CHƯƠNG 4
MỘT SỐ
PHƯƠNG PHÁP ĐÚC
PHẦN 7
ĐÚC TRONG KHUÔN CÁT –
NƯỚC THỦY TINH
1 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
Từ khóa
• Glass Water
2 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
1. MỞ ĐẦU
1.1. Nguyên lý
Trộn hỗn hợp cát – nước thủy tinh (NTT)
theo một tỉ lệ thích hợp
Điền đầy HH vào khuôn hoặc hộp ruột
Làm đông cứng HH bằng một phương
pháp nào đó
3 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
1.2. Ưu điểm
Độ chính xác của vật đúc cao hơn so với
đúc trong khuôn cát – sét
Giảm được các thao tác làm xươ
46 trang |
Chia sẻ: Tài Huệ | Ngày: 19/02/2024 | Lượt xem: 77 | Lượt tải: 0
Tóm tắt tài liệu Bài giảng Công nghệ đúc - Chương 4: Một số phương pháp đúc (Phần 7) - Nguyễn Ngọc Hà, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ng, găm
đinh do độ bền khuôn, ruột cao hơn
Tính chảy HH cao dễ điền đầy hòm
khuôn
Năng suất lao động cao
Ít ô nhiễm môi trường
4 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
1.3. Nhược điểm
Độ bền tươi của HH thấp
Thời gian bảo quản khuôn, ruột bị hạn chế
Tuổi xuân HH ngắn
Chất lượng cát nguyên liệu phải cao
Khó phá khuôn, ruột nếu không có biện pháp
thích hợp
Tính bám dính của HH vào mẫu cao
5 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
1.4. Phạm vi sử dụng
Dùng đúc các VĐ bằng gang, thép có kích
thước nhỏ, trung bình, lớn với độ chính xác và
độ bóng bề mặt khá
Phù hợp với tất cả các loại hình SX
6 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
2. NƯỚC THỦY TINH (NTT)
2.1. Mở đầu
Là chất dính vô cơ không thuận nghịch
Dung dịch nước của silicat kiềm có công thức
R2O.mSiO2.nH2O, trong đó:
- m: module của NTT
- R: Na, K, Li
Công dụng:
- Silicat natri: làm khuôn, ruột, vữa xây lò
- Silicat kali: thuốc bọc vỏ que hàn
- Silicat liti: công nghệ thủy tinh
7 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
2.2. Cấu trúc silicat natri
Bao gồm các oxit silixit mang điện tích âm và
các ion natri mang điện tích dương
Khi hàm lượng oxit natri lớn: silicat natri có
cấu trúc lớp: tính chất được đặc trưng bởi liên
kết ion
Khi hàm lượng oxit natri bé: silicat natri có cấu
trúc không gian: tính chất được đặc trưng bởi
liên kết cộng hóa trị
8 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
2.3. Cấu trúc của NTT
Silicat natri hòa tan trong nước tạo thành NTT
NTT là dung dịch của các ion Na+, OH-, H+ và các anion. Số
lượng và dạng tồn tại phụ thuộc vào nồng độ silicat natri và m
theo quy luật:
9 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
2.4. Cơ chế đông rắn của NTT
2.4.1. Hình thành silicat natri
Khi sấy, NTT mất nước hình thành cấu trúc
có dạng khung xương tứ diện silixit có đỉnh tự
do và ion Na+ liên kết ion với khung xương
Silicat natri có độ bền cao
10 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
2.4.2. Hình thành gel silixit (silicagel)
Gắn liền với sự thay đổi pH của NTT bởi các
chất xúc tác đông rắn
Quá trình tạo Silicagel:
- Chất đông rắn kết hợp với ion natri: axit silixit
đơn được tạo thành trong NTT
- Các axit silixit đơn trùng hợp tạo ra đa axit
silixit, kết quả là tạo thành Silicagel ngậm
nước
11 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
2.4.2. Hình thành gel silixit
Xúc tác đông rắn là axit:
Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3
H2SiF6 + 3Na2SiO3 + 7H2O 6NaF + 4Si(OH)4
H2SiF6 + 3Na2Si2O5 + 13H2O 6NaF + 7Si(OH)4
Xúc tác đông rắn là natrisiliflorat:
Na2SiF6 + 4H2O 2NaF + 4HF + Si(OH)4
Na2O.mSiO2.nH2O + 2HF 2NaF +
mSiO2.(n+1)H2O
12 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
2.4.2. Hình thành gel silixit
Xúc tác đông rắn là các hydroxit KL kiềm thổ:
Na2O.mSiO2 + Ca(OH)2 + 6H2O = NaOH + (m-
1)SiO2 + CaSiO3.6H2O
Xúc tác đông rắn là ferosilic:
Na2O.mSiO2 + 2mH2O +FeSi = Na2O.nSiO2 +
mSi(OH)4 + nFe + 2nH2
Xúc tác đông rắn là khí CO2:
Na2O.mSiO2 + CO2 = NaCO2/NaHCO2 + Si(OH)2
nSi(OH)2 = SinO2n-m + 2(n-m)H2O
13 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
2.4.3. Hình thành pha mới
Khi tác dụng các chất chứa Ca (xi măng, thạch
cao, disilicat canxi ), NTT sẽ đông rắn
Các phản ứng đông rắn (khi m= 2 và 3):
2CaSiO4+Na2O.2SiO2+5H2O = 4CaH2SiO4+2NaOH
Ca2SiO4+Na2O.2SiO2+3H2O= 2CaH2SiO4+Na2H2SiO4
3Ca2SiO4+Na2O.3SiO2+7H2O= 6CaH2SiO4+ 2NaOH
2Ca2SiO4+Na2O.3SiO2+5H2O=4CaH2SiO4+Na2H2SiO4
14 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
2.5. Các tính chất của NTT
2.5.1. Module của NTT
M= số mol SiO2 / số mol Na2O
M=(%khối lượng SiO2/%khối lượng Na2O)x1,032
Module M ảnh hưởng mạnh đến các tính chất của
NTT
15 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
Điều chỉnh module của NTT
Để tăng M, cho clorua amôn vào NTT:
Na2O.mSiO2+2NH4Cl mSiO2+2NaCl+2NH3+H2O
Để giảm M, cho xút khô vào NTT:
Na2O.mSiO2 + nNaOH (1 + n/2)Na2O.mSiO2 +
(n/2)H2O
16 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
2.5.2. Độ nhớt của NTT
Là tính chất quan trọng của NTT: khi độ nhớt
cao, NTT khó phân bố đều trên bề mặt các hạt
cát
Khi tăng M và tỉ trọng: độ nhớt của NTT tăng
và ngược lại
Khi tăng nhiệt độ: độ nhớt của NTT giảm
17 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
3. CHẾ TẠO KHUÔN, RUỘT BẰNG
HỖN HỢP CÁT – NTT
3.1. Hóa bền bằng cách thổi khí CO2
3.1.1. Mở đầu
Đây là pp phổ biến và đơn giản
Khi tác dụng với CO2, NTT chuyển thành gel
axit silixic một cách nhanh chóng, liên kết các
hạt cát lại với nhau
18 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
3.1.1. Mở đầu
Khi thổi CO2 vào thì không phải toàn bộ NTT
kịp biến thành gel axit silixit. Khi để ngoài
không khí, cả gel và silicat chưa phân hủy đều
mất nước và xảy ra 2 quá trình ngược nhau:
- Gel mất nước: làm giảm bền HH
- Silicat mất nước: làm tăng bền HH
Khuôn chế tạo xong không rót ngay: ngừng
thổi CO2 trước khi khuôn đạt độ bền tối đa để
sau đó độ bền sẽ tăng dần khi để khuôn ngoài
không khí
19 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
3.1.2. Một số vấn đề công nghệ
a. Chế tạo mẫu
Mẫu gỗ phải được mài
bóng và sơn với những
chất không phản ứng với
NTT
Mẫu KL cần gia công thật
bóng và không cần sơn
Hệ đường ống để dẫn khí
CO2 vào HH có thể bố trí
ngay trên mẫu
20 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
b. Hóa bền khuôn, ruột trước khi lấy mẫu,
HR ra
Lưu ý giữ cho khuôn không bị biến dạng ở
trạng thái tươi
Khi khuôn đã đông rắn rất khó rút mẫu
mẫu phải được thiết kế, gia công tốt và nên
lay kỷ mẫu trước khi thổi khí CO2
21 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
Làm khuôn trên máy
Thổi CO2 cho khuôn dưới Thổi CO2 cho khuôn trên
22 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
Làm khuôn bằng tay – khuôn nhỏ
1.Khuôn dưới; 2.Mẫu; 3.Khuôn trên; 4.Phần rỗng của mẫu;
5.Mẫu; 6.Vòng kẹp; 7.Ống dẫn CO2; 8.Xiên hơi; 9.Ống thổi
23 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
Làm khuôn bằng tay – khuôn lớn
Làm khuôn xong,
dùng que xiên hơi
tạo đường hơi từ
phía MPK
Cho các đầu ống vào
đường hơi, thổi CO2
vào
1.Khuôn; 2.Mẫu; 3.Cát áo; 4.Đường
hơi; 5.Đầu ống côn; 6.Ống cao su
mềm; 7.Ống góp; 8.Van
a) Khuôn; b) Ống góp
24 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
Làm ruột – dùng nhiều ống để thổi
Dùng cho ruột lớn hoặc ruột có hình dạng
phức tạp
1- Hộp ruột
2- Hỗn hợp
3- Đường hơi
4- Mẫu KL
5- Ống mềm
6- Ống góp
25 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
Làm ruột – dùng chụp để thổi
Thường dùng đối với ruột
vừa và nhỏ, hình dạng đơn
giản
Đầu chụp có đệm cao su để
bảo đảm độ kín giữa chụp và
hộp ruột
Trên hộp ruột bố trí các lỗ
thoát khí
1-Hộp ruột; 2-Hỗn hợp; 3-Chụp; 4-
Vòng đệm; 5-Lỗ thoát
26 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
c. Hóa bền khuôn, ruột sau khi lấy mẫu,
HR ra
Đặc điểm:
- Độ chính xác kém hơn phương pháp trên;
nhưng tốc độ hóa bền cao hơn
- HH phải có độ bền tươi cao hơn để giữ cho
khuôn, ruột khỏi bị biến dạng (thường cho
thêm sét vào HH)
- Độ nhẵn của khuôn và ruột không cao
27 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
Hóa bền bằng cách thổi lên bề mặt khuôn
Sử dụng cho khuôn vừa và
nhỏ
Phần làm việc của ống thổi
được khoan các lỗ 1-1,5mm
Ống thổi di chuyển qua lại
với vận tốc 3-5m/phút
Ống thổi nối với bình CO2
bằng ống dẫn mềm
Chiều dày lớp hóa bền
100mm
28 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
3.1.3. Thành phần HHLK
cho khuôn đúc thép
VẬT ĐÚC THÀNH PHẦN HỖN HỢP, %
Hỗn
hợp cũ
Cát mới Sét
mới
Tổng
lượng
sét
NTT
cacbonat
M=2,6-2,8
NaOH Dầu
mazut
Nhỏ 50 C016A
50 - 4-8 5-7 0,5-1,5 -
Trung bình 25 C016A
75 - < 5 7,0 1,0 0,5
Lớn - C02A
100 2-3 < 5 6,5-7,5 1,0 0,2-0,3
>5000kg,
thành dày
-
100 - - 7,5 - -
Thông
dụng
30 70 1 - 5,2 1,1 0,6
29 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
3.1.4. Lưu ý khi dùng khí CO2
Sản xuất nhỏ: thường dùng
bình 40 lít, áp suất 60at,
khối lượng 60kg; có giảm áp
nối với ống cao su mềm
Khi dùng liên tục, tuyết sẽ
bám bộ giảm áp, dễ làm tắt
khí nên dùng nhiều bình
nối qua bộ góp chung
Bình đặt đứng, xa các
nguồn nhiệt, thiết bị hàn
1- Bình chứa CO2
2, 5- Van
3- Ống dẫn
4- Bộ giảm áp +
đồng hồ đo áp
30 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
3.2. Hóa bền bằng cách sấy hoặc hong
3.2.1. Hong khô tự nhiên
Thực chất là quá trình làm mất nước
Khuôn nhỏ: sau 2 – 5 h, có thể lắp khuôn và rót
Khuôn lớn: sau 12 – 24 h, có thể lắp khuôn và rót
Nên hong khuôn ở nơi có gió hoặc dùng quạt gió
thổi cưỡng bức
31 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
3.2.2. Hóa bền bằng phương pháp sấy
Dùng chụp để sấy
• Nếu nhiệt độ gió nóng
200-3000C: thời gian
sấy: 5 – 20 phút; chiều
dày lớp hóa bền 15-
30mm
Thổi gió nóng qua HTR
32 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
3.3. Hóa bền bằng phụ gia
3.3.1. Các chất hóa bền
Các chất phụ gia rắn ở dạng bột: fero-silic,
silico canxi, fero-canxi, disilicat canxi, xỉ luyện
gang, xi măng, nephelin, muối Na2SiF6...
Các chất phụ gia dạng lỏng: các este hữu cơ:
momoaxetin (CH3COOCH2(HOCH2)2), diaxetin
((CH3COOCH2) HOCH)...
33 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
3.3.2. Công nghệ
Trộn trước cát và NTT trong máy trộn cánh
Trước khi làm khuôn, ruột, cho chất phụ gia
đông rắn vào trộn tiếp, rồi đem sử dụng ngay
Thời gian HH đông rắn từ 10 phút đến 6 giờ,
phụ thuộc:
- Loại chất xúc tác và lượng sử dụng
- Độ mịn của chất xúc tác
- Nhiệt độ, độ ẩm của môi trường
- Chiều dày thành khuôn, ruột
34 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
3.3.3. Ưu điểm- Nhược điểm
Giá rẻ
Độ chính xác khuôn cao hơn so với CN CO2
Chủ động điều chỉnh được thời gian đông rắn
và độ bền của khuôn
HH có tính chảy cao hơn, đặc biệt khi dùng
chất phụ gia dạng lỏng
Độ sinh khí ít
Tuổi xuân của HH thấp
35 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
3.3.4. Một số thành phần hỗn hợp (%)
92,594,5 cát thạch anh + 46 nước thủy tinh
(M = 2,1; = 1,321,40 kg/dm3) + 1,5 FeSi 75
47 nước thủy tinh (M = 2,0; = 1,30kg/dm3) +
14 FeSi 75 + cát thạch anh (còn lại)
Cát thạch anh + 610% nước thủy tinh (M =
2,12,2; = 1,421,50kg/dm3) + 28% các chất
chứa oxit canxi
2,04,5 nước thủy tinh (M = 2,52,8; =
1,481,50kg/dm3) + 0,20,5 este + cát thạch
anh (còn lại)
36 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4. HH CÁT-NTT DẺO TỰ ĐÔNG RẮN
4.1. Mở đầu
Được phát minh năm 1960 tại Thụy Sĩ
HH gồm cát, NTT, chất phụ gia đông rắn và
được cho thêm bùn nephelin để tạo độ dẻo
cho hỗn hợp (còn đóng vai trò chất phụ gia
đông rắn)
Nephelin là chất thải của quá trình sản xuất
boxit từ quặng nephelin. Thành phần hóa học:
5456% CaO; 2930% SiO2; 33,5 Al2O3; 2,9
3% Fe2O3; 2,33% (Na2O + K2O)...
Thời gian đông rắn: 5 phút – 6 giờ
37 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.2. Đặc điểm của hỗn hợp
Độ bền tươi khá cao
In hình tốt
Ít sinh khí, độ thông khí cao
Dễ phá dỡ khuôn
Ít ô nhiễm môi trường, không độc hại
Rẻ tiền
38 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
4.3. Một số thành phần hỗn hợp (%)
(97,4 cát + 2,6 bùn nephelin) + 7,3 nước thủy
tinh (M = 3,03,2; = 1,48kg/dm3) + 0,7 xút
(= 1,151,25kg/dm3). Làm khuôn, ruột cho
đúc thép
(97,5 cát silicat Zr + 2,5 bùn nephelin) +
6,07,0 nước thủy tinh (M = 3,03,2; =
1,45kg/dm3) + 0,70,8 xút ( =
1,151,25kg/dm3). Làm khuôn và ruột cho vật
đúc lớn bằng thép cacbon và thép hợp kim
90,3 cát + 7 nước thủy tinh + 2 bùn nephelin +
0,7 xút ( = 1,25kg/dm3)
39 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
5. HH CÁT-NTT CHẢY LỎNG
TỰ ĐÔNG RẮN
5.1. Mở đầu
Công bố năm 1961 tại Liên Xô
Đây là HH cát – NTT – chất phụ gia đông rắn +
chất hoạt tính bề mặt
40 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
5.2. Đặc điểm
Không cần đầm khuôn mà chỉ cần rung lèn
chặt với chế độ rung thích hợp
Dễ phá khuôn hơn các PP làm khuôn bằng HH
cát – NTT khác
Độ thông khí tốt; độ sinh khí thấp
Dễ tái sinh HH
Không độc hại, thân thiện với môi trường
Rẻ
41 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
5.2. Đặc điểm
Độ bền khuôn sau đông rắn không cao lắm
(chỉ cao hơn HH cát – sét chút ít)
HH có độ rã cao: khó dùng sơn nước
Tuổi xuân HH ngắn
HH dễ dính vào mẫu, HR. Nên sơn mẫu, HR
bằng parafin, silicon
42 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
5.3.Chất hoạt tính bề mặt (chất tạo bọt)
5.3.1. Mở đầu
Để HH rời rạc chuyển sang trạng thái chuyển
động lỏng cần phải cho vào HH chất hoạt tính
bề mặt (HTBM)
Chất HTBM là chất có khả năng hấp phụ lên bề
mặt phân chia pha và làm giảm năng lượng tự
do bề mặt của chúng
Phân tử chất HTBM gồm 2 phần: một đầu là gốc
ưa nước để chất HTBM dễ hòa tan trong nước;
một đầu là gốc kị nước để tạo bọt khí làm HH
chuyển sang trạng thái chuyển động lỏng
43 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
5.3.2. Một số chất tạo bọt
Alkilsulphonat: tên thương mại: sulphonat, chứa
1218 nguyên tử cacbon, công thức hóa học
CnH2n+1 – SO3Na;
Alkilsulphat: tên thương mại: Progres, công thức
cấu tạo:
Alkilarilsulphonat: là muối alkillarilsulphatnatri,
công thức cấu tạo :
R: gốc kị nước chứa 8 – 12 nguyên tử cacbon
3
3
R CHOSO Na
CH
|
44 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
5.3.3. Nguyên lý làm khuôn
Cho chất tạo bọt vào HH cát – NTT – chất phụ
gia đông rắn: HH sẽ có tính “chảy lỏng”
Trình tự trộn: trộn cát, chất tạo bọt; cho NTT
vào trộn tiếp; cho chất xúc tác đông rắn vào
trộn tiếp
Trộn xong, đem “rót” ngay HH vào khuôn hoặc
hộp ruột (đặt trên sàn rung); rung với chế độ
rung thích hợp
Sau 15 – 60 phút: tháo mẫu (hộp ruột)
Sau 4 – 12 h: HH đạt độ bền cao nhất: lắp
khuôn và rót
45 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
5.4. Một số thành phần hỗn hợp (%)
Chất phụ gia đông rắn thường dùng: xi măng portland,
disilicat calci, xỉ luyện gang
(93 cát thạch anh + 7 xỉ ferro crôm) + 8 NTT
(M = 2,72,8; = 1,301,32kg/dm3) + 0,05 chất tạo bọt
(96 cát thạch anh + 4 xỉ ferro crôm) + 7 NTT
(M = 2,72,8; = 1,301,32kg/dm3) + 0,3 xút ( =
1,3kg/dm3) + 0,12 chất tạo bọt . Dùng làm khuôn đúc thép
(94,6 cát thạch anh + 4 xỉ ferro crôm + 1,4 bột than) + 7
NTT (M = 2,72,8; = 1,301,32kg/dm3) + 0,3 xút
( = 1,3kg/dm3) + 0,15 chất tạo bọt. Làm khuôn đúc gang
(95 cát thạch anh + 5 xỉ ferro crôm ) + 8 NTT
(M = 2,73,0; = 1,32kg/dm3) + 0,100,15 chất tạo bọt.
Làm khuôn đúc gang, thép
46 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
Các file đính kèm theo tài liệu này:
bai_giang_cong_nghe_duc_chuong_4_mot_so_phuong_phap_duc_phan.pdf