Giáo trình Kim loại thiết bị nhiệt

pdf 141 trang vanle 22/06/2021 150
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Kim loại thiết bị nhiệt", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_kim_loai_thiet_bi_nhiet.pdf

Nội dung text: Giáo trình Kim loại thiết bị nhiệt

  1. Đại học đμ nẵng - Tr−ờng Đại học kỹ thuật TS. Đinh Minh Diệm Giáo trình Kim loại thiết bị nhiệt Đμ nẵng, 2003
  2. Đại học đμ nẵng - Tr−ờng Đại học kỹ thuật TS. Đinh Minh Diệm Tóm tắt bμi giảng Phần 2 Đúc kim loại Đμ nẵng, 2003
  3. Đại học đμ nẵng - Tr−ờng Đại học kỹ thuật TS. Đinh Minh Diệm Tóm tắt bμi giảng Ch−ơng 4 Gia công cắt gọt kim loại Đμ nẵng, 2003
  4. Đại học đμ nẵng - Tr−ờng Đại học kỹ thuật TS. Đinh Minh Diệm Tóm tắt bμi giảng Kỹ thuật cơ khí Đμ nẵng, 2003
  5. Ch−ơng 1: vật liệu kim loại 1.1. Tính chất của kim loại 1.1.1 Tính chất hoá học • Kim loại là các nguyên tố hoá học ở phía trái bảng tuần hoàn Menđeleép. • Kim loại tham gia các phản ứng với á kim; • Cấu tạo nguyên tử: lớp điện tử ngoài cùng dễ tách khỏi hạt nhân trở thành điện tử tự do và nguyên tử trở thành ion d−ơng. • Ngoài ra trong thực tế chế tạo các chi tiết máy ta cần kể đến tính chịu ăn mòn, tính chịu nhiệt , tính chịu a xít, . . . của kim loại và hợp kim của chúng. 1.1. 2 Tính chất vật lý • Kim loại là vật liệu có ánh kim; • Hệ số giãn nở nhiệt khác nhau; • Có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt; o • Khối l−ợng riêng (γ) và nhiệt độ nóng chảy ( T nc ) khác nhau; • Kim loại có cấu trúc mạng tinh thể ; 1.1. 3 Tính công nghệ Kim loại có độ bền, độ dẻo cao, có khả năng gia công nóng hoặc gia công nguội, Đặc tr−ng cho tính công nghệ của vật liệu là : tính đúc, tính rèn, tính hàn và tính gia công cắt gọt và nhiệt luyện (gia công xử lý nhiệt). a. Tính đúc • Tính chảy loãng cao (nên khả năng điền đầy lòng khuôn tốt); • Có tính co ngót khi kết tinh (đông đặc). • Tính thiên tích: Sự không đồng nhất về thành phần hoá học của kim loại trong vật đúc. • Tính hoà tan khí b. Tính rèn Khả năng biến dạng vĩnh cửu của kim loại khi chịu tác dụng của ngoại lực để tạo nên hình dáng nhất định mà không bị phá huỷ. c. Tính hàn Khả năng tạo nên mối liên kết không thể tháo rời đ−ợc gọi là mối hàn. d. Tính cắt gọt Khả năng cho phép gia công trên các máy cắt gọt nh−: tiện, phay, bào, khoan, mài Tính cắt gọt phụ thuộc vào nhiều yếu tố . Ví dụ : Thép ít các bon dễ cắt gọt hơn thép các bon cao; Gang xám dễ gia công cắt gọt hơn gang trắng). e. Tính Nhiệt luyện : Khả năng cho phép thay đổi cơ tính và một số tính chất của vật liệu nhờ quá trình xử lý nhiệt. 1. 2 Phân loại vật liệu kim loại (đơn chất) Theo màu sắc Kim loại đen : Fe; theo [12] còn có Co, Ni, Mn, ( màu đen xám) Kim loại màu : Al, Cu, Pt, Au, 1
  6. Theo nhiệt độ nóng chảy Nhiệt độ Khối l−ợng riêng nóng chảy oC g/cm3 Cu : 1083 8,93 Ni : 1450 8,90 Kim loại khó chảy T nc Fe : 1539 7,87 Ti : 1668 4,51 Pt : 1769 21,45 Zr : 1855 6,51 Cr : 1875 7,19 V : 1950 6,02 Nb : 2468 8,57 Mo : 2620 10,2 Ta : 2996 16,65 W : 3395 19,35 Kim loại dễ chảy Zn : 419 7,11 Sn : 232 7,29 Bi : 271,3 9,80 Pb : 327 11,34 Kim loại nhẹ Be : 1284 1,85 Mg : 650 1,74 Al : 660 2,72 Kim loại quý Au : 1063 19,32 Ag : 960 10,5 Pt : 1769 21,45 Kim loại phóng xạ U : 1133 19,0 Ra (radi), Th (thôry) Pu (plutoni), Co, Kim loại hiếm La, Cs (Xêzi), Nd (Nêôdim), Pr (Prascôđim) 1.3 kim loại mμu : Kim loại màu và hợp kim màu là kim loại mà hầu nh− không có chứa sắt. Kim loại màu th−ờng có các tính chất đặc biệt và −u việt hơn kim loại đen : tính dẻo cao, cơ tính khá cao, có khả năng chống ăn mòn, chống mài mòn, có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt. Các kim loại màu thông dụng là nhôm, đồng, titan, manhê, thiếc, vàng bạc và các hợp kim của chúng. Kim loại màu có thể phân loại theo một số đặc điểm sau : 1.3.1 Kim loại nặng (có khối l−ợng riêng γ >= 5 g/ cm3) 3 Ví dụ : γ W = 19,35 g/ cm γ cu = 8,94 g/ cm3 γ Ni = 8,92 g/ cm3 γ Sn = 7,30 g/ cm3 γ Zn = 7,14 g/ cm3 1.3.2 Nhóm kim loại nhẹ γ <= 5 g/ cm3) 3 Ví dụ : γ Ti = 4,51 g/ cm 2
  7. 3 γ Al = 2,70 g/ cm 3 γ Be = 1,85 g/ cm 3 γ Mg = 1,74 g/ cm 1.3.3 Nhóm kim loại quý : Au, Ag, Pt và kim loại thuộc nhóm platin 1.3.4 Kim loại hiếm : Titan (Ti), Ga, W, Li, Mo, 1.3.5 Kim loại bán dẫn : Se len (Se), As, Si, Ge , 1.3.6 Nhôm vμ hợp kim nhôm Nhôm thuộc nhóm kim loại nhẹ (kim loại bay) có khối l−ợng riêng nhỏ (2,7 g/cm3), có tính dẫn điện dẫn nhiệt tốt, có khả năng chống ăn mòn cao và có tỷ bền cao và tính dẻo cao. Nhôm nguyên chất : TCVN 1859-75 ký hiệu : TCVN TC Liên xô Al 99,60 (99,60%Al) A999 (99,999%Al) . . . Al 99,00 (99%Al) A0 (99,00%Al) Hợp kim của nhôm : Al - Mg Al - Cu, Al - Cu - Mg (Đua - ra dùng làm vành xe đạp, ) Al - Cu - Li; Al - Mg - Li (Rất nhẹ dùng trong ngành hàng không) Hợp kim nhôm có 2 loại : nhôm biến dạng và nhôm đúc. 1.3.7 Đồng vμ hợp kim của đồng Đồng nguyên chất : TCVN 1659-75 ký hiệu : VN Liên xô Cu99,99 ( 99,99%Cu) M00 (99,99%Cu) Cu99,90 (99,90%Cu) M1 (99,90%Cu) Hợp kim của đồng có : Brông (đồng thanh là hợp kim của Cu với Sn hoặc các nguyên tố khác trừ kẽm (Zn) : TCVN TCLX BCuSn5P0,5 БpA5 5%Al Latông (đồng thau là hợp kim của Cu + Zn) LCuZn30 (Zn=30%) л70 70%Cu còn lại là Zn Trên đây là bảng phân loại có tính t−ơng đối. Ví dụ Li có thể là kim loại nhẹ nh−ng cũng có thể là kim loại bán dẫn. Nói chung các kim loại bán dẫn là kim loại hiếm. Giá cả so sánh t−ơng đối : Fe = 1 W = 75 lần Au = 11.000 lần Ni = 17 lần Pt = 27.000 lần Ag = 290 lần Rh = 45.000 lần ( Rô đi) 1 . 4 Cơ tính của kim loại 1. 4.1 Độ bền 3
  8. Là khả năng của vật liệu chịu tác dụng của ngoại lực mà không bị phá huỷ. Đó là tập hợp các đặc tr−ng cơ học phản ánh sức chịu đựng tải trọng cơ học tĩnh của vật liệu. Chúng đ−ợc xác định bằng ứng suất của tải trọng gây ra. ứng suất đ−ợc ký hiệu là σ; Giới hạn bền là ứng suất cao nhất mà mẫu chịu đựng đ−ợc tr−ớc khi phá huỷ và đ−ợc ký hiệu σB . Tuỳ theo dạng lực tác dụng mà ta có Có các khái niệm : độ bền kéo (σk) ; độ bền uốn (σu) ; độ bền nén (σn) Giới hạn bền kéo đ−ợc tính theo công thức : σB = Pmax/ Fo; T−ơng tự ta có thể tính giới hạn bền uốn, giới hạn bền nén. Đơn vị tính là : N/mm2; KN/m2; MN/m2. 1 KG/mm2 = 9,8 . 106 Pa Biến dạng đàn hồi là biến dạng mà khi khử bỏ lực tác dụng nó vẫn trở về trạng thái ban đầu với hình dạng, kích th−ớc không bị thay đổi (tức là ch−a xảy ra biến dạng dẻo hay l−ợng biến dạng không đáng kể khoảng 0,001 - 0,005 % ). Giới hạn chảy quy −ớc là σ0,2 - là ứng suất tại thời điểm mà mẫu bị biến dạng d− là 0,2 % so với chiều dài ban đầu. 1. 4. 2 Đặc tr−ng cho tính dẻo của vật liệu : • Độ giản dài t−ơng đối δ = [(l1 - lo) / lo] . 100 % • Độ co thắt mẩu ψk = [(Fo - F1) / Fo] . 100 % Trong đó : lo, l1 - độ dài của mẫu thử tr−ớc và sau khi kéo (mm) 2 Fo, F1 - Diện tích tiết diện của mẫu tr−ớc và sau khi kéo (mm ) 1. 4. 3 Độ dai va đập Là công tiêu phí để phá huỷ một đơn vị diện tích tiết diện ngang khi có lực tác dụng đột ngột với gia tốc lớn. 2 2 ak = A / F ; KG.m/cm hay KJ/m . F - Diện tích tiết diện ngang tại vị trí cắt rãnh; A - Công sinh ra để phá huỷ mẩu thử; ( KG.m) Sơ đồ thử mẩu va đập nh− hình 1-1 L1 ho Lo h1 Hình 1-1 Sơ đồ xác định độ dai va đập A1 = m ho A2 = m h1 Ak = A1 - A2 = m (ho - h1) ho = lo - l1 l1 = lo.Cosβ m - Khối l−ợng con lắc kg 1. 4. 4 Độ cứng : 4
  9. Là khả năng chống lại biến dạng dẻo cục bộ của kim loại và hợp kim d−ới tác dụng của tải trọng ngoài. Độ cứng đặc tr−ng cho tính chịu mài mòn, khả năng gia công cắt, khả năng mài bóng của vật liệu. a. Độ cứng Brinen ( HB) Đầu đo là một viên bi thép đã nhiệt luyện. Diện tích vết lõm của bề mặt viên bi tác dụng lên bề mặt vật liệu đặc tr−ng cho độ cứng của vật liệu. Diện tích này càng nhỏ thì vật liệu càng cứng và ng−ợc lại. HB ∼ P/S;(KG/mm2) S - Diện tích bề mặt chỏm cầu (mm2) có đ−ờng kính d (mm); P D d Hình 1-2 Hình dáng mũi đâm khi đo độ cứng Brinel P - Lực tác dụng lên viên bi KG; D - Đ−ờng kính viên bi (mm) ; d đ−ờng kính vết lõm (mm) Đ−ờng kính viên bi có thể là: D = 10mm; 5mm; 2,5 mm; 2 mm và 1 mm Độ cứng Brinel đ−ợc tính theo công thức : HB = P/F F - diện tích mặt chỏm cầu của vết lõm viên bi khi đo (mm2) πD 2 πD F = − D 2 − d 2 2 2 Độ bền của vật liệu có thể tính gần đúng theo công thức [12] σB = a . HB Đối với thép : a = 0,33 - 0,36;( HB ≈ 3σB ) đồng : a = 0,48 - 0,53; đua ra : a = 0,37; P P HB = = S πD .(D − D 2 − d 2 ) 2 Đối với thép và gang thì th−ờng dùng : P = 3000 KG, D = 10mm Đơn vị tính : KG/mm2. b . Độ cứng Rokwell (Rốc ven) ( HRA, HRB, HRC) Hình nón Hình 1-3 Hình dáng mũi đâm khi đo độ cứng Roocwell Mũi đâm đ−ợc làm bằng kim c−ơng có dạng hình nón, góc ở đỉnh là 120o, Khi đo HRA, HRC bán kính r = 0,2 mm, Khi đo HRB bán kính r ≈ 1,588 mm. Độ cứng tỷ lệ với chiều sâu lún của mũi đâm ( 1/h ); Tuỳ thuộc vào lực tác dụng P ta có 3 thang đo độ cứng ứng với các tải trọng P nh− sau : 5
  10. HRA: khi P = 60 KG HRB: khi P = 100 KG HRC: khi P = 150 KG c . Độ cứng Víc - Ker (HV) Mũi đo bằng kim c−ơng dạng hình tháp có góc ở giữa 2 mặt đối xứng là 136o, đáy vuông, độ cứng đ−ợc ký hiệu là HV = P/F = (2 P.Sin α/2)/d2 ≈ 1,8544 (P/d2) Trong đó P - Lực tác dụng lên mũi đo (KG) ; d - Chiều dài đ−ờng chéo vết lõm (mm) Hình tháp Hình 1-4 Hình dáng mũi đâm khi đo độ cứng Viker Ghi chú: Độ cứng HRC - Th−ờng dùng để đo vật cứng HB và HRB - Th−ờng dùng để đo vật mềm HV - Th−ờng dùng để đo vật mỏng d. Độ cứng KNOOP (đo vật liệu dòn nh− gốm sứ) [2] T606) P P HK ==14,. 2 F L2 B L Hình 1-4 Hình dáng mũi đâm khi đo độ cứng Knoop 1 . 5 gang vμ các ứng dụng của nó 6
  11. Sản phẩm chủ yếu của luyện kim đen là gang và thép . Thép chiếm khoảng 90% và gang khoảng 10%. Trong các loại thép có khoảng 90 % thép các bon và 10 % thép hợp kim . Gang Là hợp kim của sắt với các bon và 1 số nguyên tố khác trong đó thành phần các bon : 2,14% < C < 6,67 %. Thực tế trong gang th−ờng có các nguyên tố khác nh− : Si, Mn, P, S là các tạp chất . 1.5.1 Đặc điểm chung của gang • Gang có tính đúc tốt ( tính chảy loãng cao, khả năng điền đầy khuôn tốt); • Gang có khả năng giảm chấn tốt, chịu xung nhiệt tốt, chịu mài mòn trong điều kiện không bôi trơn đầy đủ. • Giá thành rẻ hơn thép; vì thế gang đ−ợc sử dụng nhiều trong việc chế tạo máy và trong công nghiệp nói chung. • Gang có tính dòn nên hầu nh− không có khả năng biến dạng, tính bền thấp . 1.5.2 Phân loại gang Dựa vào trạng thái các bon ở trong gang ng−ời ta chia ra: a- Gang trắng Các bon ở trạng thái liên kết ở dạng Fe3C, mặt gãy có màu sáng trắng là mầu của Fe3C. Gang trắng th−ờng chứa ít Si. Gang trắng có độ cứng lớn (450 - 650 HB). Để tăng tính chịu mài mòn có va đập, tính chịu nhiệt, gang trắng đ−ợc cho thêm các nguyên tố hợp kim : Cr, Mo, Ni Vì gang trắng khó gia công cắt gọt nên nó ít đ−ợc sử dụng để chế tạo các chi tiết máy, mà phần lớn dùng để luyện thép, hoặc dùng nó để ủ ra gang dẽo dùng trong đúc các chi tiết chịu mài mòn nh− bi nghiền xi măng, b- Gang xám Phần lớn hoặc toàn bộ cácbon ở trạng thái tự do (grafit dạng tấm); mặt gẫy có màu xám (màu của grafit). Gang xám có độ bền thấp, tính dẻo kém, nh−ng có độ bền nén tốt, có khả năng tự bôi trơn khi làm việc trong điều kiện chịu mài mòn khô, có tính chịu xung nhiệt và tính giảm chấn tốt, giá thành rẻ nên đ−ợc sử dụng rất rộng rãi trong việc chế tạo thân máy, bệ máy, các chi tiết chịu lực không lớn, các chi tiết có tính nghệ thuật, Gang xám đ−ợc ký hiệu là GX xx - yy với 2 chỉ số gồm : xx Giá trị tối thiểu của độ bền kéo yy độ bền uốn tối thiểu của gang ( KG / mm2 ). Ví dụ : GX 12-28, GX15-32, GX 18-36, GX 21-40, GX 24-44, GX 28-48, GX 32-52, GX 36-56, ) Trong thực tế ta hay dùng các ký hiệu theo tiêu chuẩn của Liên xô (ΓOCT : Cч) và theo TCVN đ−ợc ký hiệu là : GX Trong thực tế do các điều kiện nấu luyện khác nhau có thể có dạng gang xám biến trắng. Loại gang này có tổ chức thay đổi từ ngoài vào trong: lớp ngoài cùng là gang trắng, lớp trung gian là gang hoa râm ( chứa ledeburít và grafít tự do) và lớp trong cùng là gang xám. Gang xám biến trắng th−ờng đ−ợc dùng để đúc trục cán, bánh xe gòng, các chi tiết cam, má nghiền, đầu phun cát, đầu phun bi, 7
  12. σ kéo σ uốn δ HB [12] trang 217 Theo TCVN KG/mm2 KG/mm2 % GX 12 - 28 12 (120 Mpa)28 143 - 229 GX 15 - 32 15 32 163 - 229 GX 18 - 36 18 36 170 - 229 GX 21 - 40 21 40 170 - 241 GX 24 - 44 24 44 170 - 241 GX 28 - 48 28 48 170 - 241 GX 32 - 52 32 52 187 - 255 GX 35 - 56 35 56 197 - 269 GX 38 - 60 38 60 207 - 269 c . Gang bền cao (hay còn gọi là gang cầu) Phần lớn hoặc toàn bộ các - bon ở trạng thái tự do grafit có dạng hình cầu; hợp kim làm biến tính gang là Mg hoặc Ce (xezy) và các nguyên tố đất hiếm. Ký hiệu theo Liên xô : Bч Ký hiệu theo Việt nam :GC và 2 chỉ số giới hạn bền kéo và độ dãn dài t−ơng đối của gang δ5 (%) . Ví dụ GC 40-10 : có σK ≥ 400 MPa , δ5 ≥ 10 % σ K σ Ch δ HB KG/mm2 KG/mm2 % GC 45 - 0 45 36 187 - 225 GC 50 - 1,5 50 38 1,5 187 - 255 GC 60 - 2 60 42 2,0 197 - 269 GC 45 - 5 45 33 5,0 170 - 207 GC 40 -10 40 30 10,0 156 - 197 d. Gang dẻo (còn gọi là gang rèn) Đ−ợc chế tạo từ gang trắng ( bằng cách đem ủ gang trắng, lúc đó cácbon trong gang trắng sẽ chuyễn sang dạng bông ) có độ bền cao và có tính chịu mài mòn tốt, có tính dẻo t−ơng đối tốt nên có thể gia công bằng áp lực. Ký hiệu theo Liên xô : Kч Ký hiệu Việt nam: GZ + chỉ số giới hạn bền tối thiểu + độ dãn dài t−ơng đối ( %) Do giá thành đắt nên gang dẽo th−ờng đ−ợc dùng để chế tạo các chi tiết nhỏ, thành mỏng, chịu va đập trong công nghiệp ( guốc hãm xe lửa, ôtô, máy kéo, máy dệt, máy nông nghiệp, Thành phần gang rèn : C 2,4 - 2,8 Mn ≤ 1 % S ≤ 0,2 % Si 0,8 - 1,4 P ≤ 0,2% Cơ tính của gang rèn : 2 σ kéo KG/mm δ % HB GZ 30 - 6 30 6.0 163 GZ 38 - 8 38 8.0 149 GZ 35 - 10 35 10.0 GZ 37 - 12 37 12.0 GZ 45 - 6 45 6 241 8
  13. GZ 50 - 4 50 4 241 GZ 60 - 3 60 3 269 GZ 60 - 2 60 2 e. Gang biến tính Đ−ợc chế tạo từ gang xám bằng cách cho các chất biến tính vào nh−: Si, Al, Ca, Fe-Si, Ca-Si, ứng dụng gang biến tính: đúc các chi tiết có thành mỏng và phức tạp. f. Gang giun Là gang có grafít dạng giun,. Đây là dạng trung gian giữa grafít dạng tấm và dạng cầu. Loại gang này đ−ợc chế tạo bằng cách biến tính gang lỏng bằng phối hợp các nguyên tố cầu hoá grafít nh− Mg, Ce và các nguyên tố đất hiếm với các nguyên tố khử cầu nh− Ti, Al. Để chống khuynh h−ớng tạo xêmentít tự do khi kết tinh, gang lỏng đ−ợc biến tính lần 2 bằng các chất grafít hoá nh− FeSi, CaSi, Tính chất của gang giun nằm giữa gang xám và gang cầu, nh−ng cơ tính gần giống gang cầu, còn lý tính và tính đúc thì gần giống gang xám. g . Các loại gang đặc biệt khác Gang chịu ăn mòn Là một loại gang hợp kim cao. Các nguyên tố hợp kim có thể là : Si, Cr, Ni . Chúng có các loại gang sau : Gang silic cao ( Si = 12 - 17 % có thể chịu đ−ợc môi tr−ờng HNO3, H2SO4, H3PO4 . Khi cho thêm Si ≈ 17 %, Mo ≈ 3,5 - 4 % thì gang có thể làm việc đ−ợc trong HCl với mọi nồng độ. Gang Crôm cao (1,0 - 2,2 % C; 0,5 - 2,5 % Si, 0,3 - 1,0 % Mn, 20 - 26 % Cr ) Có cơ tính khá cao, độ cứng cao nên khó gia công cơ; làm việc tốt trong HNO3, H3PO4, trong dung dịch muối và trong chất hữu cơ không hoàn nguyên. Gang ni ken cao (1,8 - 3,0)%C; (1,0 - 2,75)%Si; (0,4 - 1,5)% Mn; 14 - 30% Ni) Có cơ tính khá, dễ gia công cắt gọt. Chúng làm việc tốt trong H2SO4, HCl, trong a xít có tính ô xy hoá yếu, và kiềm ở điều kiện chịu ăn mòn, mài mòn và chịu nóng. Gang chịu nhiệt Trong thành phần gang có các nguyên tố hợp kim : Si, Cr, Al với một hàm l−ợng xác định , đủ để tạo ra trên bề mặt gang một lớp ôxíd bền sít chặt , làm cho gang không bị ô xy hoá. Các loại gang chịu nhiệt sau : * Gang hợp kim silic Thành phần :1,6 - 2,5%C, 4-6% Si, 0,4 - 0,8% Mn ) Có thể làm việc ở nhiệt độ 600 oC nếu là gang xám; Có thể làm việc ở nhiệt độ 950 - 1000 oC nếu là gang cầu; * Gang Crôm cao ( 2,4-3,6% C, 12-18% Cr). Làm việc ở điều kiện chịu mài mòn và chịu nhiệt. Gang chứa: (2,5-2,9)%C, (25-29)% Cr làm việc đ−ợc ở nhiệt độ 900 oC. * Gang các bon thấp (1-2%C, 25-29%Cr) Làm việc trong điều kiện ăn mòn và mài mòn đến nhiệt độ 1100 oC. 9
  14. * Gang nhôm cao chứa l−ợng nhôm khoảng > 7 %Al ( 1,3 -1,7 %C, 1,3-1,6 %Si, 0,4-1,0 %Mn, 18-25 %Al) . Làm việc đến nhiệt độ 900 oC. 1.6 Thép vμ các ứng dụng của nó Thép là hợp kim của sắt với các bon và 1 số nguyên tố khác trong đó thành phần các bon : C < 2,14%. Ngoài ra còn có một số nguyên tố khác : Mn, Si, các tạp chất: S, P, O2, N2, H2 1.6.1 Thép các bon thông dụng (hay còn có tên gọi là thép các bon chất l−ợng th−ờng). Chúng đ−ợc chia thành 3 nhóm ( theo TCVN và tiêu chuẩn của Liên xô ) Nhóm A - Đảm bảo về cơ tính của thép; Nhóm B - Đảm bảo về thành phần hoá học (cho phép hàn) Nhóm C - Đảm bảo cơ tính & thành phần hoá học, dùng cho các kết cấu yêu cầu về chất l−ợng cao nh− kết cấu hàn; Ký hiệu theo TCVN 1765 - 75 Thép các bon : ( ý nghĩa của ký hiệu : CT - C các bon, T- thép ) 3 nhóm A, B, C Ký hiệu theo %C %Mn Tạp chất TCVN 1675-75 S P TCLX Nhóm A CT31 <0,23 <0,07 <0,06 CT0 CT33 0,06-0,12 <0,045 <0,55 CT1 CT34 0,09-0,15 22 <0,45 <0,55 CT2 CT38 0,14-0,22 24 -/- -/- CT3 CT42 0,18-0,27 26 -/- -/- CT4 CT51 0,28-0,37 28 -/- -/- CT5 CT61 0,38-49 31 -/- -/- CT6 Cơ tính của thép nhóm A: Ký hiệu theo σb σ ch δ5 Ký hiệu theo TCLX TCVN 1675-75 KG/mm2 KG/mm2 % CT31 32 22 CT0 CT33 32 - 40 33 CT1 CT34 34 - 42 22 31 CT2 CT38 38 - 47 24 21 - 27 CT3 CT42 42 - 52 26 25 CT4 CT51 50 - 62 28 15 - 21 CT5 CT61 60 - 72 31 11 - 16 CT6 10
  15. Nhóm B Có thêm các chữ cái B để chỉ nhóm thép và các chữ cái sau để chỉ ph−ơng pháp sản xuất ra loại thép đó : M: Sản xuất thép bằng lò Mác-Tanh Ví dụ : MCT0, MCT1, K: Lò chuyển , Б: Lò Besme Ví dụ : MCT33, MCT38, KCT34, KCT38 KΠ - Thép sôi ( thép không đ−ợc khử ô xy triệt để) ký hiệu Việt nam ( s) ΠC - Thép nửa lắng, ký hiệu Việt nam (n) ôxy ch−a đ−ợc khử một cách triệt để. C - Thép lắng ( l ) ôxy đ−ợc khử một cách triệt để. Thép nhóm C thì có chữ C tr−ớc : CCT31, CCT38, Thép các bon còn đ−ợc phân loại theo thành phần các bon : • Các bon thấp %C (0,46-0,75%). 1.6.2 Thép các bon kết cấu Dùng để chế tạo các chi tiết máy. Các loại thép này có độ bền cao hơn. Ký hiệu t−ơng tự Liên xô, chỉ thêm phía tr−ớc chữ “ C ” để phân biệt là thép các bon : C10, C20 C80, C85 Mác thép C Mn Si VN Ký hiệu theo Liên xô C10 10 0,07 - 0,13 0,35-0,65 0,17-0,37 C20 20 0,17 - 0,24 0,35-0,65 0,17-0,37 C40 40 0,37 - 0,44 0,50-0,80 0,17-0,37 C45 45 0,20 - 0,49 0,50-0,80 0,17-0,37 Cơ tính của một số thép trên nh− sau : Mác thép σ KG/mm2 δ (% ) αo (Góc uốn) 10 40 35 70 15 43 32 65 20 47 30 60 40 58 19 45 61 16 1.6.3 Thép xây dựng ( ΓOCT 380-71 ) Dùng để chế tạo các kết cấu xây dựng, cầu, ống dẫn dầu, dầm , nồi hơi, các kết cấu này th−ờng chế tạo bằng ph−ơng pháp hàn. Thành phần : C < 0,22 - 0,25 nguyên tố hợp kim gồm có: Mn, Si Ví dụ: Các loại thép th−ờng sử dụng [12] (trang 401) C Si Mn σb σch δ% CT38 0,2 0,2 0,5 45 25 30 11
  16. CT38 c 0,2 0,1 0,5 45 25 30 CT38 s 0,2 0,05 0,5 45 25 30 17MnSi 0,2 0,5 1,2 55 35 25 Thép xây dựng dùng trong bê tông cốt thép: thép trơn, thép có khía ( hay thép rằn). TCVN 5709 - 93 Thép kết cấu trong xây dựng : XCT34, XCT38, XCT52, Các chữ số kèm theo là giới hạn bền kéo tối thiểu ( KG/mm2 ). CT38, CT42 Dùng cho kết cấu không yêu cầu cao về lực; CT51,CT61, Dùng cho kết cấu có yêu cầu cao về lực; cùng với các thép: 25Γ2C (25Mn2Si), 35ΓC (35MnSi), 45 C(45Si), [12](trang 403) 1.6.4 Thép các bon dụng cụ Yêu cầu sắc, chịu mài mòn có độ cứng > 60 HRC. ứng dụng để chế tạo dụng cụ cắt gọt, dụng cụ đo, khuôn dập và các đồ nghề khác Thành phần hoá học : Ký hiệu theo TCVN và ΓOCT Liên xô Theo VN LX C Mn Cr CD70 Y7 0,65-0,74 0,2 - 0,4 <0,15 CD80 Y8 0,75-0,84 0,15- 0,4 -/- CD90 Y9 0,85-0,94 0,15- 0,35 -/- CD100 Y10 0,95-1,04 -/- -/- CD110 Y11 1,05-1,14 -/- -/- CD120 Y12 1,15-1,24 -/- -/- CD130 Y13 1,25 - 1,35 -/- Dụng cụ lấy dấu : CD100 - CD120 Có độ cứng 60 - 62 HRC Dụng cụ cắt : CD100 - CD120 Đục sắt : CD70 56 - 58 Bàn ren : CD10 59 - 61 Khuôn dập nguội: : CD80-CD100 60 - 62 1.6.5 Thép các bon lò xo: Yêu cầu phải có tính đàn hồi Thành phần thép và ký hiệu theo TCVN và LX VN LX C Mn Si Thép C65 65 0,62 - 0,70 0,5 - 0,8 0,17 - 0,37 C70 70 0,67 - 0,75 0,5 - 0,8 0,17 - 0,37 C75 75 0,72 - 0,80 0,5 - 0,8 0,17 - 0,37 65Mn 65Γ 0,62 - 0,80 0,9 - 1,2 (Thép lò xo hợp kim) ảnh h−ởng của tạp chất đến thép Hàm l−ợng các nguyên tố khoảng : Mn - 0,80 % , P - 0,05 %, Si - 0,50 %, S - 0,05 % 12
  17. Mn Có tác dụng khử ôxy, khử FeO ( FeO là chất có hại) Mn + FeO > MnO + Fe Mn tăng độ bền của thép Si Có tác dụng khử ôxy Si + FeO > SiO2 + Fe Nếu SiO2 không thoát kịp vào xỷ thì thép sẽ ngậm xỷ làm ảnh h−ởng xấu đến cơ tính của thép . P: Hàm l−ợng P trong lò Besme : %P 0,07 - 0,12 ≈ %P trong gang. Trong lò MácTanh : %P 0,02 - 0,04 trong lò bazơ Trong lò điện : %P 0,02 % Nếu hàm l−ợng P tăng sẽ tăng sự dòn nguội cho thép; S: Hàm l−ợng l−u huỳnh S trong lò Besme %S FeS) ; cùng tinh [Fe - FeS] nằm ở biên giới hạt có nhiệt độ nóng chảy 988 oC nên sinh dòn nóng. 1.7 Thép hợp kim Thép hợp kim là loại thép có chứa trong đó một l−ợng thành phần các nguyên tố hợp kim thích hợp. Các nguyên tố hợp kim có thể là : Mn, Si, Cr. Ni, Ti, Mo, Hàm l−ợng của chúng phải đủ đến mức có thể làm thay đổi cơ tính hoặc một số tính chất khác. D−ới các mức yêu cầu đó ng−ời ta chỉ coi chúng nh− những tạp chất có trong thép. Thép hợp kim có cơ tính tốt, có khả năng nhiệt luyện tốt hơn; có thể có các đặc tính đặc biệt nh− chịu ăn mòn, chịu mài mòn, bền nhiệt, 1.7.1 Ký hiệu các nguyên tố trong thép (theo tiêu chuẩn Liên xô) a. Ký hiệu Tên nguyên tố Ký hiệu theo LXô VN theo LXô VN H Ni Γ Mn ц Ziconi T Ti X Cr д Cu Б Nb C Si B W P Bor ю Al M Mo K Co A N2 Φ V П P Ký hiệu trong hợp kim màu : Ký hiệu Tên nguyên tố Ký hiệu theo LXô VN theo LXô VN A Al ц Zn Mг Mg Б Be C Sb (ăngtimoan) O Sn 13
  18. H Ni Φ P C Pb K Si Mц Mn X Cr Ж Fe ảnh h−ởng của một số nguyên tố hợp kim . 1. Crôm : Có tác dụng tăng độ cứng và tăng độ bền cho thép; Cr có làm tăng tính dẻo chút ít nh−ng có khả năng chống ăn mòn cao. 2. Niken tăng độ chịu ăn mòn, tăng độ bền, độ dẻo và độ dai va đập. 3. Vônfram (W) tạo nên các bít cứng , làm việc ở nhiệt độ cao. 4. Măng gan (Mn) tăng độ cứng, độ chịu mài mòn. 5. Silic (>1-1,5% ) sẽ làm tăng độ bền nh−ng tính dẻo giảm, 6. Molipđen (Mo) tăng tính chịu nhiệt, bền nhiệt, tính đàn hồi 7. Coban tăng tính chịu nhiệt, từ tính và độ dai va đập. Đồ thị biểu diễn các ảnh h−ởng hàm l−ợng của các nguyên tố hợp kim đến độ dai va đập đ−ợc thể hiện trên hình H 1-6 Độ dai va đập Ni 25 Cr 20 Mn 15 10 Mo 5 Si W 0 1 2 3 4 5 6 Thành phần nguyên tố hợp kim Hình 1-6 ảnh h−ởng của nguyên tố hợp kim đến độ cứng của hợp kim ferrit [12] trang 350 14
  19. Độ dai va đập Ni 25 Cr 20 Mn 15 10 Mo 5 Si W 0 1 2 3 4 5 6 Thành phần nguyên tố hợp kim Hình 1-7 ảnh h−ởng của nguyên tố hợp kim đến độ dai va đập của ferrit [12] trang 350 1.7.2 Phân loại thép hợp kim Phân loại theo thành phần hợp kim : • Thép hợp kim thấp có tổng hàm l−ợng các nguyên tố 10%% Phân loại theo thành phần hoá học: Thép mangan, thép Ni ken, thép crôm, ; thép Ni - Cr; Phân loại theo công dụng: a . Thép vòng bi (thép ổ lăn) : Yêu cầu phải cứng và chịu mài mòn. C Mn Si Cr IIIX6 (LX) 1,05 - 1,15 0,2 - 0,4 0,17 - 0,37 0,4 - 0,7 (TCVN -OL100Cr0,6) IIIX9 1,05 - 1,10 0,2 - 0,4 0,90 - 1,2 (TCVN -OL100Cr0,9) IIIX15 0,95 - 1,05 -/- -/- 1,3 - 1,65 (TCVN -OL100Cr1,5) IIIX15CΓ 0,95 - 1,05 0,9 - 1,2 0,4 - 0,65 1,3 - 1,65 (TCVN -OL100Cr2SiMn) b. Thép hợp kim dụng cụ Có các loại thép làm dao cắt, thép làm khuôn dập, thép ổ lăn, Trong đó ng−ời ta còn chia ra dựa vào tính tôi của chúng. Thép dụng cụ có tính tôi thấp: Dùng làm đục sắt, bàn ren, khuôn , X05 1,25 - 1,4 0,2 - 0,4 0,4 - 0,6 15
  20. X06 1,05 - 1,14 0,4 - 0,7 0,4 - 0,6 65XΦ 0,6 - 0,7 0,3 - 0,6 0,45 - 0,7 85XΦ 0,8 - 0,9 0,3 - 0,6 0,45 - 0,7 Thép dụng cụ có tính tôi cao: Nhóm 1 2 3 X 62HRC XΓ B1 62HRC 9XC 62HRC XBΓ XB5 XΓCBΦ Thép gió : Dùng để chế tạo dao trong gia công cắt gọt. C Cr W V Mo P9 0,85- 0,95 3,5 - 4,4 8,5 - 10 2,0 - 2,6 1,0 Theo TCVN : 90W9Cr3V2 P12 0,80- 0,90 3,4 - 3,6 12,0 - 13 1,5 - 1,9 0,5 Theo TCVN : 85W12Cr3V2Mo P18 0,7 - 0,8 3,8 - 4,4 17,0 - 18,5 1,0 - 1,4 1,0 Theo TCVN : 80W18Cr4VMo 1.8 hợp kim cứng Các hợp kim có thể đ−ợc chế tạo từ bột kim loại bằng ph−ơng pháp nấu chảy thông th−ờng hoặc kết hợp ép bột kim loại với thành phần các nguyên tố khác : C, Al2O3, Các bít kim loại, Ni trit, borit, Hợp kim cứng đ−ợc chế tạo bằng ph−ơng pháp ép và thiêu kết với áp lực và nhiệt độ thích hợp. Hợp kim cứng có hai loại : đặc và xốp ( có lổ rỗng). Chúng th−ờng đ−ợc ứng dụng để chế tạo dụng cụ cắt gọt, vật liệu mũ đậy, vỏ bọc, Nhiệt độ làm việc có thể đạt 1000 - 2000 oC trong lúc thép các bon dụng cụ, thép gió, chỉ có thể làm việc đến nhiệt độ : 700 oC Hợp kim cứng có nhiều loại : ) • Hợp kim cứng một các bít WC • Hợp kim cứng 2 các bít WC + TiC + Co • Hợp kim cứng 3 các bít WC + TiC + TaC + Co Bảng 1-1 [2,12,16] Mác hợp kim Thành phần % Ký hiệu theo LX và Kác Các bít Cácbít Co σ γ ( g/cm3) HRA theo TCVN bít W Tantan Titan Coban KG/mm2 >= Nhóm WC BK3M (WCCo3) 97 3 110 15-15,3 91,0 16
  21. BK4 (WCCo4) 96 4 130 14,9-15,1 89,5 BK60M 91,9 6 120 >=14,75 91,5 BK6M (WCCo6) 94 6 130 14,8-15,1 90 BK8 (WCCo8) 92 8 140 14,4-15,8 87,5 BK100M 90 10 140 >=14,3 - BL10M (WCCo10) 90 10 140 >=14,3 88,5 BK15M (WCCo15) 85 15 155 >=13,8 87,0 BK150M (WCCo15) 82,9 15 150 >=13,8 - BK25 (WCCo25) 75 25 220 12,9-13,2 82 Nhóm TiC-WC T15K6 79 15 6 110 11-11,7 90 (WCTi15Co6) T5K10 (WCTiCo10) 85 6 9 130 12,3-13,2 88,5 Nhóm TiC-TaC-WC TT7K12 81 3 4 12 170 13-13,3 87 (WCTTC7Co12) TT10K8 82 7 3 8 140 13,5-13,8 89 (WCTTC10Co8) TT20K9 71 12 8 9 150 12-13 89 (WCTTC20Co9) Ngoài ra còn có một số nhóm vật liệu cứng nh− sau : Nhóm vật liệu Cácbon - Nitrit - titan [16](trang 208 ) Khối l−ợng riêng 5,6 - 6,2 g/cm3 Độ cứng 88 - 93 HRC Giới hạn bền uốn 120 - 180 KG/mm2. Nhóm vật liệu Cácbít - crôm + hợp kim cứng [16](trang 208 ) Khối l−ợng riêng 6,6 - 7,0 g/cm3 Độ cứng 80 - 90 HRC Giới hạn bền uốn 40 - 70 KG/mm2. Nhóm vật liệu không có vônfram [16](trang 208 ) TIC% TiN% 4Ni1Mo Khối l−ợng riêng HRA Giới hạn bền uốn THM-20 79% - 21% 5,5 g/cm3. 91 115 KG/mm2. THM-25 74 26 5,7 90 130 THM30 70 30 5,9 89 140 KTHM30A 26 42 32 5,8 88 150 Vật liệu bột mài và dụng cụ cắt Tức là sử dụng vật liệu có độ cứng hơn để gia công vật liệu mềm hơn. Bảng 1-2 Loại vật liệu Độ cứng Giới hạn bền T nc HRA Knoop Mpa = N/mm2 oC Kim c−ơng 8000 7000 3500 Nitrit Bo ( BN) 5000 7000 1540 TiC 3100 2800 3100 93 SiC 3000 1000 2400 WC 2700 5000 2780 82 - 90 Al2O3 2100 3000 2050 SiO2 1000 1200 Thép đã tôi để so sánh 800 1200 17
  22. Vật liệu siêu cứng.[2] (trang 469) Bảng 1-3 Vật liệu KL riêng Độ cứng Giới hạn bền Nhiệt độ giới g/cm3 HV MPa hạn của độ bền Kim c−ơng tự nhiên 3,01-3,56 10.000 1900-2100 600-850 Kim c−ơng nhân tạo • Loại đơn tinh thể 3,48-3,54 8.600 -10.000 2000 850 • Loại đa tinh thể 3,30-4,00 8.000 -10.000 200-800 700 Nitri Bo (BN) • Loại đơn tinh thể 3,44-3,49 9.000-9500 500 1200 • Loại đa tinh thể 3,30-3,40 7.000-8.000 2000-3000 1400 Vật liệu kim c−ơng tuy có độ cứng cao nh−ng bị giới hạn bởi độ bền nhiệt (Có nhiệt độ giới hạn của độ bền thấp ) Vật liệu nitrit bo ( BN ) có độ cứng cao và có tính bền nhiệt cao nên thích hợp với gia công cơ nh− khoan tiện, phay, phay, 1.9 Các loại thép khác 1.9.1 Thép làm việc ở nhiệt độ thấp [12, 16] trang 498) Chức năng để chứa và vận chuyển các loại khí lỏng, hay vận hành trong các điều kiện có nhiệt độ thấp : ôxy lỏng : - 183 oC Ni tơ lỏng : - 196 oC Neon lỏng : - 247 oC Hydrô lỏng : - 253 oC Hely : - 269 oC Các chất khí các bua hydrô hoá hơi : Metyl ( - 80 oC) Butan (-180 oC) Nói chung khi nhiệt độ càng thấp thì độ bền càng tăng nh−ng tính dẻo và độ nhớt giảm. (Bảng 89 page 502 ) Thép 10Cr14Mn14Ni4Ti dòn ở nhiệt độ : (<-196 ) Độ bền giảm từ 65 KG/mm2 ặ 20 KG/mm2. Thép 0Ni9 Giới hạn bền là 65 KG/mm2 (ở 20 oC) ặ 12 KG/mm2 (ở nhiệt độ -196oC) Khi sử dụng vật liệu ở nhiệt độ thấp cần thiết phải chọn vật liệu phù hợp với độ dẽo va đập không nhỏ hơn 30 N.m/cm2. Hình 1-8 Độ bền (σB), độ dai va đập (ak) của một số thép (P186. VLKTnhiệt) 1 σB ak 2 3 Biến dạng dẻo Dòn T oC 18
  23. 1 - Nhóm thép có độ bền dai va đập cao; Nhóm thép có cơ tính thay đổi khi thay đổi nhiệt độ; 3- Có độ bền và độ dai va đập thấp. 1.9.2 Thép nồi hơi : [16] (trang 37-38) Là loại thép dùng cho chế tạo nồi hơi. Nhiệt độ làm việc thoả mãn nhiệt độ 10,0 0,050 - 0,100 0,100 - 0,500 Bền hơi ít 0,500 - 1,000 1 - 5 ít bền 19
  24. 5 - 10 > 10 Không bền Thép không gỉ crôm Cr13 : X13, 1X13, 2X13, 3X13, 4X13, X14 Cr17 : 12X17, 08X17T, 14X17H2, Cr25-28 : 15X25T, 15X28 Thép không gỉ Cr-Ni 12X18H8, 17X18H9, 12X18H9T, 12X17, 15X25T, 12X18H9 1.9.4 Thép bền axít [12](trang 497) Chống sự ăn mòn của các môi tr−ờng có hoạt tính hoá học mạnh. ứng dụng để chế tạo thép hấp phụ, hút bám, dụng cụ máy lạnh, thùng chứa axít, Các loại thép này dùng để chứa các chất platic, chất dẽo thuỷ tinh, sợi thuỷ tinh, các loại axít với nồng độ và nhiệt độ khác nhau . Để tăng tính chống ăn mòn trong môi tr−ờng axit ng−ời ta cho thêm các nguyên tố : (Mo - Cu), (Cr - Ni - Mo), (Cr - Ni - Mo - Cu), Ví dụ : H70MΦ (Ni70MoV) XH65MB (CrNi65MOW) Ch−ơng 2 : hợp kim chịu nhiệt - bền nhiệt 2.1 Khái niệm chung về thép hợp kim chịu nhiệt và bền nhiệt Khi làm việc ở nhiệt độ cao chi tiết chịu tác động của các yếu tố:Nhiệt độ, tác dụng hoá học của môi tr−ờng; tác dụng của áp lực; tác dụng của ứng suất;cho nên chúng phải có các yêu cầu đặc biệt so với các loại thép các bon thông dụng. 2.2 Yêu cầu đối với chi tiết khi làm việc ở nhiệt độ cao • Phải có tính bền nhiệt; giữ vững cơ tính ổn định ở nhiệt độ cao; • Có khả năng chịu tải trọng lớn ở To cao; • Phải có tính chịu nhiệt tốt: tức là có khả năng chóng lại sự phá huỷ do ăn mòn hoá học của bề mặt vật liệu trong môi tr−ờng khí ở nhiệt độ cao . 2.3 Quá trình ôxy hoá thép Thép là hợp chất của sắt và các nguyên tố khác nh− Mn, Si, ở nhiệt độ cao sắt trong thép sẽ tác dụng mạnh với ôxy và tạo thành một loạt các liên kết hoá học nh− : FeO, Fe3O4; Fe2O3. • Khi To 0570 C - Lớp ôxýt chứa 3 loại: Fe2O3 - Fe3O4 - FeO. Trong đó lớp FeO là lớp ôxýt chủ yếu, lớp này xốp nên O2 dễ khuyếch tán vào kim loại. T = 100 570 oC bắt đầu hình thành lớp oxid FeO; T = >0 750 oC FeO chiếm khoảng 95 % trong thành phần lớp oxid 900 Fe γ + FeO FeO 800 911 oC FeO + 700 Fe3O4 600 20 Fe α + Fe2O3% + Fe3O4 5 10 15 20 25 30 O
  25. Hình 2-1 Giản đồ trạng thái Fe - O2 i[12] (trang 448) mg Khối 2 l−ợng bị o Vùng chịu T C nhiệt kém ôxy hoá 1100 1 10 900 Vùng chịu nhiệt 5 700 51 500 400 500Fe 600α + Fe3O4700 10 20 30 % C Hình 2-2 Hình 2-3 [12] (trang 450) Độ bền 2 30 20 10 100 300 500 700 900 T Hình 2 - 6 Sự phụ thuộc của độ bền lâu (1000 giờ) và nhiệt độ của một số hợp kim (page 456 Guliaev). 1 - HK Mo 2 - HK Ni 3 - HK Co 4 - HK Fe-Cr-Ni-Co 5 - Thép Ôstenít 6 - Thép chịu nhiệt 7 - HK Ti 8 - HK Al Chú ý: • Một số kim loại có nhiệt độ làm việc T = (0,7 - 0,8 )Tnc của KL đó. • Một số kim loại có nhiệt độ làm việc T < 0.5 Tnc của KL đó. • Tính bền nhiệt thay đổi theo hình • Tính bền nhiệt phụ thuộc các nguyên tố cơ bản trong hợp kim. • Nhiệt độ càng tăng thì khoảng tính bền hẹp lại (hình trên) có nghĩa là ảnh h−ởng của các nguyên tố hợp kim và chế độ nhiệt luyện giảm xuống. 21
  26. Các cơ tính của vật liệu chịu nhiệt không thể đánh giá bằng một thông số mà phải kết hợp nhiều yếu tố lại với nhau vì các loại vật liệu chịu nhiệt có các yêu cầu khác nhau để phù hợp với từng loại chi tiết máy. Ví dụ • Loại tuốc bin th−ờng làm việc trong 10 năm , l−ợng biến dạng ≈ 1% • Tuốc bin khí máy bay làm việc trong khoảng 300 - 3000 giờ nên ứng suất lớn hơn loại trên. • Tên lửa v−ợt đại d−ơng chỉ làm việc trong vài phút ở nhiệt độ cao , điều kiện làm việc rất khắc nghiệt . Tên lửa cấp 1, cấp 2 (vệ tinh phóng lên quỷ đạo trong vài giây nên yêu cầu có độ bền nhiệt rất cao) 2.4 Các ph−ơng pháp hoá bền ở nhiệt độ cao Nguyên tắc chung để tạo ra ra các vật liệu có cấu trúc lý t−ởng ( không có lệch mạng tinh thể ) hoặc tạo ra một cấu trúc có nhiều cản trở cho chuyển động lệch trong mạng tinh thể để chống lại biến dạng dẻo. Trong thực tế có thể có một số ph−ơng pháp hoá bền vật liệu thép nh− sau : 2.4.1 Hoá bền bằng dung dịch rắn • Khi tạo dung dịch rắn mạng tinh thể bị xô lệch, mối liên kết nguyên tử trong mạng cũng biến đổi do vậy giới hạn bền đ−ợc tăng lên . • Tr−ờng hợp tạo thành dung dịch rắn hoà tan vô hạn: L (pha lỏng) ToC nguyên tố B ToC L + α nguyên t t < 2 tố A 1 A 50% Hình 2-7 Giản đồ trạng thái 2 nguyên tố hoà tan vô hạn • Khi thử cơ tính ở nhiệt độ th−ờng, giới hạn bền đạt giá trị lớn nhất σ max ứng với 50% thành phần các tố nguyên tố của mối loại. σ max dịch về phía nguyên tử có nhiệt độ cao hơn . Vì vậy để tạo dung dịch rắn có độ bền cao cần chọn dung môi là kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao. Tr−ờng hợp tạo thành dung dịch rắn hoà tan có hạn: Độ bền nóng lớn nhất ứng với thành phần tạo thành dung dịch rắn quá bão hoà . 22
  27. 2.4.2 Hoá bền bằng pha thứ 2 Nguyên lý: • Dựa vào khả năng hãm lệch (cản trở khả năng di chuyển của các phần tử phân tán) • Chất l−ợng hoá bền phụ thuộc vào độ phân tán của các phần tử pha thứ 2; • Các phần tử thứ 2 phải có tính ổn định cao, chậm tích tụ, hoặc phân huỷ khi tăng nhiệt độ . • Hoá bền bằng pha thứ 2 tự tiết ra từ dung dịch rắn. Tr−ớc hết phải tạo dung dịch rắn bão hoà, sau đó đem hoá già , từ dung dịch rắn sẽ tiết ra pha thứ 2 gây hoá bền. Các pha hoá bền đó là: các - bít, nitrít; các pha liên kim loại . • Để hoá bền thép bền nóng ng−ời ta hợp kim hoá những nguyên tố có độ hoà tan giới hạn với sắt hoặc với các nguyên tố hợp kim khác có mặt trong thép những pha liên kim loại . Thoả mãn nhất là các nguyên tố: Cr, W, Mo Đồng thời để tăng cơ tính của thép bền nóng cần phải hợp kim hoá các nguyên tố tạo các bít mạnh nh− Ti, Nb, V Các nguyên tố này có 2 chức năng: • Tạo các - bít mạnh ổn định cao, khi nung chúng tiết ra ở dạng phân tán nhỏ mịn gây hoá bền mạnh. • Hạn chế sự tiết ra khỏi dung dịch (nền kim loại ) của các nguyên tố hoá bền dung dịch rắn Cr, W, Mo, Các nguyên tố này cần có mặt trong dung dịch rắn hơn là trong pha thứ 2 . Ph−ơng pháp hoá bền bằng pha thứ 2 tự tiết ra từ dung dịch rắn chỉ có tác dụng trong khoảng nhiệt độ nhất định. ở nhiệt độ cao pha thứ 2 bị tan vào dung dịch rắn mất tác dụng hoá bền . Ph−ơng pháp hoá bền nhờ pha thứ 2 đ−a vào bằng nhân tạo • Các pha này hầu nh− không tan vào dung dịch rắn có tính ổn định cao mà đ−ợc đ−a vào bằng các liên kết những các-bít phức tạp: (Cr, W, Mo)23C6; (Nb, V)4C3 hoặc các ôxýt Al2O3, MgO, ZrO3 . Các loại này th−ờng có trong các hệ Al - Al2O3 Ni - MgO Mo - ZrO3 2.4.3 Hoá bền biên giới hạt ở nhiệt độ cao, quá trình khuyếch tán xảy ra rất mạnh theo biên giới hạt, do vậy gây ra thải bền nhanh chóng. Các hạt dễ tr−ợt lên nhau, làm tăng tốc độ dão, giảm độ bền lâu. Để hoá bền biên giới hạt ng−ời ta đ−a vào thép bền nóng một l−ợng nhỏ các nguyên tố có tính hấp phụ bề mặt lớn làm giảm sự khuyếch tán ở biên giới hạt. Về mặt này thoả mản nhất là nguyên tố Bo ( B ) 2.5 thép chịu nhiệt - bền nhiệt 2.5.1 Thép chịu nhiệt 23
  28. là loại thép có khả năng chống lại sự ăn mòn của của các môi tr−ờng hoá chất và môi tr−ờng khí khi làm việc ở nhiệt độ cao T > 550oC Ví dụ : (page 450 Guliaev) 12X17 (12Cr17), 15X25T (15Cr25Ti), 12X18H9 (12Cr18Ni9), XH32T (CrNi32Ti). Thép không rỉ ( thép inox) Là loại thép chống lại quá trình ăn mòn bề mặt trong môi tr−ờng khí và các môi tr−ờng công nghiệp khác. Đây là một khái niệm có tính t−ơng đối so với thép th−ờng . Trong thực tế mỗi loại thép có khả năng chống ăn mòn cao trong một số môi tr−ờng nhất định và ngay cả trong môi tr−ờng đó nó vẫn bị ăn mòn với tốc độ nhỏ (không đáng kể) và đ−ợc coi là thép không rỉ. Dựa vào tốc độ ăn mòn ( mm / năm ) ng−ời ta chia ra thép không rỉ thành các loại sau : ( page 141 T4 CBapka) (Xem bảng ) Trong môi tr−ờng ăn mòn yếu (không khí, n−ớc ngọt, có các mức ăn mòn nh− sau : Thép có tốc độ ăn mòn ≤ 0,01 mm/năm, hoàn toàn không bị gỉ; Thép có tốc độ ăn mòn ≤ 0,1 mm/năm, đ−ợc coi là thép không gỉ; > 0,1 mm/năm , đ−ợc coi là thép bị gỉ; Ghi chú : 1 gam/(m2h) = 0,122 mm/năm Trong môi tr−ờng ăn mòn mạnh : nh− dung dich axit, muối, Nếu tốc độ ăn mòn ≤ 0,1 mm/năm đ−ợc coi là thép chịu axit hay muối tốt Nếu tốc độ ăn mòn ≤ 1 mm/năm đ−ợc coi là thép không gỉ đạt yêu cầu Nếu tốc độ ăn mòn > 1 mm/năm đ−ợc coi là thép bị gỉ. (page 342 VLH ) ảnh h−ởng của các nguyên tố hợp kim Crôm là nguyên tố có vai trò quyết định đối với tính chất không gỉ của thép. Thép không rỉ th−ờng chứa các nguyên tố hợp kim: Cr, (Ni). Cr có tác tác dụng tăng thế điện cực của dung dịch đặc của sắt để lớp bề mặt có thể tạo ra 1 màng mỏng thụ động hoá ổn định, xít chặt trong môi tr−ờng ôxy hoá. Thành phần Cr trong thép phải lớn hơn 12 %. Các nguyên tố hợp kim khác • Chất tăng tính chóng ăn mòn của thép; • Cải thiện cơ tính và các tính chất khác; • Các tạp chất trong thép mà không thể tách đ−ợc trong quá trình nấu luyện Thép không gỉ crôm Cr13 : X13, 1X13, 2X13, 3X13, 4X13, X14 Cr17 : 12X17, 08X17T, 14X17H2, Cr25-28 : 15X25T, 15X28 Thép không gỉ Cr-Ni 12X18H8, 17X18H9, 12X18H9T, 12X17, 15X25T, 12X18H9 Ni : là nguyên tố mở rộng khu vực ôstenít: X18H9, Ti , Nb : Tăng tính chống ăn mòn tinh giới hạt 24
  29. • Ngoài tính chống ăn mòn cao thép Cr-Ni còn có các tính chất khác nh− : biến dạng nguội, tính hàn, độ dai va đập, tính không từ tính Thép không gỉ Ôstenít và Ôstenít - ferít Có độ bền cao, không thể tôi để tăng bền đ−ợc nh−ng có thể tăng độ bền bằng ph−ơng pháp gia công nguội. Có độ dai va đập và tính dẻo cao ở nhiệt độ th−ờng và nhiệt độ thấp (trong một khoảng nhiệt độ lớn). Đặc tính của thép này là : • Dẫn điện kém; • Hệ số dãn nở nhiệt khá lớn; • 0X13, 1X14: có tính giảm chấn động, sử dụng để chế tạo cánh tuốc bin khí và thuỷ điện. Thép không rỉ Ôstenít có 2 nhóm: 2.5.2 Thép bền axít [12] (trang 497) Chống sự ăn mòn của các môi tr−ờng có hoạt tính hoá học mạnh. ứng dụng để chế tạo thép hấp phụ, hút bám, dụng cụ máy lạnh, thùng chứa axít, Các loại thép này dùng để chứa các chất platic, chất dẻo thuỷ tinh, sợi thuỷ tinh, các loại axít với nồng độ và nhiệt độ khác nhau . Để tăng tính chống ăn mòn trong môi tr−ờng axit ng−ời ta cho thêm các nguyên tố : (Mo - Cu), (Cr - Ni - Mo), (Cr - Ni - Mo - Cu), Ví dụ : H70MΦ (Ni70MoV) XH65MB (CrNi65MOW) 2.5.3 Thép bền nhiệt Là loại thép có độ bền cao khi làm việc ở nhiệt độ cao,[12] trang 471) 12MX (12MoCr), 12XMΦ (12CrMoV), X18H10T (Cr18Ni10Ti), X18H12T Cr18Ni12Ti), 0X18H12b (0Cr18Ni12B). Trong thực tế cơ tính của các hợp kim phụ thuộc vào khoảng nhiệt độ làm việc, giá trị của chúng sẽ thay đổi nếu khoảng nhiệt độ tối −u mà các vật liệu có độ bền cao để chọn vật liệu cho phù hợp. ảnh h−ởng của các nguyên tố hợp kim hoà tan vao thép đến độ bền lâu nh− hình Độ bền dão 21 M 14 M Si 7 Cr Ni 0 1 2 3 % Nguyên tố hợp kim [12] (trang 461) 25
  30. Hình 2-8 ảnh h−ởng của các nguyên tố hợp kim đến độ bền lâu của sắt KG/mm2 Thép Cr-Ni 800 Hợp kim bền nhiệt ferrit 600 Hợp kim bền nhiệt -Ni 400 200 o 200 400 600 800 1000 T C Hình 2-9 Giới hạn bền của một số hợp kim ở nhiệt độ cao [12] (trang 464) 1- Thép Cr-Ni kết cấu có nhiệt độ làm việc T 900 oC Dựa vào thành phần hoá học, tổ chức của thép ng−ời ta chia ra các nhóm chính sau đây: • Nhóm thép Péc-lít 12XM (12CrMo), 12XMΦ (12CrMoV). • Nhóm thép Martenxít 12XMΦCP (12CrMoVSiB), X5BΦ (Cr5WV). • Nhóm thép Ôstenít X18H10T (Cr18Ni10Ti); XH77TP (CrNi77TiAlB). • HK bền nhiệt Ni - Co + Các HK làm nồi hơi có nhiệt độ làm việc T =350 - 550 oC có khi T = 600 - 650oC + Các HK làm đ−ờng ống có nhiệt độ làm việc T = 500 - 650 oC + Tuốc bin khí , kỹ thuật tên lửa có nhiệt độ làm việc T > 650 oC 2.5.3 Nhóm thép bền nhiệt péc lít • Đây là nhóm thép bền nhiệt có hàm l−ợng các nguyên tố hợp kim thấp 26
  31. Khoảng (4 - 5)% các nguyên tố hợp kim. Sử dụng chủ yếu trong chế tạo nồi hơi , các đ−ờng ống dẫn hơi Nhiệt độ làm việc < (500 - 600) oC Pha chính là dung dịch rắn α + pha d− các-bít Giới hạn bền dão là đặc tính chủ yếu của loại thép này. (Giới hạn bền dão là với biến dạng chảy 1% sau thời gian nhất định 10.000 h; 100.000 h; 200.000 h; • Thành phần hoá học một số thép péclít: (G.465) C Cr Mo V 12MX (12MoCr) 0,09 -0,16 0,4 -0,6 0,40 - 0,6 12XMφ(12CrMoV) 0,08 -0,15 0,4 - 0,6 0,25 - 0,35 0,15- 0,30 12XM (12CrMo) 0,09 -0,16 0,8 -1,1 0,40 - 0,60 12X1Mφ (12Cr1MoV) 0,08 -0,15 0,9 -1,2 0,25 - 0,35 0,15- 0,30 • Vì %C <= 0,15- 0,18 nên có thể hàn tiếp xúc giáp mối và chế tạo các chi tiết ống đ−ợc. • Vì trong thép có một ít Mo nhằm tăng nhiệt độ kết tinh lại của ferít, do đó độ bền nhiệt tăng lên. Thành phần Mo = (0,3 - 0,5) % • Cr cũng có tác dụng t−ơng tự nh−ng yếu hơn Mo, Cr = (0,5 - 1,0) % • Tăng dần Cr thì tổ chức chuyển dần sang Martenxít. • Độ bền nóng của thép này chủ yếu do ( Mo + Cr) làm hoá bền dung dịch rắn tăng nhiệt độ kết tinh lại của phe-rít. • Các nguyên tố phụ: W, V, có tác dụng: • Làm nhỏ hạt; • Tạo pha thứ 2 hoá bền; • Ngăn cản sự tiết ra khỏi dung dịch rắn ( các nguyên tố hợp kim chính nh−: Cr, Mo. Thép Péc lít chứa ít Cr do vậy tính ổn định nóng kém, dể tạo lớp vảy ôxyt ở nhiệt độ cao; dễ có khuynh h−ớng dòn nhiệt . Đây là hịên t−ợng dòn xuất hiện khi nung lâu trong vùng (T = 400 500) oC và không phụ thuộc tốc độ nguội. Dòn nhiệt xuất hiện ngay cả trong thép bền nóng péc lít ở nhiệt độ cao hơn hoặc thấp hơn 400 - 500 oC. Cũng nh− dòn ram, dòn nhiệt sẽ làm giảm độ dai va đập đột ngột, nh−ng không làm thay đổi các chỉ tiêu khác về cơ tính . Nguyên nhân : Do tiết ra các tạp chất theo biên giới hạt γ ( ôstenit) tr−ớc đây trong quá trình nung . Khắc phục bằng cách nhiệt luyện: + Tôi trong dầu với vận tốc nguội Wng = 200 - 300 độ/s (Vận tốc nguội (Wng.) của dầu < W ng. n−ớc) o Wng n−ớc = 600 C/s o T nung = 900 - 950 C Ram cao = 600 - 650 o hoặc ram cao 700 - 750 oC 2.5.4 Nhóm thép bền nhiệt Martenxít, Martenxit-Ferit : Mác thép C Cr Mo V Nb 27
  32. Nhóm M (máctenít ) [12] trang 465) 12X2MφCP (12Cr2MoVSiB) 0,08-0,15 1,6-1,9 0,5-0,7 0,2-0.35 12X2Mφb (12CrMoNb) 0,08-0,12 2,1-2,6 0,5-0,7 0,2-0.35 X5Bφ (Cr5WV) 0,15 4,0-6,0 0,4-0,6 Nhóm M+F [12] trang 465) Mác thép C Cr Mo V Nb 15X11Mφ (15Cr11MoV) 0,12-0,19 10,0-11,5 0,6-0,8 0,25-0,4 1X12BHMφ(1Cr12WniMoV) 0,12-0,18 11,0-13 0,50,7 0,15-0,3 0,7-1,1 1X12B2Mφ (1Cr12W2MoV) 0,10-0,17 11,0-13 0,6-0,9 0,15-0,35 1,7-2,2 • Đây là một dạng thép không rỉ có thêm các nguyên tố hoá bền nh− : W, Mo, V • Những thép này có độ bền nhiệt và tính ổn định nhiệt (chịu nhiệt) cao do nhiệt độ kết tinh lại đ−ợc nâng cao và pha các-bít M23C6 cầu hoá chậm hơn M3C (Xêmentít). • Silic chống ram tốt nên nâng cao đ−ợc tính bền nóng. (40X10C2M, 40X9C2). • Nhóm này th−ờng dùng cho các chi tiết làm việc ở nhiệt độ 550 600 oC 40X10C2M, 40X9C2 th−ờng làm xupáp xả ôtô. • Các nguyên tố W, Mo, V, X 12 % làm tăng độ bền nhiệt Độ bền nhiệt của một số thép [12](trang 466 ) 2 σb/ (100.000 h ) KG/mm Nhiệt độ Làm việc 400 450 500 550 600 650 700 oC Péclít 1%Cr0,5%Mo) 16 10 5 - - - - Martenxits 12%Cr1%MoVW - - 20 15 6 - - Ôstenít 1%Cr13%Ni0,5%Nb - - - 16 10 8 4 Nhiệt luyện : Tôi T = 1050 1150 oC Ram T = 650 750 oC Chú ý : • Thép F - M xảy ra dòn ở nhiệt độ T = 475 oC là hiện t−ợng dòn khi nung lâu trong vùng 450 - 500 oC làm hạn chế việc sử dụng thép này đối với các chi tiết chịu tải lớn . • Dòn nhiệt 475-khác với dòn ram ở chổ độ dai va đập giảm đột ngột, khi dòn -475, kèm theo tăng độ bền , giảm khả năng chịu ăn mòn, giảm tính ổn định hoá học • Dòn 475 có tính thuận nghịch , tức là tính dẻo có thể phục hồi bằng cách ram thép ở nhiệt độ 600-650 oC và làm nguội trong dầu . ( Nguyên nhân do phân huỷ dung dịch rắn Fe-Cr với sự tiết ra pha dòn giàu Cr kiểu siêu cấu trúc trật tự ) Nhóm 1 : Thép không hoá bền bằng nhiệt luyện Tổ chức hoàn toàn γ (Ostenit ) X18H9, X18H10T NLuyện Tôi ở T = 1050-1100 oC trong n−ớc hoặc trong không khí 28
  33. Ram ổn định ở T = 750 oC Nhóm 2 : Thép hoá bền đ−ợc bằng nhiệt luyện Tôi . . . . . T = 1050 -1100 oC Ram . . . . . T = 600 - 750 oC Tăng bền & tăng cứng do tiết ra pha hoá bền Các-Bít, Nitrít, các pha liên kim loại,các pha này có độ phân tán cao quan hệ liền mạng với pha nên gây sai lệch mạng , kết quả làm tăng bền. Nh−ợc điểm của nhóm thép này là : * Dòn nhiệt khi nung ở nhiệt độ 550-600 oC * Dòn nhiệt làm giảm độ dai va đập kèm theo thay đổi tính dẻo, độ bền lâu. Nguyên nhân do sự phân huỷ dung dịch rắn quá bão hoà γ theo biên giới hạt & tiết ra pha denta “ σ ” kiểu Fe-Cr Độ bền tức thời của một số thép nhóm này [12] (trang472) Mác thép σB σ100 σ1000 T = 600 700 800 600 700 600 700 1X18H10T 35 30 25 25 12 20 10 KG/mm2. X18H12b 38 33 28 28 15 22 12 KG/mm2 1X14H18B2bP 45 42 - 35 24 28 17 KG/mm2 1X14H18B2b 45 38 - 35 24 30 18 KG/mm2 Thành phần một số thép bền nhiệt Ôstenít [12] (471) C Cr Ni W Ti Nb 1Cr14Ni16Nb 0,07-0,12 13-15 14-17 0,9-1,3 1Cr14Ni18W2Nb 0,07-0,12 13-15 18-20 2,0-2,7. 0,9-1,3 Cr18Ni10Ti 0,12 17-19 9-11 0,5-0,7 Cr18Ni12Ti 0,12 17-19 11-13 0,5-0,7 0Cr18Ni12Nb 0,12 -/- 11-13 Si = 8% 1,2 C Cr Ni Cr25Ni20Si2 0,12 24-27 18-21 4Cr12Ni8Mn8MoVNb 0,34-0,40 11-13,5 7-9 V=1.2-1.5 1,1-1,4Nb Cr12Ni20Ti3 0,10 10-12,5 18-21 Ti(2,6-3,2) Thép này dùng để chế tạo các supáp động cơ, cánh tuốc bin khí, các chi tiết chịu nóng của các động cơ phản lực và cho các chi tiết làm việc ở nhiệt độ 600-700 oC . Tất cả các thép này có chứa Cr, Ni và các nguyên tố khác gây hoá bền Tính chất của thép ostenit bền nhiệt * Bền nhiệt , chịu nhiệt cao, dẻo; * Có tính hàn tốt , nh−ng mối hàn dòn cần phải nhiệt luyện sau khi hàn. * Hệ số giản nở nhiệt lớn; * Gia công áp lực và cắt gọt khó hơn loại thép Péclít và Martenxít 29
  34. * Dòn ở T 550-600 oC * Tính bền nhịêt cao do cấu trúc mạng tinh thể lập ph−ơng diện tâm, sít chặt hơn, liên kết bền nhiệt độ kết tinh lại cao . 2.5.5 Thép Hợp kim bền nhiệt Ni-Co C Cr Ni Al Mo W Ti Hợp kim cơ sở sắt : CrNi35Wti) 0.12 14-16 34-38 - - 2.8-3.5 1.1-1.5 CrNi35WTiAl 0.08 14-16 33-37 0,7-1,4 - 2.8-3.5 2.4-3.2 Hợp kim cơ sở là cô ban Co 0.35-0.45 18-21 18-22 3.5 - 5.8 3.8-5.8 0.20-0.35 25-30 1.5-3.5 4.5 -6.5 Nhiệt độ làm việc của thép bền nhiệt ngày càng tăng : 1946 510 - 650 oC 1954 730 790 oC 1966 780 950 oC Hiện nay nhiệt độ làm việc của một số hợp kim trên 2000 oC Phạm vi ứng dụng : • Chế tạo các tuốc bin và động cơ phản lực • Nhiệt độ làm việc 700 - 900 oC • Các loại vật liệu chủ yếu là HK Ni - Co còn các HK trên cơ sở sắt không làm việc ở nhiệt độ cao d−ợc. • HK Ni - Cr có cơ tính thấp, không hoá bền bằng nhiệt luyện đ−ợc th−ờng dùng làm dây điện trở X20H80, X15H60 2.5.6 ứng dụng các loại vật liệu chịu nhiệt bền nhiệt Thép chế tạo xu páp Bảng 2 - 2[2] (trang 349) Liên xô Việt Nam 45 C45 Xu páp chịu tải nhẹ 40X 40Cr Xupáp nạp X9C2 45CrSi34 Xupáp van nạp chịu tải trọng nặng và trung bình 50X20 X50CrMnNiN22.9 Xupáp xả trong động cơ Bảng 2 - 3 Mác thép Nhiệt độ làm việc Cr17Ni13Mo2Ti Tiếp xúc với phốt pho nóng Cr6Si, 1Cr13, và môi tr−ờng axit Cr25Ni20Si2 Ch/tiết tuốc bin, ống nồi hơi 2Cr13, 1Cr13 Cánh tuốc bin hơi, supáp ,van, vít, ống 500 oC 1Cr11MoV Cánh tuốc bin hơi 550 oC 1Cr14Ni16NbB ống hơi có áp lực cao 650-700 oC CrNi70WmoTiAl Cánh tuốc bin 800 - 850 oC Thép bền nhiệt dùng cho bu lông và đai ốc Bảng 2 - 4 30
  35. Mác thép Nhiệt độ oC Độ bền nhiệt C35 350 - 450 221 - 70 C45 350 - 450 221 - 70 19Mn5 400 - 500 170 - 40 15Mo3 450 - 500 220 - 120 20CrMo13 500 - 600 210 - 40 Ch−ơng 3 : Các ph−ơng pháp nhiệt luyện 3.1. Khái niệm chung về nhiệt luyện Quá trình gia công kim loại th−ờng có ba giai đoạn chính: 1. Quá trình luyện kim là giai đoạn đầu nhằm chế tạo ra các kim loại và hợp kim khác nhau. 2. Quá trình chế tạo phôi, gia công cơ và các dạng gia công khác để chế tạo chi tiết máy. 3. Nhiệt luyện là quá trình làm thay đổi những tính chất cần thiết cho vật liệu theo yêu cầu sử dụng tr−ớc hoặc sau khi gia công. Phần lớn các dạng gia công nhiệt luyện nằm ở giai đoạn cuối của quá trình sản xuất cơ khí. Sản phẩm cơ khí có thể tiến hành mạ, mài chính xác, để nhận đ−ợc sản phẩm theo yêu cầu. Nhiệt luyện giữ vai trò rất quan trọng trong quá trình sản xuất cơ khí. Nhờ có nhiệt luyện mà ta có thể tạo cho vật liệu những tính chất đặc biệt, làm cho tuổi thọ đ−ợc nâng cao, kích th−ớc chi tiết đ−ợc thu nhỏ, chất l−ợng sản phẩm đ−ợc tăng lên, nâng cao hiệu quả sử dụng, hạ giá thành sản phẩm, tăng hiệu quả kinh tế. 3.1.1. Định nghĩa : Nhiệt luyện là một quá trình gia công nhiệt bao gồm 3 quá trình : nung nóng chi tiết đến nhiệt độ cao, giữ nhiệt độ đó một thời gian nhất định sau đó làm nguội ở trạng thái rắn với những tốc độ theo yêu cầu . 3.1.2.Các yếu tố quan trọng khi nhiệt luyện : 1. Nhiệt độ nung cao nhất mà ph−ơng pháp nhiệt luyện yêu cầu; 2. Tốc độ nung nóng ứng với các khoảng thời gian và nhiệt độ nhất định; 3. Thời gian giữ nhiệt tại nhiệt độ đã xác định; 4. Tốc độ làm nguội ứng với các giai đoạn làm nguội; Nhiệt độ oC 2 3 Hình 3-1 Sơ đồ quá trình nhiệt luyện 1 Thời gian (giờ) 31
  36. 1 - Giai đoạn nung nóng 2 - Gia đoạn giữ nhiệt; 3 - Giai đoạn làm nguội Nhiệt độ nung là nhiệt độ cao nhất mà quá trình phải đạt đ−ợc. Thời gian giữ nhiệt là thời gian cần thiết để duy trì chi tiết tại nhiệt độ nung đã xác định nhằm đảm bảo cho các quá trình biến đổi kim loại. Tốc độ làm nguội là tốc độ giảm nhiệt độ theo thời gian ( oC/s ) 3.1.3. Mục đích của nhiệt luyện : làm thay đổi tổ chức cấu tạo của kim loại để nhận đ−ợc các tính chất theo yêu cầu. 3.1.4. ý nghĩa : Nhiệt luyện là khâu không thể thiếu đ−ợc trong ngành cơ khí và luyện kim hiện đại. Nhờ có nhiệt luyện ta có thể tạo ra các tính chất đặc biệt của hợp kim tạo điều kiện cho các quá trình gia công tiếp theo đ−ợc dễ dàng và nâng cao khả năng làm việc của các chi tiết máy. 3.2. Điều kiện nhiệt luyện Để thoả mãn các yêu cầu trên không phải tất cả các kim loại đều nhiệt luyện đ−ợc mà chỉ có những vật liệu mãn các yêu cầu sau : 1. Khi nung nóng, giữ nhiệt và làm nguội kim loại phải có quá trình chuyển biến thù hình. 2. Khi làm nung nóng hay làm nguội, thì kim loại hoặc hợp kim tuy không thay đổi về tổ chức, nh−ng do ảnh h−ởng của nhiệt độ khi nhiệt luyện làm cho tổ chức kim loại từ trạng thái không ổn định trở lại trạng thái ổn định hơn. 3. Trong điều kiện nhất định làm thay đổi l−ợng hoà tan của một số nguyên tố nào đó hoặc các nguyên tố kim loại khác có thể xâm nhập vào chi tiết máy làm thay đổi thành phần hoá học của kim loại hay hợp kim, do đó làm thay đổi cơ tính, lý tính và hoá tính của kim loại hay hợp kim. Giản đồ trạng thái Fe - C T oC Pha L + Ô Ô A + X + L X +L Ô + X F+ P + X P + X +L X +L 32 0 0,8 2,14 4,3 6,67 %C
  37. Hình 3-2 Giản đồ trạng thái sắt - các bon Hợp kim sắt - cácbon : là gang, thép và các hợp kim khác. Giản đồ trạng thái Fe - C sẽ cung cấp cho ta những khái niệm về cấu trúc của hợp kim Fe - C và cụ thể là gang, thép . Trong thực tế không dùng loại hợp kim có %C ≥ 6,67 % do đó ta nghiên cứu trong giới hạn C <= 6,67% Ghi chú : • Trục tung chỉ nhiệt độ ; • Trục hoành chỉ hàm l−ợng cácbon ( %C )và hàm l−ợng sắt ( % Fe); • Nằm sát bên trái là sắt nguyên chất ( Fe), bên phải là xementít Fe3C hàm l−ợng các bon = 6,67% • Bản thân Fe có hai dạng mạng tinh thể : lập ph−ơng thể tâm Fe(α), và dạng lập ph−ong diện tâm Fe (γ) • Pha lỏng : Dung dịch lỏng của các bon hoà tan trong sắt pha lỏng tồn tại trên đ−ờng ABCD • Xementít : trên đ−ờng thẳng DFEL • Ferit : dung dịch dặc của cácbon trong Fe(α) nằm phía trái đ−ờng GPQ và AHN • Ôstenít Dung dịch đặc của các bon trong Fe(γ) nằm ở khu vực NJESG. Trên giản đồ 3 đ−ờng // HJB, ECF, PSK đó là 3 đ−ờng phản ứng đẳng nhiệt : Đ−ờng HJB ở T = 1486 Đ−ờng ECF ở T = 1147 Đ−ờng PSK ở T = 727 S - là điểm cùng tích, C - điểm cùng tinh Trên giản đồ trạng thái Fe-C ta thấy nung nóng hoặc làm nguội thép đều phát sinh sự biến chuyển về tổ chức tinh thể của thép đ−ợc gọi là nhiệt độ tới hạn hay điểm tới hạn . Trên giản đồ có nhiều nhiệt độ tới hạn. ở đây ta chỉ nghiên cứu một số giá trị quan trọng A1, A2 • A1 = ( PSK ) khi nung gọi là Ac1 , khi làm nguội Ar1 Ac1 ≠ Ar1 • A3 = ( GS ) khi nung gọi là Ac3 , khi làm nguội Ar3 Ac3 ≠ Ar3 • Acm = ( PSK ) khi nung gọi là Acm , khi làm nguội Acr Acm ≠ Acr 3.4. Các ph−ơng pháp nhiệt luyện Trong thực tế có nhiều ph−ơng pháp nhiệt luyện, hoá nhiệt luyện, nhuộm màu, ở đây ta chỉ làm quen một số ph−ơng pháp chính: ủ, tôi , ram, th−ờng hoá và hoá nhiệt luyện 3.4.1 ủ kim loại ủ là qúa trình nung thép đến nhiệt độ cao hơn Ac1 hay Acm cũng có thể nhỏ hơn Ac1 sau đó giữ nhiệt và làm nguội chậm cùng lò . Có thể làm nguội cùng lò đến nhiệt độ khoảng 500 - 600 oC ) sau đó làm nguội ngoài không khí. U th−ờng là quá trình nhiệt luyện sơ bộ để chuẩn bị cho khâu nhiệt luyện hay gia công tiếp theo. a. Mục đích 1. Chuẩn bị cho các b−ớc gia công tiếp theo, cải thiện tính cắt gọt cho kim loại. 2. Khử các khuyết tật do các nguyên công gây ra nh− rèn, đúc, gia công nguội từ đó cải thiện cơ tính của thép, Khử ứng suất bên trong thép. 33
  38. 3. Tăng tính dẻo hay phục hồi tính dẻo của thép sau khi cán nguội. 4. Làm đồng đều thành phần hoá học trong thép ; 5. Chuẩn bị tổ chức kim loại để tôi. b. Các ph−ơng pháp ủ : ủ hoàn toàn ( kết tinh lại hoàn toàn) : Là qúa trình nung thép đến nhiệt độ cao hơn điểm A3 giữ nhiệt độ một thời gian sau đó làm nguội chậm đến khoảng 300oC, lấy ra khỏi lò, tiếp tục làm nguội trong không khí. Mục đích của ủ hoàn toàn là làm cho tổ chức nhỏ hạt và phân bố t−ơng đối đều, nhờ vậy cơ tính tăng. Mặt khác do nguội chậm nên độ cứng thấp và có tổ chức péc - lit ổn định do đó dễ cắt gọt, ứng suất bên trong nhỏ, tạo nên tổ chức tốt cho khâu tôi tiếp theo. Sơ đồ quả trình ủ hoàn toàn Khoảng nhiệt độ ủ Ac3 Ac3 Acm Ac1 Ac1 t (thời gian) t (thời gian) Hình 3-3 Sơ đồ quá trình công nghệ ủ kim loại ủ không hoàn toàn : ủ không hoàn toàn là quá trình nung thép đến nhiệt độ giữa Ac1và AC3 , giữ nhiệt sau đó làm nguội chậm. + Mục đích: khử ửng suất bên trong do quá trình gia công nóng sinh ra , làm giảm độ cứng tăng độ dẻo, tăng cơ tính , dễ cắt gọt. Ngoài ra còn có một số ph−ơng pháp ủ khác : ủ thấp, ủ cầu hoá, ủ đẳng nhiệt, ủ khuyếch tán, 3.4.2 Th−ờng hoá : Khái niệm : Là ph−ơng pháp nhiệt luyện, nung thép đến nhiệt độ chuyển biến pha trên o đ−ờng Ac3 hay trên Acm + ( 30 50 C) , giữ nhiệt độ đó một thời gian , sau đó làm nguội ngoài không khí. ( Thực chất là một dạng ủ đặc biệt nh−ng tốc độ ủ ở đây cao hơn ph−ơng pháp ủ th−ờng). Mục đích : + Khử ứng suất ; + Làm nhỏ hạt và đồng đều tổ chức, + Cải thiện các tổ chức xấu nh− tổ chức xementít, Ferít hạt to , tổ chức Vítmantít ) 34
  39. + Chuẩn bị tổ chức cho khâu nhiệt luyện tiếp theo, th−ờng hoá ( Cũng có thể là khâu nhiệt luyện cuối cùng ) o T oC T C Khoảng nhiệt độ th-ờng Ac3 Ac3 Acm Ac1 Ac1 t (thời t (thời i) Hình 3-4 Sơ đồ quá trình công nghệ th−ờng hoá 3.4.3. Tôi thép a. Khái niệm : là qúa trình nung thép tới nhiệt độ chuyển biến pha : o o o o Thép tr−ớc cùng tích T = Ac3 + 30-50 C ;Thép sau cùng tích T = Ac1 + 30-50 C sau đó giữ nhiệt và làm nguội nhanh trong các môi tr−ờng làm nguội, để ngăn cản không cho Ô stenít chuyển thành péclít mà chuyển thành mác ten xít có tổ chức không cân bằng với độ cứng cao. Có thể tôi thép trong một môi tr−ờng, tôi trong hai môi tr−ờng, tôi phân cấp, tôi đẳng nhiệt, tôi toàn bộ, tôi bộ phận ( nh− tôi bề mặt) , T Khoả ng nhiệt Ac3 Ac3 Ac Ac1 Ac1 t (thời t (thời Hình 3-5 Sơ đồ quá trình công nghệ tôi thép b. Mục đích + Tăng độ cứng và tính chịu mài mòn của vật liệu; + Chuẩn bị cho khâu nhiệt luyện tiếp thép nh− ram, để đạt đ−ợc những tính chất theo yêu cầu. 3.4.5 Ram thép a. Khái niệm : Ram thép là quá trình nung thép đã tôi đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ chuyển biến pha ( T < A c1 ) , sau đó gĩ− nhiệt rồi làm nguội để mác ten xít và ô 35
  40. stenit d− phân hoá thành các tổ chức thích hợp với các điều kiện làm việc. Ram là thao tác bắt buộc đối với thép sau khi tôi. b. Mục đích • Làm ổn định tổ chức của thép đã tôi; • Cải thiện cơ tính cho thép ( làm giảm một ít độ cứng, tăng tính dẻo cho thép) ; • Khử ứng suất d− do quá trình tôi sinh ra c. Các ph−ơng pháp ram + Ram thấp : T = 150 - 250 oC + Ram thấp : T = 300 - 450 oC + Ram thấp : T = 500 - 650 oC Ram là một trong những ph−ơng pháp quyết định đến cơ tính của thép. 3. 5 Sơ đồ tổng hợp quá trình nhiệt luyện T oC 1100 ủ khuếch t n (đồng 1000 Th-ờng hoá 1147 oC Tôi Ac3 ủ không hoàn Acm Ac1 ủthấp t (thời i) %C Hình 3-6 Sơ đồ tổng quát một số ph−ơng pháp nhiệt luyện chủ yếu 3. 6 Hoá nhiệt luyện 3.6.1 Khái niệm Đây là một ph−ơng pháp nhiệt luyện đặc biệt mà thực chất của nó là nung thép đến nhiệt độ cao ( đến vùng tồn tại O stenit ) rồi cho một số nguyên tố ( cácbon, ni tơ, ) xâm nhập vào bề mặt của vật liệu, kết quả làm thay đổi thành phần hoá học lớp bên ngoài của vật liệu. Sau đó tiến hành nhiệt luyện để nhận đ−ợc những tính chất theo yêu cầu. So với ph−ơng pháp nhiệt luyện thông th−ờng thì đây là ph−ơng pháp có làm thay đổi thành phần hoá học trên những bề mặt cần thiết của thép, do vậy làm thay đổi cơ tính trên bề mặt so với cơ tính bên trong của chi tiết. Các giai đoạn của hoá nhiệt luyện 1. Giai đoạn phân hoá : là quá trình phân huỷ các phân tử để tạo nên các nguyên tử có hoạt tính hoá học mạnh và có khả năng khuyếch tán vào bề mặt của chi tiết cần thấm. 2. Quá trình hấp thụ vào bề mặt kim loại để tạo nên sự chênh lệch về nồng độ trên bề mặt và bên trong vật thể. 36
  41. 3. Quá trình khuyếch tán - các nguyên tử hoạt tính ở lớp hấp thụ sẽ đi sâu vào bên trong chi tiết theo cơ chế khuyếch tán, tạo nên chiều dày lớp thấm cần thiết. Quá trình thấm phụ thuộc : nhiệt độ thấm, thời gian và một số yếu tố khác nh− chất l−ợng bề mặt, vật liệu thấm, chất xúc tác, Nhiệt độ thấm càng cao thì chuyển động nhiệt của các nguyên tử càng mạnh, tốc độ khuyếch tán càng lớn, làm cho quá trình thấm nhanh chóng đạt đ−ợc chiều dày thấm. T−ơng tự, thời gian thấm càng lâu chiều dày lớp thấm càng tăng. Các ph−ơng pháp thấm Tuỳ theo loại nguyên tố xâm nhập vào vật liệu mà ta có các ph−ơng pháp thấm hay nhuộm màu nh− : + Thấm các bon; thấm nitơ; thấm cácbon - Nitơ + Thấm kim loại : Thấm nhôm, thấm Si, Đặc điểm : + Không phụ thuộc hình dáng của phôi; + Có sự khác nhau cả về cấu trúc và thành phần kim loại ở vùng bên trong vật thể và trên bề mặt cuả nó. Thấm các bon là ph−ơng pháp đ−ợc sử dụng khá rộng rãi ở n−ớc ta. Sau đây ta làm quen chủ yếu với ph−ơng pháp này . Thấm cácbon có thể thực hiện ở thể rắn hay thể khí, thể lỏng. 3.6.2 Thấm các bon ở thể rắn Chất thấm đ−ợc dùng là các bon ở thể rắn nh− than hoa, than gỗ, trộn lẫn với một số chất kích thích nh− BaCO3, Na2CO3, K2CO3, Hiện nay ng−ời ta còn dùng axêtát natri ( CH3COONa.3H2O) thì hiệu quả thấm cao hơn các chất kích thích trên nh−ng giá thành còn cao. Yêu cầu đối với chất thấm các bon 1. Có tác dụng thấm cácbon mạnh ở một nhiệt độ nhất định. các bon đ−ợc thấm vào chi tiết theo một tốc độ đều, đảm bảo sau khi thấm xong chi tiết đạt đ−ợc hàm l−ợng các bon và chiều sâu theo yêu cầu. 2. Sử dụng đ−ợc nhiều lần, vẫn duy trì đ−ợc hoạt tính của các bon. 3. Tỷ trọng cần nhỏ, giảm đ−ợc trọng l−ợng; 4. Tính dẫn nhiệt tốt để có thể rút ngắn thời gian tăng nhiệt độ, thấu nhiệt , giữ nhiệt độ trong hộp đồng đều. 5. ở nhiệt độ thấm có tính co ít, độ bền cao; 6. Không chứa các tạp chất có hại nh− : S, P, Thực chất quá trình thấm các bon là tạo ra một lớp các bon hoạt tính nằm trong hộp kín giữa các khe hở của các chất thấm ở trong hộp. ở nhiệt độ thấm khoảng 900 - 950 oC ôxy tác dụng với các bon tạo thành khí CO, nh−ng ở nhiệt độ này không ổn định và tiếp tục ô xy hoá để trở thành CO2 và giải phóng các bon hoạt tính theo phản ứng : 2C + O2 > 2 CO 2CO > CO2 + C ( Hoạt tính ) Các chất muối , chất kích thích thấm các bon cũng sinh các phản ứng tạo ra các bon hoạt tính : Na2CO3 > Na2O + CO2 CO2 + C > 2 CO BaCO3 > BaO + CO2 Các phản ứng trên xảy ra liên tục , tạo nên CO và liên tiếp sinh ra các bon " C " hoạt tính để đi vào bề mặt chi tiết cần thấm. 37
  42. Đặc điểm của thấm các bon ở thể rắn là * Thao tác dễ dàng, quy trình không yêu cầu chặt chẽ; * Chất thấm dễ tìm; * Không đòi hỏi thiết bị đặc biệt; * Phạm vi sử dụng rộng rãi; Nh−ợc điểm * Khó khống chế chất l−ợng thấm; * C−ờng độ lao động cao, điều kiện lao động nặng nhọc : bụi nhiều, nhiệt độ cao, làm ảnh h−ởng đến sức khoẻ của công nhân. * Thời gian thấm dài, chi phí cho sản xuất sẽ lớn; * Có khả năng làm cho thép có tổ chức hạt to gây khó khăn cho quá trình tôi. 3.6.3 Thấm các bon ở thể khí Ng−ời ta dùng trực tiếp các chất khí CO, CH4 để thấm. CH4 ặ 2H2 + C ( dạng nguyên tử) Khi thấm chỉ cần 3 - 5 % CH4 ở trong không khí (nồng độ khoảng 0,8 - 1 % . Đó là −u điểm nổi bật của thấm các bon ở thể khí. Khi thấm bằng khí CO thì yêu cầu độ tinh khiết của CO là > 90% Ưu điểm của thấm các bon ở thể khí : • Năng suất cao, thời gian thấm t−ơng đối ngắn; • Chất l−ợng tốt, đảm bảo nồng độ các bon quy định cho lớp thấm; • Dễ cơ khí hoá và tự động hoá nên cải thiện đ−ợc điều kiện làm việc trong môi tr−ờng độc hại. 3.6.4 Thấm các bon ở thể lỏng Chỉ áp dụng cho những chi tiết bé vì năng suất thấp, điều kiện lao động nặng nhọc. Các chi tiết máy sau khi thấm đ−ợc tiến hành tôi 1 hoặc 2 lần sau đó ram. Độ cứng trên bề mặt đạt phoảng 60-63 HRC trong lõi có độ cứng 30-40 HRC. 3.7 Thiết bị nhiệt luyện Thiết bị nhiệt luyện bao gồm các loại thiết bị nung giử và không chế nhiệt độ, dụng cụ phục vụ cho quá trình cấp phôi liệu lấy phôi liệu sau khi nung, ở đây chúng ta chỉ quan tâm đến các loại thiết bị nung hay các loại lò nung phôi khi nhiệt luyện. Yêu cầu đối với thiết bị nung • Khống chế nhiệt độ chính xác ; ( sai lệch cho phép trong khoảng từ 5 - 10 oC). • Nhiệt độ nung phải đồng đều trong phạm vi làm việc. • Môi tr−ờng khí lò phải ít bị ô xy hoá và ít thoát các bon. • ít độc hại, đảm bảo an toàn khi làm việc; • Vận hành dễ dàng, dễ cơ khí hoá và tự động hoá ; Phân loại lò nhiệt luyện : • Theo công dụng : Lò để ủ , tôi, ram, th−ờng hoá kim loại, • Dựa vào khoảng nhiệt độ của lò mà mỗi loại lò có thể có nhiều chức năng nh− lò để tôi, th−ờng hoá, Đa số các loại lò buồng có nhiệt độ cao trên 950oC cho nên có thể sử dụng để tôi, ủ, ram, • Theo ph−ơng thức làm việc thì có lò làm việc gián đoạn và lò liên tục. • Theo nguồn nhiệt thì có : 38
  43. • Lò điện : Lò điện trở, lò cảm ứng hay lò cao tần, • Lò nhiệt luyện trong chất điện phân : nh− lò muối hai cực, lò muối ba cực, • Lò đốt : lò đốt than ( nhiên liệu rắn ), lò đốt dầu ( nhiên liệu lỏng ) lò đốt bằng nhiên liệu khí nh− các loại khí đốt. • Theo hình thức bố trí lò có loại lò đốt trực tiếp, lò phản xạ, • Theo môi tr−ờng truyền nhiệt : có lò truyền nhiệt là không khí, lò truyền nhiệt bằng khí bảo vệ, khí cháy, lò dầu, lò muối điện phân, Đặc tính kỹ thuật một số lò nhiệt luyện Bảng 3-1 Tên lò Ký U P T max Công dụng Môi tr−ờng hiệu oC nung nóng V KW/h650 Lò giếng H31T 380 24 650 Ram thấp, ram LX cao, Lò buồng điện H15T 380 15 1200 Tôi ram, ủ , thấm Không khí trở các bon Lò buồng điện H60 380 60 1200 Tôi ram, ủ , thấm Không khí trở các bon Lò muối hai C25T 380 25 850 cực Lò muối ba CBC - 380 35 1300 Tôi thép hợp kim, 100 % BaCl2 cực 35/13 thép gió, dụng cụ cắt Sơ đồ nguyên lý cấu tạo một số lò thông dụng trong nhiệt luyện. Lò buồng điện trở Hình 3-8 Sơ đồ nguyên lý lò buồng điện trở 1 - Gạch chịu lửa; 2 - Dây điện trở; 3 - Chi tiết cần nung; 4 - Tấm lót kim loại đáy bằng thép chịu nhiệt; Lò muối hai cực 39
  44. Hình 3-9 Sơ đồ nguyên lý lò muối hai cực . 1 - Điện cực; 2 - Buồng nung; 3 - Gạch chịu lửa; 4 - Bột cách nhiệt; 5 - Gạch cách nhiệt; 6 - Vỏ thép bảo vệ Lò muối ba cực Hình 3-10 Sơ đồ nguyên lý lò muối ba cực 1 - Điện cực; 2 - Buồng nung; 3 - Gạch chịu lửa; 4 - Bột cách nhiệt; 5 - Gạch cách nhiệt; 6 - Vỏ thép bảo vệ 40
  45. Hình 3-7 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo t−ờng lò 1 - Buồng nung; 2 - Gạch chịu nhiệt; 3 - Bột cách nhiệt; 4 - Gạch cách nhiệt; 5 - Vỏ thép bảo vệ 41
  46. ch−ơng 4 khái niệm chung về quá trình sản xuất đúc 4.1. Thực chất, đặc điểm vμ công dụng của sản xuất đúc 4.1.1. Thực chất quá trình đúc: Đúc kim loại là ph−ơng pháp chế tạo các chi tiết bằng cách rót kim loại lỏng vào khuôn có hình dạng, kích th−ớc đã đ−ợc định hình tr−ớc theo yêu cầu, sau khi đông đặc ta đ−ợc vật đúc. 4.1.2 Sơ đồ qúa trình công nghệ chế tạo vật đúc : Bộ phận Bộ phận kkỹỹ thu thuậtật Nấu chảy Pha chế hổn Chế tạo Chế tạo Pha chế hỗn Kim loại hợp làm khuôn bộ mẫu hộp lõi hợp làm lõi Làm khuôn Làm lõi S ấy khuôn S ấy lõi Láp ráp khuôn lõi Đè khuôn - Rót kim loại lỏng vào khuôn Gang hồi liệu Tháo dỡ khuôn, lõi Làm sạch vật đúc Vật đúc hỏng đem nấu lại Kiểm tra Giao hàng chất l−ợng vật đúc Hình 4-1 Sơ đồ quá trình chế tạo vật đúc 43
  47. 4.1.3 Đặc điểm : • Ph−ơng pháp đúc có thể chế tạo sản phẩm từ các loại vật liệu khác nhau : kim loại đen ( đúc gang, đúc thép, Đúc kim loại màu : đúc nhôm, đúc đồng, đúc vật liệu phi kim loại : đúc các t−ợng từ thách cao, Vật đúc có thể từ vài gam đến hàng tấn nh− các thân máy búa, các bệ máy, Chế tạo đ−ợc vật đúc có hình dạng, kết cấu phức tạp nh− thân máy công cụ, vỏ động cơ v.v mà các ph−ơng pháp khác khó gia công hoặc không chế tạo đ−ợc (ví dụ : vỏ động cơ, các bệ máy, thân máy ) • Độ chính xác về hình dáng, kích th−ớc và độ bóng không cao (có thể đạt cao nếu đúc đặc biệt nh− đúc áp lực). • Có thể đúc đ−ợc nhiều lớp kim loại khác nhau trong một vật đúc. • Giá thành chế tạo vật đúc rẻ vì vốn đầu t− ít, tính chất sản xuất linh hoạt, năng suất t−ơng đối cao. Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá. • Đúc cũng đ−ợc sử dụng trong việc chế tạo các sản phẩm mang tính nghệ thuật, trang trí : chân ốp trụ điện, chuông nhà thờ, đúc t−ợng đài Nh−ợc điểm : • Tốn kim loại cho hệ thống rót, đậu ngót, đậu hơi và do chiều dày thành vật đúc lớn. • Dễ gây ra những khuyết tật nh−: thiếu hụt, rỗ khí, ngậm xỷ, thiên tích, cháy cát v.v • Điều kiện làm việc nặng nhọc, năng suất không cao. • Kiểm tra khuyết tật bên trong vật đúc khó khăn, đòi hỏi thiết bị hiện đại. 1.1.4 ứng dụng : Đúc đ−ợc ứng dụng khá rộng rãi trong thực tế để: • Sản xuất hàng tiêu dùng : soong, chảo, thìa • Chế tạo các bệ máy : nh− thân máy búa hơi, thân máy tiện, vỏ hoặp giảm tốc, vỏ môtơ, ghi lò, • Chế tạo các chi tiết máy : Piston, Xylanh, bánh răng, bánh đà, bánh lái, 4.1.5 Phân loại các ph−ơng pháp đúc : a. Đúc trong khuôn cát : • Theo loại mẫu : Đúc bằng mẫu gỗ, bằng mẫu kim loại, bằng d−ỡng quay, bằng mẫu nhựa, • Theo vật liệu làm khuôn : Hổn hợp cát - sét , hỗn hợp cát xi măng, hỗn hợp làm khuôn với n−ớc thuỷ tinh. • Khuôn bằng gạch sa mốt (khuôn đúc 1 lần và khuôn bán vĩnh cửu) b. Các ph−ơng pháp đúc đặc biệt : • Đúc trong khuôn kim loại, đúc d−ới áp lực, đúc li tâm, đúc trong khuôn mẫu chảy, đúc trong khuôn vỏ mỏng, đúc liên tục v.v Tuỳ theo các dạng sản xuất mà có các ph−ơng pháp phù hợp. nh−ng 44
  48. nhìn chung ph−ơng pháp đúc trong khuôn cát vẫn rất phổ biến. 4.2 Các bộ phận chính của một khuôn đúc bằng cát: 1.2.1. Khuôn đúc : Là hệ thống các bộ phận tạo ra lỗ rỗng ( gọi là lòng khuôn ) để khi rót kim loại lỏng vào sẽ điều đầy, đông đặc và tạo nên những chi tiết có hình dạng và kích th−ớc theo yêu cầu. Khuôn đúc là một bộ phận quan trọng để tạo nên lòng khuôn. Thông th−ờng khuôn đúc đ−ợc tạo bởi hai nửa hòm khuôn : nửa hòm khuôn trên và nửa hòm khuôn d−ới. Nửa hòm khuôn d−ới th−ờng đ−ợc làm ngay trên nền x−ởng. Hai nửa hòm khuôn đ−ợc liên kết với nhau bằng các chốt định vị. Ngoài ra khuôn đúc còn có các bộ phận chính nh− : Hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót, lỗ xiên hơi, 1 2 3 5 6 7 8 4 5 9 10 Hình 1-1 Sơ đồ cấu tạo một khuôn đúc 2 nữa ( khuôn cát ) 1 - Hòm khuôn trên; 2,6 - Hổn hợp làm khuôn; 3- Đậu hơi và đậu ngót; 4 - Chốt định vị hai nửa hòm khuôn; 5 -Nửa hòm khuôn d−ới; 7 - Lỗ xiên hơi; 8- Hệ thống rót; 9 - Lõi; 10- Lòng khuôn. Hệ thống rót là hệ thống các bộ phận để rót kim loại lỏng vào lòng khuôn. hệ thống rót gồm có : cốc rót (cốc rót th−ờng, cốc rót có màng ngăn, cốc rót có màng lọc xỷ, ) , ống rót, rãnh dẫn kim loại lỏng, rãnh lọc xỷ. Hình dạng và kích th−ớc của chúng đ−ợc lựa chọn và bố trí hợp lí khi làm khuôn. Đậu hơi đậu ngót : Đậu hơi th−ờng đ−ợc bố trí ở nơi cao nhất của khuôn để tạo điều kiện cho qúa trình thoát khí từ lòng khuôn ra ngoài dễ dàng. Đậu ngót th−ờng đ−ợc bố trí ở những nơi tập trung kim loại để bù đấp kim loại bị thiếu hụt do co ngót. Lỗ xiên hơi tạo điều kiện thoát khí dễ dàng. Bộ mẫu : bao gồm tấm mẫu, mẫu vật đúc (mẫu chính), mẫu đậu hơi, mẫu đậu ngót, mẫu hệ thống rót (Cốc rót, ống rót, rãnh lọc xỷ, rãnh dẫn). Mẫu vật đúc tạo nên hình dạng bên ngoài vật đúc (Tuỳ theo loại vật đúc mà có thể gắn thêm gối lõi, ) 45
  49. Lõi : là bộ phận tạo nên lỗ rỗng bên trong vật đúc. Hình dạng bên ngoài của lõi là hình dạng bên trong của vật đúc. Lõi th−ờng có rãnh thoát khí, x−ơng cứng vững, gối lõi. Lõi th−ờng đ−ợc chế tạo trong hộp lõi. Hộp lõi : dùng để chế tạo lõi, hình dạng bên trong của hộp lõi là hình dạng bên ngoài của lõi. Mẫu và hộp lõi : có thể dùng đ−ợc một lần, nhiều lần. Khi chế tạo mẫu, hộp lõi phải tính đến độ co ngót của kim loại, tính đến l−ợng d− cần gia công cơ hay các yêu cầu khác về độ chính xác , độ bóng, Chính vì thế, kích th−ớc của mẫu và hộp lõi phải đ−ợc thiết lập dựa trên kích th−ớc của chi tiết. Bộ mẫu và hộp lõi đ−ợc chế tạo từ các loại vật liệu gỗ, kim loại, chất dẻo hoặc các chất phi kim loại khác (xi măng, thạch cao ) Gối mẫu dùng để tạo nên chỗ tựa của gối lõi, giữ cho lõi đứng vững trong lòng khuôn. Tấm mẫu : dùng để kẹp mẫu khi làm khuôn . Khuôn và lõi đ−ợc chế tạo bằng tay hoặc bằng máy. Khuôn đ−ợc làm trong hai hòm khuôn, trên nền x−ởng hay bằng các loại khuôn đặc biệt khác nh− khuôn kim loại, Ngoài ra khi làm khuôn ng−ời ta còn có thể đặt vật làm nguội, gân cứng vững cho khuôn, lõi, Để làm khuôn cần có mẫu, hộp lõi, hòm khuôn và các dụng cụ khác Lõi : là bộ phận tạo nên lỗ rỗng bên trong vật đúc. Hình dạng bên ngoài của lõi là hình dạng bên trong của vật đúc. Lõi th−ờng có rãnh thoát khí, x−ơng cứng vững, gối lõi. Lõi th−ờng đ−ợc chế tạo trong hộp lõi. Hộp lõi : dùng để chế tạo lõi, hình dạng bên trong của hộp lõi là hình dạng bên ngoài của lõi. Mẫu và hộp lõi : có thể dùng đ−ợc một lần, nhiều lần. Khi chế tạo mẫu, hộp lõi phải tính đến độ co ngót của kim loại, tính đến l−ợng d− cần gia công cơ hay các yêu cầu khác về độ chính xác , độ bóng, Chính vì thế, kích th−ớc của mẫu và hộp lõi phải đ−ợc thiết lập dựa trên kích th−ớc của chi tiết. Bộ mẫu và hộp lõi đ−ợc chế tạo từ các loại vật liệu gỗ, kim loại, chất dẻo hoặc các chất phi kim loại khác ( xi măng, thạch cao ) Gối mẫu dùng để tạo nên chỗ tựa của gối lõi, giữ cho lõi đứng vững trong lòng khuôn. Tấm mẫu : dùng để kẹp mẫu khi làm khuôn . Khuôn và lõi đ−ợc chế tạo bằng tay hoặc bằng máy. Khuôn đ−ợc làm trong hai hòm khuôn, trên nền x−ởng hay bằng các loại khuôn đặc biệt khác nh− khuôn kim loại, Ngoài ra khi làm khuôn ng−ời ta còn có thể đặt vật làm nguội, gân cứng vững cho khuôn, lõi, Để làm khuôn cần có mẫu, hộp lõi, hòm khuôn và các dụng cụ khác 4.3 Hỗn hợp lμm khuôn vμ lμm lõi 46
  50. Hỗn hợp làm khuôn và làm lõi gồm: cát, đất sét, chất kết dính, chất phụ gia, n−ớc v.v Có 2 loại: loại cũ (đã dùng) và loại mới chế tạo. Cát chiếm tỷ lệ cao nhất trong hổn hợp làm khuôn lõi (90% có khi đến 97-98%). 4.3.1: Yêu cầu đối với hỗn hợp làm khuôn và làm lõi Hỗn hợp làm khuôn lõi cần có những tính chất sau: a - Tính dẻo: Là khả năng biến dạng vĩnh cửu của nó sau khi bỏ tác dụng của ngoại lực. Tính dẻo tăng khi n−ớc trong hỗn hợp tăng đến 8%, đất sét và chất dính tăng, cát có kích th−ớc hạt nhỏ. b - Độ bền: Là khả năng chịu tác dụng của ngoại lực mà không bị phá huỷ. Độ bền tăng khi hạt cát nhỏ, không đồng đều và sắc cạnh, độ mịn chặt của hỗn hợp tăng, l−ợng đất sét tăng, l−ợng n−ớc tăng đến 8 %. • Khuôn t−ơi có sức bền nén ≤ (6ữ8) N/ cm2. • Khuôn khô có sức bền nén ≤ (8ữ30) N/ cm2. • Khi nhiệt độ tăng đến 9000C thì sức bền nén tăng 2ữ3 lần Để đánh giá độ bền ta dùng giới hạn bền nén, đ−ợc tính theo công thức sau : P σ = (N/ cm2) F với : P - lực nén; F- diện tích tiết diện ngang của mẫu đem thử c - Tính lún: là khả năng giảm thể tích của nó khi chịu tác dụng của ngoại lực. Tính lún cần thiết để vật đúc không bị cản trở khi đông đặc, tránh đ−ợc hiện t−ợng nứt nẻ, công vênh. Tính lún tăng khi dùng cát sông hạt to, l−ợng đất sét ít, chất kết dính ít và khi tăng các chất phụ nh− mùn c−a, rơm vụn, phân trâu bò khô, d - Tính thông khí: là khả năng cho phép khí thoát ra ngoài qua các kẻ hở nhỏ giữa những hạt cát của hỗn hợp. Tính thông khí cần có để vật đúc không bị rổ khí. Tính thông khí tăng khi hạt cát to và đều, l−ợng đất sét và chất kết dính ít, độ dầm chặt của hỗn hợp giảm, chất phụ nhiều và l−ợng n−ớc < 4 %. Để đánh giá khả năng thoát khí của hỗn hợp làm khuôn, ng−ời ta dùng độ QL. 509,5 thông khí K: K = = 100 FPt p.t với: Q : l−ợng thông khí thổi qua mẫu (cm3). L : chiều cao của mẫu (cm). F : diện tích tiết diện ngang của mẩu (cm2 ) P : áp suất của khí tr−ớc khi qua mẫu (N/ cm2 ) t : thời gian không khí thoát qua mẫu (phút ) Trong thực nghiệm, ng−ời ta lấy: Q = 2000 cm3; L = 50 mm; D = 50 mm, do đó khi thí nghiệm chỉ cần xác định thời gian không khí thoát qua mẫu. G - Tính bền nhiệt: 47
  51. Là khả năng vật liệu đảm bảo độ bền hay khả năng làm việc bình th−ờng khi ở nhiệt độ cao, (không bị cháy, không bỉ chảy hoặc mềm ra ở nhiệt độ cao). Tính bền nhiệt tăng khi l−ợng cát thạch anh Si02 tăng, hạt cát to và tròn, các tạp chất dễ chảy (Na2O, K2O, CaO, Fe2O3) trong hỗn hợp ít. e - Độ ẩm: Là l−ợng n−ớc chứa trong hỗn hợp đó, đ−ợc xác định bằng công thức sau: gg− X = 1 100% . g với: g- khối l−ợng hỗn hợp t−ơi; g1- khối l−ợng hỗn hợp khô (ở nhiệt độ 105 - 110 oC). Độ ẩm tăng khi l−ợng n−ớc trong hỗn hợp tăng, nh−ng độ ẩm phải ≤ 6- 8% vì nếu nhiều hơn sẽ làm cho sức bền, tính thoát khí giảm. F - Tính bền lâu: Là khả năng làm việc đ−ợc lâu và nhiều lần của hỗn hợp, đ−ợc xác định: R C = 2 100% . R1 với : R1- sức bền sẵn có của hỗn hợp, R2- sức bền sau một thời gian sử dụng. Ngoài ra hỗn hợp làm khuôn lõi còn cần phải thoả mản một số yêu cầu khác nh− không dính mẫu, độ bền bề mặt để đảm bảo không bị bào mòn khi đúc, độ cứng, không yêu cầu chất dính cao, không độc hại, giản nở nhiệt thấp, Ngoài ra còn yêu cầu thành phần cát, kích cỡ hạt cát, thành phần hoá học của cát, Trong thực tế không thể thoả mản hết các yêu cầu đã nêu trên. Vì vậy tuỳ loại vật đúc mà ta chọn −u tiên các yêu cầu phù hợp. 4.3.2: các loại vật liệu làm khuôn và làm lõi Chủ yếu là cát, đất sét, chất dính kết, chất phụ v.v a. Cát: Thành phần chủ yếu của cát là SiO2, ngoài ra còn có Al2O3, CaCO3, Fe2O3 Phân loại cát • Theo nơi lấy cát: gồm cát sông cát núi. Cát sông hạt tròn đều, tính lún tính thông khí tốt nh−ng khả năng kết dính kém. Cát núi hạt sắc cạnh, dể dính bám vào nhau nh−ng tính thông khí kém. • Theo độ hạt: Ng−ời ta xác định độ hạt của cát theo kích th−ớc lỗ rây. Số hiệu rây gọi theo kích th−ớc lỗ rây. Bộ rây chuẩn có 11 rây: Bảng 4-1 Tên cát Nhóm Số hiệu rây liền kề Kích th−ớc hạt (mm ) cát thô 063 1 - 063 - 04 0,4 ữ 1 rất to 04 063 - 04 - 0315 0,315 ữ 0,63 to 0315 04 - 0315 - 02 0,2 ữ 0,4 vừa 02 0315 - 02 - 016 0,16 ữ 0,315 nhỏ 016 02 - 016 - 01 0,1 ữ 0,2 rất nhỏ 01 016 - 01 - 0063 48
  52. mịn 0063 01 - 0063 - 005 0,063 ữ 0,16 bột 005 0063 - 005 - nhỏ 0,05 ữ 0,1(< 0,05) Theo thành phần thạch anh ( SiO2): Bảng 4-2 Loại cát theo Liên Xô 1K 2K 3k 4K Loại cát ký hiệu theo VN 1C 2C 3C 4C L−ợng chứa SiO2 (%) 97 96 94 90 Theo thành phần đất sét: Bảng 4 - 3 Tên cát Ký hiệu Theo Số l−ợng đất sét Liên xô VN chứa trong cát (%) Cát thạch anh K C < 2 Cát gầy T G 2ữ10 Cát nữa béo ΠЖ NM 10ữ20 Cát béo Ж M (mở) 20ữ30 Cát rất béo OЖ RM 30ữ50 b. Đất sét (Chất dính vô cơ) (ký hiệu S - sét làm khuôn, B - Ben tô nit làm khuôn) Thành phần chủ yếu: cao lanh mAl2O3, nSiO2, qH2O, ngoài ra còn có tạp chất: CaCO3, Fe2O3, Na2CO3. Đặc điểm: Dẻo, dính khi có l−ợng n−ớc thích hợp, khi sấy thì độ bền tăng nh−ng dòn, dễ vỡ, không bị cháy khi rót kim loại vào. c. Chất kết dính Là những chất đ−a vào hỗn hợp làm khuôn, lõi để tăng tính dẻo và độ bền của hỗn hợp làm khuôn lõi. Yêu cầu: • Khi trộn vào hỗn hợp, chất dính kết phải phân bố đều. • Không làm dính hỗn hợp vào mẫu, hộp lõi và dễ phá khuôn lõi. • Khô nhanh khi sấy và không sinh nhiều khí khi rót kim loại . • Tăng độ dẻo, độ bền và tính bền nhiệt cho khuôn và lõi. • Dễ kiếm, dễ chế tạo, giá thành thấp. • Không độc hại ảnh h−ởng đến sức khoẻ công nhân. Có 3 nhóm chất dính kết : Có thể phân loại theo thành phần (chất dính vô cơ nh− sét, cao lanh, ben tô nít , chất dính hữu cơ có dầu nh− dầu thực vật, dầu động vật, dầu khoáng vật, ; Chất dính có bột nh− tinh bột, dextrin, chất dính nhựa, n−ớc bả giấy, mật mía, Hiện nay ng−ời ta phân loại theo 3 nhóm chính sau đây: Loại A : Loại chất dính kết không cần pha thêm n−ớc : dầu, dầu sơn, nhựa đ−ờng, nhựa thông, Loại B :Chất dính hoà tan trong n−ớc các loại bột hồ, dextrin, n−ớc bả giấy, Loại C : Chất dính vô cơ nhựa, xi măng, thuỷ tinh n−ớc, Loại này khi dùng phải pha thêm n−ớc. 49
  53. Những chất dính kết th−ờng dùng: • Dầu: dầu lanh, dầu bông, dầu trẩu đem trộn với cát và sấy ở T0=200ữ2500C , dầu sẽ bị oxy hoá và tạo thành màng oxyt hữu cơ bao quanh các hạt cát làm chúng dính kết chắc với nhau. Khi rót kim loại nóng chảy (nhiệt độ cao) dầu bị cháy làm mát tính liên kết, khuôn trở nên xốp, tăng tính lún, tính thông khí, dễ phá khuôn lõi. • Các chất dễ hoà tan trong n−ớc : N−ớc đ−ờng, mật mía, bột hồ N−ớc đ−ờng, mật mía dùng để làm khuôn, lõi khi đúc thép. Loại này bị sấy bề mặt khuôn sẽ bền nh−ng bên trong rất dẻo nên vẫn đảm bảo độ thoát khí và tính lún tốt. Khi rót kim loại nó bị cháy, do đó tăng tính xốp, tính lún, thoát khí và dễ phá khuôn nh−ng hút ẩm nên sấy xong phải dùng ngay. Bột hồ: (nồng độ 2,5ữ3%) hút n−ớc nhiều, tính chất nh− n−ớc đ−ờng, dùng làm khuôn t−ơi rất tốt. • Các chất dính kết hoá cứng: Nhựa thông, ximăng, hắc ín, nhựa đ−ờng. Khi sấy chúng chảy lỏng ra và bao quanh các hạt cát. Khi khô chúng tự hoá cứng làm tăng độ bền, tính dính kết cho khuôn. Th−ờng th−ờng dùng loại ximăng pha vào hỗn hợp khoảng 12%, độ ẩm của hỗn hợp 6ữ8%, để trong không khí 24ữ27 giờ có khả năng tự khô, loại này rất bền. • N−ớc thuỷ tinh: chính là các loại dung dịch silicat Na2O.nSiO2.mH2O hoặc 0 K2O.nSiO2.mH2O sấy ở 200ữ250 C, nó tự phân huỷ thành nSiO2.(m-p)H2O là loại keo rất dính. Khi thổi CO2 vào khuôn đã làm xong, n−ớc thuỷ tinh tự phân huỷ thành chất keo trên, hỗn hợp sẽ cứng lại sau 15ữ30 phút. N−ớc thuỷ tinh là chất dính kết có chất l−ợng tốt, độ bền tăng, có khả năng khô nhanh, giá thành thấp nên đ−ợc dùng khá rộng rãi. d.Các chất phụ : Là các chất đ−a vào hỗn hợp để khuôn và lõi có một số tính chất đặc biệt nh− nâng cao tính lún, tính thông khí (rơm rạ, mùn c−a), làm nhẵn mặt khuôn, lõi và tăng khả năng chịu nhiệt cho bề mặt khuôn lõi (bột grafit, bột than, ) • Trong hỗn hợp th−ờng cho thêm mùn c−a, rơm vụn, phân trâu bò khô, bột than Khi rót kim loại lỏng vào khuôn, những chất này cháy để lại trong khuôn những lỗ rỗng làm tăng tính xốp, thông khí, tính lún cho khuôn lõi. Tỉ lệ khoảng 3% cho vật đúc thành mỏng và 8% cho vật đúc thành dày. • Chất sơn khuôn: Để mặt khuôn nhẵn bóng và chịu nóng tốt, ng−ời ta th−ờng quét lên bề mặt lòng khuôn, lõi một lớp sơn, có thể là bột than, bột gratit, bột thạch anh hoặc dung dịch của chúng với đất sét. Bột than và gratit quét vào thành khuôn, khi rót kim loại vào nó sẽ cháy tạo thành CO, CO2 làm thành môi tr−ờng hoàn nguyên rất tốt, đồng thời tạo ra một lớp khí ngăn cách giữa kim loại lỏng với bề mặt lòng khuôn làm cho vật đúc không bị cháy cát và tạo cho việc phá khuôn dễ dàng, gia công vật đúc thuận lợi. 2.3. hỗn hợp lμm khuôn, lõi 50
  54. 2.3.1-Hỗn hợp làm khuôn : có hai loại a - Cát áo: Là hỗn hợp phủ sát mẫu khi chế tạo khuôn nên cần có độ bền, độ dẻo cao, đồng thời nó tiếp xúc trực tiếp với kim loại lỏng nên cần phải có khả năng chịu nhiệt cao vì vậy cát cần có độ hạt nhỏ để bề mặt vật đúc nhẵn bóng, thông th−ờng cát áo làm bằng vật liệu mới, nó chiếm khoảng 10ữ15% tổng l−ợng cát khuôn. b - Cát đệm: Dùng để điền đầy phần hòm khuôn còn lại. Cát đệm không tiếp xúc với kim loại lỏng nên không yêu cầu hỗn hợp phải có tính chịu nhiệt, độ bền cao lắm. Tuy nhiên tính thông khí phải tốt để tạo điều kiện cho không khí thoát ra ngoài dễ dàng. Vật đúc càng lớn yêu cầu độ hạt của hỗn hợp làm khuôn càng lớn để tăng tính thông khí. 2.3.2-Hỗn hợp làm lõi Điều kiện làm việc của lõi khá bất lợi nên hỗn hợp cần độ bền, tính lún, độ thông khí cao hơn khi làm khuôn nhiều. Để tăng độ bền cần giảm l−ợng đất sét, để tăng tính chịu nhiệt P, l−ợng thạch anh đạt tới 100%, ít dùng hỗn hợp cũ, độ thông khí yêu cầu cao, dùng hạt cát có độ hạt 02 và nhiều chất phụ. Hầu hết các lõi đều phải sấy tr−ớc khi lắp vào khuôn. 4.4 Chế tạo bộ mẫu vμ hộp lõi Bộ mẫu là công cụ chính dùng tạo hình khuôn đúc. Bộ mẫu bao gồm : Mẫu vật đúc, mẫu của hệ thống rót, mẫu của đậu hơi và đậu ngót , tấm mẫu để kẹp mẫu khi làm khuôn, d−ỡng để kiểm tra. Mẫu của vật đúc có hình dáng bên ngoài của vật đúc. Có khi có gắn thêm phần gối mẫu để tạo nên chổ tựa của gối lõi để lõi đứng vững đ−ợc trong lòng khuôn. Hộp lõi đ−ợc dùng để chế tạo lõi. Hình dáng bên trong hộp lõi là hình dáng bên ngoài của lõi. Lõi là bộ phận tạo nên lỗ rỗng bên trong vật đúc. 4.4.1 Vật liệu làm bộ mẫu và hộp lõi Yêu cầu • Bảo đảm độ bóng, chính xác khi gia công cắt gọt. • Bền, cứng có thể dùng đ−ợc nhiều lần • Nhẹ để dễ dàng thao tác khi làm khuôn lõi, • Không bị co khi nóng, không bị tr−ơng lên khi tiếp xúc ẩm, không bị nứt, công vênh trong khi làm việc. • Chịu đ−ợc tác dụng cơ, hoá của hỗn hợp làm khuôn, ít bị mòn do ma sát, không bị rỉ và ăn mòn hoá học. • Dễ kiếm , dễ dàng gia công và giá thành rẻ. Các loại vật liệu làm bộ mẫu và hộp lõi Vật liệu th−ờng dùng: kim loại, phi kim loại : gỗ, thạch cao, ximăng, chất dẻo. Chủ yếu là gỗ và kim loại. 51
  55. a- Kim loại: có độ bền cao, cứng, độ nhẵn bóng, độ chính xác bề mặt cao; chịu đ−ợc nhiệt độ cao; không bị thấm n−ớc, ít bị công vênh; thời gian sử dụng lâu hơn. Tuy nhiên bộ mẫu và hộp lõi đ−ợc làm từ kim loại có giá thành đắt, khó gia công nên chỉ sử dụng trong sản xuất hàng khối và hàng loạt. b- Phi kim loại : Gỗ : −u điểm là rẻ, nhẹ, dễ gia công, nh−ng có nh−ợc điểm là độ bền, cứng kém; dễ tr−ơng, nứt, công vênh nên gỗ chỉ dùng trong sản xuất đơn chiếc, loại nhỏ, trung bình và làm mẫu lớn. Gỗ có nhiều loại: nh− lim, gụ, dẻ, gỗ tạp, Thạch cao: Bền hơn gỗ (làm đ−ợc 1000 lần) nhẹ, dễ chế tạo, dễ cắt gọt nh−ng giòn, dễ vỡ, dễ thấm n−ớc nên đ−ợc sử dụng để làm những mẫu nhỏ khi làm bằng tay; tiện lợi khi làm mẫu ghép và dùng trong đúc đồ mỹ nghệ (vì dễ sửa). Ximăng: Bền, cứng hơn thạch cao, chịu va chạm tốt hơn thạch cao, rẻ, dễ chế tạo, không hút n−ớc nh−ng nặng, khó gọt sửa vì nó dòn nên chỉ dùng làm những mẫu, lõi phức tạp, mẫu lớn, mẫu làm khuôn bằng máy. Có thể sử dụng để làm khuôn khoảng 10.000 lần 4.4.2 Nguyên lý thiết kế mẫu và hộp lõi Muốn chế tạo vật đúc phải căn cứ vào bản vẽ chi tiết để thiết kế bản vẽ vật đúc. Về hình dáng bản vẽ vật đúc giống chi tiết nh−ng về kích th−ớc ng−ời ta phải tính đến l−ợng d− cần gia công cơ để đảm bảo độ bóng và độ chính xác, dung sai đúc. Đối với chi tiết có lỗ rỗng thì bản vẽ vật đúc có thể đặc sau đó gia công lỗ hoặc phải thiết kế phần lõi để tạo rỗng. Từ bản vẽ vật đúc vẽ nên bản vẽ mẫu và hộp lõi. Bản vẽ mẫu có tính đến l−ợng co ngót kim loại. Căn cứ vào đó ng−ời thợ mộc mẫu sẽ chế tạo mẫu, gối mẫu và hộp lõi. Bản vẽ vật đúc: Trên bản vẽ vật đúc cần biểu thị đ−ợc: Mặt phân khuôn, kích th−ớc vật đúc (tính đến l−ợng d− gia công cơ và dung sai đúc), cần phải biểu diễn đ−ợc lõi và gối lõi, độ dốc đúc và góc đúc. a- Mặt phân khuôn • Là mặt tiếp xúc giữa khuôn trên và khuôn d−ới. Nó xác định vị trí chi tiết trong khuôn bằng gạch xanh. Mũi tên T chỉ khuôn trên và D chỉ khuôn d−ới. • Mặt phân khuôn bảo đảm dễ làm khuôn và rút mẫu.Phải đơn giản nhất (nên chọn mặt phẳng, tránh mặt cong, mặt bậc hoặc có nhiều mặt phân khuôn); số mặt phân khuôn phải ít nhất • Phải đảm bảo nhận đ−ợc vật đúc có chất l−ợng tốt nhất (th−ờng ng−ời ta bố trí phần vật đúc quan trọng cần cơ tính cao ở khuôn d−ới vì ở phía trên dễ bị rổ khí, rổ xỹ và lõm co). b - Độ co của kim loại khi đúc Khi hợp kim đúc đông đặc và nguội lạnh vật đúc co lại do vậy kích th−ớc lòng khuôn phải lớn hơn kích th−ớc vật đúc, kích th−ớc lõi phải nhỏ hơn kích th−ớc bên trong vật đúc. L−ợng co ngót phụ thuộc vào các loại vật liệu : 52
  56. • Gang xám: 1,0 %; • Gang trắng 1,5 % • Thép: 2,0 %; • Hợp kim đồng và nhôm: 1,5%. Để thuận tiện cho việc gia công ng−ời ta chế tạo ra các loại th−ớc mẫu cho từng loại vật liệu mà các vạch chia đã đ−ợc tăng lên tuỳ thuộc vào hệ số co ngót của vật liệu t−ơng ứng c- L−ợng d− gia công cơ khí: Là l−ợng kim loại cần cắt gọt bằng quá trình gia công cơ để đảm bảo độ chính xác, độ bóng, Trên bản vẽ ký hiệu bằng màu đỏ. Tuỳ theo yêu cầu về độ bóng, độ chính xác của chi tiết, chất l−ợng của bề mặt chi tiết đúc điều kiện sản xuất (đơn chiếc hay hàng loạt), mức độ phức tạp của chi tiết.v.v mà ta có l−ợng d− gia công cơ khác nhau. d- Dung sai đúc Khi chế tạo có sự sai lệch giữa kích th−ớc, khối l−ợng danh nghĩa và thực tế. Dung sai đúc phụ thuộc vào trình độ tay nghề của công nhân mộc mẫu, làm khuôn, lõi và lắp ráp. đ- Lõi và gối lõi Trên bản vẽ đ−ợc ký hiệu bằng những gạch chéo màu xanh. Gối lõi bảo đảm lõi nằm vững trong khuôn, dễ lắp ráp lõi vào khuôn. Với lõi đứng th−ờng dùng gối lõi hình côn. kích th−ớc, góc nghiêng gối lõi vẫn bảo đảm: h > h1 ; α > β. Để trong khi lắp ráp không bị vỡ khuôn, lõi giữa gối lõi và khuôn cần có khe hỡ. Bản vẽ mẫu Từ bản vẽ vật đúc ng−ời ta vẽ bản vẽ mẫu. Kích th−ớc mẫu t−ơng tự nh− bản vẽ vật đúc trừ phần tai gối và dung sai chế tạo mẫu. Kích th−ớc phần tai gối mẫu phải kể thêm khoảng hở s1, s2, s3 giữa gối lõi với khuôn và góc vát thành khuôn β, α, chỗ đặt gối lõi. Dung sai chế tạo mẫu là sai lệch cho phép khi chế tạo mẫu. Sai lệch đó phụ thuộc vào vật liệu chế tạo mẫu, dạng sản xuất, kích th−ớc mẫu. Để làm khuôn, mẫu đ−ợc chia làm 2 nữa lắp ghép với nhau bằng chốt định vị. Mặt phân mẫu trùng với mặt phân khuôn. Tr−ờng hợp đặc biệt mẫu có thể chế tạo d−ới dạng nhiều phần tháo rời. Trên bản vẽ mẫu cần thể hiện đ−ợc mặt phân mẫu, chốt định vị và các phần tháo rời đ−ợc của mẫu. Hình 4-3 Bản vẽ chi tiết cần chế tạo 53
  57. Hình 4-4 Bản vẽ vật đúc Hình 4-5 Bản vẽ mẫu của vật đúc bản vẽ hộp lõi Tuỳ theo độ phức tạp của lõi có thể làm hộp lõi nguyên, hộp lõi 2 nữa và hộp lõi tháo rời. Kết cấu, kích th−ớc, dung sai và cách vẽ hộp lõi t−ơng tự nh− thiết kế mẫu. 102+0,87 φ120+2,87 70+30’ φ52+0,7 40+0,5 R20+0,5 150+1,15 T D Hình 4-3 Bộ mẫu gối đỡ 4.5 Tính đúc của hợp kim Tính đúc của hợp kim liên quan đến các đại l−ợng : tính chảy loãng, tính co, tính thiên tích tính hoà tan khí, ứng suất đúc và tổ chức của kim loại vật đúc 4.5.1-Tính chảy lo∙ng: Là mức độ chảy loãng hay sệt của hợp kim đúc, nó quyết định khả năng điền đầy khuôn và nhận đ−ợc vật đúc rõ nét. 54
  58. 4.5.2-Tính thiên tích Là sự không đồng nhất về thành phần hoá học trong từng phần của vật đúc hoặc trong nội bộ các hạt của hợp kim. Nguyên nhân • Do tỷ trọng các nguyên tố trong hợp kim khác nhau • Do trong từng phần phần của vật đúc có sự chênh lệch áp suất giữa các vùng với nhau. • Do tốc độ rót giảm nh−ng tốc độ đông đặc tăng; nhiệt độ giảm; Có 2 loại thiên tích: Thiên tích vùng: Là sự không đồng nhất về thành phần hoá học trong từng vùng của vật đúc. Thiên tích trong nội bộ hạt kim loại: Là sự không đồng nhất trong nội bộ hạt. Thiên tích hạt do các nguyên nhân sau: 4.5.3-Tính co: (trang 145 LT Đúc) Hiện t−ợng giảm thể tích và kích th−ớc (chủ yếu là chiều dài của vật đúc) khi đông đặc. Hệ số co chiều dài Sắt tinh khiết 2,44 % Thép mềm (1,182-2,0) % Gang xám 1,0 % Có 2 loại co: lõm co và rổ co. Lõm co: Là những lổ rỗng hình nón, hình thành ở trên bề mặt vật đúc. Nguyên nhân là do lớp ngoài đông đặc tr−ớc so với lớp kim loại lớp bên trong. Lõm co kín Lõm co trên mặt hở a/ b/ Hình 4 - 6 Các dạng lõm co kín (a) và lõm co hở (b) Rổ co: Là những lổ rỗng nhỏ nằm bên trong vật đúc, nằm dọc trục thỏi đúc và nằm d−ới vị trí lõm co. Rổ co (th−ờng nằm rải rác trong vật đúc và chủ yếu tập trung ở phía trên vật đúc). 55
  59. Hình 4 - 7 Rổ co trong thỏi đúc Gang xám có hệ số co ngót 1 % Thép 2 % 4.5.4-Tính hoà tan khí Đó là sự hoà tan các khí có trong không khí hay do sự phân huỷ độ ẩm, Các chất khí có thể là : O2, H2, N2, CO, CO2, CH4 vào kim loại lỏng gây nên rỗ khí. Sự hoà tan khi phụ thuộc vào nhiệt độ. • Nhiệt độ tăng độ hoà tan khí vào vật liệu tăng. Tuy nhiên tuỳ theo từng loại vật liệu mà mức độ tăng hoặc bảo hoà của chúng sẽ khác nhau. Đồ thị biểu diển độ hoà tan khí của các chất khác nhau sẽ không giống nhau. • Khi ở giai đoạn bắt đầu sôi, khí từ kim loại lỏng thoát ra ngoài tạo nên áp lực hơi ngăn cản sự xâm nhập của các chất khí bên ngoài vào kim loại, lúc này độ hoà tan khí giảm. • Khi áp suất môi tr−ờng tăng, khí sẽ hoà tan vào kim loại nhiều • Khi rót kim loại lỏng với vận tốc lớn, hơi n−ớc và các chất khí trong khuôn thoát không kịp làm cho độ hoà tan khí tăng. • Không khí hoà tan vào vật đúc là một trong những nguyên nhân gây nên rổ khí đặc biệt là khi nó đã đạt trạng thái bảo hoà. Khả năng hoà tan khí khi chuyển từ trạng thái lỏng sang đặc có khác nhau (ví dụ độ hoà tan của nhôm ở nhiệt độ nóng chảy (lỏng) là 0,69 cm3/100g khi ở nhiệt độ nóng chảy (đặc) là 0,036 cm3/100g cho nên khi đông đặc rất dễ sinh ra rổ khí. 4.5.5 ứng suất đúc ứng suất sinh ra trong vật đúc có thể do nhiều nguyên nhân • Do tốc độ nguội không đều sinh ra ứng suất nhiệt. • Do kết cấu vật đúc không hợp lý sinh ra cong vênh thậm chí nứt (nứt nóng , nứt nguội) • Biện pháp phòng chống : tạo điều kiện cho quá trình kết tinh dễ dàng, không cản trở sự co ngót kim loại; Kết cấu chiều dày thành vật đúc hợp lý; giảm nhiệt độ rót và tốc độ rót, 4.6 Đúc gang xám Gang có nhiều loại, nh− gang trắng, gang dẻo, gang biến tính, gang cầu, song trong kỹ thuật đúc ng−ời ta chủ yếu sử dụng gang xám (xem trang 328 KT đúc). 4.6.1 Tính đúc của gang xám: Tính chảy lo∙ng của gang xám cao vì có %C cao. Tính chảy loãng chủ yếu do thành phần của gang và nhiệt độ của n−ớc gang ra lò quyết định. Độ co của gang xám: Độ co của gang xám thấp (1%). Trong quá trình đông nguội thể tích của gang thay đổi (có thể d−ơng hoặc âm). Khi nhiệt độ giảm thì thể 56
  60. tích giảm, khi grafit hoá thì thể tích tăng; cứ 1% grafit hoá lại làm tăng thể tích lên 2 %. Trong quá trình đông đặc độ co ngót dao động trong khoảng 1-5 %. Tính hoà tan khí của gang xám: Các khí hoà tan trong gang xám: O2; N2; H2 và hơi n−ớc. Hàm l−ợng khí trong gang th−ờng đ−ợc tính theo cm3/100g hoặc theo %. Thông th−ờng tổng hàm l−ợng khí trong gang khoảng 6-50 cm3/100g. Trong đó cần l−u ý hàm l−ợng các chất nitơ và hydro là một trong những nguyên nhân chính gây 3 3 nên rổ khí ( khi N2 > 12-15 cm /100g và H2 > 3-4 cm /100g). Tính thiên tích của gang xám: L−ợng chứa C; P; S và chiều dày thành vật đúc lớn thì thiên tích càng nhiều. Các chất P, S có thể kết hợp với một số chất khác tạo nên các hợp chất dễ chảy phân bố ở vùng tinh giới hạt gây nên thiên tích hạt. Khi đúc gang xám cần chú ý tạo điều kiện cho quá trình grafit hoá xảy ra triệt để vì nếu không thì các bon sẽ bị giữ lại ở trạng thái hợp chất Fe3C làm cho gang dễ bị hoá trắng. 4.6.2- Nấu chảy gang xám Vật liệu nấu và mẻ liệu: Khi nấu gang xám phải dùng những nguyên nhiên liệu sau: nguyên liệu kim loại, nhiên liệu để cung cấp nhiệt; trợ dung ; trong sản xuất đúc gọi là vật liệu nấu. Muốn nấu ra loại gang có thành phần hoá học đúng yêu cầu, có nhiệt độ cao, vận hành lò dễ dàng cần phải tính toán phối liệu cho một mẻ nấu gọi là mẻ liệu. Nguyên liệu kim loại Bao gồm gang thỏi, gang củ, thép vụn và hợp kim ferro. Bảng 4-4 Mác gang Các bon Silíc GĐ0 3,5 - 4 3,26 - 3,75 GĐ1 3,6-4,1 2,76 - 3,25 GĐ2 3,7 - 4,2 2,26 - 2,75 GĐ3 3,8 - 4,3 1,76 - 2,25 GĐ4 3,9 - 4,4 1,26 - 1,75 * Gang thỏi : Gang luyện thép là gang thỏi dùng cho luyện thép. Thành phần các bon trong gang thỏi cao hơn gang đúc nh−ng hàm l−ợng Si thấp. Mặt gãy của gang này có màu trắng, ít khi dùng làm nguyên liệu cho đúc gang. Gang thỏi hợp kim là gang thỏi có thêm các nguyên tố hợp kim nh− Ni, Cr, Mo, Ti, Cu , th−ờng dùng để phối liệu khi đúc những chi tiết yêu cầu có cơ tính cao. * Gang củ gồm gang máy (gang máy củ, thân máy củ, vật đúc hỏng, ) và gang hồi liệu (nh− đậu hơi, đậu ngót, đậu rót, Gang vụn có đặc điểm là ít các bon, hàm l−ợng Si cũng ít hơn gang thỏi. * Gang hồi liệu : * Thép vụn là những mẫu thép , thép hình, đầu mẫu thép khi gia công cắt bỏ ra, Sắt thép vụn có tác dụng giảm hàm l−ợngcác bon và Si nên th−ờng dùng để phối liệu nấu ra gang có cơ tính cao th−ờng chiếm khoảng (1-10 )%. * Hợp kim fero : Bảng 4-5 Loại ferro Ký hiệu Thành phần Si % Mn % Cr % P % S % FerroSilic Si45 40-47 ≤ 0,8 ≤0,5 ≤ 0,05 ≤0,04 57
  61. Si75 70-80 ≤ 0,7 ≤ 0,5 ≤ 0,05 ≤ 0,04 Si90 87-95 ≤ 0,5 ≤ 0,2 ≤ 0,04 ≤ 0,04 Ferro các Mn0 ≤ 80 ≤ 0,5 ≤ 2,0 ≤ 0,3 ≤ 0,03 bon thấp Ferro các Mn1 ≤ 78 ≤ 1,0 ≤ 2,5 ≤ 0,3 ≤ 0,03 bon tr.bình Mn2 ≤ 75 ≤ 1,5 ≤ 2,5 ≤ 0,35 ≤ 0,03 Vật liệu tr−ớc khi đ−a vào lò phải đ−ợc lấy theo một tỷ lệ nhất định; phải làm sạch gỉ và các chất bẩn. Kích th−ớc vật liệu phải nhỏ hơn 1/3 đ−ơng kính lò ( để tránh tắc liệu) Đ−ờng kính lò đứng (mm) 600-700 900-1000 Khối l−ợng thép vụn tối đa (kg) 10 15 Khối l−ợng gang vụn (kg) 15 20 b - Nhiên liệu Nhiên liệu dùng cho lò đứng có thể là : Nhiên liệu khí : Khí thiên nhiên (CH4), Sử dụng khí thiên nhiên không những có lợi về mặt kinh tế mà cả về mặt kỹ thuật vì nó giảm đ−ợc hàm l−ợng l−u huỳnh trong gang và nâng cao năng suất lò. Nhiên liệu lỏng: Dầu cặn Nhiên liệu rắn : Than cốc, than gầy, than gầy nhiệt luyện Bảng 4-6 Loại than Thành phần % Nhiệt trị S Tro ẩm Chất bốc Than cốc 0,6 - 1,4 12 - 12,5 4 1,2 6500-7000 Than gầy 1,0 5 - 7 2 - 2,5 4,5 - 4,9 7255-8535 Than gầy NL 0,44 2,4 - 2,7 4,0 - 4,5 1,0 - 1,1 7000-7050 Than gầy tuy có nhiệt l−ợng cao nh−ng hàm l−ợng chất bốc lớn và độ bền kém. Than gầy nhiệt luyện có độ bền tăng và hàm l−ợng chất bốc thấp. c- Chất trợ dung: Khi đúc chất trợ dung kết hợp với tro của than, gạch t−ờng lò bị chảy mòn khi ở nhiệt độ cao, các chất bẩn lẫn trong các nguyên nhiên liệu, thành xỷ có nhiệt độ nóng chảy thấp và có tính chảy loãng cao, dễ tháo xỷ ra khỏi lò tr−ớc khi lấy gang. Không có chất trợ dung, xỷ sẽ đặc sệt khó thải ra ngoài, việc nấu luyện gặp khó khăn, nhiệt độ gang n−ớc gang giảm. Các chất trợ dung th−ờng dùng mang tính kiềm: • Đá vôi CaCO3, (3ữ5% khối l−ợng kim loại/Mẻ liệu); Là chất trợ dung chủ yếu khi đúc bằng than gầy sống. • Đá huỳnh thạch (CaF2): <8% khối l−ợng kim loại/Mẻ liệu) làm xỷ loãng nhanh. • Đá Đôlômit (CaCO3.MgCO3) • Na2CO3 : Dùng khi cần khử l−u huỳnh • Đất đèn (CaC2) : dùng khi khử l−u huỳnh và tăng nhiệt độ n−ớc gang 58
  62. Tỷ lệ các loại nguyên liệu th−ờng chọn : Lò đứng Lò điện Gang đúc (gang thỏi chế tạo ở lò cao) : 15 ữ 50 % 20 ữ 40% Gang phế liệu : 20 ữ 40 % 40 ữ 80 % Hồi liệu từ lò đúc : 20 ữ 40 % 0 ữ 20 % Thép vụn : 0 ữ 60 % 20 ữ 40 % Ferô hợp kim (FeSi; FeMn ) : 0 ữ 15 % 0 ữ15 % Nhiên liệu (Theo khối l−ợng) : 8 ữ 18 % Chất trợ dung (theo khối l−ợng kim loại) : 3 ữ 10 % 0,5 ữ 2 % Khi đúc gang xám Trục máy cán Gang thỏi th−ờng 15 - 40 % 20 - 35 % Gang thỏi hợp kim - 10 - 25 % Hồi liệu 20 - 50 % 10 - 30 % Gang củ 0 - 40 % 10 - 20 % Thép vụn 0 - 15 % 5 - 20 % 4.6.3 Lò nấu gang: Th−ờng dùng lò chõ, lò đứng, lò điện. Nh−ng chủ yếu là dùng lò chõ và lò đứng. Lò đứng đ−ợc sử dụng rộng rãi vì cấu tạo đơn giản, tiêu hao nhiên liệu ít, vốn đầu t− thấp, dể thao tác, công suất cao (500ữ25.000 kG gang lỏng/ giờ). Song nhiệt độ gang ra lò không cao (14500C), thành phần hoá học của gang không ổn định. Các gang hợp kim cần chất l−ợng cao th−ờng đ−ợc nấu bằng lò điện hoặc lò nồi. Sơ đồ cấu tạo lò đứng nấu gang đơn giản Lò đứng có dạng hình trụ gồm các bộ phận chủ yếu là: bộ phận đỡ lò, thân lò, thiết bị tiếp liệu, hệ thống gió , hệ thống ra gang, ra xỷ, Kích th−ớc chính của lò : QLK • Đ−ờng kính trong của lò: D = (m). 471,.L1 Q - công suất lò (tấn/giờ); L - Số m3 gió dùng cho 1 kg nhiên liệu (6,5ữ6,8m3/kg); 3 2 L1- Số m gió dùng cho 1m tiết diện lò trong 1 phút. D = 500 mm cho năng suất cở 1 tấn/ giờ D = 420 - 500 mm đối với lò nấu bằng than gầy sống. 6 59 10
  63. Hình 4-6 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của lò đứng nấu gang (cở nhỏ) 1 - T−ờng lò; 2 - Vỏ thép; 3 - Mắt gió; 4 - ống gió; 5 - Quạt 6 - Môtơ điện 7 - Lỗ ra gang 8 - Lỗ ra xỷ 9 - Hộp gió 10- Giá đỡ • Chiều cao hữu ích của lò (H) là khoảng cách từ mắt gió đến mép d−ới của cửa chất liệu: Lò cỡ nhỏ: H = (3ữ5)D (m); Lò cỡ lớn: H = (2,5ữ4)D (m). Độ dốc của mắt gió: mắt gió chính có độ dốc 10ữ150, mắt gió phụ có độ dốc 15ữ300; Góc chếch càng lớn thì than ở đáy lò cháy càng tốt, tăng nhiệt độ gang lỏng nh−ng yêu cầu quạt có công suất lớn. Lò đúc th−ờng có từ 1 - 3 hàng mắt gió cách nhau khoảng 180 - 200 mm, hàng mắt gió chính chiếm 75% Fgió. Số mắt gió ở mỗi hàng có thể từ 3 - 8 tuỳ theo đ−ờng kính lò. Quá trình chuẩn bị nấu : Sau mỗi lần nấu t−ờng lò bị mòn, bị h− hỏng do tác động của nhiệt độ cao vật liệu bị mềm ra dể bị ăn mòn và mài mòn do ma sát giữa vật liệu và t−ờng lò, làm cho t−ờng lò bị h− hỏng nhiều su mỗi lần nấu. Cho nên tr−ớc khi nấu gang cần phải sửa chữa lại t−ờng lò, đắp lại lổ ra gang, lổ ra xỉ và đáy lò. Quá trình nhóm lò: đầu tiên nhóm lò bằng củi, khi củi đã cháy sẽ sấy t−ờng lò và đáy lò từ nhiệt độ thấp đến cao trong khoảng 2ữ4 giờ bằng củi đốt. Sau khi củi đã cháy tốt ta đổ dần than lót và sau đó chất than cho đến khi cao hơn mắt gió chính (1,2ữ1,5) m. Thời gian nhiệt luyện than gầy khoảng 20 - 24 giờ. Khi dùng than cốc thì không cần nhiệt luyện. Chất liệu vào lò Chất vật liệu vào lò theo từng mẻ liệu và theo thứ tự: Than ặ kim loại ặ fê rô ặ chất trợ dung - nhiên liệu và cứ nh− thế cho đến đầy lò. Vật liệu đ−ợc sấy cho đến khi bắt đầu tiến hành nổi gió để chạy lò. Trong quá trình chạy lò ta tiếp tục cấp liệu theo thứ tự nh− trên. Khi kết thúc nấu ta tháo liệu ra khỏi lò và làm nguội lò. 4.7 Các ph−ơng pháp Đúc đặc biệt Đúc trong khuôn cát có độ bóng, độ chính xác thấp, l−ợng d− gia công lớn, nhiều khuyết tật, giá thành chế tạo cao nên hiện nay xuất hiện các ph−ơng pháp đúc đặc biệt nh−: Đúc trong khuôn kim loại, đúc d−ới áp lực, đúc ly tâm, đúc trong khuôn mẫu chảy, đúc trong khuôn vỏ mỏng, đúc liên tục v.v 4.7.1 Đúc trong khuôn kim loại Đúc trong khuôn kim loại là rót kim loại lỏng vào khuôn đ−ợc làm từ kim loại. a. Sơ đồ nguyên lý 60