Tính Đúc Của Hợp Kim Và Các Nhân Tố Ảnh Hưởng Đến Sự Kết Tinh Của Hợp Kim Đúc

áp suất sinh ra trong quá trỡnh kết tinh do sự lớn lên của các mầm kết tinh và sự chen lẫn gi a chúng.ững màng ôxýt và - Tốc độ nguội kim loại lỏng nhỏ và kho ng kết tinh lớn do đó ảy lo

Tính đúc của hợp kim và các nhân tố nh h ởng đến sự kết Ảnh hưởng đến sự kết tinh của hợp kim đúc

1- Tính ch y loãng ảy loãng

Tính ch y loãng là mức độ ch y lỏng hay sệt của hợp kim đúc tạo kh ảy loãng ảy loãng ảy loãng.

n ng điền đầy khuôn và nhận đ ợc vật đúc rõ nét ăng điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét.

Nếu hợp kim đúc có tính ch y loãng kém th ảy loãng ỡ vật đúc dễ bị thiếu hụt, hỡnh dạng vật đúc không rõ nét, khó đúc vật đúc hỡnh dạng phức tạp, thành mỏng.

Các nhân tố nh h ởng đến tính ch y loãng: ảy loãng ảy loãng.

 a) Nhiệt độ

 b) Cấu tạo hợp kim

 c) nh h ởng của tạp chất Ảnh hưởng của tạp chất

 d) nh h ởng của khuôn Ảnh hưởng của tạp chất

 e) nh h ởng của thành phần hoá học Ảnh hưởng của tạp chất

 g) nh h ởng của h Ảnh hưởng của tạp chất ỡnh thức rót kim loại lỏng vào khuôn

ộ quá nhiệt

Độ hoà tan khí T càng t ng th ăng điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét ỡ độ ch y loãng của hợp kim càng t ng nh ảy loãng ăng điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét.

ng chỉ t ng đến mức độ nhất định V ăng điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét ỡ vậy để đ m b o hợp kim đúc có ảy loãng ảy loãng tính ch y loãng tốt ng ời ta ph i qui định kho ng nhiệt độ rót cho mỗi loại ảy loãng ảy loãng ảy loãng hợp kim đúc.

b) Cấu tạo hợp kim

Kim loại nguyên chất, hợp kim cùng tính thỡ có tính ch y loãng cao hơn ảy loãng hợp kim có cấu tạo ở hỡnh dạng dung dịch đặc và hợp kim hoá học Bởi vỡ cấu trúc mạng tinh thể của chúng phức tạp hơn kim loại nguyên chất.

Thép có độ ch y loãng kém hơn gang v ảy loãng ỡ xa thành phần cùng tinh, gang ít các bon ch y loãng kém gang cùng tinh ảy loãng.

c) Ảnh hưởng của tạp chấtnh h ởng của tạp chất

Kim loại lỏng có tạp chất phi kim lơ lửng càng nhiều, nh ng màng ôxýt và ững màng ôxýt và màng nitrit càng nhiều thỡ độ ch y loãng gi m v ảy loãng ảy loãng ỡ sức c n lớn làm t ng độ ảy loãng ăng điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét sệt động lực.

d) nh h ởng của khuôn Ảnh hưởng của tạp chất

Tính dẫn nhiệt của khuôn càng cao thỡ độ ch y loãng càng ảy loãng.kém (cùng một hợp kim đúc, đúc trong khuôn kim loại tính

ch y loãng kém hơn so với đúc khuôn cát).ảy loãng

ộ nhám của thành khuôn gi m, l ợng n ớc trong hỗn hợp

Độ hoà tan khí ảy loãng

gi m, nhiệt độ khuôn t ng thảy loãng ăng điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét ỡ tính ch y loãng t ng.ảy loãng ăng điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét

e) nh h ởng của thành phần hoá học Ảnh hưởng của tạp chất

Thành phần hoá học nh h ởng nhiều đến tính ch y loãng ảy loãng ảy loãng

Ví dụ gang cùng tinh (có 4,6%C) nhiệt độ nóng ch y thấp ảy loãng.hơn gang tr ớc và sau cùng tinh) tính ch y loãng cao Gang ảy loãng

có chứa phốt pho nhiều làm t ng tính ch y loãng (khi nấu ăng điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét ảy loãng.phốt pho ôxy hoá và phát ra nhiệt lớn)

g) nh h ởng của h Ảnh hưởng của tạp chất ỡnh htức rót kim loại lỏng vào khuôn

Hỡnh thức rót kim loại vào khuôn quyết định dòng ch y của kim ảy loãng.loại

Ch y tầng dòng kim loại ch y êm, song song thành khuôn Tốc ảy loãng ảy loãng

độ của phần tử kim loại sát thành khuôn bằng không và nguội nhanh hơn, chóng đông đặc, tiết diện có ích của dòng ch y gi m ảy loãng ảy loãng.nên độ ch y loãng gi m.ảy loãng ảy loãng

Ch y rối các phần tử kim loại lỏng va vào thành khuôn, dội vào ảy loãng.dòng ch y, lớp kim loại sát thành khuôn luôn thay đổi, trong đơn ảy loãng

vị thời gian dòng kim loại ch y nhiều hơn cho nên tính ch y ảy loãng ảy loãng.loãng t ng.ăng điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét

Khi đúc vật đúc nhỏ, mỏng, kết cấu phức tạp nên cho dòng kim loại ch y rối vào lòng khuôn.ảy loãng

2- Tính thiên tích

Tính thiên tích là sự không đồng nhất về thành phần hoá học trong từng vùng của vật đúc và trong nội bộ hạt tinh thể của hợp kim.

cũng là một trong các nguyên nhân gây h hỏng khi chi tiết đúc làm việc.

Có hai loại thiên tích:

1 Thiên tích vùng

2 Thiên tích hạt.

a) Thiên tích vùng

Là sự đồng nhất về thành phần hoá học gi a các phần của ững màng ôxýt và vật đúc

Nguyên nhân gây ra thiên tích vùng:

- Tỷ trọng các nguyên tố hợp kim khác nhau, trong quá trỡnh kết tinh nguyên tố nhẹ nổi lên phía trên, nguyên tố nặng chỡm phía d ới

- Sự chênh lệch áp suất trong vật đúc áp suất sinh ra trong quá trỡnh kết tinh do sự lớn lên của các mầm kết tinh và sự chen lẫn gi a chúng.ững màng ôxýt và

- Tốc độ nguội kim loại lỏng nhỏ và kho ng kết tinh lớn do đó ảy loãng.thiên tích vùng càng nhiều (vỡ thời gian kết tinh lâu, nguyên

tố nặng nhẹ có điều kiện phân ly)

c) Cách khắc phục

- Độ hoà tan khí.ảy loãng.m bảy loãng.o đúng qui trỡnh nấu rót.

- Trong thời gian vật đúc đông đặc ta làm nguội nhanh, sau khi vật đúc đông đặc ta làm nguội chậm để nhờ hiện t ợng thẩm thấu ở nhiệt độ cao

mà điều hoà đ ợc thành phần hoá học.

3- Tính co

Hiện t ợng giảy loãng.m thể tích và chiều dài của hợp kim khi nhiệt

độ giảy loãng.m gọi là sự co về thể tích và co chiều dài

Sự giãn nở khi nung và co khi nguội có thể xem nh quá trỡnh thuận nghịch

% t

t V

2 1

l

2 1

Độ hoà tan khí.ối với vật đúc độ co thể tích và chiều dài đ ợc so với mẫu.

Vm, Lm - Thể tích và chiều dài mẫu.

x L

L L

x V

V

V V

a) Co ở trạng thái lỏng

Là co thể tích bắt đầu từ nhiệt độ rót đến nhiệt độ bắt

đầu kết tinh nó biểu thị bằng việc gi m kim loại ảy loãng lỏng trong khuôn.

nhiệt độ rót: nhiệt độ rót càng cao l ợng co càng nhiều.

b) Co trong giai đoạn kết tinh

Từ nhiệt độ bắt đầu kết tinh đến nhiệt độ kết thúc kết tinh Trong giai đoạn này vẫn co thể tích là chủ yếu,

nó là nguyên nhân gây lõm co và rỗ co trong vật

Nguyên nhân sinh ra lõm co:

- Quá trỡnh kết tinh xẩy ra bắt đầu từ lớp hợp kim ngoài cùng tiếp giáp với thành khuôn, sau đó phát triển dần vào trong, phần gi a kết tinh sau cùng V ững màng ôxýt và ỡ vậy càng vào gi a vật đúc ững màng ôxýt và

l ợng hợp kim lỏng bị co càng nhiều nên sau khi kết tinh xong trên bề nặt vật đúc tạo ra lỗ rỗng hỡnh nón.

- Trong quá trỡnh kết tinh, hơi n ớc và các khí hoà tan trong hợp kim lỏng không ngừng thoát ra ngoài, càng lùi vào trong quá trỡnh kết tinh càng chậm, l ợng hơi n ớc và khí thoát ra càng nhiều làm cho l ợng hợp kim lỏng càng gi m ảy loãng.

- Do quá trỡnh kết tinh ở vật đúc đầu tiên tạo tinh thể hỡnh nhánh cây, gi a các tinh thể h ững màng ôxýt và ỡnh nhánh cây vẫn tồn tại hợp kim lỏng, do hợp kim lỏng bị co nên gi a ững màng ôxýt và các tinh thể nhánh cây sẽ xuất hiện các khe hở nhỏ, do tác dụng của trọng l ợng, hợp kim lỏng ở phía trên sẽ dồn xuống phía d ới, làm cho thể tích phần phía trên vật

đúc thiếu hụt tạo nên lõm co.

Lõm co th ờng xuất hiện ở nh ng nơi tập trung hợp kim ững màng ôxýt và của vật đúc.

gi m nhiệt độ rót của hợp kim lỏng ảy loãng.

* Rỗ co: Là nh ng lỗ nhỏ nằm bên trong vật đúc dọc trục ững màng ôxýt và thỏi và nằm d ới nh ng lõm co.ững màng ôxýt và

Nguyên nhân tạo ra rỗ co:

- Khi kết tinh có sự tạo thành nh ng tinh thể hững màng ôxýt và ỡnh nhánh cây, khi chúng gặp nhau sẽ ngăn cách ra nhiều khu vực, hợp kim lỏng còn lại trong từng khu vực ấy sau tiếp tục co không đ ợc

bổ sung hợp kim lỏng từ nơi khác đến sẽ tạo ra rỗ co

- Do chỗ mỏng của vật đúc kết tinh tr ớc, chỗ dày kết tinh sau Giọt hợp kim lỏng còn lại cuối cùng ở chỗ ấy khi kết tinh có

sự co thể tích tạo rỗ co

Sự xuất hiện rỗ co trong vật đúc làm cho cơ tính gi m ảy loãng Độ hoà tan khí.ể khắc phục rỗ co ng ời ta t ng áp lực rót tạo điều kiện cho vật ăng điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét

đúc đông đặc cùng một lúc

c)ưCo ở trạng thái rắn: (từ nhiệt độ kết thúc kết tinh

đến nhiệt độ môi tr ờng)

ở trạng thái này sự co chiều dài của vật đúc là chủ yếu Nhỡn chung hầu hết kim loại lỏng và hợp kim khi hạ nhiệt độ ở thể rắn đều có hiện t ợng co về chiều dài Các hợp kim khác nhau có hệ số co khác nhau.

Trong quá trình vật đúc co ở trạng thái rắn, thỡ tất c ảy loãng.

nh ng yếu tố nào c n trở sự co nh : lực ma sát gi a bề ững màng ôxýt và ảy loãng ững màng ôxýt và mặt khuôn với bề mặt vật đúc, tính lún của khuôn, lõi kém đều sẽ là nguyên nhân gây nên ứng suất bên trong làm cho vật đúc bị nứt, cong vênh.

Tính hoà tan khí là sự hoà tan khí vào hợp kim trong quá trỡnh nấu và rót vào khuôn.

* Trong quá trỡnh nấu nếu áp suất môi tr ờng t ng cũng có tác dụng ăng điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét làm cho khí hoà tan vào hợp kim lỏng càng nhiều.

* Khi rót kim loại lỏng vào khuôn với tốc độ nhanh hơi ẩm trong

khuôn không kịp thoát ra cũng làm cho độ hoà tan khí trong hợp kim đúc t ng lên ăng điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét.

Trong quá trỡnh nấu và rót vào khuôn các khí O2, H2, CO, CO2, CH4

từ khí trời , từ vật liệu nấu … đều rất dễ hoà tan vào trong hợp kim đều rất dễ hoà tan vào trong hợp kim

đúc.

Khí hòa tan vào hợp kim đúc là nguyên nhân sinh ra sự rỗ khí ở vật

đúc và nh h ởng xấu đến cơ tính ảy loãng.

đồ thị (hỡnh 5.2).

Quá trỡnh nấu nhiệt độ t ng từ đến trong kho ng nhiệt độ này vật ăng điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét ảy loãng liệu kim loại ở trạng thái rắn nên độ hoà tan khí ch a thay đổi.

Từ nhiệt độ kim loại bắt đầu ch y th ảy loãng ỡ sự

hoà tan khí vào kim loại lỏng t ng ăng điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét.

dần (đoạn b-c) cho tới khi kim loại

ch y lỏng hoàn toàn (gần c) l ợng khí ảy loãng.

hoà tan vào hợp kim lỏng t ng lên ăng điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét.

mãnh liệt Khi hợp kim lỏng bắt đầu

sôi thỡ do sự sôi làm cho khí từ kim

loại lỏng thoát ra và áp lực hơi tác

dụng ng n không khí bên ngoài xâm ăng điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét.

nhập vào kim loại lỏng Kết qu sự ảy loãng.

hoà tan khí gi m đột ngột (de) ảy loãng.

5.2-ư Cácư nhânư tốư Ảnh hưởng đến sự kết như hưởngư đếnư sựư kếtưtinhưcủaưhợpưkimưđúc

1- nh h ởng của vật liệu nấu và điều kiện nấu Ảnh hưởng đến sự kết

Các nguyên tố chủ yếu ở thành phần vật liệu nấu đều chuyển vào vật đúc Song trong quá trỡnh nấu hỡnh thành tạp chất dạng xỉ ở trạng thái phân tán trong kim loại không hề làm thay đổi thành phần hoá học

Khi rót hỗn hợp lỏng vào khuôn, xỉ sẽ theo vào nằm lẫn trong vật đúc làm nh h ởng đến cơ tính vật đúc.ảy loãng

Nh vậy là xỉ có nhiều loại, nh h ởng của chúng đối với cơ tính ảy loãng.vật đúc tuy có khác nhau nh ng nói chung là không tốt Vỡ vậy trong quá trỡnh nấu luyện ph i có biện pháp công nghệ ảy loãng.tốt khử các tạp chất có hại và các loại khí trong hợp kim

đúc

Đối với gang: Nếu gang có chứa:

+ Loại xỉ có tính ch y loãng kém, sẽ làm cho gang khi kết tinh ảy loãng.xong có tổ chức hạt grapit thô, cơ tính s n phẩm đúc kém.ảy loãng.+ Loại xỉ có FeO, CaO sẽ làm cho gang khi kết tinh bị xốp, cơ tính vật đúc kém

+ Loại xỉ có lẫn đá vôi và đôlômit hoặc xỉ là mác tanh sẽ làm cho gang sau khi kết tinh có tổ chức hạt graphit nhỏ mịn, cơ tính vật đúc tốt

ối với thép: Nếu xỉ trong thép lỏng có chứa P-S th

phân bố ở miền tinh giới hạn làm cho thép bị dòn nóng và dòn nguội

2- Ảnh hưởng đến sự kết nh h ởng của khoáng nhiệt độ kết tinh (từ nhiệt độ bắt

đầu kết tinh đến nhiệt độ kết thúc kết tinh)

Bằng thực nghiệm ng ời ta đã xác định đ ợc rằng:

+ Nh ng kim loại và hợp kim có kho ng kết tinh hẹp, th ững màng ôxýt và ảy loãng ỡ sau khi kết tinh xong, vật đúc có cấu trúc tinh thể hỡnh trụ từ ngoài vào trong + Nh ng kim loại và hợp kim có kho ng kết tinh rộng, th ững màng ôxýt và ảy loãng ỡ sau khi kết tinh xong chỉ có lớp mỏng bên ngoài vật đúc có cấu trúc tinh thể hạt tròn và hỡnh trụ, còn phần lớn hợp kim bên trong có dạng tinh thể hỡnh nhánh cây.

+ Cùng một tốc độ nguội, kim loại và hợp kim nào có kho ng kết ảy loãng tinh hẹp thỡ tốc độ sinh mầm lớn, nên sau khi kết tinh xong vật

đúc có cấu trúc tinh thể hỡnh trụ.

Kim loại và hợp kim có cấu trúc tinh thể hỡnh trụ có cơ tính cao hơn cấu trúc tinh thể hỡnh nhánh cây thô.

Sự biến tính là sự gia công hợp kim lỏng bằng cách cho thêm nh ng ững màng ôxýt và chất phụ vào tr ớc lúc rót hợp kim lỏng vào khuôn nhằm làm nhỏ hạt tinh thể trong quá trỡnh kết tinh lần thứ nhất để nhận đ ợc vật đúc có cơ tính cao.

Có 2 cách làm biến tính:

+ Biến tính loại I: Là biến tính bằng cách cho thêm chất phụ vào hợp kim lỏng để tạo nên một lớp màng hoạt tính bao bọc xung quanh các tâm mầm, hạn chế sự phát triển của chúng trong quá trỡnh kết tinh + Biến tính loại II: Là sự biến tính bằng cách cho chất phụ vào hợp kim lỏng, chúng sẽ tác dụng với O2, N2 có sẵn trong đó tạo thành các lớp hoá học có nhiệt độ nóng ch y cao, tồn tại ở dạng hạt nhỏ phân tán ảy loãng trong hợp kim lỏng đóng vai trò các tâm mầm có sẵn Nhờ vậy t ng ăng điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét.

đ ợc số tâm mầm kết tinh, nên sau khi kết tinh xong, hợp kim có tổ chức hạt nhỏ mịn, cơ tính cao.

Ví dụ: Cùng một hợp kim lỏng đúc trong khuôn kim loại có tính

truyền nhiệt cao nên vật đúc có tổ chức hạt nhỏ mịn, cơ tính cao hơn khi ta đúc trong khuôn cát

Vật đúc bằng thép, gang nơi nào có chiều dài thành mỏng d ới 10mm sẽ có tổ chức hạt tròn, mịn, còn chỗ thành dày trên 15mm sẽ có tổ chức tinh thể hỡnh nhánh cây

5- Ảnh hưởng đến sự kết nh h ởng của sự tác dụng cơ học đến sự kết tinh

Bằng thực nghiệm ng ời ta xác định đ ợc: Nếu quá trỡnh kết tinh

x y ra trong điều kiện rung khuôn thảy loãng ỡ sau khi kết tinh xong vật đúc có tổ chức nhỏ mịn Vỡ d ới tác dụng rung động nh vậy thỡ các trung tâm kết tinh và các tinh thể nhánh cây vừa hỡnh thành sẽ bị vỡ vụn tạo ra vô số các trung tâm kết tinh mới, làm t ng số tâm mầm nên sau khi kết tinh xong số hạt ăng điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét

sẽ nhiều, tổ chức nhỏ mịn, cơ tính cao