Bài giảng công nghệ kim loại

LỊCH SỬ NGHỀ ĐÚC

Lịch sử 5000 năm của nghề ñúc kim loại





















Hình 1: Nấu kim loại và ñúc ở Ai Cập năm 1450 trước Công nguyên.

Hình 2: Vật ñúc bằng phương pháp mẫu chảy thời kỳ ñồ ñồng ở châu Âu

Hình 3: Mũi giáo ñúc, niên ñại thời kỳ ñồ ñồng (900 ñến 800 trước Công
nguyên)

















Hình 4: Súng thần công thời kỳ Trung cổ

Hình 5: Vỏ ñộng cơ tàu thủy (diesel)

Tạo mẫu
5000 BC Khuôn ñúc bằng ñá ở vùng Cận Đông
3000 BC Đúc bằng mẫu chảy ở vùng Cận Đông và Ấn Độ
1500 BC Ống be thay cho ống thổi ở Ai Cập

Lò và Kỹ thuật nấu kim loại
3000 BC Lò nấu ñồng ở Trung Quốc

1700 Than cốc thay thế cho củi dùng cho lò cao ở Anh
1865 Lò ñứng ra ñời
1879 Lò hồ quang (Werner v. Siemens)
1935 Lò cảm ứng
Vật liệu ñúc
5000 BC Vàng ñược gia công và ñúc ở vùng Cận Đông
3000 BC Đúc ñồng (Cu-As-Pb) ở Ấn ñộ
2700 BC Thời kỳ ñồ ñồng ở Châu Âu
1100 BC Thời kỳ ñồ sắt ở châu Âu
500 BC Đúc gang ở Trung Quốc
1400 Đúc gang ở châu Âu
Đúc súng thần công và ñạn
1630 Bằng sáng chế ñầu tiên của Anh về ủ gang
1800 Tìm ra các kim loại nhẹ (Ti 1791, Mg 1808, Al 1825)
1845 Đúc thép
1909 Đúc hợp kim Mg
1921 Al ñược sử dụng làm vật liệu ñúc

Trống ñồng Việt Nam
Trống ñồng Việt Nam có nhiều loại hình, nhưng tất cả khởi nguồn từ trống
Đông Sơn mà ñỉnh cao là sự hoàn thiện kỹ thuật chế tạo là trống ñồng Ngọc
Lũ.


Trống ñồng Việt Nam có niên ñại khởi ñầu khoảng thiên niên kỷ I trước Công
nguyên cho ñến một vài thế kỷ sau công nguyên. Trống ñồng là biểu hiện tập
trung nhất những thành tựu trong sinh hoạt kinh tế, văn hóa, xã hội và quyền uy
của một nhà nước ñược xác lập ñầu tiên trên ñất nước ta - Nhà Nước Hùng
Vương. Trống ñồng và những hình khắc họa trên trống ñã giúp chúng ta ngày
nay hình dung ñược ñôi nét về cuộc sống của người Việt cổ ở thời xa xưa ấy.

Hoa văn trên trống ñồng có nhiều loại, kiểu bố trí hợp lý trên các phần mặt, tang
và thân trống. Nó ñược các nhà nghiên cứu tìm hiểu, phân tích ñể làm một trong
những cơ sở khoa học trong phân loại trống và khắc họa những nét sinh hoạt
kinh tế, xã hội, văn hóa Đông Sơn thời bấy giờ.

Trống Đồng Ngọc Lũ: Tìm thấy ở chùa Ngọc Lũ (Hà Nam) vào năm 1901.
Trống này cao 0,63 mét (1.8 ft), ñường kính mặt trống 0,86 mét (2.5 ft), ñược
trang trí bằng các hình chạm sâu xuống cả trên mặt trống lẫn tang trống. Chính
giữa mặt trống là một hình ngôi sao (hay mặt trời) 14 cánh. Chung quanh ngôi
sao này là 16 vòng tròn ñồng tâm có trang trí bằng nhiều hình kỷ hà hay hình vẽ
khác nhau. Giữa vòng thứ 5 và thứ 6 có khắc hình 2 căn nhà mái cong, có sàn,
trong có người tóc dài ngồi. Trước nhà là 4 dàn trống và ñoàn vũ nhạc nhảy
múa, thổi khèn. Sau nhà có 2 người ñang giã gạo. Xen kẽ với 2 nhà sàn trên là 2
nhà sàn mái tròn trong có người cầm kiếm. Trước nhà này có một người tay phải
cầm kiếm, tay trái cầm một con chim. Sau nhà là một ñoàn võsĩ cầm lao, cầm
kiếm ñang múa. Giữa vòng thứ 7 và thứ 8 có chạm hình 2 ñàn hươu (10 con mỗi
ñàn) và xen kẽ với 2 ñàn chim ñang bay (mỗi ñàn 8 con). Giữa vòng thứ 8 và
thứ 9 có khắc 18 con chim mỏ dài ñang bay, xen kẽ với 18 con chim ñang ñậu
dưới ñất. Trên tang trống, phần phình ra có khắc hình thuyền trên có những
người cầm lao, kiếm, cung, ñang chuẩn bị chiến ñấu, hoặc ñang nhảy múa hoặc
Hình 6: Trống ñồng Ngọc Lũ
chèo thuyền. Trên phần thẳng ñứng có những ñường trang trí kỷ hà thẳng ñứng
hay nằm ngang ñóng khung lấy những hình người cầm rìu và lá chắn.

Trống Đồng Hòa Bình:
Tìm thấy ở Mường Dâu, Hòa Bình. Trống này ñược
gọi là trống Moulié (tên người mua ñược và tặng lại
cho Viện Bảo Tàng). Trống này ñược tàng trữ trong
Bảo Tàng Quân Đội Pháp, rồi ñược chuyển cho Bảo
Tàng Viện Guimet (Paris).

Trống Đồng Hoàng Hạ :
Tìm thấy ở làng Hoàng Hạ (Hà Đông), cao 0,615
mét (1.84 ft) và ñường kính mặt trống là 0,78 mét (2.3 ft). Mặt trống ñồng
Hoàng Hạ cũng trang trí bằng các vòng tròn ñồng tâm trong ñó có khắc hình nhà
sàn, người, chim bay. Tang trống chỗ phình ra cũng khắc hình thuyền. Các nhân
vật trên thuyền tương tự như ở trống Ngọc Lũ, nhưng thứ tự bố trí hơi thay ñổi
một chút. Các trống ñồng tìm thấy ở Hoa Nam, Lào, Cam bốt, Mã Lai tuy về
hình thức (hình dáng và trang trí) có giống trống ñồng Lạc Việt, nhưng những
nét chạm trổ còn thô sơ vô cùng. Có thể ñấy chỉ là những trống bắt chước trống
Lạc Việt một cách vụng về mà thôi. Trống ñồng Hoàng Hạ là một di vật rất quý.

PHẦN I

CÔNG NGHỆ ĐÚC

Chương 1

KHÁI NIỆM VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ĐÚC

1.1. Phân loại các phương pháp ñúc

1.1.1. Định nghĩa: Đúc là quá trình ñiền ñầy kim loại ở thể lỏng vào lòng khuôn
ñúc có hình dạng và kích thước ñịnh sẵn. Kim loại ñông ñặc, ta ñược vật ñúc khi
dỡ khuôn. Nếu vật ñúc ñược tiếp tục gia công bằng cắt gọt, áp lực ta gọi là phôi
ñúc.

1.1.2. Đặc ñiểm:

- Đúc ñược nhiều vật liệu (nấu chảy ñược) khác nhau

- Vật ñúc có kết cấu phức tạp, khối lượng lớn

- Sản phẩm chất lượng cao, kích thước chính xác, ñộ bóng bề mặt cao. Có
thể cơ khí hóa và tự ñộng hóa. (Đúc mẫu chảy, ñúc liên tục )

- Giá thành hạ

Khuyết ñiểm

- Dễ bị các khuyết tật: rỗ co, rỗ khí, nứt, lẫn tạp chất

- Đúc trong khuôn cát ñộ bóng thấp, ñộ chính xác thấp

- Tốn kim loại cho hệ thống rót, ñậu ngót,

1.1.3. Phân loại các phương pháp ñúc

- Đúc trong khuôn cát

- Đúc ñặc biệt

 Đúc trong khuôn kim loại;
 Đúc li tâm;
 Đúc liên tục;
 Đúc chính xác: ñúc trong khuôn vỏ mỏng, ñúc mẫu chảy.
1.2. Sự kết tinh của kim loại vật ñúc trong khuôn

Quá trình kết tinh của kim loại ñúc phụ thuộc vào các yếu tố:

- Tính chất lý nhiệt và nhiệt ñộ rót của hợp kim ñúc

- Tính chất lý nhiệt của vật liệu khuôn

- Công nghệ ñúc

Quá trình kết tinh gồm các giai ñoạn:

a. Giai ñoạn ñiền ñầy kim loại lỏng vào khuôn: tính từ lúc bắt ñầu rót kim
loại nóng chảy vào khuôn cho ñến khi kim loại lỏng ñiền ñầy hệ thống rót
và ñậu ngót.

b. Giai ñoạn hạ nhiệt ñộ từ nhiệt ñộ rót ñến nhiệt ñộ ñiểm lỏng: kim loại
nóng chảy bắt ñầu truyền nhiệt vào khuôn, hướng tản nhiệt luôn vuông
góc với thành khuôn. Kim loại ở bên dưới lòng khuôn và phần kim loại
tiếp xúc với lòng khuôn bắt ñầu ñông ñặc.

c. Giai ñoạn kết tinh tính từ nhiệt ñộ ñiểm lỏng ñến nhiệt ñộ ñiểm ñặc
(khoảng ñông ñặc): có hai cơ chế ñông ñặc:

 Đông ñặc theo lớp: Những kim loại nguyên chất, hợp kim cùng tinh
hoặc khoảng kết tinh hẹp thường ñông ñặc theo lớp.












 Đông ñặc thể tích: những hợp kim có khoảng nhiệt ñộ kết tinh lớn
thường xảy ra ñông ñặc thể tích.

d. Giai ñoạn nguội trong khuôn: ñược tính từ nhiệt ñộ ñiểm ñặc trở xuống
(khi kim loại ñã ñông ñặc hoàn toàn) cho ñến khi lấy vật ñúc ra khỏi
khuôn.

e. Giai ñoạn nguội ngoài khuôn: ñược tính từ lúc vật ñúc ñược lấy ra khỏi
khuôn. Thời ñiểm này tùy thuộc vào công nghệ ñúc cũng như hợp kim
ñúc.









1.3. Tổ chức kim loại vật ñúc

Gồm 3 vùng:

- Vỏ ngoài cùng có lớp hạt kim loại nhỏ, ñẳng trục.

- Vùng có cấu trúc nhánh cây

- Vùng hạt to, ñẳng hướng.

Sự hình thành khuyết tật ñúc:

- Lõm co và rỗ co

Lõm co hình thành do kim loại co thể tích khi ñông ñặc, nằm ở phía trên cùng
của vật ñúc, tại ñó kim loại ñông ñặc sau cùng. Để khắc phục lõm co ta phải
thiết kế ñậu ngót ñể bổ sung thêm kim loại lỏng cho thể tích vật ñúc.

Rỗ co tương tự lõm co, nhưng phân bố trong vật ñúc, kích thước to nhỏ khác
nhau. Sự hình thành rỗ co, xốp co là do những nơi mà vật ñúc có thể tích lớn, vì
tốc ñộ nguội của vùng này nhỏ hơn xung quanh nên khi kim loại co không ñược
bổ sung thêm.

- Rỗ khí: do khí xâm nhập vào hợp kim lỏng khi nấu hoặc rót, hoặc các
phản ứng sinh khí trong quá trình ñúc

- Thiên tích: là sự không ñồng ñều về thành phần hóa học, do kim loại kết
tinh ở các giai ñoạn khác nhau.

- Nứt

- Cháy cát

- Lệch khuôn


























 Các khuyết tật trên làm giảm tiết diện chịu lực, giảm cơ tính của vật ñúc.
1.4. Quá trình sản xuất ñúc bằng khuôn cát và các bộ phận cơ bản của một

khuôn ñúc.

Quá trình sản xuất ñúc bao gồm:




Thiết kế: bộ phận thiết kế quyết ñịnh công
nghệ gia công chi tiết.









Tạo mẫu ñúc và hòm khuôn bằng gỗ
hoặc nhựa









Làm khuôn ñúc

Làm lõi

Nấu chảy kim loại ñúc















Đổ khuôn

Tháo khuôn, làm sạch vật ñúc,
kiểm tra sản phẩm ñúc



Những bộ phận chính ñể ñúc vật ñúc trong khuôn cát



Chi tiết





Mẫu ñúc







Hộp lõi và lõi

Nửa khuôn











Hòm khuôn hai nửa và lõi




Những nhân tố ảnh hưởng ñến chất lượng vật ñúc

Chất lượng vật ñúc bao gồm các chỉ tiêu:

 Độ chính xác hình dạng và kích thước

 Độ nhẵn bóng mặt ngoài

Chất lượng vật ñúc tùy thuộc vào các yếu tố:

 Hợp kim ñúc:

 Loại khuôn ñúc và phương pháp ñúc

Ảnh hưởng của công nghệ ñúc, bao gồm:

 Công nghệ nấu chảy hợp kim ñúc.

 Công nghệ chế tạo khuôn và lõi

 Công nghệ rót.














Các bước làm khuôn:

Chương 3: THIẾT KẾ ĐÚC

Thiết kế ñúc là khâu quan trọng trong quá trình sản xuất vật ñúc, ta căn cứ vào
các yếu tố sau:

 Loại hợp kim ñúc

 Yêu cầu kỹ thuật của chi tiết máy (ñộ chính xác, ñộ bóng bề mặt ), thậm
chí là vị trí của chi tiết trong kết cấu của cụm máy, trong cấu tạo tổng thể
của máy.

 Hình dạng kích thước kết cấu và khối lượng vật ñúc

 Dạng sản xuất

3.1. Thành lập bản vẽ ñúc

3.1.1. Phân tích kết cấu

3.1.2. Xác ñịnh mặt phân khuôn

Mặt phân khuôn là bề mặt tiếp xúc của các nửa khuôn với nhau (thường là
mặt tiếp xúc giữa khuôn trên và khuôn dưới). Mặt phân khuôn xác ñịnh vị trí
vật ñúc trong khuôn.

Ký hiệu: bằng gạch xanh, mũi tên T chỉ phần vật ñúc thuộc khuôn trên, còn D
thuộc về khuôn dưới.















Chọn mặt phân khuôn dựa vào công nghệ làm khuôn (rút mẫu, sửa chữa
lòng khuôn, ñịnh vị lõi, lắp các nửa khuôn):
 Mặt phân khuôn ñi qua tiết diện lớn nhất ñể tiện cho việc rút mẫu

 Lòng khuôn nông (cạn) ñể dễ sửa lòng khuôn, dễ ñiền ñầy kim loại, dòng
chảy của kim loại lỏng êm.

 Lòng khuôn trên nông (cạn) hơn khuôn dưới.

 Mặt phân khuôn nên là mặt phẳng










Chọn mặt phân khuôn dựa vào ñộ chính xác của lòng khuôn

 Lòng khuôn tốt nhất chỉ phân bố trong một hòm khuôn, vì sẽ tránh ñược
lệch khuôn khi ráp.

 Dùng phần ñất phụ ñối với các vật ñúc có nhiều tiết diện khác nhau và
yêu cầu ñộ ñồng tâm cao.

 Nếu vật ñúc có lõi, nên bố trí lõi thẳng ñứng vì dễ ñịnh vị, tránh bị kim
loại lỏng làm biến dạng lõi.













 Số lượng mặt phân khuôn càng ít càng bảo ñảm chính xác.

 Không chọn mặt phân khuôn qua chỗ có tiết diện thay ñổi.

Chọn mặt phân khuôn dựa vào chất lượng hợp kim ñúc

 Những bề mặt quan trọng cần chất lượng cao nên bố trí ở dưới hoặc ở hai
bên.

 Chọn mặt phân khuôn sao cho hướng kết tinh từ xa chuyển dần về chân
ñậu ngót hoặc hệ thống rót.














Hoặc:

 Nên ñặt các phần thành mỏng xuống dưới và chân ñậu ngót hay hệ thống
rót ñặt ở chỗ tập trung kim loại và cao nhất.

 Chọn mặt phân khuôn sao cho khi ñặt hệ thống rót ñảm bảo ñược kim loại
lỏng ñiền ñầy nhanh, ñồng ñều, không tạo dòng chảy rối làm hỏng khuôn.