Nghiên cứu công nghệ chế tạo sơmi bằng thép chịu mài mòn dùng cho tàu thuỷ cao tốc

BỘ CÔNG THƯƠNG
TỔNG CÔNG TY THÉP VIỆT NAM -CTCP
VIỆN LUYỆN KIM ĐEN
*****









BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC & PHÁT TRIỂN CẤP BỘ


Tên đề tài:
“NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO SƠ MI BẰNG THÉP
CHỊU MÀI MÒN DÙNG CHO TẦU THUỶ CAO TỐC”









Cơ quan chủ quản: TỔNG CÔNG TY THÉP VIỆT NAM-CTCP
Cơ quan chủ trì : VIỆN LUYỆN KIM ĐEN

Chủ nhiệm đề tài : NGUYỄN QUANG DŨNG









HÀ NỘI, 2011
2
BỘ CÔNG THƯƠNG
TỔNG CÔNG TY THÉP VIỆT NAM
VIỆN LUYỆN KIM ĐEN










BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC & PHÁT TRIỂN CẤP BỘ


Tên đề tài:

“
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO SƠ MI BẰNG THÉP CHỊU MÀI
MÒN DÙNG CHO TẦU THUỶ CAO TỐC”








VIỆN LUYỆN KIM ĐEN
PHÓ VIỆN TRƯỞNG





Phan Độc Lập





HÀ NỘI, 12/2011
3
DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN CHÍNH


STT Họ và tên Chức danh Nơi công tác

1 Nguyễn Quang Dũng Thạc sỹ luyện
kim
Viện Luyện kim đen
2 Phạm Bá Khiêm Kỹ sư Viện Khoa học và Công
nghệ Mỏ - Luyện kim
3 Tăng Hồng Kỹ sư Doanh nghiệp tư nhân Cơ
khí Sông Hậu
4
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU 5
1. TỔNG QUAN 6
1.1. Giới thiệu thép kết cấu hợp kim có chứa Crôm, Molipđen và nhôm 6
1.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim lên cấu trúc và tính chất của
thép kết cấu hợp kim. 7
1.3. Nhiệt luyện thép kết cấu hợp kim. 10
1.4. Thép kết cấu hợp kim chịu mài mòn. 11
1.5. Lựa chọn mác thép làm sơmi dùng trong tầu thủy cao tốc. 11
1.5.1. Các tính chất cần thiết cho chi tiết sơ
mi. 11
1.5.2. Lựa chọn mác thép làm sơmi cho tầu thủy cao tốc. 13
1.6. Công nghệ đúc ly tâm. 13
1.6.1. Khái niệm. 13
1.6.2. Các thông số công nghệ của đúc ly tâm. 14
1.6.3. Các khuyết tật của đúc ly tâm. 16
2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17
2.1. Nội dung nghiên cứu 17
2.2. Phương pháp nghiên cứu 17
3. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 18
3.1. Công nghệ sản xuất thép kết cấu hợp kim chịu mài mòn 18

3.1.1. Công nghệ luyện thép 18
3.1.2. Công nghệ đúc xiphông 21
3.1.3. Công nghệ đúc ly tâm 21
3.1.4. Công ngh
ệ nhiệt luyện 31
3.2. Các tính chất của thép kết cấu hợp kim chịu mài mòn 32
3.2.1. Thành phần hoá học 32
3.2.2. Tính chất cơ lý 33
3.2.3. Cấu trúc pha 33
3.3. Chế tạo sản phẩm 37
4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39
4.1. Kết luận 39
4.2. Kiến nghị 39
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO 40
6. PHỤ LỤC 41
5
MỞ ĐẦU

Trong một đất nước, nền kinh tế bao gồm rất nhiều ngành như công nghiệp,
nông nghiệp, giao thông vận tải,… Trong ngành giao thông vận tải, ngành đóng
tầu của Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, vài năm gần đây đã hạ thuỷ nhiều
con tàu có trọng tải lớn cho các nước khác trên thế giới. Chúng ta cũng đã ký kết
được nhiều hợp đồng có giá trị lớn t
ừ tầu chở dầu, đến tầu chở khách có tải
trọng đến hàng trăm tấn.
Trong một con tầu, phần quan trọng nhất chính là phần động cơ trái tim của
con tầu. Để nâng cao hiệu quả công suất động cơ, người ta cần phải lựa chọn
chính xác từng loại vật liệu như thân động cơ, piston, sơmi xilanh. Sau một thời
gian sử dụng, nhiều bộ phận có
điều kiện làm việc khắc nghiệt sẽ hỏng hóc. Để

có phụ tùng thay thế thường xuyên, cần phải nghiên cứu chế tạo các chi tiết này
ngay ở trong nước, sẽ làm giảm áp lực ngoại tệ nhập khẩu và thời gian chờ đợi
khi các chi tiết này bị hỏng.
Sau khi nghiên cứu thấy rằng các chi tiết sơmi xilanh trong tầu thuỷ cao tốc
hay bị hỏng nên Viện Luyện kim đen đã đề xu
ất và được Bộ Công Thương chấp
thuận giao thực hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ chế tạo sơmi bằng thép chịu
mài mòn dùng cho tàu thủy cao tốc”.
Bản báo cáo bao gồm các phần như sau:
- Tổng quan.
- Nội dung và phương pháp nghiên cứu.
- Kết quả đạt được.
- Kết luận và kiến nghị.
- Tài liệu tham khảo.
- Các tài liệu liên quan đến đề tài.
Trong quá trình thự
c hiện đề tài, chúng tôi đã nhận được sự giúp đỡ, tạo
điều kiện của Vụ Khoa học và Công nghệ (Bộ Công Thương), Doanh nghiệp tư
nhân Cơ khí Sông Hậu cùng các cơ quan trong cũng như ngoài Bộ. Nhân dịp
này, chúng tôi xin trân trọng cám ơn về sự giúp đỡ và hợp tác đó.
6
1. TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu thép kết cấu có chứa Crôm, Molipđen và Nhôm.
Để phân biệt các loại thép với nhau, người ta có nhiều cách như theo thành
phần hoá học, công dụng của chúng, cấu trúc tồn tại,…
Đối với thép kết cấu hợp kim, thông thường người ta hay dùng cách phân
loại theo dạng tồn tại cấu trúc của thép.
Thông thường, đối với thép kết cấu chịu mài mòn có chứa nhiều nguyên tố
hợp kim như Cr, Mo, Ni, Cu, Al,… trong đó nguyên tố

quan trọng nhất chính là
C và Cr. Nhờ có các nguyên tố hợp kim này mà thép có được độ bền cơ học cao.
Thành phần hoá học của nhóm thép kết cấu có chứa Cr, Mo, Al dùng cho
các chi tiết chịu mài mòn được nêu trong bảng 1.
Bảng 1: Thành phần hóa học của hệ thép kết cấu.
Thành phần hoá học của các nguyên tố (%)
TT Mác thép
C Si Mn
P ≤ S ≤
Cr Ni Mo Al Cu
1 38X2MЮA 0,35-
0,43
0,20-
0,45
0,3-
0,6
0,025 0,025 1,35-
1,65
<0,3 0,15-
0,25
0,7-1,1 <0,3
2 38CrMoAl 0,35-
0,43
0,20-
0,45
0,3-
0,6
0,025 0,025 1,35-
1,65
<0,3 0,15-

0,25
0,7-1,1 <0,3
3 SCM 445 0,43-
0,48
0,15-
0,35
0,6-
0,85
0,030 0,030 0,9-
1,2
<0,25 0,15-
0,3
- -
4 SACM 645 0,4-
0,5
0,15-
0,5
< 0,6 0,030 0,030 1,3-
1,7
- 0,15-
0,3
0,7-1,2 -

Qua bảng 1 ta thấy hệ thép kết cấu có các nguyên tố hợp kim chính bao
gồm cácbon, crôm, molipđen, nhôm. Đôi khi để nâng cao cơ tính chịu mài mòn
của thép, người ta có cho thêm nguyên tố đồng và niken
1.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim lên cấu trúc và tính chất của
thép kết cấu.

Sau đây ta sẽ xem xét ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim chủ yếu đến

cấu trúc và tính chất của các loại thép kết cấu hợp kim.
Cácbon:
Cácbon là nguyên tố mở rộng vùng γ, tức là nguyên tố tăng độ ổn định của
pha austenit. Do có khả năng mở rộng vùng dung dịch rắn γ và tạo thành pha
cácbit có độ cứng cao nên cácbon là nguyên tố tăng bền rất tốt. Khi tăng nhiệt
độ thì khả nă
ng tăng bền của cácbon giảm đi do có sự thay đổi cấu hình của
cácbit. Khi có các nguyên tố tạo cácbit mạnh trong hợp kim thì cácbon tập trung
chủ yếu vào những vị trí hình thành cácbit. Vì vậy, khi tăng hàm lượng cácbon
sẽ làm thay đổi sự phân bố các nguyên tố hợp kim giữa các pha dung dịch rắn và
pha cácbít. Điều này dẫn đến làm nghèo dung dịch rắn, ảnh hưởng đến tính chất
hợp kim. Cácbon cũng có ảnh hưởng xấu đến tính dẻo, giảm khả năng chống lại
sự phát triển của vết nứt và giảm tính hàn của hợp kim. Vì vậy, hầu hết các loại
thép hợp kim đều chứa hàm lượng cácbon thấp như các loại thép không gỉ làm
việc trong các môi trường có tính ăn mòn mạnh. Tuy nhiên, đối với thép kết cấu
hợp kim thì hàm lượng cácbon lại cao.
Crôm:
Crôm là nguyên tố rất quan trọng có ả
nh hưởng mạnh đến tính chống gỉ của
thép nhờ khả năng thụ động của Crôm. Ngoài ra Crôm lại có khả năng tăng cơ lý
tính của thép nhất là độ bền, độ dẻo.

Hình 1: Giản đồ trạng thái của hệ Fe-Cr
Hình 1 mô tả giản đồ trạng thái của Fe-Cr. Crôm là nguyên tố mở rộng
vùng α, làm tăng nhiệt độ Ac
3
và làm giảm nhiệt độ Ac
1
. Ở khoảng nhiệt độ
600-800

0
C với hàm lượng Cr vào khoảng 45% sẽ tạo thành pha σ mở rộng về
hai phía Fe và Cr. Pha σ rất cứng và dòn. Pha σ trong hệ Fe-Cr được tiết ra ở
nhiệt độ cao và cần thời gian dài. Ở nhiệt độ thấp thì không thể tiết ra pha σ.
Crôm là nguyên tố tạo cácbít khá mạnh. Vì vậy, cácbon liên kết với crôm
tạo thành cácbit đã làm giảm khả năng tiết pha σ trong thép crôm.
7
Crôm kết hợp với cácbon thành 3 loại cácbít : Cr
3
C, Cr
7
C
3
và Cr
23
C
6
.
Cácbít Cr
23
C
6
có mạng tinh thể lập phương diện tâm với thông số mạng 0,64A
0

với nhiệt độ nóng chảy là 1520-1550
0
C.
Cácbít Cr
7

C
3
có mạng tinh thể ba nghiêng với thông số mạng a=3,89A
0
và
c=41,323A
0
, nhiệt độ nóng chảy là 1630-1670
0
C. Đối với thép được hợp kim
nhiều nguyên tố thì Cr thường tạo ra cácbit phức ở dạng (Fe,Cr)
3
C, (Cr,Fe)
7
C
3

và (Cr,Fe)
4
C.
Trong thép kết cấu hợp kim Crôm tạo ra cấu trúc máctenxit làm tăng độ
bền cho thép.
Molypđen:
Mo là nguyên tố hợp kim thu hẹp vùng γ và mở rộng vùng α trong hợp kim
với sắt. Mo làm tăng độ bền cơ học, độ bền mỏi và làm tăng tính chịu nhiệt của
thép. Mo cũng là nguyên tố tạo cácbít mạnh như Cr. Trong thép hợp kim có
chứa Mo thông thường tạo thành cácbit đơn như MoC, Mo
2
C và một số loại
cácbít phức khác.

Hình 3: Giản đồ trạng thái hệ Fe-Mo
Nhôm:
Khi luyện thép, nhôm là nguyên tố khử ôxy mạnh nhất và người ta sử dụng
nó trong hầu hết các trường hợp luyện thép lắng để khử ôxy. Tuy nhiên, nếu đưa
hàm lượng nhôm đến vài phần trăm thì nó sẽ là nguyên tố hợp kim. Ảnh hưởng
của nhôm đến các tính chất của thép có thể coi như là chất khử ôxy và khử việc
thấm nitơ. Nhôm cũng như Si có khả nă
ng graphít hoá.
8
Nhôm thường có mặt trong thép dụng cụ cắt gọt nhanh và thép kết cấu.
Nhôm có ảnh hưởng yếu đến giá trị giới hạn chảy và giới hạn bền của thép. Sau
khi nhiệt luyện, nhôm làm tăng nhẹ độ bền của thép. Trong thép kết cấu để làm
giảm sự nhạy cảm đối với việc hoá già, người ta thường đưa Al vào với lượng
đủ lớn để đảm bảo khử ôxy hoàn toàn và kh
ử khí nitơ. Số lượng này phụ thuộc
vào công nghệ nấu luyện và dạng phối liệu và có thể đến 0,2%.
Khi có mặt nhôm thì khuynh hướng dòn ram sẽ giảm đi. Thép có Al có thể
hình thành tạo ra nitrit nhôm làm tăng độ cứng bề mặt và tính chịu mài mòn tăng
lên. Để nhận được giá trị cực đại của các tính chất này khi thấm nitơ, hàm lượng
nhôm trong thép cần phải đạt 1,0-1,5%.
Đối với thép có hàm lượng như vậy, độ s
ệt sẽ lớn. Khi luyện thép này, cần
lưu ý đến quá trình khử ôxy do phản ứng với ôxy của không khí sẽ tạo ra một số
lượng lớn tạp chất ôxit nhôm làm giảm các tính chất của thép khi tiến hành đúc
liên tục.

Hình 3: Giản đồ trạng thái của Fe – Al.

9

10
1.3. Nhiệt luyện thép kết cấu hợp kim
Để nhận được cấu trúc máctenxit nhằm đảm bảo cơ tính cao, đặc biệt là khả
năng chịu mài mòn của thép cần phải tiến hành nhiệt luyện. Công đoạn nhiệt
luyện bao gồm các khâu chủ yếu sau: austenit hoá, tôi và ram.
Austenit hoá:
Nhiệm vụ của khâu austenit hoá là tạo ra dung dịch rắn γ đồng nhất để
chuẩn bị cho khâu tôi tiếp theo. Vì vậy, nhiệt độ austenit hoá là ph
ải cao hơn
nhiệt độ Ac
3
để các nguyên tố hợp kim có thể hoà tan hoàn toàn vào các dung
dịch rắn. Ngoài yếu tố nhiệt độ thì cần phải có thời gian giữ nhiệt đủ để các
nguyên tố hợp kim có thể khuyếch tán hoàn toàn vào dung dịch rắn. Thông
thường, các mác thép kết cấu chịu mài mòn được austenit hoá ở nhiệt độ từ 950-
960
0
C. Thời gian giữ nhiệt tuỳ thuộc vào thành phần hoá học của thép và kích
thước sản phẩm.
Tôi:
Tôi là công đoạn làm nguội nhanh dung dịch rắn γ từ nhiệt độ austenit hoá
xuống dưới nhiệt độ bắt đầu chuyển biến máctenxit M
s
. Tốc độ làm nguội để
chuyển biến austenit – máctenxit xảy ra hoàn toàn phụ thuộc vào thành phần hoá
học của mác thép. Thông thường, thép kết cấu chịu mài mòn được làm nguội khi
tôi bằng dầu hoặc nước.
Như vậy, để đảm bảo nhận được cấu trúc máctenxit thì khâu tôi phải thoả
mãn các điều kiện chính như sau:
Tốc độ làm nguội phải lớn hơn tốc độ làm nguội tới hạn cho phép c

ủa thép.
Tốc độ làm nguội tới hạn của từng loại thép thông thường được xác định bằng
thực nghiệm. Để điều chỉnh tốc độ làm nguội người ta thường sử dụng các môi
trường tôi khác nhau như không khí, dầu, nước và các loại dung môi khác nhau.
Đối với thép kết cấu chịu mài mòn thường dùng môi trường tôi là dầu hoặc
nước.
Sau khi tôi, ta nhận được cấu trúc của thép là máctenxit với mạng tinh thể
lập phương thể tâm. Vì quá trình tôi là một quá trình xẩy ra rất nhanh nên không
đủ thời gian cho các nguyên tố khuyếch tán. Vì vậy, máctenxít là một dung dịch
rắn quá bão hoà có độ cứng cao và dòn. Bên cạnh máctenxit trong cấu trúc của
thép kết cấu chịu mài mòn còn có thể có một lượng nhỏ delta.
Ram:
Máctenxit nhận được sau khi tôi là một dung dịch rắn quá bão hoà, có độ
cứng cao và dòn. Vì vậy để thép có những tính chất cơ lý cao nhất theo yêu cầu
thì cần thiết phải tiến hành ram thép. Trong quá trình ram thép có xảy ra các
hiện t
ượng như phân huỷ austenit dư ở khoảng nhiệt độ 220-260
0
C. Kết quả của
quá trình này là độ cứng và tính chịu mài mòn của thép tăng lên. Thông thường
người ta tiến hành ram cao ở nhiệt độ 640-720
0
C
Kết quả của quá trình ram là cấu trúc hợp kim ở trạng thái ổn định, độ cứng
giảm đi nhưng tính dẻo tăng lên.
11
1.4. Thép kết cấu hợp kim chịu mài mòn.
Thép kết cấu hợp kim có khả năng chịu mài mòn thuộc về nhóm thép có
chứa 0,4 %C và được hợp kim hoá thêm các nguyên tố như Cr, Mo và Al. Đây
là hệ thép đã được nghiên cứu và sản xuất ở nhiều nước trên thế giới. Các nước

đã đưa ra tiêu chuẩn hoá mác thép này. Bảng 2 đưa ra mác thép, tiêu chuẩn và
thành phần hoá học của loại thép này của các nước như Liên Xô cũ, Trung Quốc
và Nhật Bản.
Bảng 2: Thành phần hoá học mác thép kết cấu hợp kim chịu mài mòn
Thành phần hoá học của các nguyên tố (%)
T
T
Mác thép
C Si Mn
P ≤ S ≤
Cr Ni Mo Al Cu
1 38X2MЮA
(Liên Xô cũ)
0,35-
0,43
0,20-
0,45
0,3-
0,6
0,025 0,025 1,35-
1,65
<0,3 0,15-
0,25
0,7-1,1 <0,3
2 38CrMoAl
(Trung Quốc)
0,35-
0,43
0,20-
0,45

0,3-
0,6
0,025 0,025 1,35-
1,65
<0,3 0,15-
0,25
0,7-1,1 <0,3
3 SCM 445
(Nhật Bản)
0,43-
0,48
0,15-
0,35
0,6-
0,85
0,030 0,030 0,9-
1,2
<0,25 0,15-
0,3
- -
4 SACM 645
(Nhật Bản)
0,4-
0,5
0,15-
0,5
< 0,6 0,030 0,030 1,3-
1,7
- 0,15-
0,3

0,7-1,2 -
Thép kết cấu
hợp kim
0,42-
0,50
≤0,4 ≤0,8 ≤0,03 ≤0,03
1,8-
2,6
- 0,2-
0,3
0,5-1,2 0,1-
0,2
Chế độ gia công nhiệt đối với thép kết cấu hợp kim chịu mài mòn như sau:
- Chế độ ủ: 880-930
0
C. Tốc độ làm nguội 50
0
C/giờ.
- Chế độ tôi: 880-930
0
C. Môi trường làm nguội là nước hay dầu.
- Chế độ ram: Ram tại nhiệt độ 680-720
0
C. Môi trường là nước hay dầu
Tính chất cơ lý tính của thép sau nhiệt luyện như sau:
σ
b
: ≥830 MPa
σ
0,2

: ≥685 MPa
δ: ≥15 %
Ψ: 50%
ak: 98
HBS: 241-302
Cấu trúc của thép kết cấu hợp kim sau khi nhiệt luyện là máctenxit, δ-pherit
và cácbít các loại.
Chính vì có các tính chất cơ lý tính cao như vậy mà thép kết cấu hợp kim
này được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp như cơ khí chịu mài mòn.

1.5. Lựa chọn mác thép làm sơmi dùng trong tàu thuỷ cao tốc.
1.5.1. Các tính chất cần thiết cho chi tiết sơmi.
Bộ phận quan trọng nhất trong động cơ tầu thủy được chế tạo bao gồm: Bộ
khung động cơ gồm: nắp xilanh và khối thân động cơ và cơ cấu piston – thanh
truyền - trục khuỷu và trục cam.
Nắp xilanh được chế tạo bằng thép hợp kim có hệ số toả nhiệt cao, độ bền
cơ thích hợp với điều kiện làm việc ứng suất cơ
và nhiệt độ cao. Nắp xilanh
được chế tạo riêng cho từng xylanh nhằm dễ dàng trong việc chế tạo, lắp ráp bảo
quản, sửa chữa. Nắp xylanh có hình dạng chữ nhật, trên nắp có khoét lỗ dẫn
nước đi làm mát nắp và các khoang chứa nước (áo nước) làm mát tránh cho nắp
bị quá tải về nhiệt đảm bảo cho động cơ làm việc ổn định, nước làm mát này
được liên thông từ các ống nước làm mát xylanh. Ngoài ra trên nắp xylanh còn
có khoan các l
ỗ để lắp vòi phun, lắp van an toàn, ống dẫn khí nạp, khí xả … nắp
xylanh được liên kết với thân xylanh bằng 6 bulong 11/16-16x71/4 inches, lực
xiết giữa các bulong được phân bố đều, giữa nắp xylanh và thân xylanh có một
goăng kín nước, kín nắp xylanh động cơ và hơi bị rò ra ngoài giảm công suất
động cơ.

Hình 4: Khối thân động cơ tầu thuỷ
Thân động cơ được đúc liền thành khối bằng thép rất chắc chắn, trên thân
máy có khoét các lỗ để lắp khối xylanh, lắp các đường ống khí xả, nạp và khoan
các lỗ có ren bên trên để lắp nắp xylanh của động cơ bằng bulong. Ngoài ra trên
thân máy còn khoan các lỗ tròn để dẫn nước làm mát và khoét các khoang chứa
nước để làm mát khối xylanh, hai bên thân máy có khoan các lỗ có ren để bắt
các chi tiết của máy bằng bulong nh
ư: bệ đỡ máy, ống dẫn dầu, lọc dầu… phía
dưới thân máy có một nửa bệ đỡ chính của máy được chế tạo liền với thân máy,
một nửa còn lại của bệ đỡ chính được chế tạo rời và lắp với nhau bằng bulong.
Đối với cơ cấu piston – thanh truyền - trục khuỷu và trục cam.
Nhiệm vụ của cơ cấu piston- thanh truyền - trục khuỷu có nhiệm v
ụ biến
chuyển động tịnh tiến của piston- xylanh thành chuyển động quay của trục
khuỷu và ngược lại. Hay nói cách khác có nhiệm vụ biến nhiệt năng (nhiệt của
khí cháy tác dụng lên đầu piston) thành cơ năng (momen quay của trục khuỷu).
Với bộ phận xilanh: gồm sơmi xilanh và áo bao xilanh, phía trên sơmi có
gờ để định vị, phía dưới có những lỗ khí quét được bố trí đều theo chu vi xilanh
để cung cấp khí nạp cho động c
ơ. Phía trên có những lỗ cấp dầu bôi trơn cho
xilanh và piston.
12
13
Sơmi xilanh chịu lực khí cháy và nhiệt độ rất cao, do đó ứng suất cơ và ứng
suất nhiệt trong sơmi xilanh rất lớn, để giảm ứng suất nhiệt cho thành vách xilanh,
người ta tiến hành làm mát bằng nước luân chuyển tuần hoàn trong các hốc của áo
xilanh. Các hốc này được tạo bởi vách sơmi xilanh và áo bao hay được tạo bởi
vách sơmi xilanh và vách khối xilanh. Nước tuần hoàn đi từ phần dưới của lót
xilanh và đi ra khỏ

i động cơ ở phần trên cùng. Để làm kín các hốc làm mát người
ta dùng các vòng đệm kín. Vòng đệm trên cùng là vòng đệm cứng. Để chống rỉ
những bề mặt tiếp xúc với nước làm mát người ta lắp đặt thêm các lớp đồng trong
vùng có nước. Mặt trên của sơmi xilanh được ép chặt vào khối xilanh nhờ nắp
xilanh, để làm được điều này, người ta làm một gờ định vị.
1.5.2. Lựa chọn mác thép làm sơmi cho tầu thủ
y cao tốc.
Như trên đã trình bày, chi tiết sơmi trong bộ phận máy của tầu thuỷ cần
phải có các tính chất chịu mài mòn cao khi làm việc. Để đáp ứng được yêu cầu
này, thép kết cấu hợp kim loại SACM 645 có độ bền cơ học cao, khả năng chịu
mài mòn lớn sẽ hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu trên. Loại thép kết cấu hợp kim
này có thành phần nguyên tố chính bao gồm C, Cr, Mo, Al và Cu.
1.6 Công nghệ đúc ly tâm
1.6.1 Khái niệm
Đúc ly tâm là công nghệ đúc rót kim loại lỏng vào khuôn đang quay, trục
quay có thể là thẳng đứng hoặc nằm ngang. Trong suốt quá trình rót và đông
đặc, kim loại lỏng luôn ở trạng thái chuyển động và phải chịu tác dụng của lực
ly tâm tác dụng lên các chất điểm đang quay. Bởi vậy, tổ chức và tính chất của
kim loại được cải thiện đáng kể. Bản chất của hiện tượng tác dụng l
ực lên chất
lỏng quay có thể hình dung như sau:
Một vật có khối lượng m, quay với tốc độ góc ω và bán kính quay r, sẽ chịu
một lực ly tâm:
P = m.ω
2
.r
Lực ly tâm có giá trị lớn hơn lực trọng trường (mg) một số K lần:
K= m.ω
2
.r/m.g = ω

2
.r/g
Ở đây, K là hệ số trọng trường, nó đặc trưng cho sự thay đổi các điều kiện vật lý
khi đúc ly tâm so với các phương pháp đúc khác.
Tuỳ thuộc vào cách bố trí vật đúc và hệ thống rót, phương pháp đúc ly tâm
lại được chia thành đúc ly tâm, đúc bán ly tâm và đúc ly tâm vật đúc bất kỳ.
Thuật ngữ đúc ly tâm đang dùng hiện nay là thuật ngữ chỉ ra phương pháp
đúc các chi tiết dạng hình trụ tròn xoay, có lỗ rỗng xuyên tâm. Khi đúc, kim loại
lỏng được rót vào khuôn đang quay xung quanh trục của mình, bám chặt lấy
thành khuôn và ở đó cho đến khi đông đặc hoàn toàn. Kích thước lỗ rỗng xuyên
tâm vật đúc xác định nhờ lượng kim loại rót vào khuôn. Phương pháp này không
phải dùng ruột nhưng vẫn tạo được lỗ rỗng bên trong vật đúc. Phương pháp đúc
này không dùng hệ thống rót, ngót, hơi nên hiệu suất sử dụng kim loại là 100%.
Kim loạ
i kết tinh có hướng từ ngoài vào tâm vật đúc.
Tuy nhiên phương pháp đúc này cũng có những nhược điểm:
- Rất dễ thiên tích đối với những phần tử có trọng lượng riêng khác nhau;
- Phải định lượng kim loại lỏng để có được kích thước mặt thoáng chính xác;
- Bề mặt vật thoáng chứa nhiều vật lẫn phi kim.
Do những đặc điểm trên mà đúc ly tâm thường được sử dụng để đúc các chi
tiết d
ạng tròn xoay như bạc hoặc ống. Cũng có thể đúc các chi tiết định hình có
ruột bằng công nghệ trục quay thẳng đứng.
1.6.2 Các thông số công nghệ của đúc ly tâm
1.6.2.1 Vị trí trục quay
Trong công nghệ đúc ly tâm, có hai loại máy đúc, máy có trục quay thẳng
đứng và máy có trục quay nằm ngang. Với máy có trục quay thẳng đứng, hình
dáng mặt thoáng kim loại có dạng parabol nên phía dưới dày hơn phía trên, vật
đúc càng dài, sự chênh lệch về chiều dày càng lớn. Phần dày
ở phía dưới vật đúc

thường đông đặc sau nên rất dễ bị rỗ co. Mặt khác, khi vật đúc càng dài, chiều
cao cột áp rót càng lớn, kim loại càng bị bắn toé, xói mòn khuôn càng mạnh.
Việc làm giảm tốc độ nguội bề mặt vật đúc bằng lớp sơn hoặc vật liệu rời là
không thể thực hiện được. Do đó, máy đúc có trục quay thẳng đứng chỉ nên
dùng để
đúc các chi tiết đặc, đường kính lớn hơn chiều cao hoặc những vật đúc
không có dạng tròn xoay.
1.6.2.2 Tốc độ quay của khuôn
Tốc độ quay là thông số quan trọng nhất trong công nghệ đúc ly tâm. Tốc độ
quay quá lớn dễ làm cho vật đúc bị nứt dọc và thiên tích các nguyên tố hợp kim.
Tuy nhiên, khi đúc những vật liệu có xu hướng dễ tạo thành các vết nứt trên
vật đúc, thí dụ thép cácbon hoặc thép chịu ă
n mòn, nên thay đổi tốc độ quay
theo từng giai đoan làm việc của vật đúc như hình 5.

14








t
1
t
2
t
3

t
4
t
5
t
6
Thời gian
Số vòng quay ,n
Hình 5: Tốc độ quay hợp lý khi đúc ly tâm
Trong số 6 giai đoạn quay của khuôn có tốc độ khác nhau, giai đoạn t
2
là
tốc độ quay khi rót kim loại, giai đoạn t
4
là tốc độ quay khuôn khi làm nguội,
khoảng thời gian t
6
là lúc hãm khuôn quay. Với chế độ quay khuôn như vậy sẽ
tránh được một số khuyết tật đúc, nhất là khuyết tật nứt dọc khi đúc các hợp kim
dễ bị nứt nóng.
1.6.2.3 Tốc độ rót kim loại
Đây là một thông số rất quan trọng trong công nghệ đúc ly tâm. Tốc độ rót
có ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt ngoài vật đúc, đến tốc độ kim loại chảy d
ọc
khuôn, sự điền đầy khuôn và cường độ dịch chuyển tương đối của các lớp kim
loại lỏng. Lúc bắt đầu rót khuôn, phải rót nhanh để kim loại nhanh chóng tản
đều trên toàn bộ bề mặt khuôn, tránh được khuyết tật như khớp, không liền…
Sau đó giảm dần tốc độ rót khi chiều dày vật đúc tăng dần và để tạo được hướng
đông đặc thuận lợi, gi
ảm va đập thuỷ lực lên lớp vỏ kim loại đã đông đặc và khả

năng tạo thiên tích Cần luôn luôn chú ý rằng, khối lượng riêng của pha đông
đặc đầu tiên nhỏ hơn khối lượng riêng của pha lỏng còn lại, cần phải điều chỉnh
tốc độ rót đến giá trị nhỏ nhất, nhiệt độ kim loại và nhiệt độ khuôn rót thích hợp
nhất có thể được để t
ạo hướng đông đặc thuận lợi. Tốc độ rót hợp lý là tốc độ
đảm bảo sao cho chiều dày lớp vỏ đông đặc nhỏ hơn chiều dày lớp kim loại
đang rót.
1.6.2.4 Sơn phủ khuôn đúc ly tâm
Ý nghĩa của lớp sơn phủ bảo vệ trong công nghệ đúc ly tâm cũng giống
như trong đúc khuôn kim loại đều nhằm mục đích nâng cao tính ổn định và tuổi
thọ
của khuôn nhờ vào việc làm giảm tốc độ nguội và độ quá nhiệt khuôn trong
khi đúc, làm cho quá trình điền đầy khuôn xảy ra tốt hơn, không có các khuyết
tật đúc, tạo cho bề mặt vật đúc một hình dáng và kích thước theo yêu cầu. Chất
sơn phủ khuôn có thể là vật liệu tản rời hoặc sơn ở dạng lỏng.
Lớp phủ dạng tản rời thường dùng cho khuôn có trục quay nằm ngang. L
ớp
sơn phủ được giữ trên bề mặt khuôn nhờ vào lực ly tâm. Để hạn chế hiện tượng
cháy cát, vật liệu sơn phủ cần có khả năng chịu nhiệt tốt, trơ về mặt hoá học và
thành phần độ hạt thích hợp. Độ hạt nhỏ sẽ hạn chế được hiện tượng cháy cát
trên bề mặt vật đúc, đồng thời làm bề mặ
t vật đúc nhẵn đẹp hơn.
Lớp phủ cách nhiệt tản rời từ vật liệu chịu lửa bất kỳ nếu không có cách
sơn phủ thích hợp đều bị rửa trôi và làm cho vật đúc xù xì và lõm sâu. Để khắc
phục hiện tượng này, có thể cho thêm chất kết dính để tạo ra một lớp sơn phủ có
độ bền vừa đủ. Có ba phương pháp để tăng bền cho lớ
p sơn phủ bằng vật liệu
tản rời:
- Đổ vật liệu tản rời vào khuôn nóng đang quay, làm đồng đều chiều dày rồi
đổ dung dịch có chứa chất dính vào lớp vật liệu nói trên, dung môi bay

hơi và lớp sơn phủ sẽ bền hơn.
- Trộn đồng đều các thành phần của hỗn hợp: vật liệu chịu lửa, chất kết
dính, dung môi và chất phụ r
ồi đổ lên bề mặt của khuôn ly tâm đang quay.
15
16
Lớp sơn phủ sẽ được thiêu kết lại và có đủ độ bền chống lại tác dụng của
dòng kim loại lỏng.
- Có thể dùng phương pháp bọc nhựa lên bề mặt các hạt vật liệu chịu lửa
giống như chế tạo hỗn hợp cát-nhựa rồi đổ lên bề mặt khuôn ly tâm. Hỗn
hợp sẽ thiêu kết nhờ vào nhiệt của khuôn có sẵn,
1.6.2.5 Khuôn
đúc ly tâm
Khuôn đúc ly tâm làm việc theo chu kỳ tức là chịu tác động va đập nhiệt, bởi
vậy cần có những biện pháp nâng cao tính ổn định của khuôn. Đó là:
- Sử dụng khuôn nhiều lần bằng cách gia công lại khuôn
- Sơn bảo vệ bề mặt khuôn để giảm hiện tượng va đập nhiệt và dễ tách vật
đúc ra khỏi khuôn.

1.6.3 Các khuyết tật của đúc ly tâm
- Nứt dọ
c chi tiết :
Do tốc độ nguội và hiện tượng co của kim loại, lớp vỏ mỏng được hình
thành ban đầu sẽ tách khỏi bề mặt khuôn và bề mặt vật đúc không còn điểm tựa
nữa. Cũng tại thời điểm này, lớp vỏ vật đúc bắt đầu chịu ứng suất kéo do tác
động của áp lực kim loại lỏng trong trường lực ly tâm. Nếu ứng suấ
t này vượt
quá độ bền kim loại, nó sẽ xé rách bề mặt vật đúc theo hướng dọc trục. Hạn chế
nứt dọc bằng cách lập chế độ quay thích hợp theo thời gian.
- Rỗ khí :

Khí hình thành trong quá trình đông đặc sẽ thoát ra mặt thoáng vật đúc rất
thuận lợi. Tuy nhiên, khí hình thành ở bề mặt phân chia kim loại – khuôn thì rất
khó thoát ra ngoài mà lại dễ dàng đi vào vật đúc gây rỗ khí.
- Xốp co :
Do vật đúc đông đặc có hướng nên xốp co và xốp khí thường tập trung ở bề
mặt tự do của vật đúc. Hạn chế xốp co bằng cách tăng chiều dày vật đúc hoặc
thay đổi chế độ nguội để dồn xốp co về phía bề mặt thoáng bên trong của vật
đúc rồi gia công cơ.
- Xếp lớp hoặc không liền :
Trong quá trình rót, kim loại lỏng dễ dàng bị
ôxy hoá. Màng ôxit nếu
không thoát ra khỏi kim loại lỏng sẽ gây ra hai tác dụng. Một là, gây rỗ xỉ và
làm bẩn kim loại, hậu quả là làm cho cơ tính của vật đúc giảm đi nhiều. Hai là,
khi rót quá chậm, màng ôxit sẽ ngăn cách hai lớp kim loại rót ở hai thời điểm kế
tiếp nhau, gây hiện tượng không liền. Rót kim loại có nhiệt độ quá thấp hoặc rót
quá chậm cũng gây hiện tượng xếp lớp hoặc không liền nh
ư trên.

17
2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Nội dung nghiên cứu
Đề tài sẽ tiến hành các nội dung nghiên cứu như sau:
- Nghiên cứu lựa chọn mác thép hợp kim phù hợp để chế tạo sơmi dùng
cho tầu thuỷ cao tốc;
- Nghiên cứu xác định công nghệ chế tạo thép kết cấu hợp kim bao gồm các
khâu:
Công nghệ luyện thép
Công nghệ đúc khuôn cát
Công nghệ đúc ly tâm

Công nghệ nhiệt luyện
- Đ
ánh giá chất lượng vật liệu: thành phần hoá học, tính chất cơ lý, cấu trúc
và khả năng chịu mài mòn.
- Chế tạo 20 chiếc sơmi, dùng thử và đánh giá chất lượng cũng như khả
năng sử dụng.

2.2. Phương pháp nghiên cứu
Để đảm bảo kết quả nghiên cứu có độ tin cậy cao, đề tài đã sử dụng các phương
pháp và thiết bị nghiên cứu sau:
- Dự
a trên cơ sở nghiên cứu các tài liệu, tiêu chuẩn về thép hợp kim và điều
kiện làm việc của sơmi để lựa chọn mác thép.
- Sử dụng lò trung tần 300kg để nghiên cứu xác định công nghệ nấu luyện,
công nghệ đúc bằng khuôn cát, thiết bị đúc ly tâm để nghiên cứu khả năng
đúc.
- Lò nung để xác định công nghệ nhiệt luyện thép kết cấu hợp kim.
- Sử
dụng phương pháp phân tích hoá học truyền thống và phương pháp
phân tích quang phổ trên thiết bị ARL 3460-OES để xác định thành phần
hoá học của thép theo phương pháp ASTM E 415.
- Sử dụng máy đo độ cứng theo tiêu chuẩn TCVN 256-1
- Sử dụng kính hiển vi quang học Axiovert 40 MAT để nghiên cứu tổ chức
tế vi của thép.

18
3. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

3.1. Công nghệ chế tạo thép kết cấu hợp kim
Sau khi nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn trong nước cũng như trên thế

giới, đề tài đã đi theo hướng công nghệ luyện thép, đúc sản phẩm bằng khuôn
cát, phương pháp đúc ly tâm, ủ mềm, gia công cơ khí, nhiệt luyện và tạo ra sản
phẩm là sơmi. Lưu trình công nghệ này sẽ tạo ra sản phẩm có các tính chấ
t cơ lý
tính tốt nhất. Sau đây là các kết quả đạt được trong quá trình tiến hành thí
nghiệm.
3.1.1. Công nghệ luyện thép
Thép kết cấu hợp kim chịu mài mòn dự định nghiên cứu có thành phần hóa
học như sau: C = 0,42 - 0,5%, Si ≤ 0,4%, Mn ≤ 0,8%, P ≤ 0,03%, S ≤ 0,03%, Cr
= 1,8 - 2,6%, Mo = 0,2 - 0,3%, Al = 0,5 - 1,2%, Cu: 0,1-0,2%.
Ở các nước phát triển, thép hợp kim thông thường được nấu luyện chủ yếu
bằng lò điện hồ quang sau đó được tiến hành tinh luyện rồi đúc rót. Tuy nhiên
trong điều kiện thiết bị của nước ta cũng như trong khuôn khổ thí nghiệm của đề
tài, chúng tôi chọn lò cảm ứng trung tần với dung lượng 300kg của Anh để
nghiên cứu xác định công nghệ luyện thép kết cấu chịu mài mòn.
Trên cơ sở yêu cầu về thành phần hoá học của mác thép và các đặc tính của
thiết bị công nghệ, đề tài đã sử dụng các loại nguyên liệu chất lượng cao sau:
Phế thép CT3.
Các loại ferô (FeCr, FeMn, FeSi, FeMo).
Nhôm kim loại, đồng kim loại.
Than bột Graphít.
Thành phần hoá học của các loại nguyên liệu được nêu trong bảng 3.
Bảng 3: Thành phần hoá học của nguyên liệu
Thành phần hoá học của các nguyên tố (%)
TT Nguyên liệu
C Mn Si Cr Mo Cu Al
1 Phế thép CT3 0,2 0,46 0,2
2 FeCr (C cao) 7,0 65
3 FeMn 1,0 75
4 FeSi 75

5 FeMo 0,1 55
6 Nhôm KL 98
7 Bột graphít 98
8 Đồng KL 99
19
Để tính toán phối liệu các mẻ nấu thí nghiệm, chúng tôi đã sử dụng các số
liệu thống kê về hệ số cháy hao của các nguyên tố C, Cr, Mn, Si, Mo, Al và Cu
trong lò cảm ứng trung tần và kinh nghiệm luyện thép của Viện Luyện kim đen
cũng như tham khảo các tài liệu khác để đưa ra số liệu tham khảo.
Hệ số cháy hao của các nguyên tố hợp kim khi nấu luyện trong lò cảm ứng
trung tần được nêu trong bảng 4.
B
ảng 4: Hệ số cháy hao của các nguyên tố hợp kim
TT Nguyên tố hợp kim Hệ số cháy hao (%)
1 C 6 -10
2 Cr 2 - 3
3 Mn 3 - 6
4 Si 6 - 10
5 Mo 1 - 2
6 Al 20 - 25
7 Cu 3 - 4
Dựa vào thành phần hoá học của nguyên liệu (bảng 3), hệ số cháy hao của
các nguyên tố hợp kim (bảng 4) và kinh nghiệm luyện thép thực tế nhiều năm,
chúng tôi đã tính toán phối liệu cho mẻ nấu thí nghiệm như nêu trong bảng 5.
Bảng 5: Thành phần phối liệu thí nghiệm (kg)
STT Tên nguyên liệu Mẻ số 1 Mẻ số 2
1 Phế thép CT3 283 283
2 FeCr Cácbon cao 9,0 9,0
3 FeMn 0,45 0,45
4 FeSi 0,75 0,75

5 FeMo 1,5 1,5
6 Cu kim loại 0,4 0,4
7 Than graphit 0,9 0,9
8 Nhôm kim loại 3,75 3,7
Tổng cộng (kg) 299,75 299,75
Quá trình nấu luyện thép kết cấu hợp kim chịu mài mòn trong lò cảm ứng
trung tần được tiến hành như sau:
20
- Cho chất tạo xỉ gồm hỗn hợp CaO+CaF
2
đã được sấy khô vào đáy lò
nhằm tạo xỉ ban đầu có tác dụng khử bỏ S, P và tránh sự thâm nhập của
các khí có hại vào thép trong quá trình nóng chảy.
- Tiến hành xếp liệu: trước tiên xếp phế thép CT3, FeCr và FeMo vào đáy
lò.
- Tiến hành đóng điện để bắt đầu quá trình nấu luyện. Trong khi nấu luyện,
dùng que chọc lò để đẩy liệu xuống tránh hiện tượng treo liệu, khi mẻ liệu
nóng chả
y hoàn toàn thì tiến hành vớt xỉ cũ ra và cho chất tạo xỉ mới vào
lò, sau đó đưa thêm Cu kim loại và graphit theo như tính toán.
- Khi xỉ mới chảy hết và nhiệt độ nước thép đã đạt khoảng 1600
0
C thì bắt
đầu cho FeMn và FeSi để khử khí và tiến hành lấy mẫu phân tích thành
phần hoá học.
- Sau khoảng thời gian 10phút, khi đã có thành phần hoá học, tiến hành so
sánh kết quả phân tích vừa có với tiêu chuẩn mác thép để hiệu chỉnh các
nguyên tố hợp kim (C, FeMn, FeSi). Thực tế nấu luyện, chỉ phải điều
chỉnh một lượng nhỏ các nguyên tố hợp kim.
- Quá trình hợp kim hóa bằng Al được tiến hành sau đó bằng cách t

ạo một
lớp xỉ lỏng bên trên mặt thoáng kim loại bằng CaF
2
và CaO bột, sau đó
đưa nhôm kim loại vào. Do Al kim loại dễ bị cháy hao lớn, nên thời gian
lưu nhôm lại trong lò chỉ khoảng 5 phút thì bắt đầu ra thép vào nồi rót đã
được nung nóng đỏ.
- Trước khi tiến hành công đoạn đúc rót, tiến hành lấy mẫu phân tích thành
phần hoá học và mẫu thử cơ tính của thép nấu luyện ra.
- Quá trình đúc rót chi tiết được thực hiện theo hai cách: bằng công nghệ
đúc rót xi phông và công nghệ đúc ly tâm.
-
Công nghệ đúc xiphông được trình bày ở phần 3.1.2.
- Công nghệ đúc ly tâm được trình bày kỹ ở phần 3.1.3.
Kết quả phân tích thành phần hoá học của các mẻ nấu thí nghiệm được nêu
trong bảng 6.
Bảng 6: Thành phần hoá học của mẻ nấu thí nghiệm
Thành phần hoá học của các nguyên tố (%)
STT
C Mn Si Cr Mo Cu Al S P
Mẻ số 1
0,4 0,538 0,255 2,13 0,287 0,376 0,93 0,018 0,028
Mẻ số 2
0.43 0.65 0.6 2.26 0.33 0.19 1.16
0.018
0.026
Thành phần
tiêu chuẩn
0,42 -
0,50

≤ 0,8 ≤ 0,4
1,8 -
2,6
0,2 -
0,3
0,1 -
0,2
0,5 -
1,2
≤ 0,03 ≤ 0,03
21
Qua các số liệu trong bảng 6, ta thấy mẻ nấu thí nghiệm thứ nhất có hàm
lượng C hơi thấp hơn giới hạn dự định thí nghiệm và hàm lượng Cu cao.
Nguyên nhân hàm lượng cao có thể khi chọn liệu có lẫn một số chi tiết máy có
hàm lượng Cu dẫn đến vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Mẻ nấu thứ hai đã tăng
hàm lượng C và giảm được hàm lượng Cu xuống ngưỡng cho phép, tuy nhiên
hàm lượng Si và Mo lại hơi cao hơn tiêu chu
ẩn. Hàm lượng các tạp chất có hại
như S, P đều nằm trong giới hạn cho phép chứng tỏ quá trình lựa chọn nguyên
liệu nấu luyện và công nghệ nấu luyện là phù hợp với điều kiện hiện có của quá
trình thí nghiệm.
3.1.2. Công nghệ đúc bằng khuôn cát
Thực tiễn đây là công nghệ đúc rót truyền thống. Ưu điểm của phương
pháp đúc xi phông là chất lượng thép tốt, loạ
i bỏ được toàn bộ xỉ, tạp chất lẫn
trong gầu rót do các rãnh rót được thiết kế hợp lý.
Cát đúc dùng trong công nghệ đúc xi phông dùng công nghệ cát thủy tinh
CO
2
. Sau khi làm khuôn xong, tiến hành sơn khuôn bằng hỗn hợp chất chống

cháy cát và sấy khô đến 200
0
C. Trước khi rót thép 30’, tiến hành ráp khuôn và
chuẩn bị rót thép.
Khi quá trình nấu luyện trong lò tần số hoàn tất (thành phần hóa học và
nhiệt độ ra thép) tiến hành lấy mẫu và ra thép vào gầu rót, gạt sạch xỉ trong gầu
và phủ thêm một lớp rơm trấu để giữ nhiệt và bắt đầu rót thép. Quá trình rót
thép, ban đầu cần nhanh, sau đó cần ổn định và chậm lại khi lượng thép lỏng đã
lên đến bề mặt trên của đậu ngót
để có quá trình bù ngót cho lớp bên trên. Sau
khi đạt yêu cầu, ta tiến hành phủ một lớp chất tăng nhiệt lên bề mặt đậu ngót để
duy trì nhiệt lớn bên trên ngót. Điều này làm chất lượng vật đúc tốt hơn nhiều do
lớp kim loại bên trên được gia nhiệt một lần nữa.
3.1.3. Công nghệ đúc ly tâm
Theo lý thuyết quá trình đúc ly tâm đã trình bày ở phần trên cộng với việc
học hỏi kinh nghiệm của mộ
t số đơn vị có máy đúc ly tâm, đề tài đã tiến hành
chế tạo thử nghiệm một máy đúc ly tâm với các thông số chính như sau:
Động cơ vận hành của máy đúc có công suất 4,5kW, tốc độ vòng quay
2900 vòng/phút. Động cơ này được gắn liền với hệ thống puli để truyền chuyển
động cho ống đúc ly tâm để giảm tốc độ vòng quay của ống xuống còn 900-
1000 vòng/phút.
22
Ống ly tâm được chế tạo bằng ống thép dày 5mm có doa bên trong để tạo
độ côn cho dễ tháo chi tiết ra. Để tiến hành đúc các chi tiết tròn xoay, bên trong
ống ly tâm ta chế tạo một ống bằng khuôn cát đông cứng nhanh có đường kính
ngoài nhỏ hơn đường kính ống đúc ly tâm, đường kính trong sẽ lớn hơn đường
kính của chi tiết cần đúc.
Mặt bích chặn bên trong cũng được chế tạo bằng cát đông cứng nhanh có
đường kính nhỏ

hơn đường kính ống ly tâm. Mặt bích bên ngoài được chế tạo
bằng cát đông cứng nhanh có đường kính ngoài nhỏ hơn đường kính ống ly tâm
và đường kính trong bằng đường kính chi tiết cần đúc. Sau đó ta dính chặt ống
cát đúc với hai mặt bích lại với nhau bằng chất kết dính và tiến hành xấy khô và
sơn bằng chất sơn khuôn.
Để cố định chặt chi tiết khuôn đúc bằng cát vừa chế tạo v
ới ống ly tâm, đề
tài đã chế tạo một mặt bích bằng thép có chiều dày 10mm có dạng hình vành
khuyên và có đường kính ngoài bằng đường kính ống đúc ly tâm, đường kính
bên trong bằng đường kính chi tiết cần đúc.
Tiến hành lắp ráp khuôn ly tâm bằng cát vào ống đúc ly tâm được cố định
bởi các đinh chốt định vị lắp trên ống ly tâm nhằm chống văng khuôn cát khỏi
ống ly tâm khi quay.
Để thuận lợi cho quá trình tháo sản phẩm ra sau khi đúc, tr
ước khi lắp ráp
ống cát đúc vào ống ly tâm ta tạo một lớp chất chống dính vào ống ly tâm bằng
cách nung nóng ống ly tâm trước lên đến 200
0
C bằng đèn gas, sau đó quay thiết
bị ly tâm và đổ chất cát nhựa vào ống ly tâm. Nhờ ống ly tâm đã nóng nên cát
nhựa sẽ chảy ra và dính bám chặt vào thành bên trong của ống ly tâm. Sau qúa
trình này, ta tiến hành lắp khuôn đúc bằng cát vào máy ly tâm.
Chuẩn bị máng rót: Tiến hành chế tạo máng rót thép có chiều dài đến
500mm. Một đầu máng rót được lắp với hộp hứng thép lỏng được xây đắp bằng
vật liệu chịu lửa. Trên bề mặt máng rót đượ
c sơn phủ bằng chất sơn khuôn
chống cháy. Tất cả các bộ phận này đều được sấy khô đến nhiệt độ khoảng
200
0
C.

Khởi động máy đúc: Trước khi mẻ nấu đạt nhiệt độ và thành phần hoá học
khoảng 10 phút, tiến hành khởi động máy đúc.
Rót kim loại lỏng vào khuôn: Khi mẻ nấu đã đạt yêu cầu (thành phần hoá
học, nhiệt độ) và thiết bị đúc ly tâm đã hoàn chỉnh, người ta rót thép vào thùng
rót đã được sấy đỏ. Tiến hành phủ bề mặt thép bằng chất gom xỉ để loại bỏ
hoàn
23
toàn xỉ còn lại trong quá trình nấu luyện. Sau đó lấy mẫu để phân tích thành
phần hoá học và thử cơ lý tính của thép thí nghiệm. Tiến hành cẩu thùng rót đến
chỗ máy đúc ly tâm và bắt đầu rót thép vào máy đúc đang quay. Ban đầu, tốc độ
rót lớn, dần dần giảm tốc độ đến hết lượng thép nấu luyện và tiếp tục quay thiết
bị đúc. Thời gian rót khoảng 1 phút. Thời gian quay cho đến khi đông đặ
c
khoảng 10 phút.
Ủ giảm ứng suất vật đúc và tháo vật đúc khỏi khuôn: Sau khi kim loại lỏng
đã đông đặc hoàn toàn, tiến hành tháo chi tiết khỏi ống ly tâm và đổ đầy lòng
khuôn bằng cát đã sấy nóng để chi tiết được nguội dần dần tránh nảy sinh ứng
suất trong quá trình nguội. Hình 8 thể hiện quá trình đúc ly tâm đang diễn ra.






Hình 6: Bản vẽ kích thước chi tiết sơmi sau khi gia công cơ khí.


Hình 7: Bản vẽ kích thước khuôn ly tâm bằng cát
25