Bài giảng công nghệ kin loại

Bài giảng công nghệ kin loại
Biên tập bởi:
Nguyễn Tác Ánh
Bài giảng công nghệ kin loại
Biên tập bởi:
Nguyễn Tác Ánh
Các tác giả:
Nguyễn Tác Ánh
Phiên bản trực tuyến:
/>MỤC LỤC
1. công nghệ đúc
1.1. Khái niệm về quá trình sản xuất đúc
1.2. Thiết kế đúc
1.3. Công nghệ chế tạo mẫu và chế tạo lõi
1.4. đúc các hợp kim
1.5. khuyết tật vật đúc
2. công nghệ hàn
2.1. các khái niệm cơ bản về công nghệ hàn
2.2. hàn hồ quang tay
2.3. hàn hồ quang tự động và bán tự động
2.4. hàn điện tiếp xúc
2.5. hàn và cắt bằng khí
2.6. hàn vảy(hàn bằng hợp kim trung gian)
2.7. biến dạng, ứng xuất, khuyết tật khi hàn
3. Công nghệ gia công bằng áp lực
3.1. Công nghệ gia công bằng áp lực
Tham gia đóng góp
1/31
công nghệ đúc
Khái niệm về quá trình sản xuất đúc
Tóm tắt

Đúc là quá trình điền đầy kim loại ở thể lỏng vào lòng khuôn đúc có hình dạng kích
thước định sẵn. Sau khi kim loại đông đặc ta thu được sản phẩm tương ứng với
lòng khuôn. Sản phẩm đó gọi là vật đúc.
Nếu đem vật đúc gia công như gia công cắt gọt gọi là phôi đúc.
Đặc điểm
? Mọi vật liệu như : gang, thép,hợp kim màu, vật liệu phi kim khi nấu chảy, đều
đúc được
? Tạo ra vật đúc có kết cấu phức tạp
? Có khối lượng lớn mà các phương pháp giacông phôi khác không thực hiện được
Nhược điểm:
? Do quá trình kết tinh từ thể lỏng nên trong vật đúc dễ tồn tại các dạng rỗ co, rỗ
khí, nứt, lẫn tạp chất.
? Khi đúc trong khuôn cát, độ chính xác về kích thước và độ bóng thấp.
? Tiêu hao một phần không nhỏ kim loại cho hệ thống rót, đậu ngót và cho các đại
lượng khác (lượng dư, độ xiên . . .)
Phân loại các phương pháp đúc
?Phương pháp sản xuất đúc được phân loại tuỳ thuộc vào loại khuôn mẫu, phương pháp
làm khuôn .vv…
? Tuỳ thuộc vào loại khuôn đúc người ta phân ra làm hai loại:
Đúc trong khuôn cát
Đúc đặc biệt
2/31
Xem chi tiết tại đây
3/31
Thiết kế đúc
Tóm tắt
Phân tích kết cấu
? Đọc kỹ bản vẽ, hình dung chi tiết, đọc điều kiện kỹ thuật ghi trong bản vẽ chi tiết,
vật liệu chế tạo chi tiết, hình dung cả vị trí làm việc của chi tiết đó trong thiết bị, yêu cầu
chịu lực …

? Dự kiến trước sơ bộ quy trình gia công cắt gọt chi tiết đó trên các loại máy xác định
những phần bề mặt phải gia công, những mặt chuẩn công nghệ. Từ đó xem đã hợp lý
với kết cấu vật đúc chưa, nếu chưa có thể thay đổi một phần kết cấu nhằm:
+ Đơn giản hoá kết cấu tạo, tạo điều kiện dễ đúc hơn : như lược bỏ các rãnh then, rãnh
lùi dao, các lỗ nhỏ quá không đặt lõi được .
Ví dụ:
☺ Sản xuất đơn chiếc lỗ ? ≤ 50 mm → không đúc
☺ Sản xuất hàng loạt ? ≤ 30 mm → không đúc
☺ Sản xuất hàng khối ? ≤ 20 mm → không đúc
Các rãnh có độ sâu < 6mm, các bậc dày < 25 mm không nên đúc
+ Tăng hoặc giảm độ dày thành vật đúc, các gân gờ, chỗ chuyển tiếp giữa các thành vật
đúc để dễ đúc hơn nhưng không ảnh hưởng đến khả năng chịu lực, điều kiện làm việc
của chi tiết.
Xác định mặt phân khuôn
≥ Mặt phân khuôn là bề mặt tiếp xúc giữa các nữa khuôn với nhau xác định vị trí đúc ở
trong khuôn.Mặt phân khuôn có thể là mặt phẳng, mặt bậc hoặc cong bất kì.
≥ Nhờ có mặt phân khuôn mà rút mẫu khi làm khuôn dễ dàng lắp ráp lõi, tạo hệ thống
dẫn kim loại vào khuôn chính xác.
Nguyên tắc chọn mặt phân khuôn :
+Dựa vào công nghệ làm khuôn :
4/31
Rút mẫu dễ dàng, định vị lõi và lắp ráp khuôn.
- Chọn mặt có diện tích lớn nhất, dễ làm khuôn và lấy mẫu.
- Mặt phân khuôn nên chọn mặt phẳng tránh mặt cong, mặt bậc.
+ Số lượng mặt phân khuôn phải ít nhất.Để đảm bảo độ chính xác khi lắp ráp, công nghệ
làm khuôn đơn giản.
+ Nên chọn mặt phân khuôn đảm bảo chất lượng vật đúc cao nhất, những bề mặt yêu
cầu chất lượng độ bóng, độ chính xác cao nhất. Nên để khuôn ở dưới hoặc thành bên.
Không nên để phía trên vì dễ nổi bọt khí, rỗ khí,lõm co.
- Những vật đúc có lõi, nên bố trí sao cho vị trí của lõi là thẳng đứng.Để định vị

lõi chính xác, tránh được tác dụng lực của kim loại lỏng làm biến dạng thân lõi, dễ
kiểm tra khi lắp ráp.
5/31
- Chọn mặt phân khuôn sao cho lòng khuôn là nông nhất, để dễ rút
mẫu và dễ sữa khuôn, dòng chảy kim loại vào khuôn êm hơn, ít làm hư
khuôn .
Xem chi tiết tại đây
6/31
Công nghệ chế tạo mẫu và chế tạo lõi
Tóm tắt
Yêu cầu vật liệu làm mẫu và hộp lõi.
Yêu cầu :
+ BỀN, KHÔNG THẤM NƯỚC KHÔNG CO GIÃN
+ CÓ ĐỘ BÓNG ĐỘ CHÍNH XÁC CAO.
+ LÀM KHUÔN ĐƯỢC NHIỀU LẦN.
+DỄ GIA CÔNG
Vật liệu làm mẫu và hộp lõi .
ª GỖ.
ª KIM LOẠI : HỢP KIM NHÔM ĐÚC (HỢP KIM SILUMIN, GANG , THÉP,
ĐỒNG).
ª NHỰA.
ª MẪU LÀM BẰNG THẠCH CAO (CASO4. 2H2O).
ª XI MĂNG.
Phương pháp đúc mẫu , hộp lõi :
Dùng mẫu gỗ hoặc kim loại(mẫu gốc) để làm khuôn đúc ra được mẫu bằng kim loại.
Kích thước mẫu gốc :
Lượng dư gia công cơ = lượng dư gia công cơ mẫu kim loại + lượng dư gia công vật
đúc.
Độ co mẫu gốc = độ co kim loại mẫu + độ co vật đúc.
Phương pháp gia công cơ khí.

Ap dụng cho sản xuất hàng khối , hàng loạt lớn.
7/31
Gia công cắt gọt, nguội…từng phần rồi lắp ráp hoặc phay CNC.
Xem chi tiết tại đây
8/31
đúc các hợp kim
Tóm tắt
Vật liệu làm khuôn và lõi
Yêu cầu:
Độ bền : Cát hạt nhỏ,hàm lượng chất sét cộng chất dính kết cao.Độ bền phụ thuộc độ
đầm chặt.
+ Khuôn tươi :σ
n
= 60?80 k.p.a
+ Khuôn khô : σ
k
= 80?200 k.p.a
Độ dẻo: dùng nhiều hàm lương chất sét dính kết tăng hàm lượng H
2
O
- Khuôn tươi : H
2
O > 5%
- Khuôn khô : H
2
O ≤ 8%
Tính lún (co bóp): Phải thêm nhiều chất phụ gia(như mùn cưa, bột than, rơm bột . . .)
Tính thông khí tăng: Cát hạt to, tròn, độ đầm chặt giảm.
Tính bền nhiệt : Khả năng của vật liệu ở nhiệt độ cao mà không bị nóng chảy, dính bám
trên bề mặt vật đúc gây khó khăn cho gia công cắt gọt.Tính bền nhiệt tăng khi dùng cát

có hàm lượng SiO
2
(thạch anh ) lớn.
Độ ẩm: Để làm khuôn, in hình:
ª Khuôn tươi :4?5%
ª Khuôn khô :6?8%
Tính bền lâu :
Các loại vật liệu :
Thành phần chủ yếu :
Cát : SiO 2 (thạch anh)
9/31
Độ hạt
Kích thước vật đúc càng lớn thì độ hạt càng lớn
Tính thù hình
Đất sét : Cao lanh, Al 2 O 3. 2 SiO 2 . 2H 2 O,
Bentorit : Al 2 O 3 .4 SiO 2 . nH 2 O
Chất dính kết
- Dùng các loại thực vật, khoáng vật
- Rỉ mật.
- Nước bã giấy(kiềm sunfat).
- Nước thuỷ tinh:
• Na 2 On. SiO 2 . mH 2 O + cát ( K 2 O.n SiO 2 . mH 2 O).
• Chất phụ
• *Làm tăng tính lún, thông khí cho hỗn hợp.
• Bột grafit + đất sét + nước → chất sơn khuôn đúc gang, hợp kim đồng.
• *SiO
2
+ sét + H
2
O → chất sơn khuôn đúc thép

• Đúc khuôn bằng kim loại:
• * Sơn khuôn làm tăng tuổi thọ cho khuôn, giảm tốc độ dẫn nhiệt thành khuôn.
• * Rơm bột, bột than, mùn cưa . . làm lõi
Xem chi tiết tại đây
10/31
khuyết tật vật đúc
Tóm tắt
Tính chảy loãng
Kim loại nào có độ chảy loãng càng cao thì đúc càng dễ. Tính chảy loãng phụ thuộc
chủ yếu vào công nghệ khuôn, nhiệt độ quá nhiệt khi rót và thành phần hóa học
của kim loại.
Ví dụ đúc trong khuôn cát tính chảy loãng của kim loại cao hơn so với đúc trong
khuôn kim loại do khuôn cát có tốc độ dẫn nhiệt thấp hơn.
Thành phần hóa học của kim loại và hợp kim
- Si, P là những nguyên tố làm tăng tính chảy loãng của gang.
- Mn, S là những nguyên tố làm giảm tính chảy loãng của gang.
Tính co của kim loại
* Tính co càng tăng tính đúc càng kém. Vì đúc vật đúc ra dễ bị các khuyết tật, lõm
co, rỗ co.
* Thành phần hỗn hợp của các nguyên tố trong kim loại.
* Nhiệt độ rót kim loại.
Tính hoà tan khí
Kim loại khi đúc thường hoà tan khí O 2 , H 2 , hơi H 2 O gây rỗ vật đúc, làm giảm
cơ tính
Tính thiên tích :( không đồng nhất về thành phần hỗn hợp, thường ở kim loại
màu).Gang có tính chảy loãng hơn thép rất nhiều do đó gang dễ hơn thép.
Đúc gang
Thành phần hỗn hợp của gang : Fe, C …
C = 2,14 ? 4,0%
11/31

Si = 0,4 ? 3,5%
Mn = 0,2 ? 1,5%
P = 0.04 ? 1,5%
S = 0,02 ? 0,2%
Phân loại gang :
τ Gang xám : GX – VD : GX 15-32
Trong gang không có xêmentit tự do ,mà chỉ có Graphit. Gang xám có tính đúc tốt dễ
gia công cơ khí.
τ Gang trắng : Cacbon trong gang này có dạng liên kết hoá học xêmentit tự do vì vậy
gang này rất cứng và dòn.
τ Gang biến trắng : Bề mặt gang trắng bên trong lõi là gang xám. Vùng tiếp giáp
giữa hai tổ chức có tổ chức của gang hoa râm.
τ Gang cầu : Graphit trong gang ở dạng hồng cầu nhờ đưa vào chất biến tính đặc
biệt vào gang lỏng khi đúc. - VD : GC 60
τ Gang dẻo : Graphit ở dạng bông nên tính dẻo của gang tăng lên .
Các nguyên tố thúc đẩy sự Graphit hóa : C, Si, P.
Các nguyên tố cản trở sự Graphit hóa : Mn, S, Cr.
Các nguyên tố ảnh hưởng đến tính đúc của gang
- Thành phần hoá học.
- Nhiệt độ rót gang.
- Vật đúc thành càng mỏng → rót gang ở nhiệt độ càng cao.
- Công nghệ khuôn.
- Tốc độ nguội.
- Thành phần vật liệu nấu gang.
12/31
Vật liệu kim loại
? Thỏi gang (nấu lò cao), hồi liệu + chi tiết máy = gang hư, ferô hợp kim ( Fe-Si,
Fe-Mn).
? Tính toán hợp lý, kích thước ≤ đường kính trong của lò.
? Làm sạch Oxy hóa.

? Lò đúc : lò đứng dùng nhiên liệu là than cốc.
? Lò chõ : dùng nhiên liệu than đá.
? Lò dầu : dùng nhiên liệu dầu FO .
? Lò điện : lò hồ quang (mấu thép), lò cảm ứng
Lò khí gaz.
Vật liệu kim loại
? Gang thỏi đúc.
? Gang vụn (gang máy).
? Hồi liệu ( phế phẩm + hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót ).
? Thép vụn .
? Ferô hợp kim : FeSi : 30,45,75, Fe-Mn bổ sung các nguyên tố Si, Mn bị cháy hao
trong quá trình nấu. vật liệu nấu phải làm sạch, có kích thước phù hợp với đường
kính của lò ( ≤ 1/3 Dt).
Xem chi tiết tại đây
13/31
công nghệ hàn
các khái niệm cơ bản về công nghệ hàn
Tóm tắt
Hàn là quá trình nối cứng các phần tử kim loại với nhau bằng cách nung nóng chỗ hàn
đến trạng thái hàn là chảy hay dẻo.Sau đó kim loại đông đặc(hàn nóng chảy) hoặc dùng
áp lực để ép chúng dính lại với nhau (hàn áp lực)
(Hình 1-1:Mối nối hàn.)
Đặc điểm :
• Tiết kiệm kim loại.
• Giảm được thời gian và giá thành chế tạo kết cấu.
• Hàn có thể nối được những kim loại có tính chất khác nhau.
• Thiết bị hàn tương đối đơn giản và dễ chế tạo.
• Chi tiết hàn dùng trong tải trọng tĩnh.
• Do nung nhanh và nguội nhanh nên hay tập trung ứng suất trong quá trình hàn
nếu có bọt khí thì mối hàn không chất lượng.

• Kết cấu tại mối hàn có độ bền rất cao.
• Giảm được tiếng động khi sản xuất.
Phân loại :
Dựa vào trạng thái hàn có hai nhóm:
A.Hàn nóng ch ả y :
14/31
Kim loại nóng chảy,hòa tan giữa kim loại vật hàn tại mối hàn và kim loại que hàn ở
trạng thái nóng chảy sau đó nguội kết tinh thành mối hàn.
• Phương pháp hàn hồ quang:
• Hàn hồ quang tay.
• Hàn hồ quang tự động và bán tự động.
• Dùng thuốc bảo vệ mối hàn.
• Dùng khí bảo vệ CO 2 ,Ar,He…
• Phương pháp hàn khí:Hàn CO 2 +O 2.
• Phương pháp hàn Plasma:Nguồn nhiệt cao,chất
lượng mối hàn cao.
• Phương pháp hàn xỉ điện.
Hàn áp l ự c :
Trạng thái hàn là kim loại dẻo hoặc gần với
kim loại chảy và phải dùng lực làm các phần tử
kim loại khuếch tán vào nhau tạo thành mối
hàn.
Hàn đi ệ n ti ế p xúc :
Bề mặt mối nối tiếp xúc với nhau cường độ dòng điện lớn chạy vào vật hàn,sau đó dùng
lực ép lại.
• Hàn điện tiếp xúc giáp mối.
• Hàn điện tiếp xúc điểm.
• Hàn điện tiếp xúc đường.
• Hàn điện tiếp xúc đường giáp mối.
• Hàn nguội,hàn rèn …

Ngoài ra còn có hàn vẩy:Khi hàn chỉ cần đốt nóng mối hàn đến một nhiệt độ nhất định
sau đó cho nhỏ nguyên liệu hàn nóng chảy xuống để nối vật hàn lại với nhau.
15/31
Xem chi tiết tại đây
16/31
hàn hồ quang tay
Tóm tắt
Là phương pháp hàn nóng chảy mà nguồn nhiệt khi hàn là hồ quang điện chạy giữa hai
điện cực. Sự cháy và duy trì ổn định của hồ quang trong quá trình hàn là do sự điều
khiển của tay người thợ.
Hàn được mối hàn ở các vị trí khác nhau
Hàn được trên các chi tiết to,nhỏ,đơn giản,
phức tạp khác nhau.
Hàn trong môi trường khí bảo vệ,hàn dưới nước,hàn trong chân không…
Thiết bị hàn và trang bị gá lắp hàn đơn giản,dễ chế tạo.
Năng suất hàn thấp,chất lượng mối hàn không cao,phụ thuộc vào trình độ công nhân.
Phân loại theo điện cực:
Điện cực không nóng chảy:(điện cực bằng C, graphit,W)
Đối với hàn vật hàn mỏng thì không cần dùng que hàn phụ,trong trường hợp vật hàn dày
cần bổ sung kim loại nóng chảy tại vũng hàn bằng que hàn phụ.
2.1.3.Phân loại:
Phân loại theo điện cực:
Điện cực nóng chảy:
Kim loại mối hàn do que hàn nóng chảy và một phần kim loại vật hàn.Que hàn đồng
thời vừa duy trì hồ quang,vừa bổ sung kim loại cho mối hàn.
Phân loại theo cách nối dây:
Nối dây trực tiếp:Cả que hàn và vật hàn được nối trực tiếp với hai cực của nguồn(nguồn
có thể là AC hoặc DC).(Hình 2-1)
17/31
Xem chi tiết tại đây

18/31
hàn hồ quang tự động và bán tự động
Tóm tắt
Quá trình hàn hồ quang bao gồm các bước sau:
Gây hồ quang và duy trì hồ quang cháy ổn định.
Dịch chuyển que hàn dọc mối hàn để đảm bảo hàn hết chiều dài mối hàn.
Bảo vệ hồ quang và vũng hàn khỏi bị tác dụng của môi trường không khí xung quanh
bằng thuốc bảo vệ, khí bảo vệ:CO
2,
Ar, He.
Nếu các khâu được thực hiện bằng cơ khí hóa là hàn tự động, còn một số khâu dùng tay
thì gọi là hàn bán tự động.
Hàn hồ quang tự động và bán tự động có các đặc điểm sau:
Năng suất cao vì sử dụng cường độ dòng điện rất lớn.
Hàn tự động dưới lớp thuốc hoặc trong môi trường khí bảo vệ bảo đảm được cơ tính của
mối hàn rất cao.
Hệ số đắp cao, tiết kiệm kim loại dây hàn.
Tiết kiệm được năng lượng điện vì sử dụng triệt để nguồn nhiệt sinh ra của hồ quang.
Nếu dùng thuốc bảo vệ thì điều kiện lao động tốt, dễ cơ khí hóa, tự động hóa quá trình
hàn.
Hàn tự động không hàn được những kết cấu và vị trí mối hàn phức tạp
Hàn hồ quang tự động và bán tự động được phân ra làm hai loại:
Hàn hồ quang hở:Trong quá trình hàn, hồ quang và mối hàn có thể nhìn thấy được.
Hàn hồ quang kín (hoặc ngầm):trong quá trình hàn, hồ quang và mối hàn được bảo vệ
bởi một lớp thuốc hàn nên không nhìn thấy được.
19/31
Xem chi tiết tại đây
20/31
hàn điện tiếp xúc
Tóm tắt

Cho dòng điện có cường độ lớn chạy qua chi tiết hàn, chỗ tiếp xúc có điện trở lớn sẽ bị
nung nóng kim loại vật hàn đến trạng thái hàn (chảy lỏng hoặc dẻo) và nhờ tác dụng của
lực cơ học, các vật hàn sẽ dính chắc lại với nhau.
Theo định luật Jun – Lenxơ thì khi cho dòng điện đi qua một vật dẫn sẽ sinh ra nhiệt
lượng Q:
Q = 0,24RI
2
t
Nhiệt lượng lớn sinh ra trên bề mặt tiếp xúc sẽ nung nóng chúng đến trạng thái hàn, sau
đó dùng lực ép để tạo điều kiện cho việc khuếch tán nguyên tử, làm cho các vật hàn nối
chắc với nhau.
Hàn điện tiếp xúc có các đặc điểm sau :
Chất lượng sản phẩm cao.
Có thể hàn được các kết cấu phức tạp, các mối hàn ở các vị trí không gian khác nhau,
hàn được các chi tiết có tiết diện nhỏ.
Dễ dàng cơ khí hóa và tự động hóa quá trình công nghệ.
Năng suất, chất lượng hàn cao.
Tiết kiệm nguyên vật liệu và năng lượng.
Vì vậy hàn điện tiếp xúc được sử dụng rộng rãi trong các ngành chế tạo máy, giao thông,
công nghiệp tiêu dùng…
Xem chi tiết tại đây
21/31
hàn và cắt bằng khí
Tóm tắt
Hàn khí là gì?
Hàn khí là quá trình nung nóng vật hàn và que hàn đến trạng thái hàn: kim loại nóng
chảy bằng ngọn lửa của khí cháy (C
2
H
2

; CH
4
;C
6
H
6
…)với O
2.
Hàn khí có các đặc điểm sau :
Thiết bị hàn đơn giản và rẻ tiền.
Có thể hàn được nhiều vật liệu khác nhau như thép, gang, đồng, nhôm…
Hàn những vật liệu nhiệt độ chảy thấp, các kết cấu mỏng.
Nhược điểm lớn nhất của hàn khí là vật hàn dễ bị biến dạng, cong vênh, năng suất hàn
thấp hơn.
Hàn khí có các công dụng sau :
Hàn khí được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy xí nghiệp và công trường.
Đối với một số thép thường, kim loại màu, sữa chữa các chi tiết đúc bằng gang, hàn nối
các ống có đường kính nhỏ và trung bình… hàn khí đóng vai trò khá quan trọng.
Khí Oxy :
Để hàn và cắt ta dùng O
2
có độ tinh khiết cao gọi là Oxy kỹ thuật(nồng độ gần như
nguyên chất 99.2%) duy trì sự cháy rất tốt. Oxy càng tinh khiết thì tốc độ cắt càng cao,
mép cắt càng gọn sạch và tiêu phí Oxy càng ít.
Để sản xuất Oxy có thể dùng 3 phương pháp:
Phương pháp hóa học:
Dùng các phản ứng hóa học để giải phóng O
2
Phương pháp điện phân:
Điện phân nước để nhận được O

2
22/31
Phương pháp phân giải không khí:
Oxy được điều chế từ phương pháp hóa lỏng không khí, nén không khí dưới áp suất cao
sau đó cho bay hơi phân cấp dựa vào điểm sôi của N
2
= -196
0
C, Ar = -186
0
C, O
2
=
-183
0
C để thu được khí oxy(gọi là Oxy kỹ thuật).
Oxy được nén ở áp suất 150 at trong bình thép có dung tích 40 lit (bình có thể chứa 6m
3
O
2
).Khí Oxy được điều chế như vậy có độ nguyên chất có thể đạt từ 98 ? 99.5%
.
Xem chi tiết tại đây
23/31