Tính Đúc Của Hợp Kim Và Các Nhân Tố Ảnh Hưởng Đến Sự Kết Tinh Của Hợp Kim Đúc

Ch­¬ng­5
TÝnh ®óc cña hîp kim vµ c¸c
nh©n tè Ảnh hëng ®Õn sù kÕt
tinh cña hîp kim ®óc


Ch­¬ng­5:­TÝnh­®óc­cña­hîp­kim­

5.1- TÝnh ®óc cña hîp kim
TÝnh ®óc cña hîp kim lµ tÝnh chÊt c«ng nghÖ cña
hîp kim ®óc bao gåm:
1. TÝnh chảy lo·ng.
2. TÝnh thiªn tÝch
3. TÝnh co
4. Đé hoµ tan khÝ.


Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư








1- Tính chy loãng
Tính chy loãng là mức độ chy lỏng hay sệt của hợp kim đúc tạo
kh nng điền đầy khuôn và nhận đợc vật đúc rõ nét.
Nếu hợp kim đúc có tính chy loãng kém th ỡ vật đúc dễ bị thiếu hụt,
hỡnh dạng vật đúc không rõ nét, khó đúc vật đúc hỡnh dạng phức tạp,

thành mỏng.
Các nhân tố nh hởng đến tính chy loãng:
a) Nhiệt độ
b) Cấu tạo hợp kim
c) nh hởng của tạp chất
d) nh hởng của khuôn
e) nh hởng của thành phần hoá học
g) nh hởng của hỡnh thức rót kim loại lỏng vào khuôn


Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư

a) Nhiệt độ
ộ quá nhiệt T càng tng thỡ độ chy loãng của hợp kim càng tng
nhng chỉ tng đến mức độ nhất định. V ỡ vậy để đm bo hợp kim đúc
có tính chy loãng tốt ngời ta phi qui định kho ng nhiệt độ rót cho
mỗi loại hợp kim đúc.
b) Cấu tạo hợp kim
Kim loại nguyên chất, hợp kim cùng tính thỡ có tính chy loãng cao hơn
hợp kim có cấu tạo ở hỡnh dạng dung dịch đặc và hợp kim hoá học. Bởi
vỡ cấu trúc mạng tinh thể của chúng phức tạp hơn kim loại nguyên chất.
Thép có độ chy loãng kém hơn gang vỡ xa thành phần cùng tinh, gang
ít các bon chy loãng kém gang cùng tinh.
c) nh hởng của tạp chất
Kim loại lỏng có tạp chất phi kim lơ lửng càng nhiều, nh ng màng ôxýt
và màng nitrit càng nhiều thỡ độ chy loãng gim vỡ sức cn lớn làm
tng độ sệt động lực.


Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư

d) nh hởng của khuôn
Tính dẫn nhiệt của khuôn càng cao thỡ độ chy loãng càng
kém (cùng một hợp kim đúc, đúc trong khuôn kim loại tính
chy loãng kém hơn so với đúc khuôn cát).
ộ nhám của thành khuôn gim, lợng nớc trong hỗn hợp
gim, nhiệt độ khuôn tng thỡ tính chy loãng tng.
e) nh hởng của thành phần hoá học
Thành phần hoá học nh hởng nhiều đến tính chy loãng.
Ví dụ gang cùng tinh (có 4,6%C) nhiệt độ nóng chy thấp
hơn gang trớc và sau cùng tinh) tính chy loãng cao. Gang
có chứa phốt pho nhiều làm tng tính chy loãng (khi nấu
phốt pho ôxy hoá và phát ra nhiệt lớn).


Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư

g) nh hởng của hỡnh htức rót kim loại lỏng vào khuôn
Hỡnh thức rót kim loại vào khuôn quyết định dòng chy của kim
loại.
Chy tầng dòng kim loại chy êm, song song thành khuôn. Tốc
độ của phần tử kim loại sát thành khuôn bằng không và nguội
nhanh hơn, chóng đông đặc, tiết diện có ích của dòng chy
gim nên độ chy loãng gim.
Chy rối các phần tử kim loại lỏng va vào thành khuôn, dội vào
dòng chy, lớp kim loại sát thành khuôn luôn thay đổi, trong
đơn vị thời gian dòng kim loại chy nhiều hơn cho nên tính
chy loãng tng.
Khi đúc vật đúc nhỏ, mỏng, kết cấu phức tạp nên cho dòng kim
loại chy rối vào lòng khuôn.

Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư

2- Tính thiên tích
Tính thiên tích là sự không đồng nhất về thành phần
hoá học trong từng vùng của vật đúc và trong nội bộ
hạt tinh thể của hợp kim.
Sự thiên tích nh hởng xấu đến cơ, lý tính của vật đúc
và cũng là một trong các nguyên nhân gây h hỏng khi
chi tiết đúc làm việc.
Có hai loại thiên tích:
1. Thiên tích vùng
2. Thiên tích hạt.


Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư

a) Thiên tích vùng
Là sự đồng nhất về thành phần hoá học gia các phần
của vật đúc.
Nguyên nhân gây ra thiên tích vùng:
- Tỷ trọng các nguyên tố hợp kim khác nhau, trong quá trỡnh
kết tinh nguyên tố nhẹ nổi lên phía trên, nguyên tố nặng
chỡm phía dới.
- Sự chênh lệch áp suất trong vật đúc. áp suất sinh ra trong
quá trỡnh kết tinh do sự lớn lên của các mầm kết tinh và
sự chen lẫn gia chúng.
- Tốc độ nguội kim loại lỏng nhỏ và khong kết tinh lớn do
đó thiên tích vùng càng nhiều (vỡ thời gian kết tinh lâu,

nguyên tố nặng nhẹ có điều kiện phân ly).


Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư

b) Thiên tích hạt
Là sự không đồng nhất ngay trong nội bộ hạt kim
loại.
Nguyên nhân:
- Sự kết tinh của các nguyên tố hợp kim không cùng
một lúc.
- Ngay bn thân trong hạt kim loại cũng có lẫn xỉ,
bọt khí.
- Do sự thẩm thấu gia các phần tử trong hợp kim.


Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư

c) Cách khắc phục
- Chọn mẻ liệu nấu đúng, chứa ít tạp chất.
- m bo đúng qui trỡnh nấu rót.
- Trong thời gian vật đúc đông đặc ta làm nguội
nhanh, sau khi vật đúc đông đặc ta làm nguội
chậm để nhờ hiện tợng thẩm thấu ở nhiệt độ cao
mà điều hoà đợc thành phần hoá học.


Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư

3- Tính co

Hiện tợng gim thể tích và chiều dài của hợp kim khi
nhiệt độ gim gọi là sự co về thể tích và co chiều dài.
Sự giãn nở khi nung và co khi nguội có thể xem nh quá
trỡnh thuận nghịch.
V = v ( t1 t 2 ) %
l = l ( t1 t 2 ) %

V ộ co thể tích.
l ộ co chiều dài.
v, l Hệ số co thể tích và chiều dài.
t1, t2 Nhiệt độ ban đầu và kết thúc co.


Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư

ối với vật đúc độ co thể tích và chiều dài đợc so với
mẫu.
Vm Vvd
V =
x 100%
Vm

L =

L m L vd
x 100%
Lm

Vm, Lm - Thể tích và chiều dài mẫu.
Vvd, Lvd - Thể tích và chiều dài vật đúc.

Các giai đoạn co:




a) Co ở trạng thái lỏng
b) Co trong giai đoạn kết tinh
c) Co ở trạng thái rắn


Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư

a) Co ở trạng thái lỏng
Là co thể tích bắt đầu từ nhiệt độ rót đến nhiệt độ
bắt đầu kết tinh nó biểu thị bằng việc gim kim
loại lỏng trong khuôn.
Lợng co ở giai đoạn này chịu nh hởng rất nhiều
vào nhiệt độ rót: nhiệt độ rót càng cao lợng co
càng nhiều.


Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư

b) Co trong giai đoạn kết tinh
Từ nhiệt độ bắt đầu kết tinh đến nhiệt độ kết thúc
kết tinh. Trong giai đoạn này vẫn co thể tích là
chủ yếu, nó là nguyên nhân gây lõm co và rỗ co
trong vật đúc.
* Lõm co: Là nhng lỗ rỗng hỡnh
nón hỡnh thành ở trên bền mặt

vật đúc đối với vật đúc hở hoặc
ở bên trong gần bề mặt vật đúc
đối với vật đúc kín.

Hình 5.1


Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư

Nguyên nhân sinh ra lõm co:
- Quá trỡnh kết tinh xẩy ra bắt đầu từ lớp hợp kim ngoài
cùng tiếp giáp với thành khuôn, sau đó phát triển dần vào
trong, phần gia kết tinh sau cùng. V ỡ vậy càng vào gia
vật đúc lợng hợp kim lỏng bị co càng nhiều nên sau khi
kết tinh xong trên bề nặt vật đúc tạo ra lỗ rỗng hỡnh nón.
- Trong quá trỡnh kết tinh, hơi nớc và các khí hoà tan trong
hợp kim lỏng không ngừng thoát ra ngoài, càng lùi vào
trong quá trỡnh kết tinh càng chậm, lợng hơi nớc và khí
thoát ra càng nhiều làm cho lợng hợp kim lỏng càng
gim.


Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư

- Do quá trỡnh kết tinh ở vật đúc đầu tiên tạo tinh thể
hỡnh nhánh cây, gia các tinh thể hỡnh nhánh cây
vẫn tồn tại hợp kim lỏng, do hợp kim lỏng bị co nên
gia các tinh thể nhánh cây sẽ xuất hiện các khe hở
nhỏ, do tác dụng của trọng lợng, hợp kim lỏng ở phía
trên sẽ dồn xuống phía dới, làm cho thể tích phần

phía trên vật đúc thiếu hụt tạo nên lõm co.
Lõm co thờng xuất hiện ở nhng nơi tập trung hợp kim
của vật đúc.
Muốn khắc phục lõm co phi dùng đậu ngót bổ sung
hoặc gim nhiệt độ rót của hợp kim lỏng.


Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư

* Rỗ co: Là nhng lỗ nhỏ nằm bên trong vật đúc dọc trục
thỏi và nằm dới nhng lõm co.
Nguyên nhân tạo ra rỗ co:
- Khi kết tinh có sự tạo thành nhng tinh thể hỡnh nhánh cây,
khi chúng gặp nhau sẽ ngăn cách ra nhiều khu vực, hợp
kim lỏng còn lại trong từng khu vực ấy sau tiếp tục co
không đợc bổ sung hợp kim lỏng từ nơi khác đến sẽ tạo ra
rỗ co.
- Do chỗ mỏng của vật đúc kết tinh trớc, chỗ dày kết tinh sau.
Giọt hợp kim lỏng còn lại cuối cùng ở chỗ ấy khi kết tinh có
sự co thể tích tạo rỗ co.
Sự xuất hiện rỗ co trong vật đúc làm cho cơ tính gim. ể
khắc phục rỗ co ngời ta tng áp lực rót tạo điều kiện cho vật
đúc đông đặc cùng một lúc.


Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư

c) Co ở trạng thái rắn: (từ nhiệt độ kết thúc kết
tinh đến nhiệt độ môi trờng) .
ở trạng thái này sự co chiều dài của vật đúc là chủ yếu.

Nhỡn chung hầu hết kim loại lỏng và hợp kim khi hạ
nhiệt độ ở thể rắn đều có hiện tợng co về chiều dài.
Các hợp kim khác nhau có hệ số co khác nhau.
Trong quá trình vật đúc co ở trạng thái rắn, thỡ tất c
nhng yếu tố nào cn trở sự co nh: lực ma sát gi a
bề mặt khuôn với bề mặt vật đúc, tính lún của khuôn,
lõi kém đều sẽ là nguyên nhân gây nên ứng suất bên
trong làm cho vật đúc bị nứt, cong vênh.


Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư

4- Tính hoà tan khí
Tính hoà tan khí là sự hoà tan khí vào hợp kim trong quá trỡnh
nấu và rót vào khuôn.
* Trong quá trỡnh nấu nếu áp suất môi trờng tng cũng có tác
dụng làm cho khí hoà tan vào hợp kim lỏng càng nhiều.
* Khi rót kim loại lỏng vào khuôn với tốc độ nhanh hơi ẩm trong
khuôn không kịp thoát ra cũng làm cho độ hoà tan khí trong
hợp kim đúc tng lên.
Trong quá trỡnh nấu và rót vào khuôn các khí O2, H2, CO, CO2,
CH4 từ khí trời , từ vật liệu nấu đều rất dễ hoà tan vào trong
hợp kim đúc.
Khí hòa tan vào hợp kim đúc là nguyên nhân sinh ra sự rỗ khí ở
vật đúc và nh hởng xấu đến cơ tính.


Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư

Sự hoà tan các khí vào hợp kim trong quá trỡnh nấu đợc mô t

bằng đồ thị (hỡnh 5.2).
Quá trỡnh nấu nhiệt độ tng từ đến trong khong nhiệt độ này vật
liệu kim loại ở trạng thái rắn nên độ hoà tan khí cha thay đổi.
Từ nhiệt độ kim loại bắt đầu chy thỡ sự
hoà tan khí vào kim loại lỏng tng
dần (đoạn b-c) cho tới khi kim loại
chy lỏng hoàn toàn (gần c) lợng khí
hoà tan vào hợp kim lỏng tng lên
mãnh liệt. Khi hợp kim lỏng bắt đầu
sôi thỡ do sự sôi làm cho khí từ kim
loại lỏng thoát ra và áp lực hơi tác
dụng ngn không khí bên ngoài xâm
nhập vào kim loại lỏng. Kết qu sự
hoà tan khí gim đột ngột (de).


Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư







5.2- Các nhân tố nh hởng đến sự kết
tinh của hợp kim đúc
1- nh hởng của vật liệu nấu và điều kiện nấu
2- nh hởng của khoáng nhiệt độ kết tinh
3- nh hởng của sự biến tính
4- nh hởng của tốc độ nguội

5- nh hởng của sự tác dụng cơ học đến sự kết
tinh


Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư

1- nh hởng của vật liệu nấu và điều kiện nấu
Các nguyên tố chủ yếu ở thành phần vật liệu nấu đều chuyển
vào vật đúc. Song trong quá trỡnh nấu hỡnh thành tạp chất
dạng xỉ ở trạng thái phân tán trong kim loại không hề làm
thay đổi thành phần hoá học.
Khi rót hỗn hợp lỏng vào khuôn, xỉ sẽ theo vào nằm lẫn
trong vật đúc làm nh hởng đến cơ tính vật đúc.
Nh vậy là xỉ có nhiều loại, nh hởng của chúng đối với cơ
tính vật đúc tuy có khác nhau nhng nói chung là không
tốt. Vỡ vậy trong quá trỡnh nấu luyện phi có biện pháp
công nghệ tốt khử các tạp chất có hại và các loại khí trong
hợp kim đúc.


Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư

ối với gang: Nếu gang có chứa:
+ Loại xỉ có tính chy loãng kém, sẽ làm cho gang khi kết
tinh xong có tổ chức hạt grapit thô, cơ tính s n phẩm đúc
kém.
+ Loại xỉ có FeO, CaO sẽ làm cho gang khi kết tinh bị xốp,
cơ tính vật đúc kém.
+ Loại xỉ có lẫn đá vôi và đôlômit hoặc xỉ là mác tanh sẽ làm
cho gang sau khi kết tinh có tổ chức hạt graphit nhỏ mịn,

cơ tính vật đúc tốt.
ối với thép: Nếu xỉ trong thép lỏng có chứa P-S th ỡ kết tinh
sẽ phân bố ở miền tinh giới hạn làm cho thép bị dòn nóng
và dòn nguội.


Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư

2- nh hởng của khoáng nhiệt độ kết tinh (từ nhiệt độ bắt
đầu kết tinh đến nhiệt độ kết thúc kết tinh)
Bằng thực nghiệm ngời ta đã xác định đợc rằng:
+ Nhng kim loại và hợp kim có khong kết tinh hẹp, thỡ sau khi kết
tinh xong, vật đúc có cấu trúc tinh thể hỡnh trụ từ ngoài vào
trong.
+ Nhng kim loại và hợp kim có khong kết tinh rộng, thỡ sau khi kết
tinh xong chỉ có lớp mỏng bên ngoài vật đúc có cấu trúc tinh thể
hạt tròn và hỡnh trụ, còn phần lớn hợp kim bên trong có dạng tinh
thể hỡnh nhánh cây.
+ Cùng một tốc độ nguội, kim loại và hợp kim nào có kho ng kết
tinh hẹp thỡ tốc độ sinh mầm lớn, nên sau khi kết tinh xong vật
đúc có cấu trúc tinh thể hỡnh trụ.
Kim loại và hợp kim có cấu trúc tinh thể hỡnh trụ có cơ tính cao hơn
cấu trúc tinh thể hỡnh nhánh cây thô.


Chươngư5:ưTínhưđúcưcủaưhợpưkimư

3- nh hởng của sự biến tính
Sự biến tính là sự gia công hợp kim lỏng bằng cách cho thêm nhng
chất phụ vào trớc lúc rót hợp kim lỏng vào khuôn nhằm làm nhỏ hạt

tinh thể trong quá trỡnh kết tinh lần thứ nhất để nhận đợc vật đúc có
cơ tính cao.
Có 2 cách làm biến tính:
+ Biến tính loại I: Là biến tính bằng cách cho thêm chất phụ vào hợp
kim lỏng để tạo nên một lớp màng hoạt tính bao bọc xung quanh các
tâm mầm, hạn chế sự phát triển của chúng trong quá trỡnh kết tinh.
+ Biến tính loại II: Là sự biến tính bằng cách cho chất phụ vào hợp kim
lỏng, chúng sẽ tác dụng với O2, N2 có sẵn trong đó tạo thành các lớp
hoá học có nhiệt độ nóng chy cao, tồn tại ở dạng hạt nhỏ phân tán
trong hợp kim lỏng đóng vai trò các tâm mầm có sẵn. Nhờ vậy tng đ
ợc số tâm mầm kết tinh, nên sau khi kết tinh xong, hợp kim có tổ
chức hạt nhỏ mịn, cơ tính cao.