công nghệ kim loại đúc các hợp kim

30/08/2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

CÔNG NGHỆ KIM LOẠI
METAL TECHNOLOGY
MMH: METE330126 - SỐ TC: 3 LT+BTL: 3 TN 0 TH 0
TRÌNH ĐỘ: ĐẠI HỌC, CAO ĐẲNG.

Chương 5: ĐÚC CÁC HỢP KIM
Mục tiêu bài học
Sau bài học này sinh viên có khả năng sau:
- Hiểu được tính đúc của hợp kim
- Hiểu được quá trình đúc gang và quá trình đúc hợp
kim màu.
- Hiểu được cấu tạo của lò đứng.

5.1. Tính Đúc Của Hợp Kim
Tính đúc
của
hợp
kim là khả
năng đúc
dễ hay khó
của

hợp
kim đó. Nó
được đánh
giá
bằng
các chỉ tiêu
cơ bản sau
đây:

Chảy
loãng

Thiên
tích

Tính
đúc

Co của
kim
loại

Hoà tan
khí

1


30/08/2016

1-Tính chảy loãng
Gang
Lớn, không yêu cầu cao:1220-12600C
TB: :1280-13200C
Mỏng: :1320-13600C

Độ quá nhiệt

Nhiệt
độ

Thép:15000C
HK Đồng: :1040-11700C
HK Nhôm: 700-7300C

Khuôn

C,P,Si,..

Chảy
loãng

1Tính
chảy
loãng

TPHH

S,Mn,..

CTHK

1-Tính chảy loãng
1Tính
chảy
loãng

2


30/08/2016

2 -Tính co của kim loại

3 - Tính hồ tan khí
Kim loại khi đúc thường hồ tan khí O2, H2 , hơi H2O gây rỗ

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

vật đúc, làm giảm cơ tính

4 - Tính thiên tích: (khơng đồng nhất về thành phần hỗn
hợp, thường ở kim loại màu).

kim loại.
Nhiệt độ rót kim loại.

5.2 . 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%

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.

3


30/08/2016

Các nguyên tố ảnh hưởng đến tính đúc của gang
 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.

- Thành phần hoá học.

 Gang cầu: Graphit trong gang ở dạng hình cầu nhờ

- Nhiệt độ rót gang.

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

- Vật đúc thành càng mỏng  rót gang ở
nhiệt độ càng cao.

gang tăng lên .

- Công nghệ khuôn.

Các nguyên tố thúc đẩy sự Graphit hóa : C, Si, P.

- Tốc độ nguội.

Các nguyên tố cản trở sự Graphit hóa : Mn, S, Cr.

- Thành phần vật liệu nấu gang.

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.

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 dầu: dùng nhiên liệu dầu FO .

− Lò điện hồ quang gián tiếp dùng để nấu kim loại
màu.

− Lò điện: lò hồ quang (nấu thép), lò cảm ứng

− Lò nấu : xem

− Lò khí gaz.

4


30/08/2016

Vật liệu chòu lửa

u cầu
Vật liệu chịu được nhiệt cao mà khơng bị 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 chịu lửa.

Tính phối liệu nấu gang
 Vật liệu chịu lửa : axit
Gạch Đinat : SiO2 ; nhiệt độ chảy :17300C lò điện, ngọn

a.Mẻ liệu nấu
Nhiên liệu :

lửa

Dầu FO 15  18% khối lượng vật liệu kim loại

 Vật liệu chịu lửa : bazơ

Than cốc :12  15% (lò đứng )

Gạch Manhêhit (MgO)
Crơm-Manhêhit (Cr2O3, MgO …) 1600  17000C luyện
thép
Gạch Crơmit
 Vật liệu chịu lửa: trung tính

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

5


30/08/2016

Cách tính

b. Vật liệu kim loại
 Gang thỏi đúc.

Gọi X1, X2, X3 là khối lượng của các vật liệu nấu.

 Gang vụn (gang máy).
 Hồi liệu (phế phẩm + hệ thống rót, đậu hơi, đậu

ngót ).

 Thép vụn .
 Ferơ hợp kim : FeSi : 30,45,75, Fe-Mn bổ sung các ngun
tố Si, Mn bị cháy hao trong q trình nấu. Vật liệu nấu phải
làm sạch, có kích thước phù hợp với đường kính của lò ( 
1/3Dt).

Thành phần hóa học của vật đúc và lượng cháy hao
Thành phần hóa học %
Mn

+ lò đứng, lò chõ(than) C không tính.

Si

Lượng cháy hao %
Mnch

Sich

Hệ phương trình:

+ lò dầu phải tính cháy hao 15%.
Sivlkl – Sich . Sivlkl = Sivđ.
Sivlkl .(1– Sich ) = Sivđ.

Sivlkl =
Mnvlkl =

Sivđ
1- Sich
Mnvđ
1- Mnch

Si , C cháy hao 15%,.
Mn cháy hao 20%.

6


30/08/2016

Quá trình nấu chảy gang

Quá trình nấu chảy gang

Quá trình cháy của than

Vùng nung nóng

C+O2  CO+Q1

Sự trao đổi nhiệt giữa khí lò và

C+O2  CO2+Q2

vật liệu rắn. Liệu được sấy và t0

CO2+C  CO+Q3

tăng từ trên xuống
CaCO3CaO +CO2

Quá trình nấu chảy gang

Vùng nóng chảy

Quá trình nấu chảy gang

Vùng hoàn nguyên:

Để có độ quá nhiệt cao, ít bị oxi

CO2+C  CO-Q

hoá, ta thu hẹp vùng này và dịch

Fe+O2  FeO+Q

lên trên xa mắt gió bằng cách:

FeO+Si SiO2 +Fe+Q

-Dùng than hoạt tính kém, cỡ cục

FeO+Mn MnO +Fe+Q

lớn

FeO+C  CO +Fe -Q

- Dùng liệu cục nhỏ
-Lưu lượng gió thích hợp

7


30/08/2016

Q trình nấu chảy gang

Q trình nấu chảy gang

Vùng oxy hố:

Vùng nồi lò:

Vùng này có nhiệt độ cao nhất

Nhiệt độ giảm còn 1350÷ 14500C
T¸n dËp lưa

1600÷17000C
Cưa cho liƯu

Fe+O2  FeO+Q

VËt liƯu kim lo¹i
ChÊt trỵ dung

FeO+Si SiO2 +Fe+Q

Giã

Nhiªn liƯu
VËt liƯu kim lo¹i

FeO+Mn MnO +Fe+Q

M¾t giã
Bng giã

FeO+C  CO +Fe -Q

Cưa ra xØ

Cưa ra gang
Gang láng

XØ

Đặc điểm đúc gang

−Tính chảy lỗng cao nên đúc được các vật đúc
thành mỏng, phức tạp.

V-3. Đúc kim loại màu (hợp kim màu)

1.Đúc đồng :
 Hợp kim đồng gồm:

−Khối lượng riêng của gang lớn, nên ít lẫn các tạp

- Đồng thau : Latông(L), LZn30

chất, xỉ, bọt khí.

-Đồng thanh : Brông(B), BSn5Pb

−Cơng nghệ khn khơng phức tạp, chất lượng đúc
cao.

Thïng rãt

 Lò nấu:
Lò nồi (nồi bằng Graphit )

−Nấu luyện đơn giản.

8


30/08/2016

Vật liệu nấu : Đồng ngun chất dạng thỏi, dạng
tấm, dùng các ngun tố hợp kim cho vào đồng Zn,
Sn, Pb, Al
Đồng hồ tan nhiều khí O2, H2 dùng Cu-P (90%Cu,
10%P) khử O2. .
Cu-P + O2  P2O5 + CuO
Chất trợ dung :
 Che phủ bề mặt của kim loại màu để khơng bị
oxy hố.
 Có tác dụng tạo xỉ chảy lõang nhẹ nổi lên .
 Than củi, nùm cưa, các muối clorua natri.
NaCl + borát (Na2B4O7).

Q 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 bị thiên tích.
− Phủ chất trợ dung lên trên cùng.
− Khơng 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.

Đặc điểm đúc hợp kim đồng
2.Đúc hợp kim nhơm
 Công nghệ đúc, khuôn, hệ thống rót làm đặc biệt sử
dụng khuôn cát, khuôn kim loại.
 Nấu luyện chú ý sự oxy hoá hoặc hòa tan khí.

Hợp kim nhơm-đúc (Silumin Al-Si).
Hợp kim nhơm biến dạng (Al-Cu-Si, Al-Mg, AL-Ni).
Lò nấu: Nồi nấu bằng gang thì phải phải sơn vì ngun tố
Fe có hại cho nhơm.
Vật liệu nấu : Al thỏi, tấm, vật liệu nhơm dư hỏng hồi liệu
khi nấu thì kim loại đưa vào nhơm dưới dạng hợp kim.
Chất trợ dung: Muối clorua.
Chất biến tính làm nhỏ hạt : Na 1%.

9


30/08/2016

STT

LOẠI HỢP KIM

THÀNH PHẦN VÀ ĐẶC TÍNH
-

Có hơn 99% nhôm tinh khiết

-

Được sử dụng trong nhiều lĩnh vực đặc biệt trong lĩnh vực hoá
học và điện.

1

1xxx

-

Có tính chống mài mòn, chịu được nhiệt và có tính dẫn điện cao

-

Có tính cơ học thấp và dễ định hình

-

Sức bền tăng khi được kéo dãn ra

-

Chất trộn chính: sắt, silicon

-

Thành phần hợp kim chính: Đồng

-

Đòi hỏi phải xử lý nhiệt để đạt được đặc tính cao nhất.

-

Có thể tăng tuổi thọ sản phẩm để tăng tính cơ học vì độ căng đã
bị mất khi kéo dãn

2

2xxx

-

Độ bền cao

-

Không có tính chống mài mòn cao như hầu hết các hợp kim
nhôm

-

Hợp kim 2024 được nhiều người biết đến và được dùng trong
ngành hàng không

STT

LOẠI HỢP KIM

THÀNH PHẦN VÀ ĐẶC TÍNH

STT

LOẠI HỢP KIM

THÀNH PHẦN VÀ ĐẶC TÍNH
- Thành phần hợp kimchính: Magnesium

3

3xxx

-

Thành phần hợp kim chính: Manganese

-

Thường không thể xử lý nhiệt

-

Độ bền từ thấp đến trung bình

-

5

5xxx

bình
- Dễ hàn, chống mài mòn cao trong lĩnh vực hàng hải

Chống mài mòn cao, khó cắt và dễ định hình 3003 được dùng rộng rãi

- Thành phần hợp kimchính: Silicon và Magnesium

cho các sản phẩm có độ bền trung bình đòi hỏi tính định hình cao

6

6xxx

- Hợp kim định hình phổ biến nhất

-

Thành phần hợp kim chính: Silicon

- Có thể xử lý nhiệt, có tính định hình và độ bền cao

-

Thêm một lượng Silicon vừa đủ giúp làm giảm đáng kể điểm nóng

- Tính tạo hình cao, chống mài mòn, dễ cắt, dễ hàn

chảy màkhông làm hợp kim giòn

- Thành phần hợp kim chính: Kẽm

Thường được dùng để hàn dây kim loại và nếu là hợp kim đồng thau

- Khi thêm một lượng nhỏ magnesium sẽ tạo thành hợp kim có độ

4

- Hợp kim không thể xử lý nhiệt có độ bền từ thấp đến trung

4xxx

thì nhiệt độ nóng chảy thấp hơn kim loại gốc
-

Thường không thể xử lý nhiệt

-

Không phù hợp cho các sản phẩm định hình

-

Có màu xám đậm nếu được xử lý anodic oxide, vì vậy phù hợp cho
kiến trúc

7

7xxx

xử lý nhiệt và có độ bền rất cao
- Thường thêm vào một lượng nhỏ đồng và chromium
7075 là hợp kim có độ bền cao nhất dùng làm khung máy bay
và các bộ phận chịu áp lực cao

10


30/08/2016

Quá trình nấu

Đặc điểm đúc nhôm

Nấu hợp kim nhôm dưới lớp trợ dung.

- Thường đúc trong khuôn kim loại có độ bóng và độ

Nấu bằng cách tinh luyện và dùng khí Clo.

chính xác cao.

Chú ý : Khi nấu nhôm có lớp oxit nhôm trên bề mặt có tác

- Có tính chảy loãng cao, đúc dễ và thành rất mỏng.

dụng che phủ không cho lớp nhôm nguyên chất ở phía

- Công nghệ khuôn, hệ thống đặc biệt có thể đúc nhiều vật

dưới bị oxy hoá. Do vậy không được khuấy trộn trong quá

đúc chung một hệ thống rót.

trình nấu.

- Con mã là dụng cụ dùng để chống hoặc đỡ lõi lớn, lõi
công xôn nằm lại ở vật đúc sau khi đúc xong.

11