Nghiên cứu công nghệ và vật liệu để đúc các loại ghi lò có kết cấu dạng lưới, thành mỏng từ 6 8mm, dùng cho thiết bị nhiệt luyện chân không và hoá nhiệt luyện

BỘ CÔNG THƯƠNG
TỔNG CÔNG TY MÁY ĐỘNG LỰC VÀ MÁY NÔNG NGHIỆP
VIỆN CÔNG NGHỆ









BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

Nghiên cứu công nghệ tận thu hợp kim nhôm ADC12
từ mạt, ba via nhôm trong quá trình đúc áp lực cao

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: KS. TRẦN TỰ TRÁC






BỘ CÔNG THƯƠNG

TỔNG CÔNG TY MÁY ĐỘNG LỰC VÀ MÁY NÔNG NGHIỆP
VIỆN CÔNG NGHỆ





BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

Nghiên cứu công nghệ và vật liệu để đúc các loại ghi lò có kết cấu
dạng lưới, thành mỏng từ 6 – 8 mm, dùng cho thiết bị nhiệt luyện
chân không và hoá nhiệt luyện.


CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: KS. TRẦN HỒNG QUANG









9030

Hà Nội. 12-2011

BỘ CÔNG THƯƠNG
TỔNG CÔNG TY MÁY ĐỘNG LỰC VÀ MÁY NÔNG NGHIỆP
VIỆN CÔNG NGHỆ




BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

Nghiên cứu công nghệ và vật liệu để đúc các loại ghi lò có kết cấu dạng lưới,
thành mỏng từ 6 – 8 mm, dùng cho thiết bị nhiệt luyện chân không và hoá nhiệt
luyện
Thực hiện theo Hợp đồng đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công nghiên
cứu khoa học và phát triển công nghệ số 127.11RD/HĐ-KHCN ngày 06/4/2011 giữa Bộ
Công Thương và Viện Công nghệ


CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: KS. TRẦN HỒNG QUANG
CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA

1
Vũ Văn Miêng Kỹ sư Đúc

2
Nguyễn Thanh Tùng Kỹ sư Đúc
3
Thái Văn An Kỹ sư Luyện Kim
4
Trần Thị Thanh Mai Kỹ sư Đúc
5
Nguyễn Việt Dũng Kỹ sư Đúc
6
Hoàng Anh Tuấn Kỹ sư Đúc
7 Lâm Hùng Minh
Cử nhân Luyện kim


Hà Nội. 12-2011
1

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đem lại nhiều thành
tựu phục vụ ngày càng tốt hơn cho cuộc sống của nhân loài. Tuy nhiên nó cũng đặt
ra một số yêu cầu nhất định, để đạt được cần phải có những bước đột phá trong
công nghệ và công nghệ nhiệt luyện chân không là một trong số đó.
Với đặc điểm tạo ra môi trường chân không, sản ph
ẩm không bị ôxy hóa
trong quá trình nhiệt luyện công nghệ này đem lại nhiều ưu điểm nổi bật so với
công nghệ nhiệt luyện truyền thống. Hiện tại công nghệ và thiết bị của dây truyền
này hoàn toàn là của nước ngoài, trong nước chưa có đơn vị nào nghiên cứu sản
xuất.
Trong lò nhiệt luyện chân không ghi lò là chi tiết dùng để đỡ các sản phẩm,
đây là vị trí làm việc khắc nghiệt chịu t

ải trọng ở nhiệt độ cao trong thời gian dài và
chịu sốc nhiệt trong quá trình làm nguội sản phẩm. Ghi lò có kết cấu dạng ô lục
giác, thành mỏng giúp khí lưu thông tốt trong không gian lò nâng cao hiệu quả trao
đổi nhiệt. Để đáp ứng được yêu cầu này thì ghi lò được chế tạo bằng thép hợp kim
chịu nhiệt với độ chính xác cao không có khuyết tật đúc và có khả năng chịu nhiệt
tốt.
Vì vậy Bộ Công Thương
đã cho phép Viện Công Nghệ thực hiện đề tài
“Nghiên cứu công nghệ và vật liệu để đúc các loại ghi lò có kết cấu dạng lưới,
thành mỏng từ 6-8 mm, dùng cho thiết bị nhiệt luyện chân không và hóa nhiệt
luyện”. Việc nghiên cứu đề tài này là việc làm cần thiết trong kế hoạch phát triển
nghành công nghệ đúc tại Việt Nam tiến tới việc làm chủ công nghệ tự chủ trong
sản xuất tránh phụ thu
ộc vào nước ngoài.
2

MỤC LỤC

NỘI DUNG TRANG
MỞ ĐẦU
1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Phần I. Ghi lò nhiệt luyện chân không

1.1 Đặc điểm của ghi lò nhiệt luyện chân không 4
1.2 Điều kiện làm việc 4
Phần II. Thép bền nóng. .
2.1 Đặc tính của vật liệu 5
2.1.1 Tính ổn định nóng 5

2.1.2 Tính bền nóng 5
2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới tính bền nóng 6
2.3 Thép bền nóng 7
2.3.1 Một số mác thép thông dụng 8
2.3.2 Thành phần hóa học của một số mác thép 9
2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất làm việc của thép
2.4.1 Ảnh hưởng của thành phần hóa học 12
2.4.2 Ảnh hưởng của công nghệ đúc 12
2.4.3 Ảnh hưởng của quá trình sử lý nhiệt 13
2.5 Chọn vật liệu làm ghi lò
Phần III. Công nghệ đúc

3.1 Lựa chọn công nghệ làm khuôn 15
3.2 Công nghệ mẫu tự thiêu 16
3.2.1 Khái quát 16
3.2.2 Các quá trình xảy ra khi đúc rót 18
3.2.3 Tính toán thiết kế 19
3.2.4 Đặc điểm khuôn cát khô không liên kết 21
3.3 Cát thạch anh
3.3.1 thành phần khoáng 22
3.3.2 Thành phần hóa học 24
CHƯƠNG 2. THỰC NGIỆM

Phần I.Tạo mẫu

1.1 Quy trình tạo mẫu 30
1.1.1 Phương pháp tạo mẫu 30
1.1.2 Tiến trình thực hiện 30
1.2 Hệ thống dẫn kim loại
1.2.1 Cấu trúc hệ thống dẫn kim loại lỏng 32

1.2.2 Kích thước hệ thống dẫn kim loại lỏng 32
1.2.3 Chế tạo hệ thống dẫn 33
Phần II. sơn và chèn khuôn

2.1 S
ơn, sấy mẫu
2.1.1 Nguyên liệu 33
2.1.2 Thiết bị và dụng cụ 33
2.1.3 Các công đoạn thực hiện 34
2.1.3.1 Tính toán vật tư 34
2.1.3.2 Ngâm ủ
2.1.3.3 Khuấy trộn 34
2.1.3.4 Lọc 34
3

2.1.3.5 Sơn mẫu 34
2.1.3.6 Sấy mẫu 34
2.2 Quy trình tạo khuôn
2.2.1 Vật liệu làm khuôn 35
2.2.2 Trang thiết bị công nghệ 35
2.2.3 Kỹ thuật tạo khuôn 36
Phần III. Nấu luyện, đúc rót

3.1 Quy trình nấu luyện
3.1.1 Thiết bị 37
3.1.2 Trình tự nấu luyện
3.1.2.1 Tính toán phối liệu 38
3.1.2.2 Nấu chảy 39
3.1.4.3 Hoàn nguyên 40
3.1.4.4 Ra lò 40

3.2 Đúc rót, hoàn thiện sản phẩm
3.2.1. Chuẩn bị 40
3.2.2. Thao tác 40
3.2.3 Tháo rỡ vật đúc, hoàn thiện sản phẩm 41
Phần IV. Công nghệ sử lý nhiệt sau đúc, khảo nghiệm

4.1 Tôi 43
4.2 Khảo nghiệm 43
Chương 3 : Kết quả nghiên cứu và bình luận

I . Kết quả ngiên cứu, chế tạo
44
II . Kết luận và kiến nghị
45
TÀI LIỆU THAM KHẢO 46
PHỤ LỤC:
Bản vẽ thiết kế, bản vẽ công nghệ, giấy chứng nhận kiểm định sản phẩm, sơ đồ
công nghệ, biên bản khảo nghiệm…

4

Tóm tắt nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài :


- Khảo sát, thu thập tài liệu về lò nhiệt luyệt chân không: sơ đồ
nguyên lý làm việc, điều kiện làm việc. Tiến hành đo, vẽ chi tiết ghi
lò, dựa trên mẫu ghi được cấp theo hệ thống lò nhiệt luyện chân
không của Viện Công Nghệ.
- Từ cơ sở lý thuyết, điều kiện làm việc thực tế của ghi lò, nghiên cứu
tính chất của vât liệu, chọn vật liệu chế t
ạo phù hợp với môi trường
làm việc của ghi.
- Lựa chọn phương án công nghệ đúc phù hợp để đáp ứng được các
yêu cầu đề ra đảm bảo về độ dầy, bề mặt… tiến hành tính toán thông
số thiết kế công nghệ đúc với phương án công nghệ đúc đã chọn.
- Chế tạo mẫu theo thiết kế công nghệ đúc, các giải pháp công nghệ
để chế t
ạo sản phẩm, đúc thử, tìm ra các thông số phù hợp nhất với
điều kiện sản xuất trong nước.
- Nghiên cứu quy trình nấu luyện mác hợp kim đã chọn trên cơ sở
thiết bị lò cảm ứng trung tần của Viện Công Nghệ.
- Chế tạo sản phẩm, hoàn thiện và khảo nghiệm trong lò nhiệt luyện
chân không của Viện Công Nghệ.
- Kết quả đáng giá và đề nghị rút ra trong th
ực tế.

5

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN

Phần I : Ghi lò nhiệt luyện chân không

1.1 Đặc điểm của ghi lò nhiệt luyện chân không
Ghi lò nhiệt luyện chân không có cấu tạo dạng lưới, ô lục giác thành mỏng 6-8
mm. Làm giá đỡ các sản phẩm trong buồng lò Nhiệt luyện chân không (hình 1)




Hình 1. Ghi lò nhiệt luyện chân không

Các kích thước cơ bản:
- Loại 590x440: (Phụ lục bản vẽ Ghi lò 590x440)
Chiều dài : 590 mm
Chiều rộng : 440 mm
Chiều cao : 30 mm
Chiều dầy thành : 6- 8 mm
- Loại 900x600: (Phụ lục bản vẽ Ghi lò 900x600)

Chiều dài : 900 mm
Chiều rộng : 600 mm
Chiều cao : 45 mm
Chiều dầy thành : 6- 8 mm

1.2 Điều kiện làm việc

6

Ghi lò có nhiệm vụ làm giá đỡ các sản phẩm nhiệt luyện với tải trọng tối đa
là 800kg, nó nằm dọc trong buồng lò, chịu nhiệt độ 1100˚C-1200˚C. Tùy từng chế
độ nhiệt luyện, ghi lò có thể phải chịu sốc nhiệt. Khi xả khí nitơ trong quá trình tôi,
nhiệt độ đột ngột giảm từ 1.100˚C xuống còn 110˚C, trong khoảng thời gian 5 phút.
Do vậy, vật liệu dùng chế tạ
o ghi lò đòi hỏi phải có tính chất như chịu sốc nhiệt,
bền nhiệt ở nhiệt độ cao và chịu tải trọng lớn.
Phần II:Thép bền nóng
2.1 Đặc tính của vật liệu
Để có thể làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao và tải trọng lớn thì vật liệu
phải có tính ổn định nóng (tính bền hoá học ở nhiệt độ cao) và tính bền nóng (giữ
được độ bền cơ học cao ở nhiệt độ cao).
2.1.1 Tính ổn định nóng (hay tính chịu nóng) là khả năng của kim loại và hợp
kim chống lại sự phá hu
ỷ của môi trường ở nhiệt độ cao (không khí nóng,
sản phẩm cháy của nhiên liệu có chứa CO
2
, SO
2
, H
2

S…, muối nóng chảy
có chứa ion Cl
-
…). Trong các dạng phá huỷ này thì hay gặp nhất và nguy
hiểm nhất là sự ôxi hoá ở nhiệt độ cao, tức là sự tạo thành các vẩy ôxít kim
loại, ví dụ đối với sắt thép là Fe
2
O
3
, Fe
3
O
4
và FeO, trong đó FeO có cấu
tạo mạng không xít chặt nên tạo cho quá trình ôxi hoá phát triển thuận lợi
và thép bị phá hủy nhanh.
Đối với thép hợp kim thì tạo thành FeCrO
3
, FeCrNiO
4
, Cr
2
O
3
, FeNiO
3
,
FeCr
2
O

4
… Đối với các loại thép hợp kim đa nguyên tố thì quá trình ôxi hoá diễn
ra rất phức tạp. Trong quá trình ôxi hoá sẽ tạo ra trên bề mặt kim loại một lớp
màng ôxít. Sự ôxi hoá muốn tiếp tục xảy ra được thì các ion ôxi phải khuyếch tán
qua lớp màng này để phản ứng với kim loại tạo ra ôxít kim loại. Như vậy, tuỳ
theo đặc tính cấu trúc của lớp màng ôxít này mà nó có tính chất bảo vệ (ngăn
ngừa sự ôxi hoá tiếp theo) hay không. Màng bả
o vệ phải có những tính chất:
- Phải xít chặt và bao phủ toàn bộ bề mặt kim loại;
- Bền với tác động của môi trường;
- Có sự bám dính tốt với kim loại nền;
- Có hệ số giãn nở nhiệt gần bằng của kim loại.
7

Các ôxít Cr
2
O
3
, Al
2
O
3
và SiO
2
có các đặc tính này. Vì vậy người ta thường
dùng các nguyên tố hợp kim Cr, Al và Si để nâng cao tính chịu nhiệt của thép.
2.1.2 Tính bền nóng là khả năng của kim loại chịu được tải trọng ở nhiệt độ
cao. Dưới tác dụng của tải trọng không đổi và thấp hơn giới hạn chảy
trong một thời gian dài thì kim loại vẫn bị biến dạng dẻo một cách chậm
chạp được gọi là dão.

Đó là sự nối tiếp nhau một cách liên tục của hai quá
trình ngược nhau: biến dạng dẻo gây ra hoá bền và kết tinh gây ra thải bền.
Hiện tượng dão trở nên đặc biệt nguy hiểm khi nhiệt độ làm việc cao hơn
nhiều so với nhiệt độ kết tinh lại vì kim loại sẽ bị biến dạng dẻo nhiều và dẫn tới
phá huỷ sau một thời gian nào đó.Để nâng cao tính bền nóng ta phải tìm cách
chố
ng lại hiện tượng biến dạng dão. Muốn vậy phải tạo ra cấu trúc có khả năng
chống lại sự chuyển động của lệch mạng cũng như sự xê dịch biên giới hạt ở nhiệt
độ cao.
Các nguyên tố hợp kim Mo, W, Nb, Ti… tạo ra các pha biến cứng phân
tán làm cản trở chuyển động của lệch mạng và tạo ra hạt nhỏ mịn nên có tác dụng
nâng cao tính bền nóng của h
ợp kim. Các nguyên tố Ni và Mn có tác dụng làm ổn
định cấu trúc austenit nên cũng có tác dụng nâng cao tính bền nóng [4] .
2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính bền nóng
Kim loại có nhiệt độ nóng chảy càng cao thì có tính bền nóng càng cao. Khi
có cùng nhiệt độ nóng chảy thì kim loại nào có nhiệt độ kết tinh lại cao hơn thì sẽ
có tính bền nóng cao hơn. Mọi yếu tố nâng cao nhiệt độ kết tinh lại đều làm tăng
tính bền nóng.
Tổ chức của hợp kim c
ũng ảnh hưởng đến tính bền nóng, cụ thể trường hợp
của thép: thép có tổ chức austenit có tính bền nóng cao hơn so với thép có tổ chức
ferit hay hỗn hợp ferit và cácbit (do austenit có nhiệt độ kết tinh lại cao hơn).
Đối với thép, các nguyên tố hợp kim như: Mo, W, Nb,Ti, Zr có tác dụng tạo
ra các pha hoá cứng phân tán (cacbit, nitrit…) có tác dụng chống dão, các nguyên
tố như: Ni, Mn có tác dụng ổn định tổ chức austenit,… đều có tác dụng nâng cao
tính bền nóng.
Để xác định tổ chứ
c của thép khi biết thành phần hoá học của nó, người ta
thường dùng giản đồ Schaeffler (hình 2).

8


Hình 2. Giản đồ Schaeffler – tổ chức của thép phụ thuộc lượng Cr, Ni quy đổi:
(M-vùng tồn tại của máctenxit; α-ferit; γ-austenit)
Trên giản đồ này, trục hoành biểu thị lượng Cr quy đổi (tương đương), được
tính theo công thức sau:
Cr
tđ
= %Cr + %Mo + 1,5.%Si + 0,5.%Nb (1)
Tương ứng với tác dụng tổng hợp của các nguyên tố mở rộng vùng
α. Còn
trục tung biểu thị lượng Ni quy đổi (tương đương), được tính theo công thức sau:
Ni
tđ
= %Ni + 30.%C + 0,5.%Mn (2)
Tương ứng với tác dụng tổng hợp của các nguyên tố mở rộng vùng
γ. Các
vùng bên trong giản đồ cho biết tổ chức của thép sau khi nóng chảy rồi để nguội
ngoài không khí, hoặc sau khi austenit hóa rồi làm nguội nhanh trong nước (tôi)
nhằm giữ lại tổ chức của thép ở nhiệt độ cao [1].
2.3 Thép bền nóng
0
5
10
15
20 25 30
35
5

10
15
20

25
30
M + ferit
M
aus
+M
M +
ferit
aus+ferit
+M
ferit
aus+ferit
aus
35
Cr
N
i
tđ
tđ
9

2.3.1 Một số mác thép thông dụng
Bảng1. Một số mác thép bền nóng, công dụng và tính chất [2] :
Mác thép Tính chất Công dụng

Cr18Ni9TiĐ

Bền nóng đến
600
0
C, chịu nóng
đến 750
0
C. Việc
hàn khuyết tật
không bị hạn chế.
Các chi tiết làm việc đến 600
0
C (đầu xả
bộ góp khí gas, đường ống thiết bị lọc
dầu lửa, nắp và hộp để thấm cácbon

Cr18Ni11Nb
Bền nóng đến
800
0
C
Như trên, ngoài ra còn làm các chi tiết
của tuabin khí (xilanh) của máy nén
tuabin làm việc với ứng suất không lớn
lắm.

Cr18Ni12Mo2
Bền nóng khi
nhiệt độ đến
600
0

C
Các cánh quạt máy nén, thiết bị phun
và các chi tiết làm việc lâu dài ở nhiệt
độ 600
0
C
Cr18Ni12Mo3Ti
Đ
Bền nóng đến
800
0
C
Các chi tiết chịu tải làm việc lâu dài ở
nhiệt độ 800
0
C

Cr25Ni20Si2Đ
Bền nóng đến
1200
0
C
Làm móc treo và điểm tựa trong nồi
hơi, các loại ống của thiết bị điện phân
và hỏa phân. Nhiệt độ làm việc: (1150 -
1200)
0
C.
Cr24Ni12SiĐ Bền nóng, chịu
nóng đến 1000

0
C
Các chi tiết làm việc ở nhiệt độ cao và
áp suất cao.
Cr18Ni24Si2Đ Bền nóng Các chi tiết của máy tuabin hơi và
tuabin khí.

Cr25Ni13TiĐ
Bền nóng Các chi tiết làm việc ở nhiệt độ cao và
tải trọng lớn (các băng tải con lăn trong
lò, các cơ cấu cặp chặt).

10

2.3.2 Thành phần hoá học của một số thép bền nóng
Bảng 2. Thành phần hóa học

Mác thép C Si Mn S, ≤ P, ≤ Cr Ni Ntố khác
Cr18Ni9TiĐ ≤ 0,14 ≤ 1,0 0,6-1,0 0,030 0,035 17-20 8-11
(%C – 0,03)5Ti,
Ti ≤ 0,8
Cr18Ni11Nb ≤ 0,10 ≤ 1,0 ≤ 2,0 0,020 0,035 17-20 9-13
(8x%C)Nb,
Nb ≤ 1,5
Cr18Ni12Mo2 ≤ 0,10 ≤ 1,0 ≤ 2,0 0,020 0,035 16-19 10-14 Mo: 2,0-3,0
Cr18Ni12Mo3TiĐ ≤ 0,12 ≤ 1,0 1,0-2,0 0,030 0,035 16-19 11-13
Mo: 3,0-4,0
Ti: 0,3-0,6
Cr21Ni11W2Đ 0,1-0,25 0,7-1,5 0,6-1,2 0,030 0,035 20-22 11-12,5
Mo: ≤ 0,25

Ti: 0,05-0,2
W: 2,4-3
Cr24Ni12SiĐ ≤ 0,4 0,5-1,5 0,3-0,8 0,030 0,035 22-26 11-13
20Cr25Ni20Si2Đ 0,2 2,0-3,0 ≤ 1,5 0,020 0,035 24-27 18-21
20Cr25Ni24Si2Đ 0,2 2,0-3,0 ≤ 1,5 0,020 0,035 24-27 23-25


11
2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất làm việc của thép
2.4.1 Ảnh hưởng của thành phần hoá học
Các nguyên tố hợp kim đưa vào sẽ làm thay đổi nhiệt chuyển pha thù hình
của Fe, nhiệt độ các phản ứng cùng tinh, cùng tích. Một số nguyên tố tác dụng với
cácbon tạo ra cacbit. Chúng tương tác với nhau hoặc với Fe tạo ra các pha trung
gian, các pha liên kết kim loại. Các nguyên tố tạo ra cacbit xếp theo thứ tự tăng dần
như sau: Fe, Mn, Cr, Mo, W, Nb, Ti [6].
Nguyên tố Niken không có khả năng kết hợp với cacbon trong sắt tạo thành
cacbit mà chỉ ở dạng dung dịch rắn
γ với Fe và là thành phần thông dụng để tăng độ
mềm dẻo, dễ uốn và tính tạo hình cho thép không gỉ.
Khả năng chống lại sự oxi hoá từ không khí xung quanh ở nhiệt độ thông
thường của thép không gỉ có được nhờ vào tỷ lệ crôm có trong hợp kim (nhỏ nhất là
10.5% và có thể lên đến 26% trong trường hợp làm việc trong môi trường khắc
nghiệt).
Trạng thái bị oxi hoá của crôm thường là crôm III ôxit. Khi crôm trong hợp
kim thép tiếp xúc với không khí thì mộ
t lớp crôm III ôxit rất mỏng xuất hiện trên bề
mặt vật liệu. Lớp này mỏng đến mức không thể thấy bằng mắt thường, có nghĩa là
bề mặt kim loại vẫn sáng bóng. Tuy nhiên, chúng lại hoàn toàn không tác dụng với
nước và không khí nên bảo vệ được lớp thép bên dưới. Hiện tượng này gọi là sự ôxi
hoá chống gỉ bằng kỹ thuật vật liệu.

Nguyên tố crôm (Cr) còn tạo ra cacbit crôm có độ cứng rấ
t cao, hơn 600HB.
Crôm cường hóa nền, tăng tính thấm tôi, làm nhỏ mịn hạt cacbit, dẫn đến tăng độ
bền cho thép.
Cácbon làm tăng lượng xementit trong thép. Do vậy tăng cácbon thì độ bền,
độ cứng tăng, còn độ dẻo và độ dai giảm. Độ phân tán của pha cácbít được quyết
định bởi chế độ nhiệt luyện và thành phần của thép.
Phốt pho và lưu huỳnh là các tạp chất có hại đến cơ tính của thép, nó làm
giả
m độ bền, độ dai, tăng khả năng nứt nóng cho vật đúc.


12
2.4.2 Ảnh hưởng của công nghệ đúc
Trên thế giới có nhiều phương pháp đúc: Đúc bằng khuôn cát, bằng khuôn
kim loại, đúc ly tâm, đúc bằng khuôn mẫu chảy Mỗi phương pháp có đặc điểm
riêng phù hợp với từng loại sản phẩm nhất định, chính vì thế công nghệ đúc ảnh
hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm.
Chọn lựa
được phương pháp đúc hợp lý làm cho vật đúc kết tinh đồng đều
trên toàn tiết diện, tổ chức hạt nhỏ mịn và không có các khuyết tật đúc. Điều đó
thuận lợi các nguyên công tiếp theo. Khi nhiệt luyện sẽ ít gây ứng suất dẫn đến biến
dạng, nứt sản phẩm. Ngoài ra thiết kế công nghệ hợp lý còn tạo điều kiện thuận tiện
cho việc cắ
t đậu ngót và làm sạch phôi đúc.
Việc thiết kế bố trí rãnh dẫn, đậu ngót quyết định đến chất lượng của chi tiết.
Kiểu đúc rót quyết định cách thức đông đặc, dẫn đến khả năng bù ngót tốt hay xấu.
Chi tiết khi rót ở trạng thái đứng sẽ tạo điều kiện cho vật đúc đông đặc có hướng từ
dưới lên. Lúc này nếu bố trí đậu ngót
ở vị trí cao nhất gần rãnh phân phối thì đậu

ngót sẽ là nơi đông đặc cuối cùng và làm nhiệm vụ bổ ngót cho vật đúc.
Nếu không thể bố trí rót theo kiểu đứng thì mới rót ở vị trí ngang, lúc này quá
trình đông đặc sẽ đồng thời trên toàn chi tiết.Việc bố trí đậu ngót khó khăn hơn.
Ngoài ra còn có kiểu rót phân tầng lúc này vật đúc ở trạng thái đứng, rãnh dẫn
cắt vào ở các vị trí cao thấp khác nhau kim loại có dòng ch
ảy êm, tạo đông đặc có
hướng. Tuy nhiên hệ thống rót kiểu này khó lọc xỉ, do vậy phải sử dụng nồi rót có
vách ngăn xỉ hoặc cào sạch xỉ trước khi rót khuôn.
Việc lựa chọn phương pháp công nghệ đúc tùy theo vật liệu chế tạo, hình
dáng kích thước của chi tiết và các yêu cầu khác để cho phù hợp đảm bảo chất
lượng vật đúc và có hiệu quả kinh tế trong sản xuất.
2.4.3 Ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt
Khả năng làm việc của các chi tiết máy ngoài các yếu tố vật liệu, chất lượng
vật đúc còn phụ thuộc rất nhiều vào chế độ nhiệt luyện.
Tuỳ theo vật liệu chế tạo, hình dáng kích thước của chi tiết và phương pháp
đúc mà lựa chọn chế độ nhiệt luyện phù hợp để đạt được cơ tính vật liệ
u theo yêu


13
cầu. Chính vì vậy đây là một khâu công nghệ quan trọng quyết định đến tính chất
cơ học của các loại hợp kim. Các chế độ nhiệt luyện bao gồm: ủ, thường hoá, tôi,
ram Các quá trình xử lý nhiệt đều phải qua các bước: Gia nhiệt nung nóng, giữ
nhiệt và làm nguội.
Tuy nhiên ứng với mỗi loại vật liệu, kích thước…các thông số nhiệt độ, thời
gian giữ nhiệt…khác nhau vì vậy phải nghiên cứu
để thực hiện các nguyên công
cho phù hợp với mỗi loại vật liệu, độ thành dày và độ phức tạp của từng chi tiết.
Các quá trình nhiệt luyện có nhiệm vụ đưa tổ chức thép về austenít và hòa tan các
pha cacbit dư. Ngoài ra còn có tác dụng khử ứng suất và làm nhỏ mịn tinh thể khi

kết tinh lại. Với thép có tổ chức austenit, chủ yếu nhằm hoà tan cácbít crôm dư vào
austenít đồng nhất tổ chức và làm nhỏ mịn tinh thể.
Thời gian giữ nhiệt là khoảng thời gian cần thiết để đảm bảo thấu nhiệt cho
toàn bộ chi tiết và hoàn thành quá trình biến đổi pha, tuy nhiên nếu tính toán không
hợp lý để dài quá sẽ làm hỏng tổ chức, hạt thô to và thoát các bon bề mặt của thép.
Làm nguội sau khi nung của quá trình nhiệt luyện cũng là quá trình rất phức
tạp, phụ thuộc vào chế độ nhiệt luyện đã chọn. Bao gồm làm nguội chậm theo lò,
nguội ngoài không khí, nguộ
i trong môi trường dầu, nguội trong môi trường
nước… Mỗi chế độ làm nguội sẽ cho ta cơ tính khác nhau. Vì vậy, tùy loại vật liệu
cũng như yêu cầu làm việc, phải chọn chế độ làm nguội phù hợp.
2.5 Chọn vật liệu làm ghi lò nhiệt luyện chân không
Xét công dụng và thành phần hóa học các loại thép đã nêu trên, căn cứ vào
kết quả phân tích thành phần hóa học của ghi lò nhiệt luyện chân không Viện Công
Nghệ thấy r
ằng có hai mác thép phù hợp với điều kiện làm việc của chi tiết hơn cả:
1. 20Cr25Ni24Si2Đ,
2. 20Cr25Ni20Si2Đ.
Hai loại thép này đều không chứa các nguyên tố đắt tiền và khó kiếm như:
W, Ti, Mo… Chúng vừa đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật, đáp ứng điều kiện làm
việc lò nhiệt luyện chân không lại vừa có giá thành thấp hơn so với các loại còn lại.
Vì vậy nếu đư
a vào sử dụng sẽ thu được hiệu quả kinh tế cao hơn các mác khác.


14
Căn cứ công thức (1) và (2) tính thành phần Cr
tđ
và Ni
tđ

để ta xét tổ chức của
các thép hợp kim trên (hình 3):
- 20Cr25N24Si2Đ: (điểm 1 trên hình vẽ)
Cr
tđ
= 25 + 0 + 1,5x3 + 0,5x0 = 29,5
Ni
tđ
= 24 + 30x0,2 + 0,5x0,7 = 30,35
- 20Cr25Ni20Si2Đ: (điểm 2 trên hình vẽ)
Cr
tđ
= 25 + 0 + 1,5x3 + 0,5x0 = 29,5
Ni
tđ
= 20 + 30x0,2 + 0,5x0,7 = 26,35


Hình 3. Vị trí mác thép lựa chọn trong giản đồ tổ chức Schaeffler
Theo như phân tích ở trên thì cả hai mác thép đều đạt tổ chức hoàn toàn
austenit, phù hợp với điều kiện làm việc ghi lò nhiệt luyện. Tuy nhiên, xét về giá
vật liệu ta thấy loại thép hợp kim (tại vị trí điểm 2) tức là 20Cr25Ni20Si2Đ có giá
thấp hơn. Do vậy, nên chọn hợp kim này để chế tạo Ghi lò nhiệt luyện chân không
0
5
10
15
20 25 30
35
5

10
15
20
25
30
35
1
2

Cr
N
i
M +

M
aus
+M
M +
ferit
aus+ferit
+M
ferit
aus+ferit

aus
tđ
tđ


15

vì không những thoả mãn điều kiện làm việc mà còn phù hợp với điều kiện sản xuất
ở nước ta (do giá cả và nguồn cung ứng Niken).
Thành phần hóa học thép 20Cr25Ni20Si2Đ được giới thiệu trong bảng dưới đây:
Bảng 3. Thành phần hóa học mác thép
C(%) Si(%) Mn(%) S(%) ≤ P(%) ≤ Cr(%) Ni(%)
≤0,2 2,0-3,0 ≤1,5 0,020 0,035 24-27 18-21

Phần III : Công Nghệ Đúc
3.1 Lựa chọn công nghệ làm khuôn
Trong công nghệ đúc, lựa chọn phương án thiết kế đúc thích hợp là vấn đề
quan trọng; tuy vậy việc chọn ra được công nghệ chế tạo khuôn cũng là một vấn đề
lớn cần được giải quyết sao cho thích hợp với quy mô sản xuất, chất lượng sản
phẩm và cả điều kiện kinh tế …
Với chi tiết ghi lò nhiệt luyệ
n chân không, ta chọn công nghệ mẫu tự thiêu vì
một số lý do sau:
- Xét về mặt kinh tế thì công nghệ mẫu tự thiêu giá thành sản phẩm sẽ rẻ hơn
nhiều so với các công nghệ chế tạo khuôn khác do hoàn toàn tái sử dụng lại cát cũ.
Như khuôn CO
2
thì không tái sử dụng được cát cũ, khuôn Furan thì độc hại và giá
thành cao, khuôn khô thì tốn nhiều công đoạn như: sơn, sấy khuôn…
- Xét theo hình dạng và kết cấu sản phẩm đúc, chi tiết ghi lò nhiệt luyện chân
không có kết cấu dạng lưới thành mỏng, các gân giao nhau tạo thành các hình lục
giác. Do vậy, nếu ta chọn chế tạo bởi các công nghệ khuôn đúc với độ bền của vật
liệu làm khuôn cao thì trong quá trình kết tinh và đông đặc trong khuôn sẽ
có hiện
tượng cản co, gây lên hiện tượng nứt nóng hoặc gây ứng suất dư trong chi tiết. Cho
nên chi tiết khi làm việc trong môi trường nhiệt độ cao, chịu tải trọng sẽ có tuổi bền
thấp, dễ bị phá huỷ trong quá trình làm việc.

16
Để khắc phục những nhược điểm nêu trên, sau khi phân tích nhóm đề tài lựa
chọn công nghệ đúc mẫu tự thiêu. Vì công nghệ đúc này vật liệu làm khuôn có tính
linh động tốt, do vậy trong quá trình kết tinh, chi tiết dễ dàng co ngót, tránh được
hiện tượng cản co. Ngoài ra, sản phẩm của công nghệ mẫu tự thiêu có bề mặt đẹp,
độ chính xác cao, không bị biến dạng nhiều như khuôn sấy khô, thường được đưa
vào sử
dụng ngay nếu có thì qua nguyên công gia công rất ít nên hoàn toàn phù hợp
yêu cầu của đề tài.
3.2 Công nghệ mẫu tự thiêu :
3.2.1 Khái quát công nghệ mẫu tự thiêu:
Công nghệ mẫu tự thiêu được phát triển và cấp bằng phát minh vào những năm
1958. Mẫu đúc gắn với hệ thống rót được chèn chặt trong hỗn hợp định dạng bất kì
bằng hệ thống hút chân không (có thể là cát không có chất liên kết, có thể là bi kim
loại ). Trước khi rót kim loại lỏ
ng vào khuôn, mẫu đúc không cần lấy ra. Kim loại
nóng chảy thông qua hệ thống rót đổ trực tiếp vào mẫu. Dưới tác dụng nhiệt năng của
kim loại lỏng, mẫu bị hoá hơi, tạo nên khoảng trống trong khuôn, kim loại lỏng điền
đầy vào khoảng trống đó, tạo thành sản phẩm đúc có hình dáng đúng với hình dáng
của mẫu đúc. Với đặc điểm này công nghệ mang lại nhữ
ng ưu điểm nổi bật như :
Nâng cao độ chính xác của các sản phẩm đúc do giảm được sai số trong thao
tác làm khuôn làm ruột, và lắp ráp khuôn ruột. Có thể tạo ra các sản phẩm đúc có
hình dáng phức tạp, nhiều ngóc ngách mà không cần sử dụng ruột.
Đơn giản hóa quá trình chế tạo khuôn cũng như quá trình tháo dỡ sản phẩm
đúc sau khi đúc xong.
Giảm chi phí gia công cơ khí sau đúc, chi phí cát làm khuôn…
Công nghệ mẫu tự thiêu có nhiều

ưu điểm nhưng vì kĩ thuật công nghệ phức
tạp, phụ thuộc nhiều vào hình dáng và khối lượng của sản phẩm đúc. Trong quá trình
đúc rót có phản ứng hóa lí phức tạp xảy ra giữa kim loại lỏng và các sản phẩm phân
hủy của mẫu xốp. Các sản phẩm này nếu không thoát ra ngoài khuôn trước khi kim
loại lỏng điền đầy sẽ nằm lại trong khuôn, tạo thành các khuyết tật cho sản ph
ẩm đúc
như bọt khí, rỗ…


17
Tại Viện Công nghệ thuộc Tổng Công ty Máy Động lực và Máy Nông nghiệp
– Bộ Công Thương công nghệ đúc bằng mẫu tự thiêu đã được nhập vào từ năm 1998
qua con đường chuyển giao công nghệ của Ucraina, công nghệ này dùng để chế tạo
các sản phẩm có khối lượng nhỏ, thành mỏng như các phụ tùng ngành dệt, phụ tùng
máy động lực như puly, trục khuỷu
Qua quá trình sản xuất và cải tiến hi
ện tại công nghệ này chủ yếu có hai
phương pháp đó là rót đùn trên và rót đùn dưới :
- Rót đùn dưới lên luôn tạo hướng thoát khí thuận, tức là khí bốc hơi từ dưới
lên trên, vì vậy khí dễ dàng thoát ra khỏi khuôn đi ra ngoài.Tuy nhiên rót đùn dưới lại
khó tạo ra hiệu quả bù ngót cho các sản phẩm đúc thép có thành dày và khối lượng
lớn.
+ Ưu điểm của phương pháp này là không làm biến dạng mẫu đúc với các mẫu
có thành vách m
ỏng, đảm bảo độ chính xác hình học cho sản phẩm đúc. Phù hợp với
quy mô sản xuất nhỏ.
+ Nhưng trong trường hợp rót các vật đúc có thành dày, khối lượng lớn hoặc
tăng sản lượng vật đúc trong một hệ thống rót, thì khối lượng khí sinh ra rất lớn. Tốc
độ sinh khí lớn hơn lưu lượng hút khí của bơm hút chân không nên khí sinh ra không
thoát ra ngoài kịp, gây cản trở cho quá trình điền đầy khuôn, tạ

o ra các khuyết tật cho
vật đúc.
- Sử dụng phương pháp điền đầy kim loại từ trên xuống. Đây là phương pháp rót
có hiệu quả bù ngót rất cao, rất phù hợp với sản phẩm đúc cần bù ngót lớn, ví dụ như
vật đúc có thành dày, khối lượng lớn, các vật đúc bằng thép, đồng
+ Phương pháp rót từ trên xuống cũng tăng được hiệu suất kim loại có ích.
Trong hòm khuôn chuyên dùng đường d
ẫn thoát khí được bố trí trên mặt đáy và toàn
bộ xung quanh thành hòm khuôn để tạo hướng đi cho khí cháy thoát ra theo hướng ra
xung quanh và đi từ trên xuống dưới. Lúc này hướng thoát khí thuận với hướng cấp
kim loại lỏng, vì vậy khí thoát ra ngoài dễ dàng hơn.
+ Bơm hút chân không sử dụng có lưu lượng hút khí từ 20- 30 m
3
/phút. Với
bơm hút chân không có lưu lượng hút khí lớn thì khí phân hủy thoát ra ngoài nhanh
hơn. Nhưng với những sản phẩm đúc có thành mỏng, khi tốc độ hút khí lớn cũng dễ


18
gây ra biến dạng mẫu. Để khắc phục nhược điểm này công nghệ được trang bị van
điều tiết trên đường ông hút, cùng với đó lựa chọn chất sơn mẫu cũng như công nghệ
sơn mẫu phù hợp, nâng cao kĩ thuật chèn mẫu, chống biến dạng mẫu.
3.2.2 Các quá trình xảy ra khi đúc rót
Khi kim loại nóng chảy được rót vào trong khuôn, mẫu bị phân hủy hình thành
pha khí, do tác động tăng dần liên tụ
c của áp suất trong ống rót, tốc độ dâng kim loại
tăng và mẫu bị nóng chảy.
Tại thời điểm này áp suất khí trong khuôn là lớn nhất. Nếu độ thoát khí của hỗn
hợp tạo khuôn thấp thì áp suất của khí sẽ đẩy kim loại trào ngược ra theo hệ thống
rót, gây ra các khuyết tật đúc như là vật đúc không điền đầy, bị biến dạng và vỡ

khuôn. Do vậy độ thoát khí củ
a khuôn phải tốt, kim loại lỏng phải được đưa liên tục
vào khuôn.
Do tác động nhiễu loạn của áp suất khí trong khuôn dẫn đến sau khi tốc độ cung
cấp kim loại đạt giá trị cao nhất thì tốc độ cấp kim loại bắt đầu giảm đi. Sự giảm tốc
độ cấp kim loại dẫn đến hình thành khe hở giữa mặt thoáng kim loại và mặt mẫu
nóng chảy, lúc này diện tích đẩy khí ra thành khuôn tăng lên, ti
ếp đó, tốc độ nóng
chảy của mẫu đạt tới giá trị lớn hơn so với tốc độ dâng của kim loại trong khuôn, áp
suất trong khuôn từ từ giảm đi.
Pha khí của sản phẩm phân hủy, dưới tác dụng của áp suất sẽ tiến dần tới các lỗ
rỗng của hỗn hợp làm khuôn. Trong quá trình lọc khí qua lỗ rỗng sẽ xảy ra hiện
tượng tích hợp hơi trên b
ề mặt lớp cát tạo khuôn.
Tuỳ theo mức độ làm nguội luôn chuyển động của hỗn hợp khí, sự tích tụ
không đồng thời mà tương ứng theo nhiệt độ sôi của các chất trong sản phẩm phân
hủy. Sát với thành vật đúc là các chất có nhiệt độ sôi cao nhất, các chất nằm trong lỗ
rỗng của vật liệu làm khuôn có nhiệt độ sôi thấp nhất [3].
3.2.3 Tính toán thiết kế
Tính toán h
ệ thống rót trong công nghệ đúc mẫu tự thiêu dựa vào tốc độ dâng
tối ưu của kim loại trong khuôn (tham khảo bảng 2.3) và tiết diện đặc trưng của sản
phẩm đúc ở trong thùng khuôn, vuông góc với hướng chuyển động của kim loại ở


19
trong khuôn. Nếu như ở trong khuôn có bố trí nhiều mẫu trên cùng một hệ thống rót,
thì tiết diện đặc trưng là tổng tiết diện của từng sản phẩm gắn chung với hệ thống rót
đó.
Suất tiêu hao thể tích kim loại trong gầu rót được xác định:

Q = F
VĐ
. V
KL
(3)
F
VĐ –
tiết diện đặc trưng của sản phẩm đúc (tính toán từ bản vẽ thiết kế).
V
KL
– tốc độ dâng kim loại.
Sự tính toán hệ thống đúc phải đảm bảo sao cho toàn bộ các tiết diện của sản
phẩm đúc được điền đầy với tốc độ gần sát với tốc độ tối ưu. Trong trường hợp này
cho phép tồn tại độ lệch khỏi tốc độ tối ưu ở trong quá trình rót khuôn đúc là (30 -
40%). Các giá trị giới hạn tốc độ
tương ứng với giá trị lớn nhất cho phép (tham khảo
bảng 4).
Theo giá trị đã tìm được Q chúng ta xác định được kích thước bát rót và
độ cao của ống đậu rót đứng.
Kích thước đường kính lỗ của bát rót dϕ(cm):


gh
VF
d
gh
Q
d
KLVD
2 785,0

.
2 785,0
µ
ϕ
µ
ϕ
=
=
(4)
Hệ số suất tiêu hao nhiên liệu µ của hệ thống rót được sử dụng bằng (0,8 - 0,9).
V
KL
- là tốc độ dâng (cm/s).
µ - hệ số tiêu hao nhiên liệu (0,8 – 0,9)
h - chiều cao bát rót (cm)
g - gia tốc trọng trường (980 cm/s
2
)
Bảng 4. Các tốc độ dâng cao của kim loại ở trong khuôn, cm/s


20

Độ dầy, cạnh vách ngăn Tối ưu Cao nhất cho phép
của sản phẩm đúc, mm Gang Thép Gang Thép
10 2,5 5,0 3,5 7,0
20 2,0 4,0 3,0 6,0
40 1,5 3,0 2,5 5,0

Để giảm khuyết tật ở trong các sản phẩm đúc có cạnh vách ngăn mỏng, cần

phải rót kim loại lỏng trong điều kiện nhiệt độ lớn nhất đối với loại kim loại nóng
chảy đó, phải giảm tỷ trọng của các mẫu. Việc tính toán hệ thống đúc xuất phát từ
việc đảm bảo được tốc độ tối ưu c
ủa quá trình dâng cao kim loại trong khuôn.
Kích thước của ống rót (diện tích cắt ngang của ống, cm
2
) F
rot


).(
.
dVDKL
VD
rot
hh
G
nF
+
=
ρ
(5)

Trong đó: n - hệ số (0,3 – 0,5)
G
VD
- khối lượng vật đúc (g)
ρ
KL
- tỉ trọng riêng của kim loại đúc (g/cm

3
)
h
VD
- chiều cao vật đúc (cm)
h
d
- chiều cao dư của ống rót (cm)
Diện tích của tiết diện cắt ngang của ống đậu dẫn F
dan
được chúng ta lấy tùy
thuộc vào cấu trúc của sản phẩm đúc và độ dày của nó.
Đối với các sản phẩm đúc có kích thước lớn và hình dáng đơn giản:
∑F
dan
= 0,5 F
rot
, (6)
Đối với các sản phẩm đúc có thành mỏng và hình dáng phức tạp thì:
∑F
dan
= F
rot
, (7)
Còn trong các trường hợp khác thì lấy:
∑F
dan
= 1,5. F
rot
(8)

21
Từ tốc độ đã biết của sự dâng cao kim loại lỏng trong khuôn V
KL
và từ độ cao
h
VD
của sản phẩm đúc chúng ta xác định thời gian (tính bằng s) để rót kim loại lỏng
vào khuôn:

Tiếp đó theo thời gian đã biết được của quá trình đúc và theo khối lượng G
VD

của sản phẩm đúc chúng ta xác định tốc độ toàn phần đổ khuôn kim loại (kg/s):


3.2.4 Đặc điểm của khuôn làm từ cát khô không liên kết:

Phương pháp sản xuất đúc bằng công nghệ mẫu tự thiêu dùng hạt vật liệu chịu
nhiệt để tạo khuôn được phát minh từ năm 1968 tại Anh.
Khi đúc bằng công nghệ mẫu tự thiêu, khuôn được làm chặt tới mức giới hạn
để không xảy ra sự biến dạng dư dưới tác dụng của áp suất thủy lực của kim loại lỏng
do vậy giữ nguyên hình dạng mẫu đúc. Trong hệ thống kim loại lỏng – mẫu – khuôn
thì vật liệu làm khuôn tác dụng lực lên mẫu, còn kim loại lỏng lại tác động lên vật
liệu làm khuôn.
Sự cân bằng vị trí của hạt rời rạc phụ thuộc vào lực ma sát, lực ma sát lại phụ

thuộc vào góc ma sát. Góc ma sát lại phụ thuộc vào tỉ trọng của cát chèn, hình dáng
hạt và thành phần khoáng của nó.Cát thạch anh là vật liệu lý tưởng cho công nghệ

này.
Các tính chất như: cấu trúc, cơ tính, thành phần hóa học, hình dáng và kích
thước hạt cũng như độ ẩm của hạt đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của vật liệu khuôn
(tức là làm chặt và thoát khí tốt). Nếu như trong cát thạch anh có lẫn thành phần đất
sét thì độ
thông khí của hỗn hợp bị giảm đi đáng kể, đồng thời khả năng tự lèn chặt
khi rung lắc cũng bị giảm đi.
3.3 Cát thạch anh
Là loại vật liệu chủ yếu đáp ứng được yêu cầu và điều kiện làm việc của khuôn
đúc đồng thời đảm bảo các tính chất kinh tế có sẵn. Các hạt có kích thước và hình
dạng nhất định có độ
đồng đều cao. Thành phần cát gồm có:
)9(
h
KL
VD
V
t =
()
10
t
G
VD
tp
G =


22
3.3.1 Thành phần khoáng:
Thành phần khoáng chủ yếu của cát là Thạch anh. Ngoài ra trong cát còn có

nhiều khoáng khác như: sét, mica, các oxit…Thạch anh là hợp chất hoá học của
SiO
2
, có cấu trúc ô mạng cơ bản là hình tứ diện mà tâm là ion Si
+4
, có đỉnh là bốn
ion O
-2
.
Thạch anh có:
- Khối lượng riêng bằng 2500 ÷ 2800 kg/m
3

- Độ cứng là 7 Mo (độ cứng của khoáng được đo theo thang Mo mà độ cứng
lớn nhất là của kim cương bằng 10 Mo)
- Nhiệt độ nóng chảy ở 1713
o
C
- Độ dẫn nhiệt là 0,016 cal/cm.s.
o
C

Hình 4. Cấu trúc của cát Thạch anh [6]
Tuy nhiên độ dẫn nhiệt của cát Thạch anh phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:
độ ẩm, độ sít chặt, khối lượng riêng, cấu tạo hạt cát, hàm lượng sét trong cát…
Cát có màu vàng trắng nâu hay đen phụ thuộc vào các ion kim loại hấp phụ
trên bề mặt hạt cát. Khi nung nóng và làm nguội Thạch anh có chuyển biến thù hình
theo sơ đồ sau [5]:
O
2

-2
O
2
-2
O
2
-2
O
2
-2
Si
+4


23

Hình 5. Sơ đồ chuyển biến thù hình của cát Thạch anh
Cát Thạch anh khi nung nóng có chuyển biến thù hình (do thay đổi góc trong
ô mạng) và kèm theo là sự thay đổi thể tích. Nhiệt độ chuyển biến thù hình và giá
trị biến đổi thể tích được đưa ra trong bảng sau:
Bảng 5.Nhiệt độ chuyển biến thù hình và độ thay đổi thể tích của cát Thạch
anh
Dạng chuyển biến thù hình Nhiệt độ
chuyển biến,
o
C
Độ thay đổi
thể tích,
%
β

quắc
α
quắc

573 + 0,82
γ
tridimit
β
tridimit

117 + 0,20
β
critobenit
α
critobenit

163 + 3,70
α
quắc
α
tridimit
870 + 0,20
α
tridimit
α
critobenit
1470 + 16,00
α
quắc
dạng vô định hình

1713 + 15,40
dạng vđh a
critobenit

- 0,90
Ngoài ra cát Thạch anh còn chứa một số chất khác như: fenspat, mica, oxit sắt,
cacbonat, đất sét…
3.3.2 Thành phần hoá học
Thành phần hỗn hợp cát chủ yếu là SiO
2
.Ngoài ra còn có Al
2
O
3
, Fe
2
O
3
, MgO,
K2O, CaO hoặc CaCO
3
, NaCl, Na
2
CO
3
, Na
2
O. Phần lớn các chất này làm xấu tính
chất của cát: làm giảm tính chịu lửa, tăng độ tạo khí…