Một Số Tính Chất Vật Lý Của Kim Loại Lỏng

CHƯƠNG 3
MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ
CỦA KIM LOẠI LỎNG


MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ
CỦA KIM LOẠI LỎNG
1. Sức căng bề mặt
2. Độ sệt của kim loại lỏng
3. Độ chảy loãng và khả năng điền đầy
khuôn


1. SỨC CĂNG BỀ MẶT
Góc thấm ướt θ
• Ký hiệu:
1 – ứng với kim loại lỏng
2 – không khí
3 – thành khuôn
⇒ Các sức căng pha tương ứng: σ1-2, σ1-3,
σ2-3
Cos θ= (σ2-3 - σ1-3)/ σ1-2


KLL không thấm ướt thành khuôn
• Khi θ> 900 ⇔ σ 1-3> σ 2-3
• Góc thấm ướt lớn làm giảm khả năng thấm ướt
của kim loại lỏng với thành khuôn
• Hệ quả:
- Làm giảm khả năng điền đầy khuôn, đặc biệt với
các vật đúc thành mỏng, hình dạng phức tạp

- Hạn chế sự thâm nhập của kim loại lỏng vào các
lỗ mao dẫn ở bề mặt khuôn ⇒ hạn chế cháy
dính cát cơ học trên bề mặt vật đúc


Kim loại lỏng thấm ướt thành khuôn
• Khi θ< 900 ⇔ σ 1-3< σ 2-3
• Góc thấm ướt nhỏ làm tăng khả năng thấm ướt
của kim loại lỏng với thành khuôn
• Hệ quả:
- Làm tăng khả năng điền đầy khuôn, đặc biệt với
các vật đúc thành mỏng, hình dạng phức tạp
- Làm tăng sự thâm nhập của kim loại lỏng vào
các lỗ mao dẫn ở bề mặt khuôn ⇒ dễ cháy dính
cát cơ học trên bề mặt vật đúc


Các yếu tố ảnh hưởng đến scbm
Thành phần hóa học của kim loại lỏng
• Kim loại có hòa tan các ôxit có nhiệt độ
nóng chảy < nhiệt độ nóng chảy của kim
loại nền ⇒ sẽ làm giảm góc thấm ướt. Thí
dụ: FeO trong hợp kim sắt; CuO trong HK
đồng …
• Khi trên bề mặt kim loại lỏng có màng ôxit
khó chảy sẽ làm tăng góc thấm ướt. Thí
dụ: Al2O3, Cr2O3/thép lỏng; Al2O3/HK Al…
• Các nguyên tố hòa tan trong kim loại lỏng

Các yếu tố ảnh hưởng đến scbm
• Nhiệt độ: nhiệt độ tăng thì góc thấm ướt
giảm
• Vật liệu làm khuôn, chất sơn khuôn:
- Sơn khuôn bằng phấn chì, bột talc: làm
tăng góc thấm ướt
- Phun dầu hỏa lên bề mặt khuôn: giảm góc
thấm ướt


2. ĐỘ SỆT
• Độ sệt là trở lực bên trong kim loại lỏng
làm cản trở dòng chảy
∀ η - độ sệt động lực học
• Lượng lưu chất V chảy qua 1 ống trong
một đơn vị thời gian được xác định:
V= (πr4∆p)/(8ηl)
r, l – bán kính và chiều dài ống dẫn
∆p - độ chênh cột áp giữa 2 đầu ống


2. ĐỘ SỆT
∀ ν - độ sệt động học
∀ ν= η/γ
• Re= vd/ν
v – vận tốc dài của dòng chảy
d - đường kính thủy lực của ống
• Re < Reth: chảy tầng
• Re > Reth: chảy rối
• Reth= 3500 (thép cacbon); = 7000 (gang

xám)


Các yếu tố ảnh hưởng đến độ sệt
kim loại lỏng
Nhiệt độ
• Ảnh hưởng đến độ sệt theo mối quan hệ:
η= Aeb/T
A, b - hằng số
T tăng thì η giảm mạnh


Các yếu tố ảnh hưởng đến độ sệt
kim loại lỏng


Các yếu tố ảnh hưởng đến độ sệt
kim loại lỏng
Thành phần kim loại lỏng
• Một số nguyên tố hợp kim làm tăng độ
sệt; một số khác lại làm giảm
• Những tạp phi kim rắn (vd: Al2O3 trong
thép) thường làm tăng độ sệt của kim loại
lỏng. Tạp có dạng góc, cạnh làm giảm độ
sệt mạnh hơn so với dạng cầu
• Các tạp phi kim lỏng (vd: Fe3P trong gang)
thường làm giảm độ sệt của kim loại lỏng.


3. ĐỘ CHẢY LOÃNG VÀ KHẢ NĂNG

ĐIỀN ĐẦY KHUÔN
Một số khái niệm
• Độ chảy loãng là nghịch đảo của độ sệt:
ϕ= 1/η
• Độ chảy loãng của cùng một hợp kim sẽ
khác nhau khi rót ở những nhiệt độ khác
nhau
• Hợp kim có khả năng chảy đến một nhiệt
độ thấp hơn đường lỏng và sẽ mất tính
chảy ở một nhiệt độ xác định gọi là nhiệt
độ có độ chảy loãng bằng không (T0)


Một số khái niệm
• Giá trị của T0:
- Khi pha rắn dạng cầu, hợp kim sẽ mất tính
chảy loãng khi lượng pha rắn khoảng 30%
- Nếu pha rắn có dạng nhánh cây phân
nhánh rộng sẽ làm giảm mạnh độ chảy
loãng và hợp kim sẽ mất tính chảy loãng
khi lượng pha rắn khoảng 20%


Các yếu tố ảnh hưởng đến khả
năng điền đầy khuôn
• Khi kim loại lỏng đang chảy tiếp xúc với
khuôn sẽ kèm theo các tác dụng tương hỗ
về nhiệt, vật lý, hóa học gây ảnh hưởng
đến khả năng điền đầy khuôn của kim loại
lỏng

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả
năng điền đầy khuôn
1. Các tính chất của hợp kim
• Kim loại lỏng chảy trong khuôn mất dần
nhiệt và lượng nhiệt mất đi (Qm) này
không được vượt quá lượng nhiệt quá
nhiệt (Qqn) cần thiết để nung KLL từ nhiệt
độ có độ chảy loãng bằng không đến nhiệt
độ rót:
Qm < Qqn


Các yếu tố ảnh hưởng đến khả
năng điền đầy khuôn
1. Các tính chất của hợp kim
Qqn = G[c(Tr – T0) + xW]
G – khối lượng vật đúc
c - nhiệt dung riêng của KLL
W - ẩn nhiệt kết tinh của KLL
x - phần pha rắn khi KLL có độ chảy loãng
bằng không
Mức độ chảy của KLL phụ thuộc vào c
và W


Các yếu tố ảnh hưởng đến khả
năng điền đầy khuôn
2. Các tính chất của khuôn

Tính chất của khuôn thể hiện ở 2 mặt:
a. Khuôn lấy nhiệt của KLL
Khả năng lấy nhiệt được đặc trưng bằng
độ thấm nhiệt của khuôn bkh:
bkh= (λcρ)0,5
λ, c, ρ: độ dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng,
khối lượng riêng của khuôn
Khuôn có bkh càng lớn ⇒ KLL nguội càng
nhanh


Các yếu tố ảnh hưởng đến khả
năng điền đầy khuôn
2. Các tính chất của khuôn
b. Gây trở lực cho dòng chảy do ma sát
• Bề mặt khuôn càng nhẵn, hệ số ma sát
càng thấp
• Sự hình thành màng khí mỏng giữa KLL
và bề mặt khuôn làm giảm hệ số ma sát
• Hệ số ma sát của khuôn tươi nhỏ hơn
khuôn khô


Các yếu tố ảnh hưởng đến khả
năng điền đầy khuôn
3. Sức căng bề mặt
• Scbm giữa KKL và khuôn càng lớn thì khả
năng điền đầy khuôn càng kém
4. Màng ôxit
• Màng ôxit trên bề mặt KLL làm giảm khả

năng điền đầy khuôn


Các yếu tố ảnh hưởng đến khả
năng điền đầy khuôn
5.Khoảng đông của
KLL
∀ ∆T càng thấp thì độ
chảy loãng càng cao


Các yếu tố ảnh hưởng đến khả
năng điền đầy khuôn
6. Ảnh hưởng của hình dạng lòng khuôn
Gọi: F, V là tổng diện tích bề mặt và thể
tích lòng khuôn.
Khi F/V tăng:
• Nhiệt lượng KLL truyền cho khuôn tăng
• Ma sát giữa KLL và khuôn tăng
⇒ Giảm khả năng điền đầy khuôn


XÁC ĐỊNH ĐỘ CHẢY LOẢNG


XÁC ĐỊNH ĐỘ CHẢY LOẢNG


XÁC ĐỊNH ĐỘ CHẢY LOẢNG