Cong nghe kim loai chuong I+II+III - CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PHÔI TỪ KIM LOẠI LỎNG

Chương I
CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PHÔI TỪ KIM LOẠI LỎNG
1.1. Khái niệm chung
Đònh nghóa
Đúc là quá trình điền đầy kim loại ở thể lỏng vào lòng khuôn đúc có
hình dạng kích thước đònh 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
- Đúc trong khuôn cát:
+ Khuôn cát là loại khuôn đúc một lần (chỉ rót một lần rồi phá
khuôn).vật đúc tạo hình trong khuôn cát có độ chính xác thấp độ bóng bề
mặt kém lượng dư gia công lớn.Nhưng khuôn cát tạo ra vật đúc có kết
cấu phức tạp, khối lượng lớn.

+ Sơ đồ sản xuất đúc bằng khuôn cát

1


- Đúc đặc biệt:
Ngoài khuôn cát , các dạng đúc trong khuôn đúc (kim loại ,vỏ mỏng …)
được gộp chung là đúc đặc biệt .
Đúc đặc biệt, do tính riêng từng loại cho ta sản phẩm chất lượng cao
hơn ,độ chính xác ,độ bóng cao hơn vật đúc trong khuôn cát. Ngoài ra
phần lớn các phương pháp đúc đặc biệt có năng suất cao hơn .tuy nhiên
đúc đặc biệt thường chỉ được vật đúc nhỏ và trung bình .
1.1.1. Phạm vi áp dụng của công nghệ và những nguyên công cơ bản
trong công nghệ
a. Phạm vi áp dụng của công nghệ
* Trong sản xuất đúc, vật đúc được phân chia thành khối lượng gồm :
Nhỏ, trung bình, và lớn.
Vật đúc nhỏ ≤ 100 kg
Vật đúc trung bình 100 ÷ 150 kg
Vật đúc lớn > 500 kg
* Tính chất sản xuất :
Đơn chiếc : 1 ÷ 50 vật đúc / năm
Hàng loạt: : Nhỏ : 50 ÷ 100 vật đúc / năm
Vừa : 100 ÷ 1000 vật đúc / năm
Lớn : 1000 ÷ 10.000 vật đúc / năm
Hàng khối : > 10.000 vật đúc / name

2

Sản xuất : Lỗ Φ ≥ 50 mm → đơn chiếc
Lỗ Φ ≥ 30 mm → hàng loạt
Lỗ Φ ≥ 20 mm → hàng khối
b. Những nguyên công cơ bản trong công nghệ
* Khái niệm vật đúc :
Vật đúc là dạng sản phẩm hình thành từ hợp kim lỏng trong lòng
khuôn. Sự hình thành đó chòu ảnh hưởng lớn kết cấu vật đúc.
* Yêu cầu của một kết cấu kim loại
- Bảo quản quy trình công nghệ làm khuôn đơn giản, thuận tiện.
- Để xác đònh vò trí lòng khuôn trong khuôn đúc để tạo ra hướng kết tinh
đúng nhằm nâng cao chất lượng hợp kim đúc loại bỏ các khuyết tật đúc.
- Bảo đảm cho quy trình công nghệ gia công cắt gọt được thuận tiện.
- Bảo đảm cơ tính vật đúc.
1.1.2. Tính đúc của kim loại và những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
đúc
a. Tính đúc của kim loại
Tính đúc của kim loại là khả năng đúc dễ hay khó của kim loại đó.
Nó được đánh giá bằng các chỉ tiêu cơ bản sau đây:
- Tính chảy loảng
- Tính co của kim loại
- Tính hoà tan khí
- Tính thiên tích
*. 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.
- Si, P là những nguyên tố làm tăng tính chảy loãng của kim loại.
- Mn, S là những nguyên tố làm giảm tính chảy loãng của kim loại.

* Tính co của kim loại
- Tính co càng tăng tính đúc càng kém. Vì đúc vật đúc ra dễ bò các khuyết
tật, lõm co, rỗ co.
- Thành phần hỗn hợp của các nguyên tố trong kim loại.
- Nhiệt độ rót kim loại.
3


* Tính hòa tan khí
Kim loại khi đúc thường hoà tan khí O2, H2 , hơi H2O 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.
b. Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đúc
- Thành phần hoá học.
- Nhiệt độ rót.
- Vật đúc thành càng mỏng → rót kim loại ở nhiệt độ càng cao.
- Công nghệ khuôn.
- Tốc độ nguội.
- Thành phần vật liệu nấu.
1.2. Công nghệ đúc
1.2.1. Cấu tạo khuôn đúc và những nguyên tắc cơ bản để chế tạo chúng
a. Cấu tạo khuôn đúc
* Bộ mẫu gồm:
- Mẫu để tạo lòng khuôn.
- Mẫu của hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót.
- Tấm mẫu để làm khuôn.
* Yêu cầu vật liệu làm mẫu và hộp lõi.
- Yêu cầu vật liệu :

+ 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
+ Gỗ
+ Kim loại: Hợp kim nhôm đúc ( Hợp kim Silumin), gang, thép, đồng
+ Nhựa
+ Thạch cao ( CaSO4.2H2O )
+ 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.

4


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.
• p dụng cho sản xuất hàng khối , hàng loạt lớn.
• Gia công cắt gọt, nguội…từng phần rồi lắp ráp hoặc phay CNC.
b.Những nguyên tắc cơ bản để chêt tạo khuôn
* Dựa vào công nghệ làm
khuôn :
Rút mẫu dễ dàng, đònh vò 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
đểû 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 vò trí của lõi là thẳng
đứng.Để đònh vò lõi chính xác,
tránh được tác dụng lực của kim loại lỏng làm biến dạng thân lõi, dễ
kiểm tra khi lắp ráp.
- Chọn mặt phân khuôn sao
cho lòng khuôn là nông nhất,

5


để dễ rút mẫu và dễ sữa khuôn, dòng chảy kim loại vào khuôn êm hơn, ít
làm hư khuôn .
* Những kết cấu lòng khuôn phân bố ở cả
khuôn trên và khuôn dưới nên chọn lòng
khuôn trên nông hơn, như vậy sẽ dễ làm
khuôn , dễ lắp ráp khuôn.Nên hình bên ta
nên chọn phương án 1
* Dựa vào độ chính xác của lòng khuôn

Độ chính xác của vật đúc phụ thuộc vào độ
chính xác của lòng khuôn.Do đó phải:
- Lòng khuôn tốt nhất là chỉ phân bố vào
trong 1 hòm khuôn . Để tránh sai số khi lắp ráp khuôn.
Ví dụ:
- Những vật đúc có nhiều tiết diện
khác nhau, nếu yêu cầu độ đồng tâm
cao, người ta dùng thêm miếng đất
phụ để đặt toàn bộ vật đúc trong một
hòm khuôn .
- Miếng đất phụ sẽ làm thay đổi phần
nào hình dạng mẫu để tạo ra tiết diện
lớn nhất tại mặt phân khuôn.
1.2.1.1. Chế tạo mẫu và lõi mẫu
a. Làm khuôn bằng tay
*. Làm khuôn trên nền xưởng
Để đúc vật đúc lớn nếu thiếu hòm khuôn có kích thước lớn thì thay
thế khuôn dưới bằng nền xưởng.

6


1-Sỏi hoặc than cốc để thông khí; 2-Các ống thông khí để thoát khí cho
khuôn dưới;3- Hỗn hợp làm khuôn ;4- Khuôn tiện ;5- Chốt nêm để đònh
vò khuôn trên và khuôn dưới;6- Rãnh dẫn.;7- Cốc rót;8- Đậu hơi.
*. Làm khuôn xén:
Để làm khuôn trong hai hòm khuôn nhưng mẫu nguyên thành một khối
do đó phải xén bớt phần khuôn cát ở dưới cản trở việc rút mẫu ở khuôn
dưới và tạo phù lại ở khuôn trên. Do vậy, mặt phân khuôn thường là bậc
hoặc cong.

*. Làm khuôn bằng mẫu có miếng tời
Các miếng tời gắn với chính bằng đinh ghim, sau này rút ra sau
mẫu và lấy theo phương ngang cá mặt phân khuôn là mặt bậc hoặc cong.

b. Làm khuôn bằng máy

7


Sản xuất hàng loạt, vật đúc đơn giản, kích thước nhỏ hoặc trung
bình. Đầm chặt hỗn hợp và rút mẫu.
* Làm khuôn trên máy ép: có hai loại
- Máy ép từ trên xuống.
- Máy ép từ dưới lên.
Nguyên lý làm việc của máy ép làm khuôn
1.Bàn máy; 2.Mẫu; 3.Hòm khuôn (độ cao H); 4.Hòm khuôn phụ(độ cao
H); 5.Xà ngang; 6.Chày ép; 7.Van khí ; 8.Pittông; 9.Xilanh.

Máy ép từ trên xuống

Máy ép từ dưới lên

- Xà ngang 5 gắn với chày ép 6 được quay đến vò trí làm việc . Bàn máy 1
gắn chặt với mẫu 2 . Hòm khuôn 3, khuôn phụ 4 tất cả được gắn trên
pittông 8. Khí nén đi vào van 7, sẽ đẩy toàn bộ pitông bàn máy . Chuyển
động đi lên chày ép sẽ lún sâu đến mặt trên của khuôn 3 quá trình ép
dừng lại, khí nén thoát ra ngoài toàn bộ phần rên hạ xuống cùng với
pittông. Thời gian ép từ 9÷15 giây/ 1 khuôn. Để khắc phục hiện tượng độ
đầm chặt gần mẫu nhỏ, xa mẫu lớn dùng phương pháp ép từ dưới lên ở

hình sơ đồ máy ép làm khuôn.
- Mẫu vừa tạo ra lồng khuôn, vừa làm nhiệm vụ chày ép không có bộ
phận chày ép 6.
-Làm khuôn trên máy dằn (1 cung).
-Làm khuôn bằng cách phun cát.
c. Các phương pháp làm lõi :Bằng tay
- Hộp lõi nguyên (lõi đơn giản ).
- Hộp lõi hai nữa (ghép đối xứng).
- Hộp lõi lắp ghép( lõi có miếng rời , lõi phức tạp).
8


1.2.1.2. Công nghệ chế tạo khuôn cát
a. 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 :σn = 60÷80 k.p.a
+ Khuôn khô : σk = 80÷200 k.p.a
- Độ dẻo : dùng nhiều hàm lương chất sét dính kết tăng hàm lượng H2O
+ Khuôn tươi : H2O > 5%
+ Khuôn khô : H2O ≤ 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 bò
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 SiO2(thạch anh ) lớn.
- Độ ẩm: Để làm khuôn, in hình:
+ Khuôn tươi :4÷5%

+ Khuôn khô :6÷8% â
- Tính bền lâu
*.Các loại vật liệu : Thành phần chủ yếu :
- Cát: SiO2 (thạch anh)
- Độ hạt: Kích thước vật đúc càng lớn thì độ hạt càng lớn
Tính thù hình
- Đất sét: Cao lanh, Al2O3.2 SiO2. 2H2O,
- Bentorit : Al2O3.4 SiO2. nH2O
- Chất dính kết :
+ Dùng các loại thực vật, khoáng vật
+ Rỉ mật.
+ Nước bã giấy(kiềm sunfat).
Sấy 2000C÷2200C
+ Nước thuỷ tinh:
Na2On. SiO2. mH2O + cát ( K2O.n SiO2. mH2O) =======>
Hoặc thổi CO2
SiO2. (m-9)H2O
- Chất phụ :
9


+ Làm tăng tính lún, thông khí cho hỗn hợp.
+ Bột grafit + đất sét + nước → chất sơn khuôn đúc gang, hợp kim đồng.
+ SiO2 + sét + H2O → chất sơn khuôn đúc thép
b. Công nghệ làm khuôn:
* Phương pháp làm khuôn bằng tay
Những khuôn đúc có các kích thước, độ phức tạp tuỳ ý và thường áp dụng
cho sản xuất đơn chiếc, hàng loạt nhỏ,vừa
*.Phương pháp làm khuôn
trong hai hòm khuôn

Cát áo: Là phần hổn hợp
trực tiếp tiếp xúc với chất lỏng
Cát đệm: Không trực tiếp
tiếp xúc với kim loại lỏng nên
yêu cầu chất lỏng không cao,
thường làm vật liệu cũ trộn
thêm với nước .
1.2.1.3. Sấy và lắp ráp khuôn
1.2.2. Đúc trong khuôn kim loại
a.Khái niệm : Đúc trong khuôn kim loại là rót kim loại lỏng vào khuôn
bằng kim loại.
b.Đặc điểm:
- Khuôn kim loại dùng được nhiều lần.
- Vật đúc có độ chính xác cao, Cơ tính tốt vì tổ chức hạt kết tinh nhỏ mòn.
- Tiết kiệm vật liệu làm khuôn áp dụng cho loại hình sản xuất hàng loạt.
Vật liệu đúc đơn giản, cấu tạo nhỏ hoặc trung bình.
- Do vật liệu làm khuôn lõi: Kim loại không có tính lún do đó vật đúc dễ
bò nứt, đúc gang dễ bò biến dạng trắng .
- Do tốc độ dẫn nhiệt thành khuôn cao nên khả năng điền đầy kim loại
kém do đó vật đúc dễ bò thiếu hụt và không phải cao hơn trong khuôn cát.
*.Quá trình đúc trong khuôn kim loại
- Làm sạch khuôn lõi( Sau mỗi lần đúc).
- Sấy khuôn lõi (nhiệt độ sấy 150 ÷ 4500C ) thuộc kim loại đúc.
- Sơn khuôn lõi : gồm sơn lót dày 1 ÷ 2 mm và sơn phủ mặt bằng dầu hôi
hoặc dầu thực vật.
- Lắp khuôn và rót kim loại vào.
10


- Sấy lõi , mở khuôn, lấy vật đúc.

1.3. Đúc hợp kim. Trang thiết bò cho công nghệ đúc
1.3.1. Đúc gang
Thành phần hỗn hợp của gang : Fe, C …
C = 2,14 ÷ 4,0%
Si = 0,4 ÷ 3,5%
Mn = 0,2 ÷ 1,5%
P = 0.04 ÷ 1,5%
S = 0,02 ÷ 0,2%
a,Phân loại gang :
* 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.
* Gang trắng : Cacbon trong gang này có dạng liên kết hoá học xêmentit
tự do vì vậy gang này rất cứng và dòn.
* 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.
* 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
* 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.
b,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.
c.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.
11


- 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.
d. Chất trợ dung
- Đưa vào để tách các tạp chất và xỉ ra khỏi kim loại lỏng.
CaCO3 ( 4 ÷ 5%)
- Đối với lò dầu không cần dùng đá vôi CaCO3 để khử tạp chất.
- Lò điện hồ quang trực tiếp dùng để nấu thép.
- Lò điện hồ quang gián tiếp dùng để nấu kim loại màu.
- Lò nấu : xem
e. Vật liệu chòu lửa
Vật liệu chòu được nhiệt cao mà không bò mềm chảy thay đổi thể tích
thành phần hỗn hợp. Thường để xây các tường lò hợp kim lò đúc làm các
dụng cụ để chứa đựng kim loại lỏng hay lò nung làm vật liệu chòu lửa.
* Vật liệu chòu lửa : axit
Gạch Đinat : SiO2 ; nhiệt độ chảy :17300C
* Vật liệu chòu lửa : bazơ
Gạch Manhêhit (MgO)
Crôm-Manhêhit (Cr2O3, MgO …)
Nhiệt độ chảy : 1600 ÷ 17000C
Gạch Crômit

f. Tính phối liệu nấu gang
*.Mẻ liệu nấu
- Nhiên liệu :
Dầu FO 15 ÷ 18% khối lượng vật liệu kim loạ
Than cốc :12 ÷ 15% (lò đứng )
Than đá : 20 ÷ 25% (lò chỏ)
- Chất trợ dung : Có tác dụng đưa vào làm chảy loãng xỉ và nổi lên
trên bề mặt nước gang để vớt ra dễ dàng .
Đá vôi CaCO3 , đôlômít, xỉ lò Mactanh → lò đứng và lò chõ. Lò dầu
không cần dùng chất trợ dung để tạo xỉ
*. Vật liệu kim loại
- Gang thỏi đúc.
12


- 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 bò
cháy hao trong quá trình nấu. vật liệu nấu phải làm sạch, có kích thước
phù hợp với đường kính của lò ( ≤ 1/3Dt).
* Cách tính
- Gọi x,y,z là khối lượng của các vật liệu nấu.

- Có phương trình
X + Y + Z = 100%
+ Gọi Si vật liệu kim loại , Mn vật liệu loại là thành phần Si, Mn, có vật
liệu kim loại.
+ Gọi Sivđ , Mnvđ là thành phần Si, Mn có trong vật đúc.
+ Gọi Sich, Mnch là thành phần Si, Mn có trong quá trình nấu.

Si cháy hao 15%,.
Mn cháy hao 20%.
C cháy hao 15%.
+ Lò đứng, lò chõ(than) C không tính.
+ Lò dầu phải tính cháy hao 15%.
Sivlkl – Sich . Sivlkl = Sivđ.
Sivlkl .(1– Sich ) = Sivđ.
Sivlkl =
Mnvlkl

Sivd
1 − Sich
Mnvd
=
1 − Mnch

Hệ phương trình :
x + y +z = 100%
x.

Sivd
Sivd
Sivd
+ y.
+ z.
= 100% Mnvlkl
1 − Sich
1 − Sich
1 − Sich

13


VD : GX : 15-32.
Tra bảng biết thành phần hổn hợp C, Si, Mn.
* Đặc điểm đúc gang
- Tính chảy loãng cao nên đúc được các vật đúc thành mỏng, phức tạp.
- Khối lượng riêng của gang lớn, nên ít lẫn các tạp chất, xỉ, bọt khí.
- Công nghệ khuôn không phức tạp, chất lượng đúc cao.
- Nấu luyện đơn giản.
1.3.2. Đúc thép
* Thiết bị đúc khn
Thiết bị đúc khn thường được chia thành đúc trên và đúc dưới, đúc thép lắng và thép
sơi.
Đúc trên: Rót vào từ đầu thỏi.
Đúc dưới:
- Ưu điểm: Rót vào ống từ các cống rót dâng lên từng thỏi từ phía dưới. Như
vậy với đúc dưới, một lầm rót có thể rót được nhiều thỏi, năng suất và chất
lượng bề mặt thỏi tốt hơn nhiều do mặt nước thép dâng lên bìh ổn khơng bắn
t như rót từ trên, khí, tạp chất và xỉ đều có điều kiện nổi lên trên tốt hơn, che
chắn chống tái ơ xy hố cũng thuận tiện.
- Nhược điểm: Thiết bị trên đĩa đúc, ống rót trung tâm phức tạp hơn, tiên tốn
thêm vật liệu chịu lửa và lượng thép ở ống rót và cống rót, giảm suất thu hồi
kim loại.
* Thùng rót
Tác dụng của thùng rót hay còn gọi là thùng chứa ngồi tác dụng chứa
đựng nước thép đến nơi đúc ra còn làm nhiệm vụ cuối cùng tiến thêm một bước
nữa là khử ơ xy, khử S, đồng đều nhiệt độ, thành phần nước thép, lắng nước
thép một thời gian để khử khí, tạp chất và xỉ nổi lên tách ra khỏi nước thép, làm
sạch cải thiện đáng kể lượng thép. Cũng chính lợi dụng thời gian nước thép lắng

trong thùng dài hay ngắn, kích thước lỗ rót mà điều chỉnh nhiệt độ, tốc độ rót
đúc hợp lý. Khi mà những năm gần đây phương pháp tinh luyện ngồi lò phát
triển mạnh mẽ thì thùng rót kiêm ln một thiết bị (lò luyện) quan trọng trong
việc tinh luyện.
* Khn đúc
- Khn đúc là thiết bị tạo hình cho nước thép đơng đặc khi rót nước thép vào
tạo thành thỏi thép. Trong sản xuất, khn đúc là phần hao tổn có tính thay đổi,
có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng thép và là một chỉ tiêu hạch tốn kinh tế.
Cho nên thiết kế cần chính xác, sử dụng và duy tu bảo dưỡng chuẩn xác có ý
nghĩa rất quan trọng.
- Vật liệu làm khn:

14


Vật liệu làm khn thường sử dụng gang có tính dẫn nhiệt tốt, chắc chắn và
rẻ. Do tính chất của việc đúc thép rất khắc nghiệt, đều kiện làm việc của
khn thép mang tính chu kỳ: gia nhiệt, làm nguội, tức là giãn nở, co ngót
nên khn đúc dễ bị hỏng bởi nứt hoặc chóc.
Tuổi thọ khn đúc phần lớn được quyết định bởi thành phần hố học
Để nâng cao tính đúc cần duy trì một hàm lượng các bon tương đối cao:
Thường khoảng 3,2 -4,0%, Si líc (Si) chọn theo u cầu của tổ chức: thường
khoảng 1,2 - 2,2 %. Hiện tượng tróc khn tăng theo hàm lượng Si tăng,
nhưng nứt thì ngược lại.
1.3.3. Đúc hợp kim đồng
Hợp kim đồng gồm:
- Đồng thau : Latông(L), LZn30
-Đồng thanh : Brông(B), BSn5Pb
Lò nấu:
Lò nồi (nồi bằng Graphit )

a.Vật liệu nấu :
Đồng nguyên chất dạng thỏi, dạng tấm , dùng các nguyên tố hợp kim cho
vào đồng Zn, Sn, Pb, Al
Đồng hoà tan nhiều khí O2,H2 dùng Cu-P (90%Cu, 10%P) khử O2. .
Cu-P + O2 → P2O5 + CuO
b.Chất trợ dung :
- Che phủ bề mặt của kim loại màu để không bò oxy hoá.
- Có tác dụng tạo xỉ chảy lõang nhẹ nổi lên .
- Than củi, nùm cưa, các muối clorua natri.
NaCl + bo sát (Na2B4O7).
c. Quá trình nấu
- Sấy lò (chứa) 300 ÷ 400%C.
- Cho vật liệu kim loại khó chảy vào trước, dễ chảy sau Zn bay hơi cho
vào sau cùng, Pb dễ bò thiên tích.
- Phủ chất trợ dung lên trên cùng.
- Không khuấy trộn nhiều.
- Cho CuP để khử O2 (0.09 ÷ 1%) khối lượng vật liệu kim loại.
- Nhiệt độ rót hợp kim đồng 1070 ÷ 11000C.
d. Đặc điểm đúc hợp kim đồng
- Công nghệ đúc, khuôn, hệ thống rót làm đặc biệt sử dụng khuôn cát,
khuôn kim loại.
15


- Nấu luyện chú ý sự oxy hoá hoặc hòa tan khí.
1.3.4. Đúc hợp kim nhôm
Hợp kim nhôm-đúc (Silumin Al-Si).
Hợp kim nhôm biến dạng (Al-Cu-Si, Al-Mg, AL-Ni).
a. Lò nấu: Nồi nấu bằng gang thì phải phải sơn vì nguyên tố Fe có hại
cho nhôm.

b.Vật liệu nấu : Al thỏi, tấm, vật liệu nhôm dư hỏng hồi liệu khi nấu thì
kim loại đưa vào nhôm dưới dạng hợp kim.
c. Chất trợ dung: Muối clorua.
Chất biến tính làm nhỏ hạt : Na 1%.
d. Quá trình nấu
Nấu hợp kim nhôm dưới lớp trợ dung.
Nấu bằng cách tinh luyện và dùng khí Clo.
Chú ý : Khi nấu nhôm có lớp oxit nhôm trên bề mặt có tác dụng che phủ
không cho lớp nhôm nguyên chất ở phía dưới bò oxy hoá. Do vậy không
được khuấy trộn trong quá trình nấu.
e. Đặc điểm đúc nhôm
- Thường đúc trong khuôn kim loại có độ bóng và độ chính xác cao.
- Có tính chảy lãng cao, đúc dễ và thành rất mỏng.
- Công nghệ khuôn, hệ thống đặc biệt có thể đúc nhiều vật đúc chung
một hệ thống rót.
- Con mã là dụng cụ dùng để chống hoặc đỡ lõi lớn, lõi công xôn nằm lại
ở vật đúc sau khi đúc xong.
1.3.5. Trang thiết bò cho ngành đúc
Chương II
CÔNG NGHỆ GIA CÔNG PHÔI BẰNG BIẾN DẠNG DẺO
2.1. Khái niệm chung
2.1.1. Đặc điểm của phương pháp gia công bằng biến dạng dẻo, phân
loại
2.1.1.1. Đặc điểm của phương pháp gia công bằng biến dạng dẻo
a. Đònh nghóa.
Phương pháp tạo phôi dựa vào nguyên lý biến dạng dẻo của kim loại
dưới tác dụng của ngoại lực làm thay đổi hình dáng, kích thước theo ý
muốn.
b. Ưu – nhược điểm của gia công bằng áp lực
16

* So với đúc.
- Ưu điểm:
+ Khử được một số khuyết tật như rỗ khí, rỗ co làm cho tổ chức kim loại
mòn, cơ tính sản phẩm cao.
+ Có khả năng biến tổ chức hạt của kim loại thành tổ chức thớ, có khả
năng tạo được các tổ chức thớ uốn, xoắn khác nhau làm tăng cơ tính của
sản phẩm.
+ Đôä bóng, độ chính xác cao hơn các chi tiết đúc.
+ Dễ cơ khí hoá và tự động hoá nên năng suất cao, giá thành hạ.
- Nhược điểm:
+ Không gia công được các chi tiết phức tạp
+ Không rèn dập được các chi tiết quá lớn.
+ Không gia công được các kim loại dòn.
* So với cắt gọt:
- Ưu điểm :
+ Năng suất cao, phế liệu ít, giá thành hạ.
+ Rèn, dập là những phương pháp cơ bản để tạo phôi cho gia công cắt
gọt.
- Nhược điểm :
Độ bóng, độ chính xác thấp hơn so với gia công cắt gọt.
2.1.1.2. Phân loại các phương pháp gia công bằng áp lực .
a. Phương pháp cán .
Phương pháp cán là phương pháp biến dạng kim loại giữa hai trục cán
quay ngược chiều nhau để được sản phẩm cán có tiết diện giống như lỗ
hình (khe hở giữa 2 trục cán) và có chiều dài không hạn chế.

b. Phương pháp kéo kim loại :
Là phương pháp biến dạng dẻo kim loại qua lỗ hình của khuôn kéo dưới

tác dụng của lực kéo, phôi được vuốt dài ra, giảm diện tích tiết diện
ngang, tăng chiều dài.
17


c. Phương pháp ép kim loại :
Kim loại sau khi nung nóng cho vào buồng ép,dưới tác dụng của chày ép
kim loại chui qua lỗ khuôn ép có hình dạng và kích thước của chi tiết cần
chế tạo.

d. Phương pháp rèn tự do : Là phương pháp biến dạng tự do kim loại dưới
tác dụng lực dập của búa hoặc lực ép của máy ép.
e. Phương pháp rèn khuôn : Là phương pháp biến dạng dẻo kim loại
trong lòng khuôn rèn dưới tác dụng của lực dập.
f. Dập tấm : Là phương pháp biến dạng dẻo phôi kim loại ở dạng tấm,
trong khuôn dưới tác dụng của ngoại lực để tạo thành sản phẩm có hình
dạng, kích thước theo yêu cầu.
2.1.2. Quá trình biến dạng dẻo và các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và
trở lực biến dạng kim loại
2.1.2.1. Quá trình biến dạng dẻo của kim loại
a. Khái niệm.
Kim loại khi chòu tác dụng của ngoại lực đều xảy ra ba giai đoạn là
biến dạng đàn hồi,biến dạng dẻo, phá hủy.
Biến dạng dẻo là biến dạng mà sau khi đã bỏ lực tác dụng vẫn còn
một phần biến dạng dư được giữ lại và trên các phần tử của vật thể không
nhận thấy có sự phá huỷ. Biến dạng dẻo ở kim loại bao gồm biến dạng
dẻo của đơn tinh và đa tinh.
* Biến dạng dẻo của đơn tinh thể: Là biến dạng dẻo theo cơ chế trượt và
song tinh. Kim loại khác nhau thì có tính dẻo khác nhau.
18

* Biến dạng dẻo của đa tinh thể: Đa tinh thể là tập hợp của các đơn tinh.
Biến dạng của đa tinh gồm 2 dạng:
- Biến dạng trong nội bộ hạt : Gồm sự trượt và song tinh. Sự trượt xảy ra
đối với các hạt có phương kết hợp với phương của lực tác dụng 45 0 sẽ
trượt trước rồi đến các mặt khác. Sự song tinh sảy ra khi có lực tác dụng
lớn đột ngột gây ra biến dạng dẻo của kim loại.
- Biến dạng ở vùng tinh giới : Tại đây chứa nhiều tạp chất dễ chảy và
mạng tinh thể bò rối loạn cho nên sự trượt và biến dạng thường ở nhiệt độ
t0>9500C.
+ Giải thích sự trượt
Theo thuyết lệch, kim loại kết tinh không sắp xếp theo qui luật một
cách lý tưởng mà thực tế có những chỗ lệch, các nguyên tử ở vò trí lệch
luôn có xu hướng trở về vò trí cân bằng. Khi có lực tác dụng thì đầu tiên
sự di động xảy ra ở các điểm lệch, các vùng lân cận cũng dòch chuyển
theo. Cuối cùng lại tạo nên chỗ lệch mới. Quá trình cứ tiếp tục đến khi
không còn lực tác dụng nữa.

Hiện tượng trượt còn được giải thích bằng một hiện tượng khác đó
là sự khuyếch tán khi nhiệt độ tăng cao, các nguyên tử di động mạnh dần
và dòch chuyển sang một vò trí cân bằng khác, làm mạng tinh thể bò biến
dạng dưới hình thức trượt. BDĐH là biến dạng mà khi thôi tác dụng lực,
kim loại sẽ trở về vò trí ban đầu.
+ Giải thích hiện tượng song tinh
Dưới tác dụng của ứng suất tiếp, trong tinh thể có sự dòch chuyển
tương đối của hàng loạt các mặt ngtử này so với các mặt khác. Qua một
mặt phẳng cố đònh nào đó gọi là mặt song tinh. Hiện tượng song tinh xảy
ra rất nhanh và mạnh khi biến dạng đột ngột, tốc độ biến dạng lớn

19


b. Các hiện tượng xảy ra khi biến dạng dẻo.
* Sự thay đổi hình dạng hạt :Sự thay đổi hình dạng hạt chủ yếu là nhờ quá
trình trượt . Hạt không những thay đổi về kích thước mà còn có thể vỡ ra
thành nhiều khối nhỏ làm tăng cơ tính.
* Sự đổi hướng của hạt : Trước khi biến dạng các hạt sắp sếp không theo
một hướng nhất đònh nào.Sự hình thành tổ chức sợi dẫn đến sự sai khác
về cơ, lí tính của kim loại theo những hướng khác nhau, làm cho kim loại
mất tính đẳng hướng .
* Sự tạo thành ứng suất dư : Khi gia công áp lực do biến dạng không đều
và không cùng một lực nên trong nội bộ vật thể sau khi biến dạng còn để
lại ứng suất gọi là ứng suất dư. Có 3 loại ứng suất dư:
- Ứng suất dư loại 1 (σ1): Là ứng suất dư sinh ra do sự biến dạng không
đồng đều giữa các bộ phận của vật thể.
- Ứng suất dư loại 2 (σ2): Là ứng suất dư sinh ra do sự biến dạng không
đồng đều giữa các hạt.
- Ứng suất dư loại 3 (σ3): Là ứng suất dư sinh ra do sự biến dạng không
đồng đều trong nội bộ hạt.
* Sự thay đổi thể tích và thể trọn:.Khi biến dạng dẻo trong nội bộ hạt luôn
xảy ra hai quá trình:
- Tạo ra những vết nứt, khe xốp, lỗ rỗ tế vi do sự vỡ nát của mạng tinh
thể khi trượt và song tinh.
- Quá trình hàn gắn những lỗ rỗ,vết nứt khi kết tinh lại. Do đó khi gia
công áp lực, tỉ trọng và thể tích của kim loại bò thay đổi đáng kể.
2.1.2.2. Những nhân tố ảnh hưởng đến tính dẻo của kim loại.
a. Trạng thái ứng suất :
- Trạng thái ứng suất kéo càng ít, nén càng nhiều thì tính dẻo kim loại
càng cao.

20


- Trạng thái ứng suất nén khối làm kim loại có tính dẻo cao hơn nén mặt
phẳng và đường thẳng còn trạng thái ứng suất kéo khối thì lại làm tính
dẻo kim loại kém đi.
b. Tốc độ biến dạng và nhiệt độ .
- Tốc độ biến dạng là lượng biến dạng dài tương đối trong một đơn vò thời
gian.
dV
W=

V .dt

+ Gia công nguội t0 = TKTL. Nếu tăng tốc độ biến dạng sẽ làm giảm tính
dẻo của kim loại do có sự biến cứng của kim loại.
+ Gia công nóng t0 > TKTL .Ở nhiệt độ không quá cao :
Đối với thép t0= 9000C
Khi tăng tốc độ biến dạng(W) thì lực ma sát làm tăng nhiệt độ của kim
loại lên 10000C ÷ 11000C nên thép rất dẻo.
+ Gia công kim loại ở nhiệt độ quá cao : Nếu tăng W thì lực ma sát làm
tăng nhiệt độ của kim loại đến vùng quá nhiệt làm độ dẻo giảm , độ cứng
tăng lên.
c. Thành phần và tổ chức kim loại.
Thành phần và tổ chức kim loại liên quan với nhau. Kim loại ở trạng
thái nguyên chất hoặc một pha dung dòch rắn bao giờ cũng có tính dẻo
cao hơn và dễ biến dạng hơn so với kim loại có cấu tạo hỗn hợp cơ học
hoặc hợp chất hoá học.
Vd : Thép % C thấp dẻo hơn thép %C cao.

2.1.2.3. nh hưởng của biến dạng dẻo đến tính chất và tổ chức của kim
loại.
a. nh hưởng của biến dạng dẻo đến tổ chức và cơ tính kim loại.
- Tốc độ biến dạng càng tăng thì sự vỡ nát của các hạt càng lớn, độ hạt
càng giảm do đó cơ tính càng cao.
- Biến dạng dẻo giúp khử được các khuyết tật như xốp co, rỗ khí, rỗ co,
lõm co… làm tăng độ mòn chặt của kim loại làm cơ tính tăng lên.
- Biến dạng dẻo có thể tạo được các thớ uốn xoắn khác nhau làm tăng
cơ tính sản phẩm.
- Tốc độ biến dạng cũng có ảnh hưởng lớn tới cơ tính sản phẩm : Nếu
tốc độ biến dạng càng lớn thì sự biến cứng càng nhiều , sự không đồng
đều của biến cứng càng nghiêm trọng và sự phân bố thớ càng không đều
do đó cơ tính kém.
21


b. nh hưởng của biến dạng dẻo tới lý tính kim loại.
Biến dạng dẻo làm tăng điện trở, giảm tính dẫn điện và làm thay đổi từ
trường trong kim loại.
- Tính dẫn điện : Biến dạng dẻo tạo ra sự sai lệch trong mạng tinh thể
làm tính liên tục của điện trường trong tinh thể bò phá vỡ, ngoài ra nó còn
tạo những màng chắn cản trở sự chuyển động tự do của điện tử. Đây là
nguyên nhân làm tăng điện trở của kim loại.
- Tính dẫn nhiệt : Biến dạng dẻo làm giảm tính dẫn nhiệt. Do biến dạng
dẻo làm xô lệch mạng, làm xô lệch vùng tinh giới, làm giảm biên độ dao
động nhiệt của các điện tử.
- Từ tính : Các sai lệch tạo ra khi biến dạng dẻo làm thay đổi cách bố trí
từ trường cơ bản trong kim loại do đó làm thay đổi từ tính, độ thấm từ,…
c. nh hưởng của biến dạng dẻo tới hoá tính.
Sau khi biến dạng dẻo năng lượng tự do của các kim loại tăng do đó hoạt

tính hoá học của kim loại cũng tăng lên.
* Sự kết tinh lại.
Kim loại ở trạng thái đặc có hiện tượng kết tinh (sinh ra tâm mầm,
phát triển mầm ) gọi là hiện tượng kết tinh lại .
- Khi gia công nguội bề mặt kim loại bò biến cứng ( độ cứng tăng, độ
dẻo giảm ).
- Để khử biến cứng ta nung kim loại lên t0, giữ nhiệt,ủ kết tinh lại rồi
đem gia công tiếp.
- Hiện tượng kết tinh lại gồm 3 giai đoạn :
+ Giai đoạn hồi phục: t0 = (0.2÷ 0.3)Tnc (0K )
+ Giai đoạn kết tinh lại lần 1: t0 = 0.4 Tnc
+ Giai đoạn kết tinh lại lần 2: t0 > 0.4 Tnc
- Trong gia công áp lực cần tránh lượng biến dạng tới hạn vì ở đó độ hạt
kim loại lớn nhất làm cơ tính kém.
+ Gia công nóng t0> TKTL(0K )
TKTL=0.4 Tnc (0K )
Gia công ở nhiệt độ cao nên kim loại có độ dẻo cao, độ bền ,độ
cứng thấp nên lực biến dạng không lớn, công suất thiết bò không lớn,
nhưng độ chính xác, độ bóng của bề mặt kim loại không cao. Thường gia
công phôi dạng khối.
+ Gia công nguội t0< TKTL (0K )
22


Lực biến dạng lớn,đòi hỏi công suất thiết bò lớn. Độ chính xác và
độ bóng bề mặt cao. Thường gia công phôi dạng tấm.
2.1.3. Một số đònh luật cơ bản của biến dạng dẻo
a. Đònh luật biến dạng đàn hồi tồn tại song song với biến dạng dẻo.
Khi gia công áp lực nếu trong kim loại xảy ra biến dạng dẻo bao
giờ cũng có một lượng biến dạng đàn hồi kèm theo (được xác đònh bằng

góc đàn hồi , phụ thuộc vào moduyn đàn hồi E của vật liệu và chiều dày
tấm kim loại)
+ Gia công nguội : Kim loại dạng tấm sẽ chòu ảnh hưởng lớn.
+ Gia công nóng : Kim loại dạng khối , ảnh hưởng của biến dạng đàn
hồi có thể bỏ qua.
Thường để áp dụng khi thiết kế khuôn dập, vật dập phải kể đến lượng
biến dạng dư do biến dạng đàn hồi gây ra.
b. Đònh luật ứng suất dư.
Khi gia công áp lực do nung nóng và làm nguội không đều, lực
biến dạng, lực ma sát… phân bố không đều làm phát sinh ra ứng suất dư
tồn tại cân bằng bên trong vật thể kim loại. Nếu không cân bằng thì sẽ có
quá trình tích, thoát ứng suất làm cho vật thể biến dạng ngoài ý muốn để
ứng suất dư tồn tại cân bằng.
c. Đònh luật thể tích không đổi .
« Thể tích của vật thể trước khi biến dạng bằng thể tích vật thể sau khi
biến dạng »
- Gọi thể tích vật trước khi gia công là V0
- Gọi thể tích vật sau khi gia công là V.
+ Vật thể có chiều cao, rộng, dài trước khi gia công là:
h0 ; b0 ; l0
+ Vật thể có chiều cao, rộng, dài sau khi gia công là
h;b;l
Theo điều kiện thể tích không đổi ta có : h.b. l = h0.b0 .l0
h b l
. . =1
h0 b0 l0
ln

h
b

l
+ ln + ln = 0
h0
b0
l0

δ1 + δ 2 + δ 3 = 0(*)

Phương trình (*) gọi là phương trình điều kiện thể tích không đổi

23


δ1 ;δ 2 ; δ 3 : Là các ứng biến chính

Nhận xét : Khi gia công biến dạng nếu tồn tại cả ba ứng biến chính nghóa
là có sự thay đổi kích thước cả ba chiều thì đầu của một ứng biến phải
trái dấu với hai ứng biến kia và có giá trò tuyệt đối bằng tổng của hai ứng
biến kia.
h
< 1 ⇒ δ 1 < 0 ⇒ δ 2 ;δ 3 > 0
h0

δ1 = δ 2 + δ 3
− δ1 = δ 2 + δ 3

Khi có một ứng biến bằng 0 thì hai ứng biến còn lại phải ngược dấu và
có trò số tuyệt đối bằng nhau.
Dập không làm mỏng thành phôi :
S F = S SP ⇒ δ 1 = 0 ⇒ δ 2 = δ 3

p dụng để tính toán kích thước, khối lượng phôi trước khi gia công.
d. Đònh luật trở lực bé nhất.
Khi biến dạng kim loại, một chất điểm bất kì trên vật thể biến dạng
sẽ di chuyển theo hướng có trở lực bé nhất hay di chuyển đến đường viền
có chu vi bé nhất.
p dụng để thiết kế hình dáng của phôi trước khi gia công.
2.2. Cán , kéo, ép kim loại và hợp kim
2.2.1. Cán kim loại và hợp kim
2.2.1.1. Thực chất của quá trình cán.
a. Khái niệm:Qúa trình là cho kim lọai biến dạng giữa hai trục cán quay
ngược chiều nhau, làm cho chiều cao giảm, chiều dài và chiều rộng tăng.
- Các thông số để biểu thò khi cán:
l

F

0
1
+ Hệ số kéo dài : µ = l = F
0
1
l0 , F0 :Chiều dài ,diện tích phôi cán.
l1, F1 :Chiều dài,diện tích tiết diện sau khi cán.
- Lượng ép tuyệt đối : h = h0 –h1 =D(1- cos α )
D:Đường kính trục cán.
α:Góc ăn
- Phản lực N  N X = N . sin α

 N Y = N . cos α

- Lực ma sát T
24


T = N.tgβ = N.f với N: lực pháp tuyến,
β: góc ma sát, f: hệ số ma sát
Để cán được thì:
Tx > Nx
N.f.cos α> N.sin α
N.tgβ.cos α> N.sin α
tgβ > tg α
β > α Vậy điều kiện cán đượclà: β > α
b. Biện pháp công nghệ tăng hệ số ma sát bằng cách:
- Khoét rãnh , hạ nhiệt độ ở đầu phôi.
- Bôi các chất tăng ma sát.
- Thay đổi độ hở giữa hai trục cán.
2.2.1.2 Các sản phẩm cán.
Công nghệ cán được sử dụng để cán rất nhiều loại kim loại ( như thép,
nhôm, hợp kim nhôm, đồng…) Sản phẩm cán rất đa dạng và phong phú,
có nhiều loại hình.

a.Loại hình: Có thể chia làm 2 nhóm:
- Đơn giản: Là loại có tiết diện vuông, tròn, tam giác, chữ nhật, bầu dục,
bán nguyệt…
- Phức tạp: Là loại có tiết diện hình chữ T , L , I, U, thép góc, thép
đường ray,…
b. Loại tấm:

25