CHƢƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH
VẬT ĐÚC
PHẦN 2
1 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4. KẾT TINH CỦA KIM LOẠI
VÀ HỢP KIM
TRONG KHUÔN ĐÚC
• Từ khoá: Crystallization; Solidification
2 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.1. CÁC PHƢƠNG THỨC ĐÔNG
ĐẶC CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM
4.1.1. Mở đầu
Kim loại nguyên chất:
- Kết tinh ở T không đổi: đường lỏng (TL) và đường
đặc (TS) trùng nhau
- KL đông đặc có hướng:
pha rắn từ bề mặt tiến dần
vào tâm nhiệt của vật đúc
4.1.1. Mở
73 trang |
Chia sẻ: Tài Huệ | Ngày: 19/02/2024 | Lượt xem: 87 | 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 2) - Nguyễn Ngọc Hà, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
đầu
Hợp kim: nói chung, kết tinh xảy ra trong
một khoảng nhiệt độ: “khoảng đông đặc”
(gọi tắt: “khoảng đông”)
Trong khoảng đông, hai pha rắn và lỏng
cùng tồn tại: “vùng 2 pha”
Bề mặt phân cách rắn – lỏng: “bề mặt kết
tinh” hay “sóng kết tinh”
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5
4.1.2. Đông đặc có hƣớng
Đông đặc có hƣớng: vật đúc có 3 vùng
rõ rệt:
1. Vùng rắn: T<TS
2. Vùng 2 pha: TS<T<TL
3. Vùng lỏng: T>TL
6 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.1.3. Đông đặc thể tích
Đông đặc thể tích: vùng 2 pha choán hầu
như toàn bộ chiều dày thành vật đúc: VĐ
đông đặc gần như đồng thời trên toàn thể
tích
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 7
4.2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM
4.2.1. Kết tinh (Crystallization)
Kết tinh là quá trình hình thành VĐ ở trạng
thái vi mô, bao gồm:
- Quá trình hình thành tâm mầm
- Sự phát triển của các tâm mầm
- Sự hình thành và phát triển của nhánh cây
Nghiên cứu quá trình kết tinh là NC sự
hình thành tổ chức của VĐ
8 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.2.2. Đông đặc (Solidification)
Đông đặc là quá trình KL chuyển từ trạng
thái lỏng rắn mà không xét đến cấu
trúc tinh thể
NC quá trình đông đặc bao gồm:
- Quá trình hình thành và phát triển lớp KL rắn
- Sự hình thành và dịch chuyển vùng 2 pha
NC quá trình đông đặc nhằm xác định
nguyên nhân các khuyết tật có liên quan
9 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.2.3. Hệ số phân bố cân bằng
Trong quá trình đông
đặc, thành phần pha rắn
và pha lỏng thay đổi theo
đường đặc và đường
lỏng trên giản đồ trạng
thái
Hệ số phân bố k của hợp
kim có thành phần C0:
k= hàm lượng chất tan
trong pha rắn / hàm
lượng chất tan trong pha
lỏng
Trong quá trình kết tinh,
k thay đổi liên tục
10 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.2.3. Hệ số phân bố cân bằng
Quá trình kết tinh HK có thành phần C0
- Khi T giảm đến T1: pha rắn xuất hiện có
thành phần CS; pha lỏng-vẫn C0
- Khi T giảm đến T2: pha rắn kết tinh có
thành phần C1 ; pha lỏng-C2
- Khi T đến T3: giọt KLL cuối cùng có thành
phần CL
trong quá trình kết tinh, pha rắn ngày
càng giàu B Thiên tích trong VĐ
11 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.2.4. Độ quá nguội
KL nguyên chất ở trạng thái lỏng được làm
nguội dù với tốc độ rất chậm thì T kết tinh thực
tế vẫn thấp hơn T kết tinh lý thuyết
KLL có thể tồn tại ở T thấp hơn T kết tinh lý
thuyết T0. KLL lúc này được
gọi là KLL quá nguội
T= T0-T: độ quá nguội
12 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.3.HÌNH THÀNH & PHÁT TRIỂN MẦM
4.3.1.Sự hình thành mầm nội sinh
Làm nguội KLL với độ
quá nguội T năng
lượng tự do của hệ
giảm: đây là động lực
thúc đẩy quá trình kết
tinh
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 13
4.3.1.Sự hình thành mầm nội sinh
Giả sử có 1 cụm nguyên tử với bán kính r,
thể tích V, diện tích bề mặt F đang hình
thành trong KLL quá nguội.
Năng lượng tự do của hệ sẽ thay đổi một
lượng G do 2 nguyên nhân:
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 14
4.3.1.Sự hình thành mầm nội sinh
1. Giảm năng lƣợng tự do thể tích GV
- Pha rắn có năng lượng tự do nhỏ hơn
pha lỏng năng lượng tự do giảm:
GV= - nGm
n-số mol của mầm; n= V/Vmol = 4r
3/3Vmol
Gm- ứng với 1 mol KL
Gm= Hm - TSm = Hm - T.H/To
Lnc - T.Lnc/T0= Lnc(1-T/T0)= Lnc T/T0
GV= -4r
3Lnc T/(3T0Vm)
15 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.3.1.Sự hình thành mầm nội sinh
2. Tăng năng lƣợng tự do bề mặt GF
Xuất hiện pha mới (rắn) có diện tích bề
mặt F làm năng lượng tự do tăng:
GF= F
- scbm của mầm
16 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.3.1.Sự hình thành mầm nội sinh
G= GV+GF
= -4r3Lnc T/(3T0Vm) + 4r
2
G= f(r, T)
T càng lớn G càng âm càng dễ
tạo mầm
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 17
Khi T= const
Đường biểu diễn G=f(r) có cực đại Gmax tại rth
- Những mầm có r< rth không thể phát triển lên
được do khi r tăng thì G cũng tăng
- Chỉ những mầm có r> rth mới có thể phát triển
lên được
18 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.3.2.Sự hình thành mầm ký sinh
(Ngoại sinh, ngoại nhập)
Thực tế, quá trình kết tinh của KLL xảy ra
với T nhỏ hơn rất nhiều so với độ quá
nguội cần cho mầm tự sinh
Nguyên nhân: do các phần tử rắn có mặt
trong KLL, mầm được tạo nên trên chúng
Bằng các tính toán tương tự, năng lượng
cần thiết để tạo mầm ký sinh có rth:
G’max=(2-3cos+cos
3) Gmax/4= c.Gmax
-góc thấm ướt của mầm lên phần tử rắn
19 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.3.2. Sự hình thành mầm ký sinh
thay đổi từ 0 1800 cos
thay đổi từ 1 -1 c thay
đổi từ 0 1:
- Khi = 1800; cos= -1; c=1
- Khi = 00; cos= 1; c= 0
trong mọi trường hợp, sự
tạo mầm ký sinh đều có lợi
hơn sự tạo mầm tự sinh do:
G’max Gmax
20 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
So sánh tạo mầm tự sinh và ký sinh
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 21
4.3.2.Sự hình thành mầm ký sinh
Nguồn gốc các phần tử rắn trong KLL:
- Các hợp chất hóa học có nhiệt độ nóng chảy
cao trong bản thân KLL
Thí dụ: khử ôxy trong thép lỏng bằng nhôm
Al2O3
- Các khí hòa tan trong KLL tạo nên các ôxit, nitrit
có nhiệt độ nóng chảy cao
- Cố tình đưa vào KLL các chất đặc biệt để tạo
mầm ký sinh
- Các vết nứt, chỗ lồi lõm trên thành khuôn, chất
sơn khuôn
22 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.3.3. Sự phát triển mầm
Mô hình lớp nguyên tử không hoàn chỉnh
Mô hình bề mặt nhấp nhô
Mô hình mặt lệch xoắn
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 23
Sơ đồ quá trình tạo mầm và
phát triển thành hạt tinh thể
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 24
Tóm tắt
Nguyên lý để cho vật đúc có nhiều hạt tinh
thể (hạt nhỏ mịn):
1.Làm nguội nhanh (T lớn)
2.Tạo mầm theo kiểu kí sinh
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 25
4.4. KẾT TINH NHÁNH CÂY
4.4.1. Mở đầu
Trong một số điều kiện, KL có thể kết tinh theo
cơ chế nhánh cây:
- Đầu tiên, mầm phát triển theo một hướng xác
định tạo thành trục chính của tinh thể
- Sau đó, trục thứ 2 phát triển từ trục chính, rồi
đến trục thứ 3, trục thứ 4
- KLL còn lại lấp đầy khoảng không giữa các trục
- Khi khoảng cách giữa các nhánh cây đạt đến
một giá trị nhất quá trình kết tinh kết thúc
26 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.4.1. Mở đầu
27 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.4.1. Mở đầu
28 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.4.2. Nguyên nhân KL kết tinh kiểu
nhánh cây
Giả sử bề mặt kết tinh (BMKT) dịch chuyển theo
chiều x do dòng nhiệt dịch chuyển theo chiều
ngược lại
Nếu dòng nhiệt nhỏ, BMKT dịch chuyển chậm
nhiệt lượng kết tinh (NLKT) sinh ra không làm
thay đổi đáng kể sự phân bố T đã có của KLL
T tăng liên tục về phía KLL. Nếu trên BMKT xuất
hiện phần nhô ra về phía pha lỏng thì nó sẽ rơi
vào vùng có Tq>TL bị hòa tan lại vào KLL:
không thể kết tinh kiểu nhánh cây
29 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.4.2. Nguyên nhân KL kết tinh kiểu
nhánh cây
30 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.4.2. Nguyên nhân KL kết tinh kiểu
nhánh cây
31 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.4.2. Nguyên nhân KL kết tinh kiểu
nhánh cây
Nếu KL nguội với tốc độ đủ lớn :
- Nhiệt kết tinh không kịp truyền đi để san
bằng nhiệt độ
- Xuất hiện hiện tượng tích tụ chất tan trên
BMKT
xuất hiện vùng quá nguội trạng thái:
nếu có KL kết tinh nhô khỏi BMKT nó sẽ
rơi vào vùng có độ quá nguội lớn và sẽ
phát triển nhanh sâu vào trong KL trục
chính của nhánh cây
32 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.4.2. Nguyên nhân KL kết tinh kiểu
nhánh cây
33 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.4.3. Hệ quả quá trình kết tinh
nhánh cây
Quá trình kết tinh nhánh cây tạo nên các
tinh thể nhánh cây (dendrite)
Các tinh thể làm cơ tính vật đúc bị giảm
mạnh
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 34
3 dạng cấu trúc đúc cơ bản
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 35
4.5. KẾT TINH CÙNG TINH
Khi làm nguội KLL có thành phần cùng
tinh đến T chuyển biến cùng tinh từ pha
lỏng sẽ tiết ra đồng thời các pha rắn khác
nhau tạo nên tổ chức cùng tinh
Nói chung: những quy luật kết tinh của KL
nguyên chất đều có thể áp dụng cho hợp
kim cùng tinh (HKCT)
36 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.5. KẾT TINH CÙNG TINH
37 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.5. KẾT TINH CÙNG TINH
38 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.6.ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH KẾT TINH
4.6.1. Mở đầu
Tính chất VĐ phụ thuộc nhiều vào hình dạng
và kích thước hạt tinh thể
Nguyên lý chung: hạt tinh thể càng nhỏ mịn
cơ tính càng cao
Điều khiển được độ hạt của tinh thể khi kết
tinh điều chỉnh được các tính chất (chủ
yếu là cơ tính) của VĐ theo ý muốn
39 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.6.1. Mở đầu
Các nguyên lý làm nhỏ hạt tinh thể bằng
các biện pháp cải thiện điều kiện đông
đặc:
1. Tăng tốc độ tạo mầm và số lượng mầm kết tinh
ký sinh
2. Hạn chế tốc độ phát triển mầm bằng cách tăng
năng lượng bề mặt ở biên giới lỏng - rắn
3. Tăng tốc độ nguội khi kết tinh
40 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.6.2. Biến tính
Quá trình kết tinh được đặc trưng bởi:
- Tốc độ tạo mầm vt
- Tốc độ phát triển mầm vp
Nếu vt lớn và vp nhỏ nhận được hạt nhỏ
mịn: đây là cơ sở lý luận của QT biến tính
Biến tính là đưa vào KLL một lượng nhỏ các
chất (chất biến tính) thay đổi kích thước và
đôi khi hình dạng của các tinh thể sơ cấp thay
đổi cơ tính (đôi khi cả các tính chất khác) của
HK nhưng không làm thay đổi thành phần của
HK
41 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
Tác dụng của chất biến tính
1. Tạo mầm kết tinh ngoại nhập
Thí dụ: - Đưa Ce, Y vào thép lỏng
- Đưa TiC, TiN, Ce, Zr vào hợp
kim nhôm
2. Làm thay đổi sức căng bề mặt giữa
pha lỏng và pha rắn để ngăn cản sự
lớn lên của tinh thể
Thí dụ: đưa Mg vào gang lỏng
42 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
a. Biến tính gang
Cơ tính gang (và một số tính chất khác)
phụ thuộc chủ yếu vào tổ chức của gang
Tổ chức gang bao gồm:
- Nền kim loại: F, P+F, P
- Graphit
Độ lớn, hình dạng, kích thước, sự phân bố
của graphit ảnh hưởng lớn đến cơ tính
của gang
43 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
a. Biến tính gang
Biến tính gang là cho một số chất vào
gang lỏng nhằm:
- Tăng số tâm mầm kết tinh
- Làm thay đổi số lượng, hình dạng và kích
thước graphit
- Làm thay đổi cách thức tiết ra graphit
Biến tính gang không làm thay đổi tổ chức
nền kim loại
44 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
Cơ chế tác dụng của chất biến tính gang
1. Cơ chế tạo tâm mầm mới
- Chất biến tính phải có kiểu mạng và thông
số mạng gần giống kiểu mạng và thông số
mạng của graphit
- Thí dụ: dùng CaC2 làm chất biến tính
2. Cơ chế làm thay đổi sức căng bề mặt
- Biến tính bằng Mg: graphit có dạng cầu
- Biến tính bằng Fe-Si, SiC: thúc đẩy quá
trình graphit hóa
45 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
b. Biến tính thép
Mục đích:
- Hạt tinh thể nhỏ mịn
- Tạp chất nhỏ mịn và phân bố đều
Tác dụng cơ bản của chất biến tính:
- Đóng vai trò của mầm ngoại sinh
- Làm thay đổi sức căng bề mặt giữa các
pha
- Làm giảm Gmax giảm rth
46 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
Một số chất biến tính thép
Al:
- Là chất khử ôxy mạnh [O] trong thép
giảm mạnh sức căng bề mặt giữa mầm
và thép lỏng giảm nhiều mầm hơn
hạt mịn
Ce, Y, La:
- Khử ôxy, lưu huỳnh mạnh
- Làm nhỏ hạt
- Làm nhỏ mịn các tạp sunfit, ôxit, nitrit
47 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.6.3. Sử dụng các tác động vật lý
Gồm: rung cơ học, siêu âm, từ trường, điện
trường
Tác động:
- Làm hình thành và biến mất các lỗ hổng, tạo nên
áp suất rất cao ở vùng xung quanh tăng nhiệt độ
tăng độ quá nguội làm nhỏ hạt
- Tạo nên ba động năng lượng thuận lợi cho việc
hình thành mầm hạt nhỏ mịn
- Bẻ gẫy các nhánh cây, các tinh thể thô to tạo
nhiều mầm hạt nhỏ mịn
48 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.6.4. Làm nguội nhanh
a. Ƣu điểm của chất rắn vô định hình so
với chất rắn tinh thể:
- Độ bền cơ cao hơn
- Một số tính chất vật lý tốt hơn
- Khả năng chống ăn mòn hóa học cao hơn
49 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.6.4. Làm nguội nhanh
b. Chế tạo hợp kim vô định hình bằng
phƣơng pháp nguội nhanh
Khi làm nguội KLL với tốc độ rất lớn:
- KLL tồn tại ở nhiệt độ thấp hơn T0 rất nhiều
- Độ sệt tăng cao hệ số khuếch tán giảm mạnh
các nguyên tử có độ linh động rất thấp
- Không xảy ra quá trình kết tinh KLL mà hầu như
vẫn giữ nguyên cấu trúc không trật tự của KLL
trước đó
Vng > 10
5 – 106 độ K/s
50 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
Làm nguội nhanh trên đĩa đồng
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 51
4.6.4. Làm nguội nhanh
52 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
5. ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH
ĐÔNG ĐẶC
53 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
5.1. THỜI GIAN ĐÔNG ĐẶC CỦA
VẬT ĐÚC
Thời gian đông đặc của VĐ TTS là thời gian cần
thiết để VĐ đông đặc hoàn toàn sau khi rót
TTS phụ thuộc hình dạng và kích thước VĐ, được
xác định theo công thức Chvorinov:
V – thể tích vật đúc; A – diện tích bề mặt VĐ; n = 2
(trong nhiều trường hợp); Cm – hằng số khuôn
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 54
n
TS m
V
T C
A
Hằng số khuôn
Hằng số khuôn Cm phụ thuộc:
– Vật liệu làm khuôn
– Các tính chất nhiệt vật lý của hợp kim đúc
– Nhiệt độ rót
Giá trị của Cm được xác định bằng thực
nghiệm
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 55
Trƣờng nhiệt độ khuôn – vật đúc
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 56
5.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN
QUÁ TRÌNH ĐÔNG ĐẶC
5.2.1. Vật liệu làm khuôn
Khuôn có độ dẫn nhiệt càng cao khoảng
cách giữa 2 sóng kết tinh càng hẹp (càng thu
hẹp vùng 2 pha)
Khuôn có hệ số tích nhiệt càng lớn càng
thu hẹp vùng 2 pha
Khuôn có khả năng lấy nhiệt của KL
càng nhanh, càng mạnh càng thu hẹp
vùng 2 pha
57 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
5.2.2. Hợp kim đúc
Các yếu tố làm thu hẹp vùng 2 pha:
- Hệ số dẫn nhiệt của hợp kim thấp
- Hợp kim có nhiệt độ đông đặc cao
- Hợp kim có khoảng đông hẹp
58 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
5.2.3. Tốc độ nguội (vng)
vng nhỏ: kết tinh trong điều kiện gần như cân
bằng tinh thể phát triển tự do và đều theo
mọi hướng hạt thô, đều trục
vng đủ cao: vùng 2 pha hẹp tinh thể dạng
trụ
vng lớn: tổ chức xuyên tâm
vng rất lớn: mọi vị trí kết tinh đồng thời
không còn tinh thể dạng trụ
vng cực lớn: nguyên tử ở nguyên vị trí
không có chuyển biến vô định hình
59 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
5.3. ĐÔNG ĐẶC CỦA KL TRONG
KHUÔN ĐÚC
5.3.1. Đặc điểm chung
Khi rót khuôn, KLL thải nhiệt chủ yếu qua
khuôn phần KLL sát thành khuôn được
nguội với tốc độ nguội rất lớn và càng vào
tâm VĐ, tốc độ nguội càng giảm dần
60 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
5.3.2. Tổ chức vật đúc
1. Lớp ngoài cùng (lớp da đúc):
KLL được nguội rất nhanh;
trong vùng tiếp xúc thành khuôn
có vô số tâm mầm ngoại sinh
được hình thành
Những hạt tinh thể nhỏ mịn có
trục định hướng bất kỳ
Cơ tính cao, chịu mài mòn tốt,
có khả năng chống ăn mòn cao
4
1
2
3
61 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
5.3.2. Tổ chức vật đúc
2. Lớp các tinh thể hình trụ:
Các tinh thể vùng 1 phát
triển đến khi chúng tiếp xúc
& cản trở lẫn nhau
Các tinh thể phát triển chủ
yếu theo hướng toả nhiệt
chính (vuông góc thành
khuôn) tạo thành những
tinh thể dài hình trụ
3. Vùng trung tâm:
Đặc điểm:
- KLL được nguội chậm:
số lượng mầm kết tinh ít
- KLL toả nhiệt gần như
đồng đều theo mọi
hướng
Các mầm kết tinh phát
triển theo các hướng là
như nhau và tạo thành
các tinh thể đẳng trục thô
to
62 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
Quá trình
đông đặc của
thỏi đúc
(a): tạo mầm ở bề
mặt khuôn
(b): lớp tinh thể nhỏ
mịn
(c): hình thành lớp
tinh thể hình trụ
(d): các tinh thể thô
to đẳng trục
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 63
©
2
0
0
3
B
ro
o
k
s/
C
o
le
,
a
d
iv
is
io
n
o
f
T
h
o
m
so
n
L
ea
rn
in
g
,
In
c.
T
h
o
m
so
n
L
ea
rn
in
g
™
i
s
a
tr
ad
em
ar
k
u
se
d
h
er
ei
n
u
n
d
er
l
ic
en
se
.
5.3.2. Tổ chức vật đúc
Khi làm nguội đủ nhanh
Các tinh thể hình trụ có thể phát
triển vào tận tâm thỏi đúc: tổ chức
xuyên tinh
Chỉ tồn tại vùng 1 và 2
Đặc điểm:
- KL có tính dị hướng
- Ít rỗ co, ít bọt khí phân tán
- Mật độ KL cao
- Dễ bị nứt khi biến dạng dẻo
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 64
5.3.2. Tổ chức vật đúc
65 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
5.3.2. Tổ chức vật đúc
Khi làm nguội đủ chậm
Hầu như chỉ quan sát thấy các tinh thể
vùng 1 và 3
Lớp da đúc (vùng 1) mỏng
Cơ tính VĐ thấp do phần lớn thể tích là
các tinh thể thô to
Khi làm nguội rất nhanh
Tổ chức VĐ hầu như chỉ tồn tại vùng 1
KL có nhiều tính chất siêu việt
66 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
5.3.3. Phƣơng thức điều chỉnh
tốc độ nguội
Thay đổi chiều dày thành khuôn
Sử dụng vật liệu làm khuôn có hệ số dẫn
nhiệt khác nhau
Thay đổi nhiệt độ rót
Làm nguội cưỡng bức khuôn
67 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
5.4.THIÊN TÍCH TRONG VẬT ĐÚC
Thiên tích là sự không đồng đều về thành
phần hóa học trong vật đúc, xảy ra trong
quá trình đông đặc của hợp kim
68 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
5.4.1. Thiên tích trong tinh thể
Không đồng đều về thành phần hóa học
của hợp kim ngay trong từng tinh thể:
- Tinh thể dạng hạt: phần tâm (kết tinh trước) giàu
các nguyên tố khó chảy hơn ngoài
- Tinh thể nhánh cây: Trục chính chứa nhiều
nguyên tố khó chảy hơn các trục thứ cấp và
phần ở giữa các trục nhánh cây
69 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
5.4.1. Thiên tích trong tinh thể
Nguyên nhân: sự khuếch tán không hoàn
toàn của các nguyên tố trong quá trình kết
tinh
Các yếu tố ảnh hưởng đến thiên tích
trong tinh thể:
- Tính chất của hợp kim (thể hiện qua GĐTT)
- Điều kiện nguội: nguội càng chậm càng ít thiên
tích trong tinh thể
70 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
5.4.1. Thiên tích trong tinh thể
Biện pháp phòng tránh và khắc phục:
1.Làm nguội đủ chậm trong quá trình kết tinh
2.Sử dụng các tác động vật lý để phá hủy
nhánh cây trong quá trình kết tinh
3.Ủ khuếch tán để làm đồng đều thành phần
hóa học
71 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
5.4.2. Thiên tích tỉ trọng
(thiên tích lớp)
Không đồng đều về thành phần hóa học ở
phần trên và phần dưới của vật đúc
Nguyên nhân: sự khác biệt đáng kể về tỉ
trọng của pha rắn đã kết tinh và phần KLL
còn lại:
Pha rắn đã kết tinh nổi lên (nếu nhẹ hơn
pha lỏng còn lại) hoặc lắng xuống
Thường quan sát thấy khi đúc các HK đồng
trong điều kiện nguội chậm hoặc đúc li tâm
72 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
5.4.2. Thiên tích tỉ trọng
Các biện pháp phòng tránh
Khuấy trộn hợp kim trước khi rót
Tăng tốc độ nguội trong quá trình kết tinh
Biến tính bằng một số nguyên tố nhằm:
- Làm quá trình kết tinh xảy ra sớm
- Tạo thành khung xương ngăn cản quá trình lắng
hoặc nổi
Ví dụ: Cu HK Pb-Sb; Ni HK Cu-Pb
73 PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
Các file đính kèm theo tài liệu này:
bai_giang_cong_nghe_duc_chuong_2_co_so_ly_thuyet_qua_trinh_h.pdf