Giáo trình công nghệ kim loại

NGUYEÃN TAÙC AÙNH

GIAÙO TRÌNH

COÂNG NGHEÄ KIM LOAÏI

Hieäu ñính: PGS.TS. Hoaøng Troïng Baù

ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT TP. HOÀ CHÍ MINH

NAÊM 2004

(LÖU HAØNH NOÄI BOÄ)

LÔØI NOÙI ÑAÀU

Ñeå ñaùp öùng tình hình chuyeån bieán môùi trong coâng taùc ñaøo taïo -

Ñaøo taïo theo höôùng coâng ngheä, phaùt huy tính tích cöïc cuûa ngöôøi hoïc vaø

taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho giaùo vieân giaûng daïy baèng caùc phöông tieän daïy

hoïc…Giaùo trình COÂNG NGHEÄ KIM LOAÏI ñöôïc bieân soaïn laïi cô baûn döïa

treân giaùo trình CHEÁ TAÏO PHOÂI cuûa Ñaïi Hoïc Baùch Khoa Haø noäi vaø coù boå

sung moät soá noäi dung môùi cho phuø hôïp vôùi coâng ngheä thöïc teá hieän nay.

Maët khaùc veà boá cuïc vaø caùch trình baøy giaùo trình theo ñeà cöông moân

hoïc ñaõ ñöôïc duyeät, aùp duïng cho khoái ngaønh kyõ thuaät: cô khí maùy, cô khí

oâtoâ, thieát keá maùy…taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho vieäc giaûng daïy vaø töï ñoïc cuûa

sinh vieân.

Vì trình ñoä coù haïn neân cuoán giaùo trình chaéc coù thieáu soùt. Chuùng toâi

mong söï ñoùng goùp yù kieán cuûa ñoàng nghieäp vaø sinh vieân ñeå laàn taùi baûn sau

coù chaát löôïng toát hôn. Moïi goùp yù xin göûi veà boä moân KYÕ THUAÄT COÂNG

NGHIEÄP, khoa Cô khí maùy, Tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät. Thaønh

phoá Hoà Chí Minh.

Taùc giaû

Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn

Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn

PHAÀN I

COÂNG NGHEÄ ÑUÙC

Chöông 1

KHAÙI NIEÄM VEÀ QUAÙ TRÌNH SAÛN XUAÁT ÑUÙC

1.1 Phaân loaïi caùc phöông phaùp ñuùc

Ñuùc laø moät phöông phaùp cheá taïo phoâi cho quaù trình gia coâng caét goït tieáp sau.

Ngaønh coâng nghieäp cheá taïo maùy phaùt trieån, löôïng phoâi ñuùc ngaøy caøng ñoøi hoûi nhieàu hôn.

1.1.1 Ñònh nghóa:

Thöïc chaát cuûa ñuùc laø quaù trình ñieàn ñaày kim loaïi ôû theå loûng vaøo loøng khuoân ñuùc coù

hình daïng, kích thöôùc ñònh saün . Sau khi kim loaïi ñoâng ñaëc, ta thu ñöôïc saûn phaåm töông

öùng vôùi loøng khuoân. Saûn phaåm ñoù goïi laø vaät ñuùc. Neáu ñem vaät ñuùc gia coâng tieáp theo nhö

gia coâng caét goït thì noù ñöôïc goïi laø phoâi ñuùc.

1.1.2 Ñaëc ñieåm:

Coù nhieàu phöông phaùp taïo phoâi ñuùc khaùc nhau. Moãi phöông phaùp taïo ra saûn phaåm

coù ñaëc tính khaùc nhau, nhöng caên cöù vaøo thöïc chaát chung, saûn xuaát ñuùc coù caùc ñaëc tính

- Moïi loaïi vaät lieäu nhö gang, theùp, hôïp kim maøu, vaät lieäu phi kim khi naáu chaûy

loûng ñöôïc ñeàu ñuùc ñöôïc.

- Taïo ra vaät ñuùc coù keát caáu phöùc taïp, nhöõng vaät ñuùc coù khoái löôïng lôùn maø caùc

phöông phaùp gia coâng phoâi khaùc khoâng thöïc hieän ñöôïc.

- Moät soá phöông phaùp ñuùc tieân tieán coù theå taïo ra saûn phaåm coù chaát löôïng cao, kích

thöôùc chính xaùc, ñoä boùng beà maët cao vaø coù khaû naêng cô khí hoùa, hoaëc töï ñoäng hoaù cao.

- Giaù thaønh cuûa saûn xuaát ñuùc noùi chung haï hôn so vôùi caùc daïng saûn xuaát khaùc.

Tuy vaäy, quaù trình saûn xuaát ñuùc coøn caàn phaûi khaéc phuïc moät soá caùc maët haïn cheá

- Do quaù trình keát tinh töø theå loûng neân trong vaät ñuùc deã toàn taïi caùc daïng roã co, roã

khí, nöùt, laãn taïp chaát.v.v...

- Khi ñuùc trong khuoân caùt ñoä chính xaùc veà kích thöôùc vaø ñoä boùng thaáp.

- Tieâu hao moät phaàn khoâng nhoû kim loaïi cho heä thoáng roùt, ñaäu ngoùt vaø cho caùc ñaïi

löôïng khaùc (löôïng dö, ñoä xieân v.v...)

Phöông phaùp ñuùc duø sao vaãn laø moät trong caùc phöông phaùp ñöôïc duøng roäng raõi ñeå

cheá taïo ra moät khoái löôïng saûn phaåm kim loaïi raát lôùn. Chaát löôïng cuûa saûn phaåm ngaøy caøng

ñöôïc naâng cao cuøng vôùi nhöõng keát quaû nghieân cöùu vaø söï hieän ñaïi hoaù quaù trình saûn xuaát

Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn

Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn

ñuùc. Nhöõng saûn phaåm ñuùc raát ña daïng nhö thaân maùy coâng cuï, caùc voû hoäp giaûm toác, voû

ñoäng cô ñieän, voû maùy phaùt ñieän, caùc loaïi giaù ñôõ vaø nhieàu loaïi chi tieát maùy quan troïng

khaùc baèng kim loaïi ñen vaø hôïp kim maøu.

1.1.3 Phaân loaïi caùc phöông phaùp ñuùc:

Phöông phaùp saûn xuaát ñuùc ñöôïc phaân loaïi tuøy thuoäc vaøo loaïi khuoân, maãu, phöông

phaùp laøm khuoân v.v...

Theo loaïi khuoân ñuùc ngöôøi ta phaân ra:

a.Ñuùc trong khuoân caùt: ñoù laø daïng ñuùc phoå bieán. Khuoân caùt laø loaïi khuoân ñuùc moät

laàn (chæ roùt moät laàn roài phaù khuoân). Vaät ñuùc taïo hình trong khuoân caùt coù ñoä chính xaùc thaáp,

ñoä boùng beà maët keùm, löôïng dö gia coâng lôùn . Nhöng khuoân caùt taïo ra vaät ñuùc coù keát caáu

phöùc taïp, khoái löôïng lôùn.

b.Ñuùc ñaëc bieät: Ngoaøi khuoân caùt, caùc daïng ñuùc trong khuoân ñuùc (kim loaïi, voû

moûng…) ñöôïc goäp chung laø ñuùc ñaëc bieät.

Ñuùc ñaëc bieät cho saûn phaåm chaát löôïng cao hôn, ñoä chính xaùc, ñoä boùng cao hôn vaät

ñuùc trong khuoân caùt. Ngoaøi ra phaàn lôùn caùc phöông phaùp ñuùc ñaëc bieät coù naêng suaát cao

hôn. Tuy nhieân ñuùc ñaëc bieät thöôøng chæ taïo ñöôïc vaät ñuùc nhoû vaø trung bình.

Trong baûng döôùi ñaây trình baøy toùm taét caùc daïng saûn xuaát ñuùc, phöông phaùp taïo

khuoân vaø lónh vöïc söû duïng cuûa chuùng.

Daïng

ñuùc

(1)

Phöông

phaùp laøm

khuoân

(2)

Ñaëc tröng

phaân loaïi

(3)

Daïng saûn xuaát vaø ñaëc tính

cuûa vaät ñuùc

(4)

Lónh vöïc söû duïng

(5)

Ñuùc

trong

khuoân

caùt

Laøm khuoân

baèng tay

Maãu goã -saûn xuaát ñôn chieác,haøng

loaït nhoû, vaät ñuùc hình daïng

baát kyø

Duøng trong caùc tröôøng

hôïp thoâng thöôøng,

khoâng ñoøi hoûi chaát

löôïng cao

Maãu kim

loaïi

Saûn xuaát haøng loaït, vaät ñuùc

nhoû vaø trung bình, khoâng

quaù phöùc taïp

Duøng khi caàn naâng

cao ñoä chính xaùc.

Thôøi gian söû duïng maãu

töông ñoái lôùn

Laøm

khuoân

trong hoøm

khuoân

Vaät ñuùc nhoû vaø trung bình

hình daïng tuøy yù

Duøng trong tröôøng hôïp

coù nhieàu hoøm khuoân.

Tieát kieäm neàn xöôûng,

Saáy khuoân ñöôïc trong

loø saáy.

Laøm

khuoân treân

neàn xöôûng

Saûn xuaát ñôn chieác,haøng

loaït nhoû. Vaät ñuùc lôùn, hình

daïng baát kyø

Duøng khi thieáu hoøm

khuoân lôùn, khuoân töôi

hoaëc chæ saáy beà maët.

Söû duïng khi ñuùc gang.

Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn

Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn

Ñuùc

trong

khuoân

caùt

Laøm khuoân

baèng maùy

Laøm

khuoân treân

maùy eùp vaø

maùy daèn

Saûn xuaát haøng loaït trung

bình, haøng loaït lôùn.Vaät ñuùc

nhoû, ñôn giaûn

Duøng khi yeâu caàu

naêng suaát cao. Hoøm

khuoân khoâng cao quaù

200mm

Laøm

khuoân treân

maùy thoåi

caùt.

Hìng daïng baát kyø, coù kích

thöôùc lôùn vaø trung bình.

Saûn xuaát haøng loaït nhoû vaø

trung bình

Duøng khi ñuùc caùc vaät

ñuùc coù chieàu cao, kích

thöôùc ngang lôùn. Hoøm

khuoân lôùn

Ñuùc

ñaëc

bieät

Khuoân kim

loaïi

Ñieàn ñaày

kim loaïi

loûng baèng

roùt töï do

Saûn xuaát haøng loaït lôùn. Vaät

ñuùc nhoû, trung bình. Caáu taïo

ñôn giaûn

Duøng ñuùc caùc kim loaïi

khaùc nhau caàn cô tính

cao. Haïn cheá ñuùc gang

xaùm

Ñieàn ñaày

kim loaïi

loûng döôùi

aùp löïc

Saûn xuaát haøng loaït lôùn,haøng

khoái, vaät ñuùc nhoû ñôn giaûn.

Ñuùc vaät coù yeâu caàu

chaát löôïng cao . Thích

hôïp chæ vôùi hôïp kim

ñuùc coù nhieät ñoä noùng

chaûy thaáp.

Ñuùc

ñaëc

bieät

Khuoân ñuùc

li taâm

Khuoân kim

loaïi, truïc

quay thaúng

ñöùng

Saûn xuaát haøng loaït. Vaät ñuùc

troøn xoay, roãng

Duøng ñuùc caùc hôïp kim

khaùc nhau.Ñöôøng kính

vaät ñuùc lôùn, chieàu cao

khoâng lôùn laém

Khuoân caùt

ñaët treân

giaù quay

truïc thaúng

ñöùng

Saûn xuaát haøng loaït nhoû vaø

trung bình.Vaät ñuùc coù daïng

baát kyø nhoû.

Duøng ñuùc caùc hôïp kim

vaät ñuùc khoâng lôùn.

Khuoân kim

loaïi truïc

quay naèm

ngang

daïng coâng

soân.

Saûn xuaát haøng loaït. Vaät ñuùc

troøn xoay,roãng

Duøng ñuùc caùc hôïp kim

ít thieân tích. Yeâu caàu

chaát löôïng cao. Chieàu

daøi vaät ñuùc nhoû

Khuoân kim

loaïi hai

nöûa, truïc

quay naèm

ngang

Saûn xuaát haøng loaït, vaät ñuùc

troøn xoay,roãng; Vaät ñuùc coù

maët ngoaøi khoâng troøn xoay

Duøng cheá taïo caùc loaïi

oáng baèng caùc hôïp kim

Coù ñöôøng kính nhoû

chieàu daøi lôùn.

Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn

Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn

Khuoân ñuùc

li taâm

Khuoân

kim loaïi

coù loùt hoãn

hôïp caùt

beân trong

khuoân

lieàn truïc

quay naèm

ngang

Saûn xuaát haøng loaït, trung

bình vaät ñuùc coù tieát dieän

khoâng ñeàu

Duøng ñuùc caùc vaät ñuùc

baèng gang xaùm, coù gia

coâng maët ngoaøi.

Ñuùc lieân tuïc Khuoân

ñuùc coù

daïng bình

keát tinh

coù laøm

nguoäi

tuaàn

hoaøn.

Saûn xuaát haøng loaït. Vaät ñuùc

laø thoûi hoaëc oáng coù tieát dieän

khoâng ñoåi treân chieàu daøi, ñoä

daøi lôùn.

Duøng trong tröôøng hôïp

cheá taïo thoûi hay oáng,

yeâu caàu maët ngoaøi vaø

maët trong cuûa oáng coù

chaát löôïng cao khoâng

caàn gia coâng

Ñuùc chính

xaùc

Maãu kim

loaïi,voû

khuoân ñaëc

bieät coù

chieàu daøy

nhoû

Duøng trong saûn xuaát haøng

loaït, vaät ñuùc nhoû vaø trung

bình

Cheá taïo vaät ñuùc coù

chaát löôïng cao, kim

loaïi quùi, löôïng dö gia

coâng nhoû.

Maãu baèng

vaät lieäu

deã chaûy,

khuoân caùt

ñaëc bieät

khoâng coù

maët phaân

khuoân

Daïng saûn xuaát haøng loaït

trung bình trôû leân. Vaät ñuùc

nho,û phöùc taïp.

Duøng cheá taïo vaät ñuùc

chính xaùc cao, khoâng

phaûi gia coâng cô hoaëc

gia coâng vôùi löôïng dö

nho,û vaät ñuùc baèng kim

loaïi, hôïp kim quùi,

hieám

1.2 Söï keát tinh cuûa kim loaïi vaät ñuùc trong khuoân.

Kim loaïi loûng khi ñieàn ñaày loøng khuoân seõ nhanh choùng chuyeån daàn sang traïng thaùi

ñaëc theo quaù trình keát tinh phuï thuoäc vaøo nhieàu yeáu toá :

- Tính chaát lyù nhieät vaø nhieät ñoä roùt cuûa hôïp kim ñuùc.

- Tính chaát lyù nhieät cuûa vaät lieäu khuoân.

- Coâng ngheä ñuùc.

Coù theå phaân chia quaù trình keát tinh thaønh caùc giai ñoaïn lieân tieáp sau ñaây:

a.Giai ñoaïn ñieàn ñaày kim loaïi loûng vaøo loøng khuoân. Thôøi gian ñieàn ñaày tính töø khi

baét ñaàu roùt ñeán thôøi ñieåm kim loaïi loûng ñieàn ñaày heä thoáng roùt vaø ñaäu ngoùt. Thoâng thöôøng

thôøi gian roùt phaûi ñaûm baûo sao cho kim loaïi ñieàn ñaày nhanh, neân giai ñoaïn naøy chöa coù söï

Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn

Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn

haï nhieät ñaùng keå.

b.Giai ñoaïn haï nhieät ñoä töø to roùt ñeán nhieät ñoä ñieåm loûng. Kim loaïi loûng trong loøng

khuoân tieáp xuùc vôùi thaønh khuoân seõ truyeàn nhieät vaøo vaät lieäu khuoân vôùi toác ñoä khaùc nhau

phuï thuoäc vaøo tính chaát lyù nhieät cuûa khuoân vaø löôïng taäp trung kim loaïi töøng vuøng . Vì ôû

ñaùy loøng khuoân bao giôø cuõng ñöôïc ñieàn ñaày tröôùc neân ôû ñoù seõ baét ñaàu keát tinh tröôùc, sau

ñoù môùi ñeán thaønh beân. Höôùng taûn nhieät luoân luoân vuoâng goùc vôùi thaønh khuoân.

c.Giai ñoaïn keát tinh tính töø nhieät ñoä ñieåm loûng ñeán nhieät ñoä ñieåm ñaëc (khoaûng

ñoâng ñaëc). Trong loøng khuoân, kim loaïi loûng bao giôø cuõng keát tinh theo höôùng töø döôùi leân

vaø töø ngoaøi vaøo trong ôû caùc thaønh beân. Ôû giai ñoaïn naøy coù theå xaûy ra theo hai tröôøng hôïp.

+ Ñoâng ñaëc theo lôùp :Nhöõng kim loaïi nguyeân chaát, hôïp kim cuøng tinh hoaëc khoaûng

keát tinh heïp thöôøng ñoâng ñaëc theo lôùp (hình 1-1a).

Ñöôøng cong taêng daàn töø hai phía thaønh khuoân vaø cao nhaát ôû taâm. Toác ñoä truyeàn

nhieät cuûa kim loaïi loûng giaûm daàn töø ngoaøi vaøo trong . Khi haï nhieät ñoä xuoáng ñeát to

keát tinh

seõ baét ñaàu hình thaønh töøng lôùp tinh theå. Giaû söû ôû thôøi ñieåm 1, öùng vôùi ñöôøng cong bieåu

dieãn 1 ñaõ taïo lôùp ñoâng ñaëc 1.Tieáp ñeán thôøi ñieåm 2 öùng vôùi ñöôøng cong bieåu dieãn 2 seõ coù

lôùp ñoâng ñaëc 2 . Tieáp tuïc nhö vaäy seõ ñeán moät thôøi ñieåm ñöôøng cong bieåu dieãn tröôøng

nhieät naèm ngang, nghóa laø noù ñaõ haï thaáp baèng hoaëc döôùi to

keát tinh thì vaät ñuùc ñoâng ñaëc

hoaøn toaøn.

+ Ñoâng ñaëc theå tích : nhöõng hôïp kim coù khoaûng nhieät ñoä keát tinh lôùn thöôøng xaûy ra

ñoâng ñaëc theå tích. Taát nhieân cuõng do ñoä truyeàn nhieät giaûm daàn töø ngoaøi thaønh khuoân vaøo

trong, neân xeùt ôû moãi thôøi ñieåm bao giôø gaàn thaønh cuõng ñoâng tröôùc.

Nhöng nhö treân (hình 1-1b), hai ñöôøng cong bieåu dieãn luùc môùi ñaàu coù theå caét qua

caû hai ñieåm loûng vaø ñaëc (a1, b1), nhö vaäy xeùt trong ñoä daøy 1 seõ coù caû hai pha loûng vaø ñaëc.

Khi nhieät ñoä haï daàn xuoáng ôû thôøi ñieåm 2 toaøn boä ñöôøng cong bieåu dieãn haï xuoáng döôùi

Hình 1-1 Caùc loaïi hình keát tinh



1

2

b 1

 2

1 2 a1 1 2

1

o kt

1 2

t loûng

t ñaëc

Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn

Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn

ñieåm loûng, neân caû moät khoaûng lôùn seõ goàm tinh theå keát tinh (pha ñaëc) vaø chöa keát tinh (pha

loûng).

Vieäc keát tinh theo lôùp hay theå tích roõ raøng seõ aûnh höôûng ñeán söï hình thaønh toå chöùc cuûa vaät

ñuùc sau khi ñoâng ñaëc hoaøn toaøn.

d.Giai ñoaïn nguoäi trong khuoân :Keát thuùc giai ñoaïn treân, kim loaïi ñaõ hoaøn toaøn

ñoâng ñaëc. Töø nhieät ñoä ñieåm ñaëc trôû xuoáng nhieät ñoä öùng vôùi thôøi ñieåm laáy vaät ñuùc ra khoûi

khuoân, quy ñònh laø giai ñoaïn nguoäi trong khuoân. Ñaây laø thôøi ñieåm xaûy ra söï chuyeån bieán

pha öùng vôùi töøng hôïp kim ñuùc vaø töøng nhieät ñoä. Quaù trình keát tinh laïi ôû giai ñoaïn naøy cuõng

phuï thuoäc vaøo keát caáu vaät ñuùc.

Phaàn thaønh moûng, thaønh daøy hoaëc vuøng taäp trung kim loaïi lôùn, toác ñoä chuyeån bieán

seõ khaùc nhau.

e.Giai ñoaïn nguoäi ngoaøi khuoân : Tuyø thuoäc vaøo coâng ngheä ñuùc ñaõ qui ñònh thôøi

gian laáy vaät ñuùc ra khoûi khuoân maø xaùc ñònh thôøi ñieåm baét ñaàu nguoäi ngoaøi khuoân, Noùi

chung, khi vaät ñuùc ñaõ ra khoûi khuoân seõ coù toác ñoä nguoäi nhanh hôn. Vaät ñuùc qui ñònh laáy ra

sôùm, ngöôøi ta thöôøng cho vaøo loø uû hoaëc buoàng uû ñeå haïn cheá bôùt toác ñoä nguoäi traùnh gaây ra

öùng suaát dö, hoaù cöùng beà maët, laøm oån ñònh vaø ñoàng ñeàu thaønh phaàn hoùa hoïc...

Phaân bieät caùc giai ñoaïn treân laøm cô sôû cho vieäc thieát laäp coâng ngheä ñuùc hôïp lyù nhaèm loaïi

boû ñöôïc caùc khuyeát taät ñuùc coù theå xaûy ra, naâng cao chaát löôïng vaät ñuùc.

1.3 Toå chöùc kim loaïi vaät ñuùc:

Toå chöùc kim loaïi vaät ñuùc sau khi ñaõ nguoäi hoaøn toaøn xeùt cho moät hôïp kim nhaát

ñònh cuõng seõ khaùc nhau bôûi vì toå chöùc ñoù phuï thuoäc vaøo khaù nhieàu yeáu toá : Keát caáu vaät

ñuùc, phöông phaùp ñuùc, coâng ngheä ñuùc. Vì theá khoù coù theå tìm ra moät qui luaät chung. Moät

caùch toång quaùt, ngöôøi ta xeùt toå chöùc kim loaïi vaät ñuùc vôùi ñieàu kieän nguoäi bình thöôøng treân

moät thoûi ñuùc vôùi hai maët caét : doïc vaø ngang (hình 1-2).

Xeùt töø ngoaøi vaøo trong

thöôøng coù ba vuøng phaân bieät.

- Voû ngoaøi cuøng 1 coù lôùp haït

kim loaïi nhoû, ñaúng truïc. Do kim loaïi

loûng tieáp xuùc vôùi thaønh khuoân ñuùc

nguoäi hôn neân taïi ñaây ñoä truyeàn

nhieät lôùn. Maët khaùc vuøng keà thaønh

khuoân coù nhieàu taâm maàm saün coù,

toác ñoä hình thaønh taâm maàm lôùn hôn

nhieàu so vôùi toác ñoä phaùt trieån maàm

vì theá taïo neân haït nhoû, mòn. Lôùp voû

naøy daøy hay moûng tuyø thuoäc löôïng

tích nhieät cuûa voû khuoân ñuùc. Lôùp voû

bao giôø cuõng beàn vaø cöùng.

- Vuøng 2 tieáp sau coù söï keát

tinh phaàn lôùn ôû caùc taâm maàm töï sinh

vaø vaãn chòu aûnh höôûng lôùn cuûa

3 Hình 1-2 Caáu taïo kim

loaïi ñuùc

1- Haït mòn.

2- Haït hình truï

3- Haït troøn lôùn

4- Loõm co

Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn

Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn

höôùng taûn nhieät vuoâng goùc vôùi thaønh khuoân neân tinh theå kim loaïi coù daïng hình truï phaùt

trieån theo höôùng ngöôïc laïi cuûa vectô taûn nhieät.

Neáu thaønh vaät ñuùc khoâng lôùn laém (tieát dieän ngang nhoû), toác ñoä taûn nhieät lôùn, caùc

haït hình truï phaùt trieån vaø giao nhau ôû taâm, ta goïi ñoù laø daïng xuyeân taâm.

- Vuøng 3 laø vuøng naèm ôû khu vöïc giöõa thoûi ñuùc. Luùc naøy do ñoä daøy lôùp keát tinh ñaõ

daøy löôïng tích nhieät cuûa khuoân ñaõ giaûm nhieàu, phaàn kim loaïi loûng coøn laïi seõ taïo ra haït to

hôn vaø ñaúng höôùng.

Söï hình thaønh khuyeát taät ñuùc.

ÔÛ ñaây ta chæ xeùt daïng khuyeát taät hình thaønh do quaù trình keát tinh kim loaïi vaät ñuùc:

- Loõm co vaø roã co.

Loõm co hình thaønh do kim loaïi co theå tích, vì vaäy loõm co bao giôø cuõng naèm ôû phía

treân cuøng vaät ñuùc, taïi ñoù kim loaïi ñoâng ñaëc sau heát. Vuøng loõm co coù nhieàu taïp chaát coù

nhieät ñoä noùng chaûy thaáp. Ñeå traùnh loõm co, trong khuoân ñuùc phaûi thieát keá ñaäu ngoùt boå

sung.

Roã co cuõng hình thaønh do kim loaïi co theå tích khi keát tinh, nhöng chuùng phaân boá ôû

phía trong vaät ñuùc taïo ra caùc loã hoãng to nhoû khaùc nhau vôùi beà maët nham nhôû.

Trong vaät ñuùc roã co thöôøng xuaát hieän ôû vuøng coù theå tích kim loaïi lôùn, bôûi vì toác ñoä

nguoäi ôû vuøng naøy nhoû hôn xung quanh, neân khi kim loaïi co khoâng ñöôïc boå sung theâm. Neáu

loã hoãng raát nhoû vaø taäp trung thì goïi laø xoáp co.

Roã co laøm giaûm tieát dieän chòu löïc cuûa vaät ñuùc, laøm taêng öùng suaát taäp trung vaø laøm

giaûm ñoä deûo.

Ñeå haïn cheá roã co, ñieàu caàn thieát laø thieát keá keát caáu ñuùc hôïp lyù ñeå quaù trình keát tinh

luoân höôùng töø xa ñeán chaân ñaäu ngoùt hoaëc heä thoáng roùt.

- Roã khí.

Moät löôïng khí hoaëc ñaõ hoaø tan vaøo kim loaïi loûng khi naáu, hoaëc theo doøng chaûy

chaûy vaøo loøng khuoân, hoaëc do caùc phaûn öùng sinh khí khi kim loaïi loûng tieáp xuùc taùc duïng

leân vaät lieäu khuoân, trong quaù trình kim loaïi vaät ñuùc keát tinh khoâng thoaùt ra ñöôïc vaø taïo ra

nhöõng boït khí khi caân baèng daïng caàu löu laïi trong vaät ñuùc. Beà maët loã hoãng roã khí nhaün vaø

bò oxy hoaù. Chuùng phaân boá baát kyø trong vaät ñuùc.

Cuõng nhö roã co, roã khí laøm giaûm tieát dieän chòu löïc, giaûm cô tính.

- Thieân tích.

Kim loaïi vaät ñuùc do keát tinh qua caùc giai ñoaïn khaùc nhau, höôùng töø döôùi leân vaø töø

ngoaøi vaøo trong neân deã taïo ra söï khoâng ñoàng ñeàu veà thaønh phaàn hoaù hoïc, daãn ñeán khoâng

ñeàu veà toå chöùc cô tính vaø khaû naêng chòu löïc. Nhöõng daïng haït keát tinh thoâ ñaïi cuõng coù

thieân tích noäi boä.

Nhö vaäy, quaù trình keát tinh vôùi toác ñoä khoâng ñeàu, vôùi höôùng keát tinh khaùc nhau ñeàu

laø nguyeân nhaân gaây neân thieân tích.

Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn

Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn

1.4 Quaù trình saûn xuaát ñuùc baèng khuoân caùt vaø caùc boä phaän cô baûn cuûa

moät khuoân ñuùc.

1.4.1 Quaù trình saûn xuaát ñuùc baèng khuoân caùt: ñöôïc bieåu dieãn treân sô ñoà hình 1-3:

Quaù trình saûn xuaát vaät ñuùc trong khuoân caùt coù theå toùm taét nhö sau:

- Boä phaän kyõ thuaät caên cöù theo baûn veõ cô khí, laäp ra baûn veõ vaät ñuùc, maãu, hoäp loõi,

laép raùp…

- Boä maãu goàm: maãu ñuùc, hoäp loõi, taám maãu, maãu heä thoáng roùt, ñaäu hôi, ñaäu ngoùt.

- Khuoân ,maãu, hoäp loõi thöôøng laøm thaønh hai nöûa vaø laép vôùi nhau baèng caùc choát

ñònh vò.

- Khuoân ñuùc vaø loõi thöôøng phaûi saáy khoâ ñeå taêng cô tính vaø khaû naêng thoâng khí.

- Boä phaän naáu chaûy kim loaïi loûng phaûi phoái hôïp nhòp nhaøng vôùi quaù trình laøm

khuoân, laép raùp khuoân ñeå tieán haønh roùt kim loaïi loûng vaøo khuoân kòp thôøi.

Hoãn hôïp

laøm

khuoân

Hoäp loõi

Hoãn hôïp

Maãu ñuùc laøm loõi Loø ñuùc

Nhieân

lieäu

Nguyeân lieäu

kim loaïi

Laøm

khuoân

Saáy

khuoân

Roùt khuoân

Bieán tính

Naáu kim

loaïi

Phaù khuoân, loõi

Saáy loõi

Laøm saïch vaät ñuùc

Kieåm tra Pheá phaåm

Vaät ñuùc

Laép raùp khuoân, loõi

Laøm loõi

Khuoân khoâ

Khuoân töôi

Hình 1-3 Quaù trình saûn xuaát ñuùc trong khuoân caùt.

Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn

Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn

- Sau khi kim loaïi ñoâng ñaëc, vaät ñuùc ñöôïc hình thaønh trong khuoân, tieán haønh phaù

khuoân, loõi, laøm saïch vaät ñuùc, kieåm tra vaät ñuùc baèng thuû coâng hoaëc baèng maùy.

Kieåm tra vaät ñuùc veà hình daùng, kích thöôùc, chaát löôïng beân trong…

1.4.2 Nhöõng boä phaän chính ñeå ñuùc vaät ñuùc trong khuoân caùt:

1.5 Nhöõng nhaân toá aûnh höôûng ñeán chaát löôïng vaät ñuùc

Chaát löôïng vaät ñuùc ñöôïc ñaùnh giaù baèng caùc chæ tieâu sau ñaây :

- Ñoä chính xaùc hình daïng vaø kích thöôùc.

- Ñoä nhaün boùng maët ngoaøi.

- Chaát löôïng kim loaïi cuûa hôïp kim vaät ñuùc tuøy thuoäc vaøo quaù trình coâng ngheä ñuùc

vaø yeâu caàu saûn phaåm, chaát löôïng vaät ñuùc chòu caùc aûnh höôûng nhö:

a.Hôïp kim ñuùc: Moãi hôïp kim ñuùc coù tính ñuùc toát xaáu khaùc nhau neân chaát löôïng

khaùc nhau. Vì theá khi ñaùnh giaù ñuùng tính ñuùc cuûa hôïp kim chuùng ta seõ coù bieän phaùp coâng

ngheä ñuùc hôïp lyù.

b. Loaïi khuoân ñuùc vaø phöông phaùp ñuùc.

Hình 1-4 Caùc boä phaän cuûa khuoân ñuùc.

a) Chi tieát. b) Maãu ñuùc. c) Hoäp loõi. d) Khuoân ñuùc. e) Vaät ñuùc vaø heä thoáng roùt.

1. Tai maãu; 2. Loõi; 3. Choát ñònh vò; 4. Hoøm khuoân; 5. Heä thoáng roùt; 6. Vaät ñuùc;

7. Loøng khuoân; 8. Ñaäu ngoùt vaø ñaäu hôi; 9. Hoãn hôïp laøm khuoân; 10. Xieân hôi;

11. Loã thoaùt khí cuûa loõi; 12. Maët phaân khuoân.

Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn

Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn

Quaù trình keát tinh kim loaïi vaät ñuùc xaûy ra khaùc nhau tuøy thuoäc vaøo loaïi khuoân ñuùc

vaø phöông phaùp ñuùc.

- Khuoân caùt coù ñoä daãn nhieät thaáp neân kim loaïi nguoäi chaäm taïo ra haït tinh theå cuûa

vaät ñuùc lôùn. Beà maët loøng khuoân caùt khoâng nhaün neân laøm beà maët vaät ñuùc keùm nhaün boùng.

Khi ñoä chòu nhieät cuûa hoãn hôïp keùm seõ gaây ra chaùy caùt treân beà maët vaät ñuùc. Ngöôïc laïi,

trong khuoân kim loaïi caáu taïo haït nhoû mòn laøm taêng cô tính vaät ñuùc, nhöng thöôøng gaây ra

noäi öùng suaát trong vaät ñuùc vaø deã hoaù cöùng maët ngoaøi caûn trôû quaù trình caét goït.

Maët khaùc, chaát löôïng vaät ñuùc cuõng chòu aûnh höôûng do söû duïng phöông phaùp ñuùc

khaùc nhau. Phöông phaùp laøm khuoân baèng tay hay baèng maùy seõ cho ta chaát löôïng vaät ñuùc

khaùc nhau. Laøm baèng maùy dó nhieân seõ coù chaát löôïng ñoàng ñeàu, chính xaùc hôn laøm baèng

tay. Cuøng moät loaïi khuoân kim loaïi, nhöng phöông phaùp ñieàn ñaày baèng roùt töï do taïo ra chaát

löôïng khaùc vôùi ñieàn ñaày döôùi aùp löïc hoaëc ñieàn ñaày nhôø löïc li taâm.

c.AÛnh höôûng cuûa coâng ngheä ñuùc.

Coâng ngheä ñuùc ñöôïc theå hieän baèng nhöõng bieän phaùp cuï theå theo thöù töï ñoái vôùi töøng

loaïi vaät ñuùc. Toång hôïp caùc bieän phaùp trong moät quaù trình saûn xuaát ñeå taïo ra chaát löôïng vaät

ñuùc cao hôn. Thöïc hieän moät coâng ngheä ñuùc hôïp lyù laø theå hieän moät caùch tích cöïc ñeå loaïi boû

tôùi möùc toái thieåu caùc khuyeát taät ñuùc.

Coâng ngheä ñuùc bao goàm :

- Coâng ngheä naáu chaûy hôïp kim ñuùc

- Coâng ngheä cheá taïo khuoân vaø loõi.

- Coâng ngheä roùt.

Ngoaøi ra, moät nhaân toá quan troïng nöõa laø naâng cao tay ngheà, hieän ñaïi hoaù quaù trình

saûn xuaát, thay ñoåi trang thieát bò.

Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn

Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn

Chöông 2 (Tham khaûo)

NGUYEÂN LYÙ THIEÁT KEÁ KEÁT CAÁU VAÄT ÑUÙC

2.1 Khaùi nieäm:

Vaät ñuùc laø daïng saûn phaåm hình thaønh töø hôïp kim loûng trong loøng khuoân. Söï hình

thaønh ñoù chòu aûnh höôûng lôùn keát caáu vaät ñuùc.

Khi saûn xuaát ñuùc, keát caáu vaät ñuùc khaùc nhau taùc ñoäng tröïc tieáp ñeán quaù trình coâng

ngheä laøm khuoân, loõi, ñeán söï keát tinh vaät ñuùc, ñeán söï hình thaønh caùc toå chöùc vaø caùc khuyeát

taät.

Nhö vaäy, moät keát caáu ñuùc hôïp lyù seõ taïo ra chaát löôïng vaät ñuùc cao, giaù thaønh haï vaø

quaù trình gia coâng tieáp theo ñöôïc ñôn giaûn.

Moät keát caáu kim loaïi (chi tieát) seõ ñöôïc taïo hình baèng ñuùc phaûi baûo ñaûm nhöõng yeâu

caàu sau ñaây:

- Baûo ñaûm quaù trình coâng ngheä laøm khuoân vaø loõi ñôn giaûn, thuaän tieän.

- Deã xaùc ñònh vò trí loøng khuoân trong khuoân ñuùc ñeå taïo ra höôùng keát tinh ñuùng

nhaèm naâng cao chaát löôïng hôïp kim ñuùc, loaïi boû caùc khuyeát taät ñuùc.

- Baûo ñaûm cho quaù trình coâng ngheä gia coâng caét goït ñöôïc thuaän lôïi.

- Baûo ñaûm cô tính cuûa vaät ñuùc.

Trong saûn xuaát ñuùc, vaät ñuùc ñöôïc phaân chia theo khoái löôïng goàm: Nhoû, trung bình

vaø lôùn. Trong baûng giôùi thieäu söï phaân chia ñoù vaø saûn löôïng haøng naêm cuûa chi tieát ñuùc

(chieác):

Nhoû (Kg) Trung bình (Kg) Lôùn (Kg) Raát lôùn (Kg)

Ñeán 100 100  500 500  5000 >5000

Troïng löôïng

vaät ñuùc(KG)

Daïng saûn xuaát

Ñôn chieác Loaït nhoû Loaït vöøa Loaït lôùn Haøng

khoái

Ñeán 20

> 20100

>100500

>5001.000

Ñeán 300

Ñeán 150

Ñeán 75

Ñeán 50

3003.000

1502.000

751.000

50600

3.00035.000

2.00015.000

1.0006.000

6003.000

35.000200.000

15.000100.000

6.00040.000

3.00020.000

>200.000

>100.000

>40.000

>20.000

Vaät ñuùc ñöôïc phaân chia theo loaïi keát caáu: ñôn giaûn phöùc taïp ôû caùc möùc ñoä khaùc

nhau. Xeùt veà ñaëc tröng rieâng cuûa phöông phaùp ñuùc, möùc ñoä ñôn giaûn hay phöùc taïp cuûa keát

caáu vaät ñuùc thöôøng caên cöù vaøo söï taäp trung hay phaân taùn löôïng kim loaïi treân toaøn boä vaät

ñuùc. Moät caùch töông ñoái hôïp lyù keát caáu vaät ñuùc ñöôïc caên cöù vaøo tyû soá cuûa dieän tích beà maët

F vaø theå tích V cuûa noù.

Neáu moät keát caáu coù F/V lôùn, coù nghóa laø keát caáu coù dieän tích beà maët lôùn, nhieàu gaân

gôø, thaønh moûng. Loaïi keát caáu nhö vaäy thuoäc loaïi phöùc taïp. Ngöôïc laïi neáu F/V nhoû, coù

nghóa laø vaät ñuùc ñöôïc thu goïn laïi. Loaïi naøy thuoäc loaïi ñôn giaûn.

Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn

Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn

Nhöõng keát caáu vaät ñuùc phöùc taïp gaây khoù khaên nhieàu hôn cho quaù trình laøm khuoân,

ñieàn ñaày kim loaïi loûng. Keát caáu caøng thu goïn caøng thuaän tieän hôn.

Moät soá vaät ñuùc coù caùc phaàn keát caáu phöùc taïp vaø ñôn giaûn. Loaïi keát caáu naøy thöôøng

khoù baûo ñaûm chaát löôïng ñuùc cao.

Trong thöïc teá caùc daïng nhö puli, baùnh raêng, goái ñôõ... coù keát caáu ñôn giaûn. Caùc loaïi

nhö thaân maùy, voû hoäp giaûm toác, voû ñoäng cô.v.v...thuoäc loaïi keát caáu phöùc taïp.

Thoâng thöôøng keát caáu vaät ñuùc cuõng nhö caùc keát caáu ñònh hình khaùc ñeàu do moät soá

boä phaän caáu thaønh. Coù nhöõng boä phaän chính goàm nhöõng phaàn ñeå laép raùp, chòu löïc cao khi

laøm vieäc nhö moayô, chaân ñeá, vaønh raêng, truïc ñôõ....nhöõng boä phaän khaùc chæ coù taùc duïng

lieân keát nhö thaønh noái, gaân, nan hoa ...Nhôø caùc phaàn naøy maø phaàn chính chòu ñöôïc taùc

duïng löïc lôùn, cöùng vöõng, ñoâi khi coøn taïo

neân thuøng kín ñeå che hoaëc chöùa.

Treân hình 1-5 Giôùi thieäu moät keát

caáu thuoäc loaïi töông ñoái phöùc taïp goàm 1

laø boä phaän laép raùp, ñöôïc noái vôùi vaønh

chòu löïc 2 baèng vaùch lieân keát 3. Taát caû

taïo neân moät keát caáu chung.

Thieát keá moät keát caáu khoâng

nhöõng phaûi xaùc ñònh hôïp lyù hình daùng,

kích thöôùc, loaïi tieát dieän sao cho phuø hôïp

vôùi khaû naêng laøm vieäc, khaû naêng chòu löïc

maø coøn phaûi thöïc hieän baèng ñuùc ñöôïc

hôïp lyù. Ngöôøi ta goïi ñoù laø keát caáu coâng

ngheä ñuùc.

2.2 Nguyeân taéc thieát keá keát caáu vaät ñuùc.

Thieát keá moät keát caáu phaûi thoûa maõn moät soá nguyeân taéc sau:

2.2.1 Thieát keá keát caáu thoaû maõn chaát löôïng hôïp kim:

Hôïp kim ñuùc khi chuyeån töø traïng thaùi loûng sang

ñaëc trong khuoân chòu aûnh höôûng lôùn cuûa keát caáu vaät

ñuùc. Khi keát caáu khoâng hôïp lyù seõ gaây khoù khaên cho

vieäc choïn höôùng keát tinh vaø deã gaây ra khuyeát taäp ñuùc.

- Keát caáu choáng xuaát hieän roã co: Nôi xuaát hieän roã

co laø nôi taäp trung kim loaïi nhieàu hôn xung quanh noù.

Ñeå ñaùnh giaù löôïng kim loaïi taäp trung nhieàu hay ít ngöôøi

ta duøng khaùi nieäm voøng troøn nhieät. Treân hình 1-6 bieåu

dieãn caùc voøng troøn nhieät coù ñöôøng kính khaùc nhau.

Neáu söï cheânh leäch ñöôøng kính cuûa voøng troøn lôùn

seõ deã xuaát hieän roã co ôû vuøng coù ñöôøng kính lôùn nhaát.

Hình 1-5 Keát caáu vaät ñuùc

1-Boä phaän laép raùp (Moayô) ; 2-

Vaønh chòu löïc ; 3-Vaùch lieân keát.

Hình 1-6

Bieåu dieãn voøng troøn nhieät

Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn

Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn

 

aA R  

Theo kinh nghieäm, neáu trong cuøng keát caáu, khi d1/d2 >1,5 laø khoâng hôïp lyù.

Khi xaùc ñònh tröôùc ñöôïc höôùng keát tinh vaø vò trí cuûa chaân ñaäu ngoùt thì voøng troøn

nhieät caøng leân treân phaûi

daàn daàn lôùn hôn ñeå phaùt huy khaû naêng boå ngoùt.

Neân giaûm bôùt löôïng kim loaïi taäp trung ôû nhöõng phaàn

khoâng caàn thieát ñeå traùnh roã co (hình 1-7).

Nhöõng keát caáu coù daïng oáng (moayô) khi ñuùc phaûi

ñaët loõi ñeå taïo loã, caàn choïn ñöôøng kính trong vaø ngoaøi hôïp lyù

(hình 1-8) ñeå taän duïng khaû naêng tích nhieät cuûa loõi. Neáu loã

quaù nhoû so vôùi chieàu daøy thaønh oáng thì khaû naêng ñoâng ñaëc

taïi ñoù seõ chaäm hôn vaø deã xuaát hieän roã co. Thöôøng ngöôøi ta

choïn tyû leä ñöôøng kính ngoaøi D vaø ñöôøng kính trong d theo:

d> D/2

- Keát caáu choáng xuaát hieän öùng suaát dö.

Xeùt veà maët keát caáu, öùng suaát dö sinh ra do

nguoäi khoâng ñoàng ñeàu ôû caùc phaàn trong cuøng vaät

ñuùc, do keát caáu ñoù coù ñoä co chieàu daøi lôùn. Do ñoù, ñeå

choáng xuaát hieän roã co phaûi tuaân theo caùc ñaëc ñieåm

Xeùt veà maët keát caáu, öùng suaát dö sinh ra do

nguoäi khoâng ñoàng ñeàu ôû caùc phaàn trong cuøng vaät

ñuùc, do keát caáu ñoù coù ñoä co chieàu daøi lôùn. Do ñoù, ñeå

choáng xuaát hieän roã co phaûi tuaân theo caùc ñaëc ñieåm

Thaønh ngoaøi (mm) 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25

Thaønh trong (mm) 5 6 8 10 12 12 14 16 18 22

Tæ soá chieàu daøi thaønh Kích thöôùc

A/a 1,75 A/a >1,75

C= 0,6A

L  6(c-a)

Hình 1-7

Hình 1-8

A L

c R

Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn

Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn

Thư viện tri thức trực tuyến

Giáo trình công nghệ kim loại

Nội dung xem thử

Mô tả chi tiết

Tài liệu tương tự (6)

Giáo trình công nghệ chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa

Giáo trình công nghệ phần mềm

Giáo trình công nghệ đúc

Giáo trình công nghệ trồng trọt

Giáo trình công nghệ phục vụ trong khách sạn - nhà hàng

Giáo trình công nghệ gen trong nông nghiệp