khi tiếp xúc với thành khuơn và các khí này khơng kịp thốt ra ngồi - H2: Hợp kim Fe, Cu, Mg, Al - N2: Hợp kim Fe PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 93 a. Nguyên nhân hình thành 2. Sự thành thành khí CO từ hợp kim Fe. - Khi KLL tiếp xúc khuơn, các ơxit sắt được hình thành trên bề mặt vật đúc - Nếu lượng ơxit sắt đủ cao  xảy ra các phản ứng khử ơxy trong KLL và tạo CO: Fe2O3 + 3[C]  2[Fe] + 3{CO} Fe3O4 + 4[C]  3[Fe] + 4{CO} FeO + [C]  [Fe] + {CO} - 3 phản ứng trên cũng là một trong những nguyên nhân gây thốt cacbon ở bề mặt vật đúc 94 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ a. Nguyên nhân hình thành 3. Sự hình thành hơi nƣớc trong hợp kim Fe, Cu khi KLL tiếp xúc khuơn tươi: MeO + 2[H]  [Me] + {H2O} 4. Sự hình thành khí H2S khi biến tính cầu hĩa gang bằng Mg: - [Mg] + [S]  (MgS) - Khi tiếp xúc với khuơn tươi: MgS + H2O  MgO + {H2S} 95 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ b. Các biện pháp phịng tránh Tăng độ thơng khí của khuơn Giảm độ ẩm của khuơn Khử khí trong KLL triệt để trước khi rĩt Sấy kỷ các dụng cụ phục vụ nấu, rĩt 96 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Câu hỏi ơn tập Hãy liệt kê tất cả các dạng khuyết tật đúc sinh ra do quá trình điền đầy khuơn. Hãy liệt kê tất cả các dạng khuyết tật đúc sinh ra do tương tác giữa kim loại và khuơn. PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 97