CHƢƠNG 2
CƠ SỞ Lí THUYẾT
QUÁ TRèNH
HèNH THÀNH VẬT ĐệC
PHẦN 1
1 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
1. MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT Lí
CỦA KIM LOẠI LỎNG
1. Sức căng bề mặt (Surface Tension)
2. Độ sệt của kim loại lỏng (Viscosity)
3. Độ chảy loóng và khả năng điền đầy khuụn
(Fluidity)
2 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
1.1. SỨC CĂNG BỀ MẶT
1.1.1. Gúc thấm ƣớt
Ký hiệu:
1 – ứng với kim loại lỏng
2 – khụng khớ
3 – thành khuụn
Cỏc sức căng pha tương
ứng: 1-2, 1-3, 2-3
Cos = (2-
97 trang |
Chia sẻ: Tài Huệ | Ngày: 19/02/2024 | Lượt xem: 96 | Lượt tải: 0
Tóm tắt tài liệu Bài giảng Công nghệ đúc - Chương 2: Cơ sở lý thuyết quá trình hình thành vật đúc (Phần 1) - Nguyễn Ngọc Hà, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
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 > -(2cos)/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
Các file đính kèm theo tài liệu này:
bai_giang_cong_nghe_duc_chuong_2_co_so_ly_thuyet_qua_trinh_h.pdf