BÁO CÁO THÍ NGHIỆM Kĩ thuật chế tạo 1 Công nghệ chế tạo phôi Công nghệ chế tạo máy 1 XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ RÓT ĐỐI VỚI ĐỘ CHẢY LOÃNG CỦA KIM LOẠI ĐÚC (KẼM – Zn)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN THIẾT BỊ VÀ CNVL CƠ KHÍ
-------oOo-------

BÁO CÁO
THÍ NGHIỆM KĨ THUẬT CHẾ TẠO 1

SVTH

: Lê Văn Hòa

MSSV

: 1711435

GV LÝ THUYẾT

: Phạm Qang Trung

GV THỰC HÀNH

: Bùi Duy Khanh

NHÓM HỌC LÝ THUYẾT

: Chiều thứ 3, tiết 7-9

NGÀY THỰC HÀNH

: Chiều thứ 6, tiết 8-12

NHÓM THỰC HÀNH

: Nhóm A09

TP HỒ CHÍ MINH, ngày 07 tháng 11 năm 2019


BÀI 1: XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ RÓT ĐỐI
VỚI ĐỘ CHẢY LOÃNG CỦA KIM LOẠI ĐÚC (KẼM – Zn)
1. MỤC ĐÍCH:
- Biết tính đúc của kim loại là gì, các yếu tố nào ảnh hưởng đến tính đúc của kim loại;
- Biết tính chất của một kim loại hoặc hợp kim (cụ thể là Kẽm);
- Biết cách chuẩn bị, tiến hành thí nghiệm kiểm tra, lấy số liệu và xử lý số liệu thu
được.
- Kiểm tra ảnh hưởng của nhiệt độ rót đến độ chảy loãng của kim loại đúc;
- Xác định nhiệt độ rót thích hợp.
- Biết thiết bị, mẫu thử cho kiểm tra ảnh hưởng của nhiệt độ rót đến độ chảy loãng

của kim loại đúc.
-…
2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT:
2.1. Tính đúc của kim loại:
Sản xuất đúc được phát triển rất mạnh và được sử dụng rất rộng rãi trong các
ngành công nghiệp. khối lượng vật đúc trung bình chiếm khoảng 40 - 80% tổng
khối lượng của máy móc và trong ngành cơ khí khối lượng vật đúc chiếm đến 90%
mà giá thành chỉ chiếm 20-25%. Tính đúc của hợp kim được xác định bằng các
yếu tố:
- Tính chảy loãng: Tính chảy loãng là mức độ chảy loãng hay sệt của hợp kim

đúc, nó quyết định khả năng điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét. Có các
yếu tố ảnh hưởng đến tính chảy loãng của hợp kim đúc:
 Nhiệt độ: T0 tăng lên (ở T0 nhất định) thì tính chảy loãng tăng.
 Cấu tạo hợp kim: Gang xám có tính chảy loãng cao nhất.
 Tạp chất: làm tăng độ sệt thuỷ lực.
 Ảnh hưởng của khuôn, thành phần hoá học và hình thức rót kim loại
vào khuôn.
 Dùng mẫu thử có rãnh xoắn ốc, mẫu thử rãnh.
 Kim loại lỏng được rót vào cốc rót và chảy theo rãnh của mẫu thử.
 Độ chảy loãng của hợp kim đúc được xác định bằng chiều dài kim loại
điền đầy mẫu thử.
 Chiều dài đó càng lớn thì độ chảy loãng càng lớn.
- Tính thiên tích: Là sự không đồng nhất về thành phần hoá học trong từng


phần của vật đúc. Có 2 loại thiên tích:
 Thiên tích vùng: Là sự không đồng nhất về thành phần hoá học trong
từng vùng của vật đúc. Nguyên nhân là do tỷ trọng các nguyên tố trong
hợp kim khác nhau và trong từng phần phần của vật đúc có sự chênh
lệch áp suất.
 Thiên tích trong nội bộ hạt kim loại: do các nguyên nhân sau: Sự kết
tinh của các nguyên tố hợp kim không cùng một lúc; Ngay trong hạt
kim loại cũng lẫn xĩ và tạp chất; Do sự thẩm thấu giữa các phần tử trong
hợp kim không triệt để.
- Tính co: Tính co là hiện tượng giảm thể tích và chiều dài của hợp kim khi

T0 giảm xuống. Có 2 loại:
 Lõm co: Là những lổ rỗng hình nón hình thành ở trên bề mặt vật đúc.
Nguyên nhân là do lớp ngoài đông đặc trước lớp trong. khí, nước trong

kim loại thoát ra ngoài.
 Rổ co: Là những lổ rỗng nhỏ nằm bên trong vật đúc, nằm dọc trục thỏi
đúc và nằm dưới lõm co.
- Tính hoà tan khí: Tính hòa tan khí là sự hoà tan các khí: O2, H2, N2, CO, CO2,
CH4 vào kim loại lỏng gây nên rỗ khí.

Hình 1. Các mẫu thử xác định độ chảy loãng của kim loại
(Bên trái: Mẫu thử xoắn ốc, Bên phải: Mẫu thử rãnh)

2.2. Tính chất của kim loại Kẽm
Kẽm là một nguyên tố kim loại chuyển tiếp, ký hiệu là Zn và có số nguyên
tử là 30. Nó là nguyên tố đầu tiên trong nhóm 12 của bảng tuần hoàn các nguyên
tố. Kẽm, trên một số phương diện, có tính chất hóa học giống với magiê, vì ion của
chúng có bán kính giống nhau và có số ôxy hoá duy nhất ở điều kiện bình thường
là +2. Kẽm là nguyên tố phổ biến thứ 24 trong lớp vỏ Trái Đất và có 5 đồng vị bền.


Quặng kẽm phổ biến nhất là quặng sphalerit, một loại kẽm sulfua. Những mỏ khai
thác lớn nhất nằm ở Úc, Canada và Hoa Kỳ. Công nghệ sản xuất kẽm bao gồm
tuyển nổi quặng, thiêu kết, và cuối cùng là chiết tách bằng dòng điện.
Tính chất vật lý:


Màu sắc: Ánh kim bạc xám.



Trạng thái vật chất: Chất rắn.



Nhiệt độ nóng chảy: 692,68 K (419,53 °C, 787,15 °F).



Nhiệt độ sôi: 1.180 K (907 °C, 1.665 °F).



Mật độ: 7,14 g/cm3 (ở 0°C, 101.325 kPa).



Mật độ ở thể lỏng: ở nhiệt độ nóng chảy: 6,57 g/cm3.



Nhiệt lượng nóng chảy: 7,32 kJ/mol.



Nhiệt bay hơi: 123,6 kJ/mol.



Nhiệt dung: 25,470 J/mol.K.

3. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
3.1. Vật liệu thí nghiệm
- Tiến hành thí nghiệm trên vật liệu Kẽm.

- Cắt mẫu phôi kẽm thích hợp cốc nấu.

3.2. Thiết bị phục vụ thí nghiệm
-

Cốc nấu.

-

Lò nấu điện trở.

-

Kẹp phôi, kẹp cốc..

-

Găng tay.

-

Súng đo nhiệt độ.

-

Mẫu thử.

-

Thiết bị hỗ trợ rót kim loại.

-

Khuôn kim loại.

-

Máy cắt mẫu.

-

Thước đo chiều dài mẫu thử.

3.3. Thực hiện thí nghiệm
-

Bước 1: Bật lò nấu ở nhiệt độ 4500C

-

Bước 2: Cắt mẫu phôi kẽm theo kích thước phù hợp cốc nấu


-

Bước 3: Cho mẫu vào cốc nấu và nấu mẫu phôi kẽm ở nhiệt độ 4500C đến
khi phôi kẽm chảy hoàn toàn.

-

Bước 4: Làm vệ sinh sạch khuôn mẫu thử, ráp khuôn mẫu thử, kiểm tra độ
kín khít, cố định vị trí rót, …

-

Bước 5: Tiến hành rót kẽm ở nhiệt độ 4500C vào khuôn mẫu thử, lượng kim
loại lỏng còn dư thì rót vào khuôn tạo phôi. Lưu ý, không để kẽm lỏng trong
cốc nấu.

-

Bước 6: Tháo khuôn mẫu thử, lấu mẫu thử và tiến hành đo các thông số để
xác định độ chảy loãng của kẽm ở nhiệt độ 4500C.

-

Bước 7: Nâng nhiệt độ lò lên 5000C và tiến hành giống các bước trước đó.

-

Bước 8: Nâng nhiệt độ lò lên 5500C và tiến hành giống các bước trước đó.

-

Bước 9: Nâng nhiệt độ lò lên 6000C và tiến hành giống các bước trước đó.
Bảng 1: Số liệu đo được của các thanh rãnh

Rãnh thứ

1

2

3

4

5

6

7

Chiều dày
hi (mm)

2,1

5,2

6,3

9,12

7,26

3,16

3,12

Chiều rộng
bi (mm)

19,20

18,24

17,90

17,88

17,66

18,50

19,10

Bảng 2: Nhiệt độ rót và số liệu chiều dài vật đúc đo được (mm)
Chiều dài rãnh thứ Li
L1

L2

L3

L4

L5

L6

L7

450

0,2

1,98

4,2

85

6,08

1,12

0,3

500

0,28

5,8

17,3

196

47,3

2,0

0,6

550

0,58

4,52

21,08

257

47,9

2,16

0,9

600

1

5,5

16,5

286

82,5

69,5

3,5

Nhiệt độ rót (oC)


Bảng 3: Nhiệt độ của khuôn trứng khi nhiệt độ rót của kim loại lỏng là 600oC
Thời gian (s)

Nhiệt độ (oC)

0

30,5

45

157,1

55

159,6

59

160,2

61

159,7

63

159,5

65

159,4

67

159,2

71

158,6

82

158,2

87

157,5

89

156,4

96

156,1

101

155,9


4. HÌNH ẢNH VẬT ĐÚC

Hình 4.1: Vật đúc ở nhiệt độ 450oC

Hình 4.2: Vật đúc ở nhiệt độ 500oC


Hình 4.3: Vật đúc ở nhiệt độ 550oC

Hình 4.4: Vật đúc ở nhiệt độ 600oC


5. NHẬN XÉT VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU:
5.1. Phân tích và giải thích kết quả từ bảng 1 và bảng 2:
a) Xử lý số liệu:
Chiều rộng trung bình của thanh rãnh là:
19,2  18,24  17,90  17,88  17,66  18,50  19,10
btb 

 18,35mm
7
Kết hợp số liệu từ bảng 1 và bảng 2 ta tính được thể tích từng thanh của vật đúc
theo công thức Vi  btb Li hi mm3 số liệu tính được như bảng dưới.





Bảng 5.1: Thể tích các thanh của vật đúc
Vi(mm3)
1

2

450

7,71

188,93

500

3

4

5

6

7

Nhiệt độ rót (oC)
64,94

17,18

10,79 553,436 1999,97 32800,99 6301,35

115,97

34,35

550

22,35 431,30

2436,95 43009,46 6381,29

125,25

51,53

600

38,54 524,81

1907,48 47862,67 10990,73 4030,03 200,38

b) Nhận xét:

485,541 14224,92 809,98


Hình 5.1: Biểu đồ ảnh hưởng của nhiệt dộ rót đến thể tích của các thanh mẫu


Hình 5.2: Biểu đồ mối quan hệ giữa nhiệt độ rót với chiều dài của thanh mẫu.
Dựa vào đồ thị mối quan hệ giữa nhiệt độ rót với quảng đường mà kim loại lỏng di
chuyển được (chính là chiều dài các thanh của vật đúc) ta thấy khi nhiệt độ tăng từ
450oC đến 600oC thì chiều dài các thanh của vật đúc đo được nhìn chung là cũng tăng
dần, đặc biệt khi nhiệt độ tăng dần đến 600oC thì dòng kim loại lỏng dễ dàng điền đầy
các thanh rãnh có độ dày nhỏ hơn. Tuy nhiên, có một vài kết quả chưa phù hợp chẳng
hạn như ở rãnh thứ 2 và thứ 3 khi nhiệt độ tăng dần đến 600oC thì ở rãnh thứ 2 chiều
dài bị giảm từ 5,8mm (500oC) xuống còn 4,52mm (550oC) sau đó lại tăng lên 5,5mm
(600oC), ở rãnh thứ 3 chiều dài bị giảm từ 21,08mm (550 oC) xuống còn 16,5mm
(600oC) lý do trong quá trình tiến hành thí nghiệm kim loại lỏng rót không liên tục làm
ảnh hưởng đến chiều dài kim loại điền đầy mẫu thử.
Điều đó cũng có nghĩa là khi nhiệt độ tăng từ 450oC đến 600oC dựa vào biểu đồ ảnh
hưởng của nhiệt độ rót đến thể tích mà kim loại lỏng chiếm chỗ ta thấy thể tích của các
thanh mẫu ở các chiều dày khác nhau cũng tăng dần. Từ đó, có thể kết luận rằng:
+ Nhiệt độ rót của kim loại lỏng có ảnh hưởng đến độ chảy loãng của kim loại
đúc. Để tiến hành đúc thì kim loại phải được gia nhiệt đến một nhiệt độ cao hơn nhiệt
độ nóng chảy của nó. Tính chảy loãng của kim loại lỏng cho ta biết được khả năng điền
đầy khuôn đúc của kim loại lỏng. Nó quyết định quảng đường kim loại lỏng còn di
chuyển được trong khuôn đúc trước khi đông đặc. Nhiệt độ rót của kim loại lỏng càng
cao thì tính chảy loãng càng cao, kim loại lỏng dễ dàng di chuyển trong hệ thống rót,
dễ điền đầy khuôn đúc và ngược lại.

+ Tuy nhiên nhiệt độ rót quá cao sẽ kéo theo mất mát kim loại do Ôxy hóa
mạnh và khả năng thâm nhập khí cao hơn ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc và cơ tính
vật đúc, tiêu tốn năng lượng nhiều hơn.
5.2. Phân tích và giải thích kết quả từ bảng 3:
a) Xử lý số liệu:
Thông số biết trước:
Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách khuôn trong thời gian 1s là: q  30 W m2 .
Chiều dày khuôn là:   20,3mm  0,0203m
Dựa vào số liệu bảng 3 ta có:
+ Nhiệt độ tại bề mặt bên ngoài khuôn lớn nhất là: t1  160,2o C  433,2 K .
+ Nhiệt độ tại bề mặt ngoài khuôn nhỏ nhất là: t2  30,5o C  303,5K .
Xem quá trình trên là quá trình dẫn nhiệt qua vách phẳng, ta tính được hệ số dẫn
nhiệt  của khuôn nhôm như sau:

q

t1  t2




 

q
30.0,0203

 0,0047 (W/mK)
t1  t2 433,2  303,5

Hình 5.3: Biểu đồ sự thay đổi nhiệt độ của khuôn trứng theo thời gian.


b) Nhận xét:
Hệ số dẫn nhiệt của khuôn nhôm:   0,0047W mK là rất nhỏ điều này có
nghĩa rằng hệ số dẫn nhiệt của khuôn mà càng nhỏ thì tổn thất nhiệt qua vách
khuôn là rất ít sẽ làm kim loại lỏng chậm đông đặc, tính chảy loãng của kim loại
đúc tăng, kim loại lỏng dễ điền đầy tốt khuôn đúc.
Từ đó ta có thể kết luận rằng:
+ Hệ số dẫn nhiệt của khuôn có ảnh hưởng đến tính chảy loãng của kim loại
đúc. Nếu vật liệu làm khuôn có hệ số dẫn nhiệt tốt sẽ làm giảm nhanh nhiệt độ
dòng kim loại lỏng nên kim loại lỏng đông đặc nhanh, làm giảm tính chảy loãng.
Ngược lại khi kim loại làm khuôn có tính dẫn nhiệt kém, thì kim loại lỏng chậm
đông đặc, tính chảy loãng tăng.