Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ rót và ma sát thành khuôn kim loại áo cát đối với độ chảy loãng của hợp kim nhôm đúc (Đề tài NCKH)

B GIÁO D C VÀ ÀO T O
TR

NG

IH CS

THÀNH PH

H

PH M K THU T
CHÍ MINH

BÁO CÁO T NG K T

TÀI KH&CN C P TR

NGHIÊN C U NH H

NG

NG C A NHI T

RĨT VÀ

MA SÁT THÀNH KHN KIM LO I ÁO CÁT
V I

I

CH Y LO? NG C A H P KIM NHÔM ÚC
M? s : T2014-100

Ch nhi m

tài: GV.ThS Nguy n Thanh Tân

TP. HCM, Tháng 12 n m 2014


TR

NG

IH CS

PH M K THU T

THÀNH PH H CHÍ MINH
NV C

KHÍ CH T O MÁY

BÁO CÁO T NG K T

TÀI KH&CN C P TR

NGHIÊN C U NH H

NG

NG C A NHI T

RĨT VÀ

MA SÁT THÀNH KHN KIM LO I ÁO CÁT
V I

I

CH Y LO? NG C A H P KIM NHÔM ÚC

M? s : T2014-100

Ch nhi m

tài: GV.ThS Nguy n Thanh Tân

Thành viên

tài:

TP. HCM, Tháng 12 n m 2014


DANH SÁCH NH NG NG
STT

H và tên

I THAM GIA

n v công tác

Nhi m v

TÀI
c giao

N V PH I H P CHÍNH
STT

Tên

n v trong và ngồi n

c

1

2

Trang 3

N i dung ph i h p


M CL C
Trang
M C L C ...................................................................................................................... 4

DANH M C B NG BI U ............................................................................................ 5
DANH M C CÁC CH VI T T T ............................................................................. 5
CH NG 1. M
U .................................................................................................. 8
1.1 T ng quan t?nh h?nh nghiên c u thu c l nh v c tài trong và ngoài n c .... 8
1.2 Tính c p thi t .......................................................................................................... 12
1.3 M c tiêu .................................................................................................................. 12
1.4 Cách ti p c n ........................................................................................................... 12
1.5 Ph ng pháp nghiên c u ........................................................................................ 12
1.6 i t ng nghiên c u ............................................................................................. 12
1.7 Ph m vi nghiên c u ................................................................................................ 12
1.8 N i dung nghiên c u............................................................................................... 13
CH NG 2. C S L? THUY T ............................................................................. 14
2.1 T ng quan v công ngh úc ................................................................................. 14
2.3 Công ngh úc khuôn cát....................................................................................... 23
2.4 Khuy t t t úc th ng g p. .................................................................................... 25
CH NG 3. PH NG PHÁP TH C NGHI M ...................................................... 29
CH NG 4. K T LU N VÀ
NGH .................................................................... 43
4.1 K t lu n ................................................................................................................... 43
4.2
ngh . ................................................................................................................... 43
PH L C ..................................................................................................................... 44
Ph l c 2: K? hi u và ng d ng c a h p kim nhôm .................................................... 45
TÀI LI U THAM KH O ............................................................................................ 47

Trang 4


DANH M C B NG BI U

B ng

Trang

B ng 2.1 Thành ph n ch t bi n tính cho h p kim nhơm tính theo % kh i l ng m n u
B ng 3.1. Thành ph n hóa h c h p kim nhôm ADC12 theo tiêu chu n Nh t, JIS H5302

13
25

DANH M C CÁC CH

Trang 5

VI T T T


THƠNG TIN K T QU NGHIÊN C U
1. Thơng tin chung:
- Tên
tài: Nghiên c u nh h ng c a nhi t
rót và ma sát thành khn kim
lo i áo cát i v i ch y lo?ng c a h p kim nhôm úc
- M? s : T2014 100
- Ch nhi m: GV.ThS. Nguy n Thanh Tân
- C quan ch tr?: Tr ng i h c S ph m K thu t Tp. HCM
- Th i gian th c hi n: 01/2014 12/2014
2. M c tiêu:
Xác nh nh h ng c a nhi t
rót và ma sát thành khn kim lo i áo cát i

v i ch y lo?ng c a h p kim nhơm úc
3. N i dung chính:
1. Nghiên c u t ng quát
- L? thuy t v nhôm và h p kim nhôm úc
- L? thuy t v
ch y lo?ng trong quá tr?nh úc
2. L p ph ng án thí nghi m
nh h ng c a nhi t
rót i v i
ch y lo?ng c a h p kim nhôm
silic
nh h ng ma sát thành khuôn kim lo i áo cát i v i ch y lo?ng c a
h p kim nhơm silic
3. Thí nghi m
4. T ng k t ánh giá k t qu
4. K t qu nghiên c u:
- Xác nh nh h ng c a nhi t
rót và ma sát thành khn kim lo i áo cát i
v i ch y lo?ng c a h p kim nhôm silic
5. S n ph m:
K t qu thí nghi m trong t p thuy t minh.
6. Hi u qu , ph ng th c chuy n giao k t qu nghiên c u và kh n ng áp d ng:
Chuy n giao k t qu nghiên c u n B môn CNKL Khoa CKM
HSPKT
TpHCM
Ngày 10 tháng 11 n m 2014
Tr ng
nv
Ch nhi m tài
(k?, h và tên, óng d u)

(k?, h và tên)

Trang 6


SUMMARY
1. General information:
Project Title: Effected of pouring temperture and friction in sand mould to
fludity of aluminium casting alloy
Code number: T2014 100
Coordinator: Tan Nguyen Thanh
Implementing Institution: University of Technical Education HCMC
Cooperating Institution (s):
Duration: from 01/2014 to 12/2014
2. Objective(s):
To introduce the concept of fluidity of molten metal and its influence on the
production of castings
The student will understand the relevance of fluidity, the means by which
this is measured and the effect of alloy type.
3. Main Contents:
- Research overview
- Basic understanding of foundry processes.
- Knowledge of phase diagrams.
- Basic physics and mathematics.
- Experiment
4. Results obtained:
- Spiral test sample
- Effected of temperture and friction in mould to fludity of aluminium casting
alloy

5. Products:
- Spiral test sample.
- Documents
6. Effect, transfer results, and possible aplications:
- Result research can aid designer and worker on work
- Transfer directly the experimental results to Metal Technology Department,
UTE

Trang 7


CH

NG 1. M

U

1.1 T ng quan t?nh h?nh nghiên c u thu c l nh v c tài trong và ngồi n c
Cơng ngh úc là m t trong nh ng ngành ch t o phôi quan tr ng không th
thi u
c trong n n công nghi p ch t o.
Theo [1] ? ch ra công ngh úc kim lo i màu có th dùng
c nhi u ph ng
pháp khác nhau, và ch y lo?ng là y u t quy t nh t i tính úc c a h p kim.
Theo [6] ? ch ra ph ng pháp m i
o
ch?y lo?ng b ng ph ng pháp
chân không.

H?nh 1.1: Ph

ng pháp o

ch y lo?ng b ng chân không

Trang 8


H?nh 1.2: nh h

ng c a nhi t
n
ch y lo?ng c a h p kim A356 d
i u ki n khác nhau [6]

H?nh 1.3: nh h

H?nh 1.4: nh h

ng c a nhi t

n

ch y lo?ng h p kim A356 [6]

ng c a thành ph n Si n h p kim A356.2
nhi t 7000C [6]

Trang 9

i các

n

ch y lo?ng


H?nh 1.5: So sánh h p kim nhơm cùng tích Al-Si nhi t 7000C( nh h
ph n tr m Si n ch y lo?ng) [6]

H?nh 1.6: nh h

ng c a

ng c a Fe và Mn n
ch?y lo?ng c a h p kim nhơm A356.2
nhi t 7000C [6]
Ngồi ra vi c nghiên c u
ch y lo?ng hi n nay c?n dùng các ph n m m h tr
tính tốn nh MAGMA, Solidcast,

Trang 10


H?nh 1.7: K t qu mô ph ng
ch y lo?ng c a A356 nhi t 6800C [6]
Theo Kiavash Siavashi [9] c ng ? ch ra ph ng pháp o
ch y lo?ng không
dùng r?nh xo n c

H?nh 1.8: Mô h?nh o

ch y lo?ng không dùng r?nh xo n c

Trang 11


H?nh 1.9: Ki m tra

ch y lo?ng b ng b m chân không [10]

H?nh 1.10: Ph ng pháp ki m tra
ch y lo?ng m i [10]
Theo [11] ? ch ra quá tr?nh ông c c a v t úc trong khuôn d i tác d ng
c a môi tr ng chân không nhanh h n so v i môi tr ng v ng m t chân không i
ch ng (h s ông c l n h n), kh n ng i n y h p kim l ng trong khuôn d i tác
d ng c a l c chân không nh h n so v i môi tr ng v ng m t chân khơng i ch ng
1.2 Tính c p thi t
H p kim nhôm là m t trong s r t ít các kim lo i có th úc
c b ng nhi u
ph ng pháp nh úc áp l c, úc khuôn kim lo i, úc khuôn cát (khuôn cát khô và
khuôn cát t i), khuôn th ch cao, úc m u ch y, úc liên t c. R t nhi u y u t nh
h ng n vi c l a chon ph ng pháp úc
ch t o các chi ti t máy b ng h p kim
nhôm. Y u t quan tr ng nh t là: ch t l ng, giá thành và tính kh thi. úc khuôn kim
lo i, l c
y kim lo i vào trong khn chính là tr ng l c c a kim lo i l ng, v i y u
t khuôn kim lo i nên s có t c
ngu i nhanh. Do v y, úc khuôn kim lo i cho ta
s n ph m có c tính r t cao, v t úc hoàn h o h n, nh ng c ng

c áp d ng v i
nh ng kim lo i có
ch y lo?ng cao và có kh n ng ch ng n t nóng.
1.3 M c tiêu
Xác nh nh h ng c a nhi t
rót và ma sát thành khn kim lo i áo cát i
v i ch y lo?ng c a h p kim nhôm úc
1.4 Cách ti p c n
T?m hi u, xem xét các công ngh ? và ang v n hành trong th c t
T?m hi u nhu c u th c t , tính kh thi c a tài
L a ch n ph ng án
1.5 Ph ng pháp nghiên c u
Kh o sát Th ng kê
Nghiên c u tài li u
Th c nghi m
1.6 i t ng nghiên c u
Tính ch y lo?ng c a h p kim nhôm úc
1.7 Ph m vi nghiên c u
Xác nh nh h ng c a nhi t
rót và ma sát thành khuôn kim lo i áo cát i
v i ch y lo?ng c a h p kim nhôm silic
Trang 12


1.8 N i dung nghiên c u
L? thuy t v nhôm và h p kim nhôm úc
L? thuy t v
ch y lo?ng trong quá tr?nh úc
Xác nh nh h ng c a nhi t
rót và ma sát thành khn kim lo i áo cát

v i ch y lo?ng c a h p kim nhôm silic
T ng k t ánh giá k t qu .

Trang 13

i


CH
2.1 T ng quan v công ngh

NG 2. C

S

L? THUY T

úc

Các ph ng pháp úc h p kim nhôm theo [8]
H p kim nhôm là m t trong s r t ít các kim lo i có th úc
c b ng nhi u
ph ng pháp nh úc áp l c, úc khuôn kim lo i, úc khuôn cát (khuôn cát khô và
khuôn cát t i), khuôn th ch cao, úc m u ch y, úc liên t c. M t s ph ng pháp
úc tiên ti n m i, nh úc m u cháy c ng có th áp d ng.
R t nhi u y u t nh h ng n vi c l a chon ph ng pháp úc
ch t o các
chi ti t máy b ng h p kim nhôm. Y u t quan tr ng nh t là:
- Giá thành và tính kh thi
- Ch t l ng

Xét v tính kh thi, r t nhi u lo i h p kim nhơm có th úc b ng nhi u ph ng
pháp khác nhau, tuy nhiên, d a trên kích th c và thi t k s l a chon
c m t
ph ng pháp úc phù h p nh t. Thông th ng các khuôn kim lo i n ng g p t 10 n
100 l n so v i v t úc, do v y các chi ti t l n
c úc b ng khuôn cát phù h p h n là
úc b ng khuôn kim lo i ho c úc áp l c. Các chi ti t nh th ng
c úc b ng
khuôn kim lo i
mb o
chính xác, ít gia cơng c .
Ch t l ng là m t y u t quan tr ng quy t nh n vi c l a ch n ph ng pháp
úc. Ch t l ng
ây có ngh a là m c
hoàn h o c a v t úc (r khí, n t,
nh n
bóng b m t ) và c tính c a s n ph m ( b n và d o).
Tuy nhiên, có m t i u khơng th quên i v i các k s úc nói chung là trong
ph ng pháp úc áp l c, m c dù
ngu i r t l n, khơng khí, c bi t là khí Hy ro s
c gi l i trong v t úc, có th t p trung thành r khí ph n gi a c a v t úc. M t
s nghiên c u m i ây ? c g ng t?m cách gi m thi u r khí, tuy nhiên i u ó là h t
s c khó kh n n u nh khơng nói là khơng th lo i b h t
c r khí. Trong khi ó
ph ng pháp úc khuôn kim lo i ho c úc áp l c th p s cho s n ph m là nh ng v t
úc hoàn h o h n. Trong úc áp l c, khi r khí t p trung vào gi a v t úc, s làm gi m
c tính và th m chí là th p h n so v i các ph ng pháp úc k trên m c dù v i t c
ngu i nhanh s cho t ch c h t r t nh m n - c tính v n r t cao.
M c dù v y, trong m i ph ng pháp úc s có nh ng u i m và nh c i m,
do v y, k s úc c g ng phát huy các u i m, kh c ph c nh c i m c a t ng

ph ng pháp, nh m áp ng nh ng nhu c u ph c t p c a th tr ng là nhanh, nhi u,
t t, r . D i ây, xin a ra m t s ph ng pháp úc nhôm
c áp d ng trên th
gi i:
1. úc áp l c
Trong úc áp l c, h p kim nhôm
c s d ng nhi u nh t so v i t t c các lo i
h p kim khác. Ch tính riêng M , hàng n m nhơm úc áp l c tr giá lên t i 2.5 t
ôla. Riêng nhôm úc áp l c chi m t ph n g p ôi so v i t t c các ph ng pháp
khác g p l i.
úc áp l c r t phù h p v i úc hàng lo t, s l ng l n, kh i l ng chi ti t nh ,
th ng có th n ng t i 5kg nh ng c ng ? có tr ng h p úc cho chi ti t n ng t i
Trang 14


50kg nh ng giá thành r t cao. úc áp l c có u i m là gi m thi u úng sai, b m t
nh n bóng, m b o ng u chi u dày v t úc.
Các lo i h p kim nhôm úc áp l c áp d ng cho t ng lo i chi ti t c th :
- 380.0: th ng dùng úc h p s
- A380.0: h p èn
ng, các chi ti t ph c v cho nha khoa
- A360.0: v c a các lo i nh c c , các chi ti t ?i h i ch u n m?n
- 413.0: Pistong, tr c khu u
- 518.1: các chi ti t trong hàng khơng, tàu thu
H h p kim 3xx (ví d 380, 356 ) t c h h p Al + Si + Cu + Mg; h h p kim
4xx (ví d 413) t c h h p kim Al + Si; h h p kim 5xx (ví d 518) t c h Al + Mg.
Trong khi ó có s khác bi t nho nh : ch ng h n 380.0 s 0 sau cùng có ngh a nói
r ng h p kim d ng úc (cast shape) c?n nh 518.1 s 1 sau cùng có ngh a là d ng
th i (ingot). D ng Cast shape hay ingot ch có ? nói lên h?nh d ng c a v t li u có trên
th tr ng mà ta có th

t mua. C?n v i lo i k? hi u có ch A
u, t c là cao c p,
ít t p ch t.
úc áp l c
c miêu t nh sau: kim lo i l ng
c a vào khuôn b ng áp
l c t ng i l n thông qua 1 xylanh - pistong. Áp l c l n, tôc
ngu i nhanh, s cho
s n ph m v i t ch c sít ch t, h t nh m n làm cho c tính và kh n ng ch u mài m?n
t ng áng k . Khí khơng k p thốt ra ngồi và co ngót có th t o nên r khí - khuy t t t
th ng có
úc áp l c, và
c kh c ph c b ng cách làm cho các r khí nh , phân b
u trên b m t, khi gia cơng c có th c t b .
S n ph m c a úc áp l c r t khó hàn và s lí nhi t do v n c?n khí b gi l i
trong v t úc. N u mu n th? c n nh ng công ngh
c bi t. M t i u l u ? trong úc
áp l c là l a ch n v t li u có kho ng ơng c h p.
Có n 85% h p kim nhơm ang s d ng
úc áp l c là h p kim 380 và m t
vài h p kim cùng h (Al + Si + Cu). H h p kim này có r t nhi u u i m: c tính
cao, ch u n m?n,
ch y lo?ng cao, giá th nh r . N u yêu c u cao h n v kh n ng
ch u mài m?n, 360 (gi m Cu) s phù h p h n ho c th m chí là h p kim 413 (ch có Al
+ Si). ơi khi v i nh ng yêu c u th t cao v kh n ng ch u n m?n, h p kim 518.0 s
c dung nh ng h p kim này l i có ch y lo?ng th p, khó úc, giá thành cao h n.
M t chút phân bi t trong úc áp l c: có 2 d ng là úc áp l c bu ng nóng (hot
chamber) và úc áp l c bu ng ngu i (cold chamber). úc áp l c bu ng nóng là khi
kim lo i l ng
c rót vào 1 xilanh, sau ó pistong y kim lo i vào khuôn thong qua

áp l c t ng i l n, b xilanh pistong này
c coi là ngu i. C?n úc áp l c bu ng
nóng là b xilanh pistong
c t trong 1 h th ng l? nung và n i th ng v i b
ph n l? n u ch y, nh v y to n b xilanh pistong
c t trong l? và có nhi t
b ng v i nhi t kim lo i nóng ch y.
2. úc khuôn kim lo i
úc khuôn kim lo i hay c?n g i là úc khuôn v nh c u (permanent casting) là
ph ng pháp úc mà nh tên g i khuôn làm b ng kim lo i gi ng nh úc áp l c. Do
tu i th c a khuôn dùng
c lâu, nhi u l n nên c?n g i là khuôn v nh c u. úc
khuôn kim lo i phù h p v i các v t úc l n h n so v i úc áp l c, kho ng 10kg, t t
Trang 15


nhiên
h n.

c bi t có th cao h n, 20kg th m chí là 50kg, và i kèm là giá thành s cao

úc khuôn kim lo i, l c
y kim lo i vào trong khn chính là tr ng l c c a
kim lo i l ng, v i y u t khn kim lo i nên s có t c
ngu i nhanh. Do v y, úc
khuôn kim lo i cho ta s n ph m có c tính r t cao, v t úc hoàn h o h n, nh ng c ng
c áp d ng v i nh ng kim lo i có
ch y lo?ng cao và có kh n ng ch ng n t
nóng.
C tính c a các chi ti t úc b ng ph ng pháp úc áp l c

c c i thi n ?ng
k khi k t h p các ph ng pháp nhi t luy n. N u yêu c u cao, có th áp d ng các
ph ng pháp s lí trong dung d ch c bi t nhi t
cao, sau ó tơi và hoá già t
nhiên ho c hoá già nhân t o. V i các chi ti t úc nh , khi úc s có t c
ngu i
nhanh th? khơng c n s lí nhi t do khi ngu i nhanh, t ch c h t s r t nh m n, và c
tính r t cao.
M t s lo i h p kim nhôm hay
c s d ng trong úc khuôn kim lo i:
- 366: ch t o pistong oto
- 355.0, C355.0, A357.0: h p s , hang không, m t s b ph n c a tên l a (các
chi ti t yêu c u
b n cao)
- 356.0, A356.0 Các chi ti t trong máy d ng c , bánh xe máy bay, b ph n
trong máy b m
- M t s khác c ng
c dùng nh : 296.0, 319.0, 333.0
3. úc khuôn cát
T c
c p n công o n làm khuôn b ng cát và các ch t ph gia
k t dính,
có th là t sét ho c m t s lo i khác (xem bài công ngh úc khuôn cát).
Ph ng pháp úc khuôn cát truy n th ng, khuôn
c làm cùng v i các ru t
(n u có) thơng qua vi c r? cát (d m ch t), cùng v i m u. Sau khi ? d m ch t, m u
c rút ra,
l i kho ng tr ng chính là h?nh d ng c a v t úc c n ch t o. Sau khi
rót kim lo i vào khuôn, ông c, và phá d
thu

c v t úc. Trong úc khuôn cát
c phát huy b ng u i m là úc các chi ti t l n, ph c t p h n do có th làm ru t.
úc khuôn cát yêu c u ng i th có tr?nh
khéo léo, t khâu làm khn, ru t, n
rót kim lo i vào khn. Do v y, úc khuôn cát hi n nay ang
c s d ng nh ng
khơng chính xác. ây chính là ngun nhân ơi khi m t s chi ti t l n vài ch c
kilogam , yêu c u chính xác nên v n ph i úc khuôn kim lo i.
4. úc m u cháy
úc m u cháy c ng có th coi là m t lo i c a úc khuôn cát. Các k s ph i
thi t k m t m u b ng nh a polysterene, going y h t v t úc. M u
c em t trong
1 khuôn r i
c
cát khô vào, y nilon lên trên, r i
c hút chân khơng. Khi kim
lo i
c rót vào úng ph n ? nh s n, nilon cháy, polysterene c ng cháy và kim
lo i thay th vào v trí c a m u. Ph n tro c a m u cháy
c n i lên trên m t ph n u
ngót.
5. úc khuôn v m ng
Công ngh làm khuôn v m ng
c ch t o b ng v t li u là sáp. Sáp
c gia
công thành m u gi ng nh v t úc, sau ó
c nhúng vào 1 h n h p huy n phù g m
Trang 16

cát, sét, và m t s ch t ph gia, nh v y có 1 l p v bao b c m u, nh c m u ra, r c 1
l p cát m n, s y khô r i l i em nhúng l i vào h n h p huy n phù, r i l i r c cát m n.
Làm nh v y 4 - 5 l n, khi l p v dày lho ng 10 - 20mm, s y khô, em thiêu k t
khuôn nhi t
600 - 800oC, sáp s ch y ra, và ta thu
c khuôn v m ng. Trong
công ngh khuôn v m ng, hay
c g i là úc chính xác v? m u sáp
c làm gi ng
y nh v t úc. Ph ng pháp này
c áp d ng cho các chi ti t nh , s l ng l n.
6. úc li tâm
úc li tâm là m t d ng khác
a kim lo i l ng vào khuôn. Khuôn
c làm
b ng kim lo i, t trên máy úc li tâm. Khi khuôn ang quay tr?n, h th ng rót
c
thi t k s n, rót kim lo i vào khn. V i l c quay li tâm s gi i h n chi u dày v t úc
úng nh thi t k , v i s h tr c a l c li tâm, kim lo i s xít ch t. Tuy nhiên, úc li
tâm s ch áp d ng cho các chi ti t có d ng tr?n nh d ng tang tr ng. Nh ng i l i, c
tính c a v t úc s
c c i thi n áng k v? có l c li tâm và khn kim lo i nên t
ch c nh m n.
7. úc liên t c
ây là ph ng pháp úc ang
c áp d ng ph bi n trong các nhà máy c
bi t là v i các nhà máy úc nhơm, do tính hi u qu c a nó.
H p kim nhơm
c rót vào h khn c bi t: Nh ng khn úc có n c làm
ngu i, úc ra các s n ph m là các thanh, các t m nhơm có kich th c tu ? (lên t i

200 x 1000mm) ti p theo dây chuy n úc liên t c là các dây truy n cán, d p liên t c.
Ngoài ra các ph ng pháp khác nh úc khuôn th ch cao, úc khuôn m u ch y c ng
c áp d ng cho h p kim nhôm v i nh ng chi ti t nêu trên, tu thu c vào t?nh tr ng
c a nhà máy c ng nh yêu c u c a khách hàng.
Theo [2]
a. Th c ch t
úc là ph ng pháp ch t o s n ph m b ng cách rót kim lo i l ng vào khn có
h?nh d ng nh t nh, sau khi kim lo i hố r n trong khn ta thu
c v t úc có h?nh
dáng gi ng nh khn úc.
N u v t ph m úc a ra dùng ngay g i là chi ti t úc, c?n n u v t ph m úc ph i
qua gia công áp l c hay c t g t
nâng cao c tính,
chính xác kích th c và
bóng
b m t g i là phơi úc.
úc có nh ng ph ng pháp sau: úc trong khuôn cát, úc trong khuôn kim lo i, úc
d i áp l c, úc li tâm, úc trong khuôn m u ch y, úc trong khuôn v m ng, úc
liên t c v.v... nh-ng ph bi n nh t là úc trong khuôn cát.
b. c i m
- úc có th gia cơng nhi u lo i v t li u khác nhau: Thép, gang, h p kim màu v.v...
có kh i l ng t m t vài gam n hàng tr m t n.
- Ch t o
c v t úc có h?nh d ng, k t c u ph c t p nh thân máy công c , v
ng c v.v...mà các ph ng pháp khó kh n ho c khơng ch t o
c.
chính xác v h?nh dáng, kích th c và bóng khơng cao (có th
t cao n u
úc c bi t nh úc áp l c).
- Có th úc

c nhi u l p kim lo i khác nhau trong m t v t úc.
- Giá thành ch t o v t úc r v? v n u t ít, tính ch t s n xu t linh ho t, n ng
su t t ng i cao.
Trang 17


- Có kh n ng c khí hố và t
ng hoá.
- T n kim lo i cho h th ng rót, u ngót, u h i.
- D gây ra nh ng khuy t t t nh : thi u h t, r khí, cháy cát v.v...
- Ki m tra khuy t t t bên trong v t úc khó kh n, ?i h i thi t b hi n i.
c.Công d ng
S n xu t úc
c phát tri n r t m nh và
c s d ng r t r ng r?i trong các
ngành công nghi p. kh i l ng v t úc trung b?nh chi m kho ng 40-80% t ng kh i
l ng c a máy móc. Trong ngành c khí kh i l ng v t úc chi m n 90% mà giá
thành ch chi m 20-25%.
Tính úc c a h p kim
-Tính ch y lo?ng
Tính ch y lo?ng là m c
ch y lo?ng hay s t c a h p kim úc, nó quy t nh kh
n ng i n y khuôn và nh n
c v t úc r? nét. Có các y u t nh h ng n tính
ch y lo?ng c a h p kim úc:

H?nh 2.1: M u o xo n c
- Nhi t : T0 t ng lên ( T0 nh t nh) th? tính ch y lo?ng t ng.
- C u t o h p kim: Gang xám có tính ch y lo?ng cao nh t.
- T p ch t: làm t ng

s t thu l c.
- nh h ng c a khn, thành ph n hố h c và h?nh th c rót kim lo i vào khn.
- Dùng m u th có r?nh xo n c.
- Kim lo i l ng
c rót vào c c rót và ch y theo r?nh c a m u th .
ch y lo?ng c a h p kim úc
c xác nh b ng chi u dài kim lo i i n y m u
th .
- Chi u dài ó càng l n th? ch y lo?ng càng l n.
-Tính thiên tích
Là s khơng ng nh t v thành ph n hố h c trong t ng ph n c a v t úc. Có 2
lo i thiên tích:
Thiên tích vùng: Là s khơng ng nh t v thành ph n hố h c trong t ng vùng c a
v t úc. Nguyên nhân là do t tr ng các nguyên t trong h p kim khác nhau và trong
t ng ph n ph n c a v t úc có s chênh l ch áp su t.
Thiên tích trong n i b h t kim lo i: do các nguyên nhân sau:
- S k t tinh c a các nguyên t h p kim không cùng m t lúc.
- Ngay trong h t kim lo i c ng l n x và t p ch t.
- Do s th m th u gi a các ph n t trong h p kim khơng tri t .
Tính co
Trang 18


Tính co là hi n t ng gi m th tích và chi u dài c a h p kim khi T0
gi m xu ng. Có 2 lo i:
- L?m co: Là nh ng l r ng h?nh nón h?nh thành trên b m t v t úc. Nguyên nhân
là do l p ngồi ơng c tr c l p trong. khí, n c trong kim lo i thốt ra ngoài.
- R co: Là nh ng l r ng nh n m bên trong v t úc, n m d c tr c th i úc và n m
d i l?m co.
- Là kh n ng gi m th tích c a h p kim khi k t tinh.

- Co th tích có th t o l?m co trong v t úc,
h n ch c n tính tốn h th ng rót và
u ngót h p l?.
- Hi n t ng co làm thay i h?nh dáng kích th c, t o ng su t, cong vênh ho c làm
n t v t úc.
co ph thu c thành ph n h p kim úc.
co chi u dài th ng b ng 1/3
co th tích.
Quá tr?nh co di n ra tr ng thái l ng và tr ng thái c (lúc k t tinh) cho n nhi t
th ng
Co tr ng thái l ng: là s co t nhi t
c a kim lo i l ng sau khi rót n nhi t
h p kim b t u k t tinh.
Nhi t
càng cao, l ng co ngót càng nhi u.
i v i gang quá nhi t 100°C th tích
s co kho ng 1,1 ÷ 1,8%
Co khi k t tinh: là s co t nhi t
c a kim lo i b t u k t tinh n khi k t tinh
xong.
co th tích này l n nh t tùy thu c nh ng y u t sau:
Kho ng ông l n th? co càng nhi u ví d : gang càng xa i m cùng tinh l ng co
càng l n.
Thành ph n hóa h c nh h ng r? nét n
co c a h p kim. Ví d l ng graphit
trong gang càng l n s làm gi m co th tích (1% graphit t ng ch ng 2% th tích) do
ó cùng thành ph n nh ng k t tinh thành gang tr ng co nhi u h n gang xám.
Co tr ng thái r n: là s co t nhi t
c a kim lo i k t tinh xong n nhi t
th ng. ó là co v chi u dài.

-Tính hồ tan khí
Tính h?a tan khí là s hồ tan các khí: O2, H2, N2, CO, CO2, CH4 vào kim
lo i l ng gây nên r khí.
Oxy có th khơng h?a tan tr ng thái l ng và c trong nhóm kim lo i Al, Mg.
V? v y, khi úc gang n u t ng hàm l ng Mg s gi m l ng h?a tan khí. Oxy có th
h?a tan tr ng thái l ng v i s l ng l n v i Fe, Cu, Ni,...
Hydro là lo i khí có kh n ng khu ch tán vào kim lo i nhi t ph?ng.
Các nguyên t nh Ti, Cr, Mn, Fe h?a tan Nit
tr ng thái l ng t o thành dung
d ch c và Nitrit.
Nhi t , áp su t càng t ng kh n ng h?a tan khí càng t ng.
8. ÚC H P KIM NHƠM
a Thi t b n u nhôm
Thi t bi n u h p kim nhôm
úc gi ng nh thi t b n u ng g m các l? i n c m
ng có n i graphit ho c l? c m ng khơng có n i graphit nh ng ph i có c t thép, l?
i n h quang 2 c c, l? t d u ho c t than có n i graphit nh ? mô t
trên ph n
úc h p kim ng. Khi úc các s n ph m nhơm khơng u c u c tính cao, trong l?
t d u hay t than có th s d ng n i b ng gang. Ngồi ra có th dùng l? ng n l a
quay ngang t d u F.O. ho c D.O. nh l? n u gang. Tuy nhiên l? i n h quang 2 c c
và l? ng n l a it
c s d ng v? l ng cháy hao r t l n.
úc các s n ph m gia
Trang 19


d ng nh n i n u c m, chén, d a, th?a..ng i ta c?n dùng l? th công p b ng g ch
xây nhà và t sét, không c n có n i gang hay n i graphit.
b Nguyên li u

1 Kim lo i: nhôm th i nguyên ch t, hôp kim ? ch bi n s n, h p kim trung gian, h i
li u. Nguyên li u ph i s ch, khô, không b bám d u m và t b n. Tr c khi cho li u
vào l? ph i n ng 100~150oC
2 Ch t tr dung và tinh luy n: Trong s n xu t th ng dùng các mu i clorua nh
ZnCl2; MnCl2, C2Cl6, AlCl3
Trong quá tr?nh kim lo i nóng ch y, các nguyên t trong h p kim nh Al, Mn,
Zn ho c b oxy hóa ho c tác d ng v i các nguyên t khác nh t là v i các khí t o
thành các t p ch t làm gi m hàm l ng c a m i nguyên t trong h p kim nhôm. Cho
ch t tinh luy n vào t o các ph n ng hoàn nguyên các nguyên t k c nhôm, gi m
l ng hao h t (g i là l ng cháy hao) c a chúng trong h p kim.
Khi cho mu i clorua vào h p kim nhôm l ng, ph n ng gi a nhôm kim lo i v i mu i
clorua nh sau:
3MeCl3 + 2Al = 2AlCl3 + 3Me
Ph n ng t o AlCl3 và hoàn nguyên ra k m ho c Mn n u dùng ZnCl2 ho c MnCl2
Mu n dùng tinh luy n ph i
c s y k , v? các mu i clorua u d hút m, nh t
là cclorua k m. Clorua k m ph i n u ch y nhi t
380~400oC r i nghi n nh , mu i
clorua mangan c ng ph i s y 380~400oC trong 4~6 gi .
Mu i c n b o qu n trong t s y, b?nh gi nhi t, b o m cho mu i có nhi t
120~150oC. Khi tinh luy n dùng 0,1-0,2% mu i so v i kh i l ng m n u, dùng ch p
n ch t tinh luy n xu ng áy n i. Khi tinh luy n trong n i n u d có hi n t ng sơi,
kim lo i l ng d tráo ra ngồi nên chú ? khơng tinh luy n khi n i n u y quá. Tinh
luy n xong, ph i có bi n pháp lo i b t p ch t t o ra do tinh luy n. T t nh t là tinh
luy n xong, m t th i gian kho ng 5~8 phút cho t p ch t và b t khí n i lê h t.
T ox
tinh luy n: Dùng ch t tr dung là clorua natri và clorua kali v i t l
1:1; x này v có tác d ng che ph v a có tác d ng tinh luy n. L ng ch t tr dung s
d ng chi m 2~3% kh i l ng m li u, ch t tr dung cho vào cùng v i li u, sau khi
li u ch y l i dùng 0,5~1% ch t tr dung (so v i m li u) ph m t, trên m t ch t tr

dung l i
NaF (hu nh th ch) cô c ch t tr dung, tách ch t tr dung ra kh i h p
kim, ti n hành bi n tính r i rót khn.
Có th dùng các bi n pháp tinh luy n khác nh dùng siêu âm, hút chân khơng
v.v
3 Ch t bi n tính
Sau khi tinh luy n c n ph i bi n tính. Tác d ng c a bi n tính h p kim nhơm
nh ? gi i thích m c 1.4.2 trong ch ng 2 nh t là i v i h p kim Al-Si.
Dùng h n h p mu i natri
bi n tính. Có nhi u ch t bi n tính dùng cho h p
kim nhơm. T ng ch t bi n tính l i có nhi t
bi n tính phù h p khác nhau nh
b ng
2.1
B ng 2.1 Thành ph n ch t bi n tính cho h p kim nhơm tính theo % kh i l ng m
n u
Ch t bi n tính
NaF NaCl KCl Na2AlF6 Nhi t bi n tính
Hai lo i
67
33
800~820
Ba lo i
25
62,5
12,5 725~740
Ch t tr dung t ng
h p
60
25

15
800~820
S 1
40
45
16
750~780
Trang 20


S 2
S 3

30

50

10

10

720~740

c Làm khn
úc h p kim nhơm có th úc trong khuôn cát t i, khuôn khô và khuôn kim
lo i.
C1
Khuôn cát
H n h p làm khuôn
H p kim nhơm d b r khí và r co nên khi ch n va54t li u làm khuôn, làm l?i

ph i chú ? n
t o khí và thơng khí c a h n h p
H p kim nhôm l ng có s c c ng b m t l n, h n h p làm khuôn c n dùng cát
nh h t. H n h p làm ru t ph i có
co bóp l n, ch t dính b t cháy nhi t
th p
ch ng n t do c n co.
H n h p làm khuôn th ng ch a 80~90% cát c tái sinh và 20~10% cát m i.
b n nén t i c a h h p kho ng 0,25~0,4 KG/cm2-,
thơng khí c a khn
kho ng 50.
Khi úc v t úc c l n ph i dùng khuôn khơ có
b n cao và ch ng
cr
khí. Troong m t s tr ng h p yêu c u cao, ng i ta s d ng khuôn cao áp, ch a
l ng m r t nh và khuôn không ch a n c và các d ng úc c bi t
Khi úc h p kim Al-Mg, v? Mg d b cháy khi rót vào khn, ng i ta cho vào
h n h p làm khuôn 0,5~1% axit boric d ng b t ho c pha dung d ch có n ng
2~3% axit boric vào h n h p.
B ng 10-2 gi i thi u m t s thành ph n h n h p làm khuôn úc nhôm.
B ng 10-2 Thành ph n h n h p làm khn úc nhơm
Tính ch t h n h p và % kh i l
Lo i h n h p
cát
Cát m t lo i
làm khn t i
Cát áo khn
khơ

C

h t

L

ng
t sét

01

8~10

thơng
khí
20

01

8~12

20

ng
b n KG/cm2
Nén
Kéo
t i
khơ
3~5
4~6

7~12

Cát
c

Cát- t
sét m i

Ch t dính
khác

4,5~5,5

90~92

8~10

0,5~1
n c gi y

5~6

80~60

19,5~39

m

H th ng rót
H th ng rót dùng cho h p kim nhơm ph i b o m

c yêu c u sau: d?ng
ch y êm, khơng có s va p và xốy, b o m i n y khuôn êm
x d n i kên
trên, khơng có hi n t ng cuo5n khí và phá h ng thành khn, có tác d ng l c x t t,
b o m
c h ng ông cho v t úc.H th ng rót
c dùng nhi u nh t là: h th ng
rót xi phơng d n kim lo i vào áy v t úc và h th ng rót khe m ng d n vào bên hơng
v t úc.
H th ng rót xi phơng b o m i n y khuôn êm, nh ng không b o m
h ng ông( t d i lên trên) Dùng h th ng rót khe m ng th ng ng kh c ph c
c nh c i m này. Mu n b o m i n y khuôn yên t n th? h th ng rót ph i b o
m sao cho t c
i n y khuôn không quá 150cm/sec. Trong th c t s n xu t
th ng dùng h th ng rót m r ng (khơng i n y) có t s sau:
F ng rót : Fl c x : Fd n = 1:2:3; 1:2:4; 1:3:6.
Mu n gi m t c
d?ng ch y trong ng rót, dùng ng rót ngo n ngoèo, nh ng
c n chú ? là t n th t nhi t nhi u. Khi c n l c x t t có th dùng màng l c t c c rót.
Trang 21


Mu n xác nh ti t di n ng rót c a h p kim nhôm, dùng
th h?nh 10-2. Bi t chi u
cao và tr ng l ng c a v t úc, t?m
c i m t ng ng trên c t I và c t III, n i 2
i m ta
cm t
ng th ng. T giao i m c a
ng th ng v a k v i c t IV và

i m t ng ng v i chi u dày thành v t úc trên c t II, k
c
ng th ng th hai,
kéo dài
ng th ng này g p c t V ta có ti t di n c a ng rót. T ó tính ti t di n r?nh
d n, r?nh l c x theo các t s trên.
c.2 Khuôn bán v nh c u
Khi s n xu t các s n ph m gia d ng hay m t s hàng m ngh thông th ng,
t n ng su t cao và gi m giá thành ng i ta th ng dùng khuôn bán v nh c u mà
thành ph n ch y u là d t sét nên c?n g i là khuôn t sét . Thành ph n c a h n h p
làm khuôn g m 50~60% t sét (cao lanh), 15~20% cát tr ng, 20~30% n c b? gi y
(n c b? gi y l y t n c th i c a công nghi p gi y sau khi b t gi y
c gi l i trên
máy xeo gi y) . Trong n c b? gi y có b t gi y và dung d ch có ch a các hydro
cacbon, mu i canxi, m t s axit, lignin cvo1 tính ch t nh ch t dính. Khn
c ch
o
t o b ng h n h p trên, sau khi làm khuôn em s y nhi t
170~200 C v i t c
nung ch m
Sau khi s y, các ch t b c (H, N, O) trong hydocacbon và lignin b c i
l ib s n
cacbon, b t gi y khô
l i các l x p làm cho khn có
thơng khí t t. Khn có
n c b? gi y có tính hút m m nh nên kh c ph c nh c i m này ng i ta phun lên
khuôn m t l p d u ch ng m b o qu n khi ch a s d ng.
Khuôn bán v nh c u lo i này có th dúc
c t 60 n 100 v t úc, thâm chí
cao h n khi khn ch a b m?n n kích th c c t

c.3 Khn kim lo i:
úc trong khuôn kim lo i (t nh) là ph ng pháp th ng dùng nh t
úc h p
kim nhôm cho các v t úc yêu c u ch t l ng cao nh các chi ti t máy trong ô tô, xe
g n máy, máy bay, tàu th y, máy khâu, máy d t
C u t o c a khuôn kim lo i úc nhôm c ng gi ng nh khuôn kim lo i úc
ng, nh ng v? h p kim nhơm có
co th tích l n h n ng nên th ng dùng h
th ng rót có d n bên hơng, r?nh d n d ng khe m ng và u ngót l n. u ngót th ng
có kh i l ng b ng ho c l n h n v t úc.
H th ng rót ki u m r ng
c tính theo t l : Fơ/ Fxi / Fd = 1/2/3 và 1/3/6
o
Nhi t rót khn 710~720 C.
Tr c khi rót, khn ph i
c s n lót và ph b m t. Thành ph n ch t s n lót
và ch t ph b m t xem b ng 9-2 và 9-3.
c.4 K thu t n u luy n
Tr c khi n u ph i s y n i c n th n. Nguyên li u c ng ph i
c n ng k /
o
Ch t li u vào l? khi l? t nhi t
600~700 C. Th t ch t li u: Cho nhôm d ch y
vào tr c, khó ch y vào sau, ng th i cho kho ng m t n a l ng ch t tr dung vào
khi nhôm b t u ch y ? có ch t tr dung b o v b m t, gi m s oxi hóa nhơm
l ng. Cho h p kim trung gian vào sau cùng, b sung thêm ch t tr dung ng th i là
ch t tinh luy n v i 0,5~1% kh i l ng m n u, nh n ch?m ch t tinh luy n xu ng áy
n i và khu y u. Cho hu nh th ch (NaF) cô c ch t tr dung (x ), tách x , rót kim
lo i l ng vào thùng rót bi n tính.
Có nhi u ch t bi n tính khác nhau nh

b ng 10-1 nh ng th ng dùng nh t là
h n h p có ch a criơlit (Na2AlF6) v? criơlit có tác d ng bi n tính m nh nh t.

Trang 22


2.3 Công ngh

H?nh 2.2: Phân lo i các ph
úc khuôn cát.

ng pháp úc

H?nh 2.3: T ch c v t úc

Trang 23


H?nh 2.4 T ch c v t úc c t ngang

H?nh 2.5: T ch c v t úc c t d c
i v i gang:
V t úc l n, không quan tr ng: 1220 1260°C
V t úc trung b?nh: 1280 1320°C
V t úc thành m ng: 1320 1360°C
Gang ra l? có nhi t yêu c u cao h n nhi t
rót kho ng 50°C
i v i thép:
Nhi t rót kho ng 1500°C, nhi t ra l? 1550 1600°C
i v i h p kim ng:

Nhi t rót kho ng 1040 1170°C
Trang 24


i v i h p kim nhơm:
Nhi t rót kho ng 700 730°C
2.4 Khuy t t t úc th ng g p.
Khuy t t t v t úc
c chia làm 7 nhóm
NhómI: Sai h?nh dáng kích th c và tr ng l ng
1 - Thi u h t : H?nh d ng v t úc khơng y
có nhi u ngun nhân:
- Kim lo i l ng thoát ra do l p, l ng kim lo i rót khơng .
ch y lo ng th p nhi t
rót th p, ráp khơng kín, k p ch t hay è khn
thi u l c.
- H th ng thốt khí khơng t u c u t o áp l c trong khuôn tâng lên n m c
kim lo i l ng không i n y
c.
- Kích th c h th ng rót nh .
- Thành v t úc l ng.

H?nh 2.6: Ch a i n

y

2 - L ch:
Là s xê d ch t ng i gi a các ph n c a v t úc. Có th
m u khơng t t, ráp khn thi u chính xác và k p khn l ng.

H?nh 2.7: L ch
3 - Ba via :
Là ph n kim l ai th a ra. Nó th ng h?nh thành

t m u sai,

nh v

m t phân khuôn, g i l?i.

H?nh 2.8: Bavia
4 - L i:
Là ph n nhô lên trên v t úc do m ch t khuôn kém, không i u. Áp su t tinh
c a kim lo i l ng ép nén lên ph n d m ch t y u.
5 - Vênh:

Trang 25