Báo cáo: Nghiên cứu chế tạo hỗn hợp sơn khuôn đúc gang thép hợp kim chất lượng cao thay thế nhập ngoại để đúc các chi tiết máy phục vụ sản xuất pptx

Bộ công THƯƠNG
TổNG CÔNG TY THéP VIệT NAM
Viện Luyện kim Đen




Báo cáo tổng kết
đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển CÔNG
NGHệ cấp bộ
Tên đề tài:

NGHIấN CU CH TO HN HP SN KHUễN C GANG
THẫP HP KIM CHT LNG CAO THAY TH NHP NGOI
C CC CHI TIT MY PHC V XUT KHU

DFGEDFGEDFGE

Cơ quan chủ quản: tổng công ty thép vN
Cơ quan chủ trì: Viện Luyện kim Đen
Chủ nhiệm đề tài: tHs. NGUYN TH HNG




6828
27/4/2008


Tháng 12/2007

1
Thông tin chung

Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo hỗn hợp sơn khuôn đúc gang, thép hợp kim
chất lợng cao thay thế nhập ngoại để đúc các chi tiết máy phụ vụ xuất khẩu
Thời hạn thực hiện: 12 tháng (Từ tháng 01/2007 đến tháng 12/2007).
Chủ nhiệm đề tài: Ks. Nguyễn Thị Hằng
Viện Luyện kim đen, Quán Gánh, Huyện Thờng Tín, Tỉnh Hà Tây,
Điện thoại: 034852026
Cơ quan chủ trì: Viện Luyện kim đen, Quán Gánh, Huyện Thờng Tín, Hà Tây,
Điện thoại: 034 853255, Fax: 034769750
Cơ quan phối hợp chính
1-Viện Khoa học Vật liệu
Phó Giáo s, Tiến sỹ Luyện kim Tô Duy Phơng, Chủ trì đề tài
Trởng phòng Công nghệ Kim loại
Viện Khoa học Vật liệu, B1, 18 Hoàng Quốc Việt, Hà Nội
Điện thoại: 04 7562496, Fax : 04 7911673
2- Hội Đúc Luyện kim Hà Nội
3- Trung Tâm Đúc Luyện kim Hà Nội
4- Xởng Đúc Viện Khoa học Vật liệu
5- Công ty Cổ phần Cơ khí xây dựng Phúc Sơn
6- Công ty Cổ phần Cơ khí Mê Linh
Danh sách những ngòi thực hiện chính
1. Tô Duy Phơng, P.Giáo s, Tiến sỹ, Trởng phòng,Viện Khoa học Vật liệu
2. Nguyễn Thị Hằng, Kỹ s, Cán bộ, Viện Luyện kim đen
3. Nguyễn Văn Tuân, Kỹ s, cán bộ Viện Khoa học Vật liệu
5. Trần Ngọc Bách, Kỹ s đúc -nt-
6. Nguyễn Phúc Hải, Ktv -nt-
7. Nguyễn Đức Huấn, Kỹ s -nt-

8. Lê Xuân Hiền, Ktv -nt-
9. Trịnh Văn Bạt, Kỹ s đúc, Giám đốc TT Trung tâm ĐLK Hà Nội
10. Vũ Hữu Trí, Kỹ s đúc -nt-
11. Kiều Thị Tồn, Kỹ s đúc -nt-
12. Ngô Văn Chơng, Kỹ s đúc -nt-
13. Nguyễn Thị K.Phợng Kỹ s đúc, cán bộ Viện Công nghệ
14. Nguyễn Đức Minh, Kỹ s luyện kim, P. Giám đốc XN, Công ty CK Hà Nội
15. Nguyễn Vây, Kỹ s, Giám đốc Xí nghiệp, Công ty TNHHNN1TV Mai Động






2
Mục lục
Trang

Mở đầu 3

Phần I, Tổng quan về đề tài 4
1.1. Sơ lợc tình hình nghiên cứu đề tài 4
1.2. Cơ sở lý luận để nghiên cứu đề tài 6

Phần II, Nội dung và phơng pháp nghiên cứu đề tài 16
2.1. Phơng pháp và thiết bị nghiên cứu đề tài 16
2.2. Nghiên cứu lựa chọn thành phần hỗn hợp sơn khuôn tối u
trên cơ sở ôxýt manhêzi 22
2.3. Nghiên cứu công nghệ nghiền tuyển, pha chế hỗn hợp sơn
khuôn đúc 26

2.4. Nghiên cứu chế tạo thử sản phẩm hỗn hợp sơn khuôn đúc
hệ manhêzi 30
2.5. Nghiên cứu thử nghiệm, đánh giá kết quả hỗn hợp sơn cho khuôn
đúc gang, thép hợp kim chất lợng cao ở một số nhà máy đúc 33

Phần III, Kết quả nghiên cứu đạt đợc và đánh giá kết quả 38
3.1. Thành phần hoá 38
3.2 Độ chịu nhiệt 39
3.3. Các tính chất cơ học của hỗn hợp sơn khuôn đúc 44
3.4. Hình thái của lớp hỗn hợp sơn khuôn 44
3.5. Phân tích đánh giá hiệu quả kinh tế, khả năng áp dụng vào
thực tế sản xuất 51

Phần IV, Kết luận và kiến nghị 53

Tài liệu công bố và tham khảo 55

Phụ bản 56










3

Mở đầu


Chất lợng và bề mặt của sản phẩm đúc phụ thuộc nhiều ở vật liệu và chất
lợng làm khuôn nh cát và chất sơn khuôn.
Chất sơn khuôn đợc dùng rộng rãi trong đúc các chi tiết gang, thép hợp kim
lớn, thành dày đòi hỏi chất lợng bề mặt cao. Đối với các sản phẩm đúc phục vụ
xuất khẩu phải có yêu cầu cao về chất lợng bề mặt, độ chính xác về cỡ kích hình
học. Chất sơn khuôn có tác dụng tăng cờng độ bền bề mặt khuôn, không cho rời
vụn tơi cát, làm tăng độ chịu nhiệt, ngăn ngừa sự xâm nhập, thẩm thấu và tác dụng
của kim loại lỏng với cát khuôn, phòng chống và hạn chế hiện tợng cháy dính
bám cát cơ học và hoá học ở vật đúc.
Với những loại khuôn cát nhựa furan tự đông cứng, khuôn cát trắng nớc
thuỷ tinh tự cứng hoặc hoá cứng bằng khí CO
2
vv ngời ta dùng loại hỗn hợp sơn
khuôn khô nhanh với dung môi hoà tan là cồn công nghiệp, tôluen, xylen, xăng,
hoặc dầu hoả để có thể tự khô hoặc đốt cháy làm khô nhanh phù hợp với yêu cầu
của sản xuất khuôn đúc bảo đảm năng suất và chất lợng.
Hiện nay chất sơn khuôn đúc đợc chế tạo và cung cấp bởi các hãng chuyên
sản xuất và kinh doanh nh FOSECO (Anh Quốc) Tế Nam (Trung Quốc), Đài
Loan vv, chất lợng tốt và ổn định, nhng giá thành cao và phải nhập lớn.
Để chế tạo đợc chất sơn khuôn từ nguyên liệu trong nớc đạt chất lợng,
thay thế nhập ngoại, giá thành thấp, phục vụ kịp thời cho sản xuất các mặt hàng
gang, thép hợp kim, đề tài tập trung nghiên cứu công nghệ chế tạo hỗn hợp sơn
khuôn đạt chất lợng tơng đơng ngoại nhập. Vấn đề trọng tâm cần giải quyết là
công nghệ nghiền tuyển bột manhêzi đạt độ mịn khoảng 15-30 àm và công nghệ
pha chế tạo dung dịch hỗn hợp sơn khuôn.

Mục tiêu của đề tài là:
- Nghiên cứu tìm ra công nghệ chế tạo hỗn hợp bền nhiệt cao, chống dính
bám từ vật liệu chịu lửa có ở Việt Nam để làm chất sơn khuôn đúc các chi tiết
máy bằng gang, thép hợp chất lợng cao.
- Triển khai chế tạo hỗn hợp sơn khuôn đúc ổn định, giá thành thấp cung
cấp cho các nhà máy đúc hàng xuất khẩu.







4
Phần I, Tổng quan về đề tàI

1.1. Sơ lợc tình hình nghiên cứu đề tàI

1.1.1. Tình hình nghiên cứu ở nớc ngoài
Để đúc các loại gang, thép hợp kim cao; đặc biệt là thép bền nhiệt, chịu mài
mòn nh thép crôm, mangan, thì khuôn đúc các loại thép này phải đợc sơn phủ,
bảo vệ bề mặt để chống cháy cát với kim loại lỏng dẫn đến thấm cát vào kim loại,
tạo ra biếu làm hỏng sản phẩm. Các chất sơn khuôn thờng là các ôxýt có nhiệt độ
nóng chảy cao nh ZrO
2
.SiO
2
(1900-1995
O
C), FeO.Cr

2
O
3
( 2180
O
C), MgO
( 1900
o
C), Al
2
O
3
( 2030
O
C ) và Cr
2
O
3
( 2265
O
C).
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều loại chất sơn khuôn hệ graphít, zecôni,
crômít, ôlivin, manhêzi dùng cho đúc các loại gang và thép hợp kim khác nhau.v.v.
xem bảng 1:
Bảng 1, Các loại chất sơn khuôn đúc gang, thép hợp kim đang hiện hành

TT. Hỗn hợp sơn khuôn Chất pha Sử dụng cho đúc

1. Zecôni Cồn Thép
2. Zecôni Nớc Thép

3. Nhôm-Silicát Cồn Gang xám vật nặng
4. Serisite Cồn Gang, Nhôm, kim loại màu
5. Serisite Nớc Gang, Nhôm, kim loại màu
6. Crômít Cồn Thép và hợp kim
Crômmanhêzi Cồn Thép và hợp kim
7. Crômít H
3
PO
4
Thép và hợp kim cao
Crômmanhêzi H
3
PO
4
Thép và hợp kim cao
8. Manhêzi H
3
PO
4
Thép và hợp kim cao

ở Anh và ấn Độ có cả những Công ty chuyên sản xuất, kinh doanh các chất
sơn khuôn đúc nh Foseco International Ltđ ấn Độ, Feseco mould coating Ceramol
Anh. Một số loại sơn khuôn đúc của Trung Quốc, Đài Loan, Hàn Quốc, úc, Anh, ấn
Độ .v.v. Hãng FOSECO (Anh, ấn Độ, Thái Lan) đã cung cấp trên thị trờng Việt
Nam chất sơn khuôn DM có tỷ trọng 1,6 g/ml dùng để sơn khuôn đúc gang. Chất
sơn khuôn L.E.N có tỷ trọng 1,6 g/ml dùng cho sơn khuôn đúc thép mangan cao.
Chất sơn khuôn Z có tỷ trọng 2,0 g/ml dùng cho thép hợp kim. Hãng Tế Nam -
Trung Quốc có các loại sơn khuôn nh sau (xem bảng 2):

5
Bảng 2, Các loại chất sơn khuôn đúc của hãng Tế Nam - Trung Quốc
Ký hiệu FA 407 FQ 607L FAH 500 FAH 580 FAT 290
Thành
phần
chính
Graphít Graphít +
Zecôni
Zecôni Bôxít Manhêzi
Tỷ trọng
g/cm
3
1,15 - 1,35 1,10 - 1,30 1,60 - 2,00 1,40- 1,80 1,40-1,80

Dùng cho
khuôn đúc
Gang và kim
loại màu
Gang cỡ
lớn
Thép Thép và
gang
Thép Mn
ở Nhật, Sec và các nớc Đông Âu khác, chất sơn khuôn đúc sản xuất ra phải
đáp ứng các yêu cầu chất lợng khắt khe cho từng loại gang hoặc thép hợp kim.
Nhiều loại sơn khuôn đúc đã đợc nhập vào Việt Nam, nhng do vật liệu làm
khuôn và điều kiện công nghệ đúc của Việt Nam có khác, kể cả điều kiện kinh tế,

nên một số loại đã không đáp ứng.
Nói chung trên thế giới các loại hỗn hợp sơn khuôn đúc gang thép hợp kim
đã đi vào sản xuất ổn định về chất lợng và có thị trờng rất lớn.

1.1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nớc.
Các gang và thép hợp kim crôm, mangan chịu mài mòn thờng hình thành
các ôxýt crôm, mangan (kiềm tính) khi đúc vào các loại khuôn cát silic (tính axít)
sẽ gây ra phản ứng giữa các ôxýt với nhau tạo ra xỉ (MnO.SiO
2
) ở nhiệt độ thấp và
làm dính bám cát, xỉ vào sản phẩm đúc, làm hỏng bề mặt sản phẩm. Để loại bỏ
dính bám cát, xỉ cần phải dùng các chất sơn khuôn đúc.
Các xí nghiệp đúc ở Việt Nam nh Công ty Cơ khí Hà Nội, Mai Động, Trần
Hng Đạo đã sử dụng các loại cát đúc mới và chất lợng nh furan.v.v nhng
đang gặp nhiều khó khăn để đạt đợc chất lợng bề mặt sản phẩm dẫn đến giảm
chất lợng và tăng phế phẩm.
Để xử lý cháy cát, dính bám khuôn, nâng cao chất lợng, giảm phế phẩm
đúc, nhiều xí nghiệp nh Công ty Cơ khí Hà Nội đã phải nhập chất sơn khuôn của
nớc ngoài.
Viện Khoa học Vật liệu đã có nghiên cứu thăm dò chế tạo hỗn hợp sơn
khuôn crômít từ năm 2004, do nhu cầu của các nhà máy đúc của Công ty 1 thành
viên Mai Động, Cơ khí Hà Nội, Công ty Cơ khí Trần Hng Đạo, Công ty Cơ khí
xây dựng số 7, Liên Ninh, Công ty Cơ khí xây dựng số 5 Tây Mỗ, Công ty Cơ
khí Đông Anh .v.v Vấn đề nghiên cứu này đã có một số kết quả đợc nhà máy
chấp nhận, song còn một số vấn đề công nghệ cha thể tháo gỡ đợc nh tạo độ
bền nhiệt ổn định và loại bỏ khí trong chất sơn khuôn đúc .v.v.
Viện Khoa học
Vật liệu đã xây dựng 1 dây chuyền công nghệ chế tạo bột đi từ nghiền, tuyển, rửa
và nghiện mịn, tạo các hỗn hợp làm bột đúc, bột sơn khuôn với công suất tới vài
tấn ngày. Trong thời gian qua xởng đã chế hàng tấn bột sơn khuôn crômít có độ

mịn hạt tới 15 àm cho nhiều xí nghiệp sử dụng nh Công ty Mai Động, Cơ khí

6
19-5 Hải Phòng v.v.

Hiện nay để sản xuất các chi tiết máy bằng gang, thép hợp kim chất lợng
cao phục vụ xuất khẩu phần lớn phải dùng lò điện; tờng lò manhêzi sau một chu
kỳ chạy tờng lò đợc tháo dỡ thải bỏ, thải. Một số xí nghiệp lớn ở khu Gang thép
Thái Nguyên đã thu hồi, nghiền, xay làm bột đầm lò hoặc pha chế tạo vữa trát
lò
Trong thời gian trớc và sau Hội nghị đúc Châu á lần thứ 9 (AFC-9) đợc
tổ chức tại Hà Nội năm 2005 tập đoàn FOSECO Thái Lan, úc, ấn Độ đã đa vào
Việt Nam một lợng lớn các loại bột sơn khuôn, có loại theo hệ manhêzi.
Các công ty nh Cơ khí Hà Nội, Bơm Hải Dơng phải nhập các hỗn hợp
sơn khuôn từ nớc ngoài về với giá thành rất đắt; có loại tới 1,6 USD/kg.
Viện Công nghệ xạ hiếm đã có nhiều năm nghiên cứu và đã chế tạo đợc
chất sơn khuôn zecôni. Đây là hỗn hợp sơn khuôn đúc có thành phần chủ yếu là
silicát zecôni.
Việc nghiên cứu chế tạo, sử dụng bột manhêzi hoặc crômmanhêzi đã qua
thành lò, đợc nghiền tuyển, tách lọc tạo bột mịn tới 15 àm làm hỗn hợp sơn
khuôn thì sẽ đạt chất lợng cao và thay thế đợc hỗn hợp chất sơn khuôn phải
nhập ngoại với thị trờng tiêu thụ rất nhiều.


1.2. Cơ sở lý luận để nghiên cứu đề tàI

1.2.1. Hiện tợng cháy dính cát ở vật đúc
Cháy bám dính cát ở vật đúc là một hiện tợng thờng xảy ra trong quá trình
sản xuất. Các chi tiết lớn, thành dày, đúc rót ở nhiệt độ cao, cháy dính bám cát xuất
hiện trên bề mặt vật đúc, là sự dính bám vững chắc giữa vật liệu làm khuôn với bề

mặt vật đúc, do kết quả các quá trình nhiệt học, cơ học và hoá lí xảy ra trong giai
đoạn đúc rót kim loại, đông đặc và làm nguội vật đúc. Ngời ta chia ra hai dạng
cháy bám dính cát là cháy dính cát cơ học và hoá học.

1.2.1.1. Cháy dính bám cát cơ học
Cháy dính bám cát cơ học đợc tạo thành do kết quả của hiện tợng kim loại
lỏng len lỏi chiếm chỗ các lỗ nhỏ giữa các hạt cát trong hỗn hợp làm khuôn.
Trên mặt vật đúc xuất hiện một lớp gồm các hạt cát bị kim loại liên kết lại.
Lớp cháy dính bám cát khó tách này làm cho kim loại thấm vào các lỗ nhỏ của
khuôn dới tác dụng của lực mao dẫn và cột áp lực của kim loại lỏng. Sự thấm kim
loại vào các lỗ nhỏ của khuôn chỉ xảy ra nếu áp suất tĩnh của kim loại vợt quá áp
suất mao dẫn. Thực tế cho thấy sự cháy bám dính cát cơ học xuất hiện ở những
vùng của khuôn bị kim loại lỏng nung nóng mạnh nhất (thành dày, rãnh dẫn ), các
góc, các lỗ bên trong do không đợc giã chặt (thành đứng, sâu ). Để ngăn ngừa sự

7
cháy dính cát cơ học, bề mặt khuôn đúc phải đợc sơn phủ để làm giảm độ xốp của
lớp bề mặt khuôn, bịt kín các lỗ hở giữa các hạt cát, làm nhẵn bề mặt khuôn.

1.2.1.2. Cháy dính bám cát hoá học
Sự cháy dính bám cát hoá học thờng xuất hiện ở các vật đúc gang, thép, do
kết quả của các quá trình hoá lí xảy ra khi đúc rót gang, thép lỏng váo khuôn cát.
Chất cháy dính bám cát ở vật đúc là những hợp chất hoá học, là sản phẩm của phản
ứng giữa các ôxýt kim loại với cát làm khuôn.
Khi rót gang, thép lỏng vào khuôn cát, trên bề mặt kim loại lỏng tạo thành
một lớp sắt ôxýt (FeO) có nhiệt độ nóng chảy thấp, lớp ôxýt này dễ dàng thấm ớt
bề mặt các hạt cát và dới tác dụng của áp suất mao dẫn có thể thẩm thấu sâu vào
trong các lỗ khuôn tác dụng với các hạt cát, tạo ra những hợp chất lỏng dễ chảy và
di động, có thể thấm sâu vào trong khuôn nh các silicat sắt, mangan theo các
phản ứng sau:

/ Fe / + 1/2 O
2(g)
= ( FeO) (1)
( FeO ) + ( SiO
2
)
cát
= ( FeO.SiO
2
) (2)
/ Mn / + 1/2O
2(g)
= ( MnO ) (3)
( MnO ) + ( SiO
2
)
cát
= ( MnO.SiO
2
) (4)
( MgO ) + ( SiO
2
)
cát
= ( MgO.SiO
2
) (5)

Lợng ôxýt kim loại trong lớp cháy dính cát nhiều thì lớp này có cấu tạo vô

định hình dạng kính và dễ tách ra khỏi vật đúc. Lớp cháy dính cát nào có lợng
ôxýt kim loại không nhiều lắm thì có cấu tạo tinh thể và khó tách khỏi bề mặt vật
đúc.
Chất lợng bề mặt của chi tiết gang, thép đúc; đặc biệt là thép hợp kim
crôm mangan bền nhiệt, chịu mài mòn phụ thuộc nhiều ở lớp màng ngăn cách
giữa khuôn cát và chi tiết đúc. Nguyên tắc là gang, thép lỏng trong khuôn đúc
phải đợc ngăn cách với khuôn bằng một lớp chất hỗn hợp sơn phủ; nó là cơ sở
ngăn cách biên, ngăn ngừa các phản ứng cháy trên biên gang, thép lỏng-khuôn cát.
Các thép CrNi, CrNiMo, CrMn, Mn thờng đợc đúc ở nhiệt độ cao sẽ làm
chảy cát SiO
2
, vì nhiệt độ chảy của nó khoảng gần 1723
O
C. Trên cơ sở nhận biết
này, phải tìm ra một hỗn hợp sơn phủ có nhiệt độ nóng chảy cao hơn. Nhiệt độ
nóng chảy của các chất ZrO
2
SiO
2
là 1900-1995
O
C, MgO là 1900
o
C, Al
2
O
3
là
2030
O

C.





Hỗn hợp sơn khuôn manhêzi sẽ thực hiện chức năng là màng ngăn cách

8
chống chảy, dính bám cát vào chi tiết đúc (xem minh hoạ trên hình 1)

Khuôn Chất sơn khuôn s ilicát Phản ứng cháy cát





Giọt thép lỏng Giọt xỉ lỏng

Chất sơn khuôn bền nhiệt (manhêzi) Không phản ứng cháy cát





Giọt thép lỏng Giọt thép lỏng

Hình 1, Sơ đồ minh hoạ chất sơn khuôn bền nhiệt, chống dính bám
cát vào vật đúc có so sánh với chất sơn khuôn silicát

Cát SiO
2
có cấu trúc dạng tứ diện tâm là Si
4+
, bốn đỉnh là O
2-
Khối lợng
riêng 2.5 ~2.8 g/ cm
3
, nhiệt độ nóng chảy là 1713
0
C. Cát silic thờng có màu trắng
phụ thuộc vào ion kim loại hấp thụ trên bề mặt hạt cát. Cát silic khi nung nóng có
tính chuyển biến thù hình kèm theo sự thay đổi thể tích (xem hình 2):


quắc
ở

573
o
C
quắc
ở 870
o
C
Tridimit
ở 1470
o
C

Cristobenit
ở 1713
o
C lỏng



163
o
C 230
o
C



Tridimit


Cristobenit

117
o
C

Tridimit

117
o
C
Hình 2, Sơ đồ chuyển biến thù hình của cát silic

9
Sự thay đổi góc trong ô mạng dẫn đến hình dạng thù hình của SiO
2
thay đổi
và biến đổi thể tích nh sau:
q

q
tăng 0,2%,
t

T
tăng 0,2%,

C

C
tăng 3,7%,
q

T
tăng 0,2%,
T

C
tăng 16%,
q

Vô định hình
tăng 15,4%.
Việc chuyển biến thù hình đến cristobenít kèm theo sự thay đổi thể tích khi
nung nóng sẽ dẫn đến nứt dạn khuôn cát làm cho thép thấm vào khuôn. Để khống
chế cần phải có chất sơn phủ chịu nhiệt.
Nh vậy để ngăn ngừa phản ứng cháy dính bám cát hoá học trên bề mặt vật
đúc, phải sơn phủ lên mặt khuôn một lớp sơn có độ chịu nhiệt cao, có tính trơ hoá
học nh manhêzi (MgO), bôxít (Al
2
O
3
), crômit, zecôni (ZrSiO
4
).

1.2.2. Chức năng của lớp sơn phủ bền cơ, bền nhiệt
Lớp sơn phủ trên mặt khuôn cát tạo ra lớp màng ngăn cách giữa kim loại
lỏng và khuôn. Lớp màng ngăn cách này không cho phép kim loại lỏng làm chảy
cát; có nghĩa là lớp sơn phủ phải có nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt độ của kim
loại lỏng.
Lớp sơn phủ không tạo bọt khí cơ học để vỡ, nổ làm thủng màng và thâm
nhập khí vào kim loại lỏng. Điều này chỉ đáp ứng khi lớp màng đợc tạo ra từ
những hỗn hợp cực mịn (<20 àm) mới phun phủ đợc, chứ không phảI sơn quét
bằng chổi nh phơng pháp cổ điển. Cũng nhờ cỡ hạt hỗn hợp bột cực mịn mới
tạo ra đợc cấu trúc lớp sơn phủ xít chặt, bền chắc.
Để làm tốt lên tính chịu nhiệt của của hỗn hợp sơn phủ cần phải:
-Tăng độ xít chặt của lớp màng, không bị dạn nứt cơ học đặc biệt là những
chỗ sung yếu.
- Tăng độ bền chống xói mòn nóng, nâng cao độ chống ăn mòn và bào mòn
khi nung lên nhiệt độ cao.

- Tăng độ dính kết với khuôn đúc, tránh bong rộp và tạo hổng khí ở nhiệt
độ kim loại lỏng.
Để tăng độ xít chặt không dạn nứt cơ học phải tiến hành pha trong dung
môi thích hợp tạo gel huyền phù, có độ co ở nhiệt độ cao thấp và không nhạy
phân huỷ nhiệt. Cụ thể ở đây là nếu không có dung môi tạo gel huyền phù thích
hợp thì khi cát chuyển hoá cristobenít sẽ tăng thể tích khối, phồng rộp lên và phá
thủng màng sơn phủ.
Việc nâng cao độ bền chống xói mòn, bào mòn và ăn mòn cơ học cần phải
bảo đảm đợc khả năng dính kết tốt và ổn định ở nhiệt độ cao nhất, dung môi, kết
dính này cũng phải có nhiệt độ nóng chảy cao. Đây là vấn đề khó, vì rằng những
dung môi kết dính thông thờng nh nớc, cồn chỉ ổn định ở nhiệt độ thấp xem
hình 3.



10













Hình 3, Độ bền cơ ổn định ở nhiệt độ của các dung môi pha

Nh vậy chất tạo gel kết dính tốt nhất là axít phốtsphoric. Để tốt hơn nữa
cần có chất dính kết chịu nhiệt đó là bentônít cao alumi và có độ nhớt cao.
Trong nhiều trờng hợp hỗn hợp cát làm khuôn có chứa các chất hữu cơ
làm dễ dàng tạo ra môi trờng khí theo các phản ứng sau:
C + CO
2
= 2CO, (6)
C + 2H
2
= CH
4
, (7)
Môi trờng chứa CO
2
, CO, CH
4
là môi trờng ôxy hoá khử, nó phụ thuộc
vào thế các bon và nh vậy các bon sẽ từ pha khí chuyển vào kim loại lỏng và
các bon hoá bề mặt chi tiết đúc làm xuất hiện dung dịch các bon trong sắt /C/
Fe


hoặc Fe
3
C.
Vì vậy hỗn hợp sơn phủ khuôn đúc cần đáp ứng việc tạo ra màng ngăn cách
bền nhiệt, xít chắc, không nứt, không bong rộp, mỏng mịn có độ nóng chảy cao
và chống đợc xói mòn, bào mòn và ăn mòn ôxy hoá khử.
Hỗn hợp sơn khuôn phải có độ mịn nhất, dễ dàng tạo ra thể huyền phù

trong dung môi bền nhiệt để có thể phun phủ lớp mỏng, bóng nhẵn.
Hệ số tốc độ biến đổi nhiệt khi nung đợc diễn đạt nh sau:



.
.
E
a
K =
(m
2
.
O
C/h) (8)
ở đây: là độ bền cơ ở nhiệt độ tiến hành (kp/cm
2
)
là hệ số dãn nở nhiệt (-/
O
C)
a là độ dẫn nhiệt (m
2
/h)
E là môđun đàn hồi (kp/cm
2
)

Dầu kốc OF-1




Axít phôtsphoric

Độ bền cơ
[Mpa]
200 400 600 800
1000

8


6


4


2


11
Nh vậy là nếu thay đổi môđun đàn hồi nhỏ đi thì tỷ số /E sẽ tăng lên và
sẽ làm thay đổi theo cả hệ số tốc độ biến đổi nhiệt; làm tốt lên độ bền nhiệt của hỗn
hợp.
Việc pha chế hỗn hợp sơn khuôn đúc tức là phân tán các hạt vật liệu chịu
nhiệt trong dung môi kết dính tạo thành một dung dịch huyền phù có độ nhớt và

tỷ trọng cần thiết, sao cho khối dung dịch đồng nhất, sự sa lắng đông tụ chậm
xuất hiện để sau khi pha chế việc quét, nhúng , sơn khuôn đồng đều và dễ dàng.
Chất sơn khuôn chất lợng tốt, sử dụng đợc hoàn toàn.
Trong các dung dịch hệ phân tán (hạt rắn trong chất lỏng) có các hạt với
khối lợng tơng đối lớn, dới tác dụng của sức hút trái đất chúng bị sa lắng. Nếu
nh các hạt chất phân tán đủ lớn, đủ nặng thì sau một thời gian tất cả bị kết tủa (hệ
phân tán thô). Đối với các hệ có độ phân tán cao hơn (các hạt nhỏ hơn) sẽ tồn tại
một trạng thái phân bố cân bằng của các hạt theo độ cao.
Xét một hệ phân tán trong đó các hạt phân tán có khối lợng hiệu dụng là m.
Mỗi hạt chịu một lực hút của trọng trờng, hạt sẽ sa lắng với vận tốc U không đổi
khi trọng lực bằng lực ma sát giữa hạt và môi trờng, nghĩa là:
m. g = B. U (9)
Trong đó: g: Gia tốc trọng trờng
B: Hệ số ma sát giữa hạt và môi trờng
U: Vận tốc sa lắng
Nh vậy:
U =
B
gm.
(10)
Khối lợng hiệu dụng của hạt trong môi trờng đợc hiểu là khối lợng
tơng đối của hạt khi có lực đẩy Archimed.
m = V (

-

o
) (11)
Trong đó: V: Thể tích

;

o
khối lợng riêng của hạt và của môi trờng.
Đối với các hệ huyền phù kém bền động học, chúng ta có thể dễ dàng xác
định đợc kích thớc hạt phân tán dựa vào sự theo dõi vận tốc sa lắng. Vận tốc sa
lắng thiết lập theo biểu thức từ (14,15,16).
U=
B
gV )(



(12)
Nếu coi các hạt là hình cầu có bán kính r, phân bố trong môi trờng có độ
nhớt là

thì :
V=
3
4


r
3
. (13)
và
B = 6

r (14)

12
Thay vào (17) ta có: U =


9
)(2
0
2
r
(15)
Nh vậy vận tốc sa lắng tỷ lệ thuận với bình phơng kích thớc hạt, với độ
chênh lệch khối lợng riêng giữa chất phân tán và môi trờng phân tán, tỷ lệ
nghịch với độ nhớt của môi trờng.
Khi biết vận tốc sa lắng trong một hệ phân tán cho trớc, ta có thể xác định
kích thớc hạt phân tán.
r =
g
u
)(2
9
0



(16)
Biểu thức (19) đợc áp dụng cho các huyền phù trong nớc với kích thớc
hạt trong khoảng từ 0,1 đến 100 àm.
Trong trờng hợp này vận tốc sa lắng không đổi và rất nhỏ.

Đối với kích thớc hạt lớn hơn 100àm chúng sẽ bị sa lắng với gia tốc nhất
định và bị kết tủa hoàn toàn theo thời gian.
Trong các hệ đơn phân tán, vận tốc sa lắng nh nhau nên sự lắng trong xảy
ra đồng đều. Có thể xác định vận tốc sa lắng theo bề mặt phân chia lớp huyền phù
đợc ở phía dới và lớp dung môi trong suốt ở phía trên .
U =
t
H
(17)
Trong hệ đơn phân tán, vận tốc sa lắng có thể đợc xác định khi theo dõi sự
sa lắng của một hạt nào đó trong hệ bằng kính hiển vi.
Khi các hệ đa phân tán lắng trong, bề mặt lớp sa lắng bị nhoè bởi vì các hạt
với kích thớc khác nhau trong cùng một thời gian đi đợc những quãng đờng
khác nhau. Cho nên phân tích sa lắng chuyển thành xác định vận tốc tích tụ của kết
tủa.
Chất sơn khuôn yêu cầu có độ hạt 95% lọt qua sàng 0,0063 mm (<100àm)
sẽ đảm bảo dung dịch tồn tại ở trạng thái huyền phù. Sự sa lắng có thể xảy ra
chậm không làm giảm chất lợng sơn khuôn.
Độ đồng nhất dung dịch đợc quan sát bằng mắt và kính phóng đại kiểm
tra độ đồng nhất của dung dịch.
Độ sa lắng là phần trăm chất sơn khuôn bị lắng trong khoảng thời gian xác
định tính theo biểu thức:

100x
H
HH
0
n0

(18)

Trong đó: - H
0
: Chiều cao ban đầu dung dịch sơn.
- H
n
: Chiều cao chất sơn sau một thời gian (h)
- H
0
- H
n
: Phần nớc trong
Với chất sơn khuôn, dung môi dễ bay hơi, thời gian quét sơn cố gắng ngắn
nhất, tuy nhiên thao tác sơn khuôn bằng tay không thể nhanh nên độ sa lắng tính
khoảng thời gian 1 giờ hoặc 2 giờ. Dung dịch sơn khuôn có độ sa lắng nhỏ sẽ đảm

13
bảo không bị phân lớp, chất sơn trong dung dịch ở dạng huyền phù đồng nhất. Độ
sa lắng còn đợc đánh giá bằng thể vẩn của dung dịch (%) trong khoảng thời gian:

100x
H
H
0
n
(19)
Trong đó: - H
n
chiều cao chất huyền phù sau thời gian (h)
- H
o

chiều cao ban đầu của dung dịch sơn

1.2.3. Những đặc tính của dung môi và chất kết dính trong hỗn hợp
sơn khuôn
1.2.3.1. Dung môi
Rợu êtylic (êtanol) C
2
H
5
OH là chất lỏng không mầu, sôi ở nhiệt độ 78,3
o
C.
Trong dung dịch nớc, nồng độ rợu êtylíc đợc biểu diễn bằng phần trăm thể tích
gọi là độ. Rợu êtylíc tinh cất sẽ thu đợc rợu 95,5%. Thờng gọi là cồn 96
o
, có
loại dùng trong công nghiệp và loại sạch tuyệt đối dùng trong y tế.
Rợu nhẹ hơn nớc có tỷ trọng

=0,8 g/cm
3
. Rợu là chất trung tính, không
phân li thành các ion. Rợu cồn dễ bay hơi có mùi thơm nên còn gọi là cồn thơm,
nếu tiếp xúc nhiều dễ bị gây ảnh hởng đến sức khoẻ, khi bảo quản cất giữ phải
đựng trong thùng có nắp đậy kín, để nơi thoáng mát, xa nguồn phát lửa.
Khi châm lửa rợu sẽ bị ôxy hoá - cháy theo phản ứng:
C
2
H
5

OH + 3O
2
2CO
2
+ 3H
2
O (20)
Phản ứng cháy toả nhiệt lớn làm nớc bốc hơi và khuôn đúc đợc sấy nóng.
Rợu êtylic l dung môi hoà tan nhựa thông dùng trong chất sơn khuôn.
Rợu là dung môi hoà tan chất dính và làm thay đổi (tăng hoặc giảm) nồng độ
dung dịch sơn khuôn làm thoả mãn nhu cầu của công nghệ sơn khuôn bằng phơng
pháp quét, nhúng hoặc phun v.v
Tôluen có công thức C
6
H
5
CH
3
còn gọi là mêtyl benzen là chất lỏng có mùi
đặc trng giống mùi benzen, sôi ở 110
0
C có tỷ trọng < 0,8g/ml.
Xylen có công thức là C
6
H
4
(CH
3
)
2

còn gọi là đimêtyl benzen là chất lỏng có
mùi hắc nh xăng và dầu hoả, dễ bay hơi, dễ bắt lửa.
Xăng gồm các bua hyđrô no dạng mạch nhánh và các bua hyđrô nhân
benzen có công thức C
8
H
18
(isooctan) và C
6
H
5
CH
3
(mêtyl benzen).
Theo tiêu chuẩn ASTM thì xăng trên thị trờng cung cấp cho động cơ là
MOGAS 90; 92; 95. Số ôctan tơng ứng là 90, 92 và 95. Trong thành phần của
xăng có các nguyên tố chủ yếu là C và H khi bị cháy sẽ toả nhiệt và tuân theo các
phơng trình phản ứng :
C + O
2
= CO
2
2H
2
+ O
2
= 2H
2
O (21)
Xăng, dầu hoả đều là sản phẩm đợc chng cất từ dầu mỏ có tỷ trọng

=0,65-0,8g/cm
3
, dễ bay hơi, dễ bắt lửa, có mùi khó chịu.



14
1.2.3.2. Chất kết dính
Nhựa thông đợc dùng làm chất kết dính trong hỗn hợp sơn khuôn. Nhựa
thông ở dạng cục có màu vàng hoặc nâu, tơng đối giòn, dễ đập vỡ, có thể nghiền
nhỏ hạt mịn, có mùi thơm đặc trng, nóng chảy ở 75- 135
o
C không hoà tan trong
nớc, hoà tan trong một số dung môi hữu cơ nh rợu, cồn, toluen, xylen, xăng,
dầu hoả, v.v tạo thành dung dịch dễ bắt lửa và dễ cháy. Nhựa thông trong hỗn hợp
sơn khuôn với vai trò chất kết dính, khi đó dung dịch sơn khuôn có thể tự khô hoặc
châm lửa đốt cháy để sinh nhiệt làm khô nhanh lớp sơn ở mặt khuôn. Điều kiện kỹ
thuật của nhựa thông đợc cho they trên bảng 3.

Bảng 3, Điều kiện kỹ thuật của nhựa thông

Các đặc tính kỹ thuật Chỉ tiêu
Ngoại quan cục mầu vàng nhạt, hoặc nâu đục
Tỷ trọng g/cm
3
1,07 1,09
Hàm lợng nớc % < 0,5%
Độ tro% < 0,07
Chất không hoà tan % < 10
Tạp chất <0,1

Nhiệt độ biến mềm
o
C
52
o
C

Tốc độ hoà tan của nhựa thông phụ thuộc vào độ hạt và loại dung môi pha
khác nhau, xem bảng
4.
Bảng 4, Tốc độ hoà tan của nhựa thông

Dung môi Rợu
cồn
Xăng
92
Dầu hoả Xylen Ghi chú
Tốc độ hoà
tan
Nhanh
1
Trung
bình
1,5
Chậm
1,8
Chậm
2,5
Nhựa thông nghiền
nhỏ lọt qua sàng

0,3mm

Nhựa thông tan trong cồn khoảng 15-30 phút (tuỳ thuộc vào độ hạt nhựa) các dạng
dung môi khác chậm hơn, do vậy khi pha chế chất sơn phải sau khoảng thời gian 8-12 giờ
mới sử dụng để chất kết dính tan hết. Nhựa thông có một số vật lẫn là chất không hoà tan
(khoảng<10%) cần phải hoà tan trong dung môi và loại bỏ vật lẫn trớc khi pha chất sơn.








15
Nhìn chung hỗn hợp sơn khuôn đúc có các tác dụng nh sau:
- Phòng chống hiện tợng cháy dính bám cát ở vật đúc.
- Tăng độ bền và độ chịu nhiệt của lớp bề mặt tránh cho khuôn không bị
bong tơi, lở sụt cát.
- Tăng độ nhẵn bề mặt khuôn sẽ làm tăng độ nhẵn bề mặt vật đúc
Do vậy yêu cầu kỹ thuật đối với chất sơn khuôn là:
- Chất sơn khuôn có tính chịu nhiệt cao, không gây phản ứng hoá học làm
ảnh hởng đến thành phần, tính chất của kim loại lỏng khi đúc rót.
- Không biến đổi thành phần, chất lợng trong quá trình chế biến, cất giữ,
sơn phủ bề mặt khuôn trớc khi rót khuôn.
- Bảo đảm cỡ kích hình học của sản phẩm đúc đúng thiết kế.
- Lớp sơn phủ trên mặt khuôn nhẵn, mịn, bền không bị bong tróc thành lớp
tách khỏi mặt khuôn, không bị rạn nứt khi sấy khô, để nguội và cả khi đúc rót kim
loại lỏng vào khuôn.
- Có tính linh động tốt, có độ nhớt nhất định để khi sơn phủ không để lại

vết chổi quét hoặc không tạo thành vệt chảy (giọt) trên bề mặt khuôn sau khi sơn.
Chất sơn khuôn đúc phải tạo đợc dung dịch huyền phù để có thể dễ dàng quét,
phun lên bề mặt khuôn, lõi.
- Chất sơn khuôn phải có hàm lợng khí thấp nhất, ít sinh khí để hạn chế rỗ
khí ở vật đúc.
- Chất sơn khuôn đúc phải khô nhanh, có trờng hợp tự đống cứng nhanh, dễ
đốt, cháy nhanh tạo cho lớp sơn phủ có độ bền chắc.
- Chất sơn khuôn không chứa các chất độc hại tới sức khoẻ con ngời và gây
ô nhiễm môi trờng.
- Chất sơn khuôn đúc phải có tính lu biến tốt để đáp ứng các yêu cầu đồng
đều, kín khít và độ dầy, mỏng của lớp sơn phủ tối u.
- Chất sơn khuôn đúc phải có tính kinh tế khi sử dụng, không dùng các thành
phần vật liệu quí hiếm để giá thành hạ.
Để chất sơn khuôn đạt đợc các yêu cầu trên cần phải giải quyết những vấn
đề chủ yếu sau.
a) Vật liệu chính (MgO) phải có độ chịu nhiệt cao, nghiền mịn với độ hạt lọt qua
sàng 0,0063mm đạt tới 95%.
b) Dung dịch pha chế hỗn hợp sơn khuôn ở trạng thái huyền phù, có độ nhớt

nhất
định và sự sa lắng xuất hiện chậm. Chất sơn dễ bắt lửa hoặc tự khô để có độ bền
cao.

c) Các nguyên liệu dùng pha chế có sẵn trong nớc, thiết bị pha chế đơn giản dễ sử
dụng và giá thành thấp.

16
Phần II, Nội dung và phơng pháp nghiên cứu

2.1. Phơng pháp và thiết bị nghiên cứu đề tàI

Đề tài đã tiến hành thu thập, phân tích, đánh giá thông tin, tài liệu, vật liệu
về hỗn hợp sơn khuôn của nớc ngoài nhập về đang sử dụng ở các nhà máy đúc
của Việt Nam để lựa chọn đợc thành phần hỗn hợp sơn khuôn hợp với điều kiện
vật liệu, sản xuất của Việt Nam.
Chế tạo hỗn hợp bột bằng nghiền trộn trên máy nghiền 7,5 kW trọng lợng
200kg/mẻ nghiền (xem hình 4).

Hình 4, Thiết bị nghiền chế tạo bột MgO, 7,5 kW

Nghiền trộn hỗn hợp đợc tiến hành trong máy nghiền trộn 2,5 kW
10kg/mẻ (xem hình 5).

17















Hình 5, Thiết bị nghiền, trộn hỗn hợp sơn khuôn


Đo kiểm, phân tích độ sa lắng hay thể vẩn theo thời gian đợc cho thấy trên
hình 6). Thể vẩn của hỗn hợp sơn khuôn đạt càng lớn thì càng tốt.
Nghiên cứu thể vẩn của các dung dịch sơn với các dung môi là rợu cồn
(Rc) xăng A92; dầu hỏa (Dh); xylen (Xi). Các kết quả đo kiểm đợc cho thấy ở
bảng trong phần sau.

Hình 6, Thiết bị xác định độ sa lắng thể vẩn theo thời gian


18
Tỷ trọng và khối lợng riêng của dung dịch hỗn hợp sơn khuôn đợc đo bằng
tỷ trọng kế ở 20
0
C hoặc cân khối lợng chia cho thể tích:

=
v
m
(g/cm
3
; g/ml)
hoặc đo bằng Bômê kế (xem hình 7); có khoảng độ từ 1,0 - 2,0, có thể đọc trên
Bômê kế 0 70. Các kết quả đo kiểm đợc cho thấy ở bảng trong phần sau.

Hình 7, Thiết bị đo tỷ trọng bằng tỷ trọng kế ở 20
0
C
Độ nhớt của hỗn hợp sơn khuôn đợc đo bằng nhớt kế Engle; bằng thời gian
(s) chảy hết 200ml dung dịch hỗn hợp sơn khuôn ra khỏi bình chuẩn ở 20
0
C qua lỗ
4 hoặc 5. Thí nghiệm đo độ nhớt của hỗn hợp sơn khuôn với bốn dung môi
khác nhau và so sánh với nớc sạch (xem hình 8)
Độ hạt chất phân tán không đủ mịn và quá trình pha chế kém đồng đều hoặc vón
cục làm tăng độ nhớt, làm chất sơn khuôn kém linh động (tính lu biến kém). Hạt
MgO đã nghiền tuyển đạt cỡ hạt 15 - 30
àm là điều kiện thích hợp để pha chế chất

sơn khuôn đạt yêu cầu chất lợng. Trong hỗn hợp còn phải có thành phần chất phụ
gia tạo huyền phù. Các kết quả đo kiểm đợc cho thấy ở bảng trong phần sau.








19

Hình 8, Thiết bị đo độ nhớt Engle của chất lỏng theo thời gian

Độ hạt đợc đo kiểm qua bộ sàng tiêu chuẩn.
Phân tích thành phần hoá bằng phơng pháp hoá học TCN 01/PTH/94-
TCN-II-HTNT/94 ở máy TQ(UV1201V), TQNL (Jenway-Anh) có độ nhạy
0,01% tại phòng phân tích hoá học của Trung tâm phân tích thí nghiệm địa chất
và phân tích so sánh ở Phòng không kim loại của Trung tâm.
Độ bền nén của hỗn hợp sơn khuôn đợc đo kiểm trên máy của phòng thí
nghiệm cơ lý đất đá LAS-XD326, Trung tâm phân tích thí nghiệm địa chất.

Phân tích độ bền chắc, xít chặtộ và cấu trúc của lớp hỗn hợp sơn khuôn
đợc tiến hành theo phơng pháp vi điện tử quét mặt gãy (fractograph -
SEM/EDS ) trên máy JSM-6490, JEOL của Trung tâm đánh giá h hỏng vật liệu,
Viện Khoa học Vật liệu (xem hình 9).

20

Hình 9, Thiết bị phân tích vi điện tử quét SEM , máy JSM 6490 của hãng JEOL

Phân tích chụp cấu trúc tế vi lớp bề mặt sản phẩm (hỗn hợp sơn/kim loại)
để xác định tác động của hỗn hợp sơn khuôn đến cấu trúc và chất lợng bề mặt
của sản phẩm đúc theo mặt cắt ngang trên máy AXIOVERT 40 MAT của Trung
tâm đánh giá h hỏng vật liệu, Viện Khoa học Vật liệu (xem hình 10).

















Hình 10, Kính hiển quang học AXIOVERT 40 MAT


21

Thử nghiệm hỗn hợp sơn khuôn bằng phơng pháp quét, phun lên bề mặt
khuôn, lõi và đánh giá chất lợng bề mặt sản phẩm đúc sau đó chọn ra chất sơn
khuôn tối u cho đúc gang cầu và thép hợp kim cao (xem hình 11).


















Hình 11, Khuôn cát mẫu đúc đợc sơn bằng phơng pháp quét

Độ chịu nhiệt của hỗn hợp sơn khuôn phụ thuộc chủ yếu vào các hạt phân
tán trong hỗn hợp sơn khuôn; độ chịu nhiệt của vật liệu phải cao hơn nhiệt độ kim
loại lỏng rót vào khuôn (gang 1250 -1350
o
C; thép 1450-1520
o
C ). Hỗn hợp sơn

khuôn thờng dùng các vật liệu chịu lửa cao nh :
Silicat zecôni (ZrO
2
.SO
2
) : 1900
o
C
Crômit FeO.Cr
2
O
3
: 2180
o
C
Bôxít Al
2
0
3
: 2030
o
C
Manhêzi MgO : 1900
o
C
Thành phần hạt của các hỗn hợp sơn khuôn là những phần tử vật liệu không
nóng chảy và khuyếch tán, thờng là các chất vô cơ bền hoá học ở nhiệt độ cao và
có hoạt tính yếu với kim loại rót vào khuôn. Các vật liệu nh vậy là crômit,
crômanhêzi, manhêzi, bôxít, zeconi .v.v
Kiểm tra độ chịu nhiệt bằng phơng pháp đo độ biến dạng và xác định

nhiệt độ bắt đầu biến dạng của mẫu hỗn hợp sơn khuôn trên khuôn cát sau nung
trong lò ở khoảng 1550
O
C hoặc dùng đèn xì mỏ đốt đốt trên bề mặt hỗn hợp sơn
khuôn ở nhiệt độ khoảng 1600
O
C. Độ chịu nhiệt của hỗn hợp sơn khuôn đợc tiến
hành xác định bằng hình thái (chảy, biến mềm, phồng, rộp, co thắt, nứt, bong
v.v.) và đo độ co từ rìa mép vào tính bằng mm(xem hình 12).



22









Hình 12, Kiểm tra độ chịu nhiệt bằng phơng pháp đo độ biến dạng, co màng

2.2. Nghiên cứu lựa chọn thành phần hỗn hợp sơn khuôn
tối u trên cơ sở ôxýt manhêzi

2.2.1. Đặc tính của hỗn hợp sơn khuôn
Đối với những khuôn cát nhựa tự đông cứng, khuôn cát nớc thuỷ tinh
đông cứng bằng CO

2
hoặc tự cứng thờng dùng hỗn hợp sơn khuôn khô nhanh có
đặc tính nh sau:
1. Tính huyền phù bảo đảm là sau một thời gian pha trộn không phát sinh sa
lắng, phân lớp bảo đảm tính đồng đều và chất lợng các lớp sơn .
2. Tính dễ quét sơn là khi quét sơn phải linh hoạt, không làm bong tơi cát
trên bề mặt khuôn. Sau khi sơn trên mặt khuôn cát có thể tự động làm mất vết chổi
quét tức là có tính lu biến, để đạt đợc lớp mịn trên bề mặt thô nhám của mặt
khuôn.
3. Không chảy thành giọt (vệt) để mặt đứng của khuôn không bị chảy đọng
xuống dới, đảm bảo lớp sơn dày đều từ trên xuống dới, cần có tỷ trọng hợp lý
không quá loãng.
4. Độ dày lớp hỗn hợp sơn khuôn bảo đảm là có chiều dày khi quét thờng
khoảng 0,15 0,4 mm. Hỗn hợp sơn khuôn phải thẩm thấu vào lớp trong đạt đến
độ sâu thích đáng, để làm cho các khe hở giữa các hạt cát ở mặt khuôn đợc che
bịt kín. Thông thờng yêu cầu độ sâu lớp thẩm thấu đạt đợc 2- 3 lần đờng kính
hạt cát. Độ sâu thẩm thấu quá mỏng, lớp sơn dễ nứt nẻ, bong cát. Độ sâu lớp thẩm
thấu quá lớn lãng phí vật liệu và công sức.
5. Độ bền lớp hỗn hợp sơn khuôn cao là khi đã khô cứng không bị nứt, hỏng
khi vận chuyển, ghép khuôn, đồng thời phải có độ bền ở nhiệt độ cao, để khi tiếp
xúc với kim loại lỏng không bị nứt, bong, biến dạng.
6. Tính sinh khí của hỗn hợp sơn khuôn phải ít để tránh tạo thành rỗ khí trên
bề mặt vật đúc.
7. Tính chống cháy cát cao là sau khi vật đúc đông nguội, lớp sơn có thể tự
bong tách ra khỏi bề mặt vật đúc.Tính chống cháy, dính bám cát của hỗn hợp sơn

Phồn, rộp Co, thắt Biến mềmNứt

23
khuôn quyết định chủ yếu do chất chịu nhiệt trong hỗn hợp sơn, độ dày lớp hỗn

hợp sơn và độ bền của hỗn hợp sơn khuôn.
8. Các yêu cầu khác của hỗn hợp sơn khuôn phải đáp ứng là bảo đảm vệ sinh
cho ngời lao động; không độc hại. Nguyên liệu làm hỗn hợp sơn khuôn phải dễ
mua, giá rẻ, hỗn hợp sơn khuôn còn phải phù hợp với yêu cầu an toàn phòng cháy.
Khi bảo quản, vận chuyển, sử dụng không bị lên men, biến chất.

2.2.2. Nghiên cứu lựa chọn bột chế hỗn hợp sơn khuôn
Để chế tạo hỗn hợp sơn khuôn đúc, đề tài đã tiến hành nghiên cứu nhiều loại
bột manhêzi hiện có ở Việt Nam; đặc biệt là loại sạn manhêzi đợc nghiền tới cỡ hạt
2-3mm từ các viên gạch xây lò điện luyện thép (xem bảng 3)

Bảng 3, Thành phần nguyên liệu chính để chế tạo bột

T.t. Loại liệu Thành phần chính (%) Cỡ Khối
hạt lợng
riêng

MgO Cr
2
O
3
Fe
2
O
3
Al
2
O
3
CaO SiO

2
mm g/cm
3


1. Manhêzi Nga 86,65 0,85 1,7 1,25 0,23 2,5 1,0 2,96
2. Manhêzi TQ1 82,54 1,85 2,4 0,85 0,65 4,5 1,0 3,16
3. Manhêzi TQ2 78,12 3,85 0,15 2,25 0,54 3,6 1,5 3,0 0
4. Manhêzi HQ 89,20 0,15 4,03 0,74 2,72 2,93 1,0 3,26
5. Manhêzi VN 80,12 0,67 2,42 0,65 3,25 4,6 2,0 3,15


Bột manhêzi phổ biến và có giá thành thấp nhất hiện có ở Việt Nam theo
bảng 3 là của Trung Quốc. Trên cơ sở nghiên cứu, đo kiểm các tính chất hoá, lý,
nhiệt đề tài đã chọn bột manhêzi của Trung Quốc với cỡ hạt 1 mm.












24
2.2.3. Nghiên cứu lựa chọn thành phần hỗn hợp sơn khuôn tối u
Một số kết quả đo kiểm các thông số kỹ thuật cơ bản của hỗn hợp sơn khuôn

nghiên cứu lựa chọn đặc trng đợc cho thấy ở bảng 4.

Bảng 4, Các tính chất kĩ thuật cơ bản của hỗn hợp sơn khuôn sơn sử dụng
dung môi khác nhau

TT Chỉ tiêu
Tỷ
trọng
g/cm
3

Độ nhớt
(
525
0
)S
Thể vẩn
(%) sau
1h
Độ sa lắng
(sau 1h)
Ghi chú
1 Nớc sạch 1 6 - -
2
Cồn + MgO
(SK.3)
1,28 10 92 8

3 Xăng + MgO 1,22 9 96 4
4

Dầu hỏa +
MgO
1,15 10 93 7

5 Xi len + MgO 1,25 9 96 4
6 Cồn + Graphít 1,32 11 88 12
Graphít
cha đủ
mịn

Từ bảng 4 cho thấy hỗn hợp sơn khuôn đợc pha trong cồn và dầu hoả có độ
nhớt cao hơn khoảng 10s. Hỗn hợp sơn khuôn với dầu hoả có thể vẩn và tỷ trọng
thấp nhất. Hỗn hợp sơn khuôn pha trong xăng có độ sa lắng thấp nhất, có độ nhớt
thấp và thể vẩn cao.
Các loại dung môi pha cồn, dầu hoả và xăng có thể thích hợp cho hỗn hợp
sơn khuôn manhêzi của đề tài.

Hỗn hợp sơn khuôn đợc chế theo phần trăm trong hỗn hợp đợc cho thấy
trên bảng 5.
Bảng 5, Thành phần hỗn hợp sơn khuôn tối u
TT Loại vật liệu % theo chất
khô
% theo dung dịch
sơn
1 MgO 83-90 56-58
2 Cồn (Công nghiệp) - 47
3 Chất dính 4-10
2-5
4 Phụ gia
6,66 2

5 CaO
2 1