XÁC Đ NH Đ CH Y LOÃNG C A H P KIM NHÔM ĐÚC VÀ CH T O MÔỊ Ộ Ả Ủ Ợ Ế Ạ

HÌNH THI T B THÍ NGHI M ĐO Đ CH Y LOÃNGẾ Ị Ệ Ộ Ả

H Sỹ Hùng ồĐ i h c S Ph m Kỹ Thu t TPHCMạ ọ ư ạ ậ

TÓM T TẮBài báo trình bày k t qu ch t o mô hình thi t b thí nghi m đo đ ch y loãngế ả ế ạ ế ị ệ ộ ả

và xác đ nh đ ch y loãng c a h p kim nhôm đúc ị ộ ả ủ ợT khóa: ừ H p kim nhôm DAC12, đ ch y loãngợ ộ ảAbstract

In this paper, we present the results of design, manufacture sample to making mould and specify fludity of aluminium casting alloy DAC12 by spiral test

Key words: Aluminum casting alloy DAC12, fluidity1. M Đ UỞ Ầ

S n xu t đúc đ c phát tri n r t m nh và đ c s d ng r t r ng rãi trong cácả ấ ượ ể ấ ạ ượ ử ụ ấ ộ ngành công nghi p. kh i l ng v t đúc trung bình chi m kho ng 40 80% t ng kh iệ ố ượ ậ ế ả ữ ổ ố l ng c a máy móc. Trong ngành c khí kh i l ng v t đúc chi m đ n 90% mà giáượ ủ ơ ố ượ ậ ế ế thành ch chi m 20-25%.ỉ ếTính đúc c a h p kim ủ ợ-Tính ch y loãng ả Tính ch y loãng là m c đ ch y loãng hay s t c a h p kim đúc, nó quy t đ nh kh ả ứ ộ ả ệ ủ ợ ế ị ảnăng đi n đ y khuôn và nh n đ c v t đúc rõ nét. Có các y u t nh h ng đ n tính ề ầ ậ ượ ậ ế ố ả ưở ếch y loãng c a h p kim đúc: ả ủ ợ

- Nhi t đ : Tệ ộ 0 tăng lên ( Tở 0 nh t đ nh) thì tính ch y loãng tăng. ấ ị ả- C u t o h p kim: Gang xám có tính ch y loãng cao nh t. ấ ạ ợ ả ấ- T p ch t: làm tăng đ s t thu l c. ạ ấ ộ ệ ỷ ự- nh h ng c a khuôn, thành ph n hoá h c và hình th c rót kim lo i vào Ả ưở ủ ầ ọ ứ ạkhuôn. - Dùng m u th có rãnh xo n c.ẫ ử ắ ố- Kim lo i l ng đ c rót vào c c rót và ch y theo rãnh c a m u th . ạ ỏ ượ ố ả ủ ẫ ử- Đ ch y loãng c a h p kim đúc đ c xác đ nh b ng chi u dài kim lo i đi n ộ ả ủ ợ ượ ị ằ ề ạ ềđ y m u th . ầ ẫ ử- Chi u dài đó càng l n thì đ ch y loãng càng l n. ề ớ ộ ả ớ

Tính thiên tích Là s không đ ng nh t v thành ph n hoá h c trong t ng ph n c a v t đúc. Có 2ự ồ ấ ề ầ ọ ừ ầ ủ ậ

lo i thiên tích: ạThiên tích vùng: Là s không đ ng nh t v thành ph n hoá h c trong t ng vùng c aự ồ ấ ề ầ ọ ừ ủ

v t đúc. Nguyên nhân là do t tr ng các nguyên t trong h p kim khác nhau và trongậ ỷ ọ ố ợ t ng ph n ph n c a v t đúc có s chênh l ch áp su t. ừ ầ ầ ủ ậ ự ệ ấ

Thiên tích trong n i b h t kim lo i: do các nguyên nhân sau: ộ ộ ạ ạ- S k t tinh c a các nguyên t h p kim không cùng m t lúc. ự ế ủ ố ợ ộ- Ngay trong h t kim lo i cũng l n xĩ và t p ch t. ạ ạ ẫ ạ ấ

1

- Do s th m th u gi a các ph n t trong h p kim không tri t đ . ự ẩ ấ ữ ầ ử ợ ệ ểTính co

Tính co là hi n t ng gi m th tích và chi u dài c a h p kim khi Tệ ượ ả ể ề ủ ợ 0 gi m xu ng. Cóả ố 2 lo i:ạ

- Lõm co: Là nh ng l r ng hình nón hình thành trên b m t v t đúc. Nguyênữ ổ ỗ ở ề ặ ậ nhân là do l p ngoài đông đ c tr c l p trong. khí, n c trong kim lo i thoát ra ngoài. ớ ặ ướ ớ ướ ạ

- R co: Là nh ng l r ng nh n m bên trong v t đúc, n m d c tr c th i đúc vàổ ữ ổ ỗ ỏ ằ ậ ằ ọ ụ ỏ n m d i lõm co. ằ ướ

- Là kh năng gi m th tích c a h p kim khi k t tinh.ả ả ể ủ ợ ế- Co th tích có th t o lõm co trong v t đúc, đ h n ch c n tính toán h th ng rótể ể ạ ậ ể ạ ế ầ ệ ố

và đ u ngót h p lý. ậ ợ- Hi n t ng co làm thay đ i hình dáng kích th c, t o ng su t, cong vênh ho cệ ượ ổ ướ ạ ứ ấ ặ

làm n t v t đúc. ứ ậ- Đ co ph thu c thành ph n h p kim đúc. ộ ụ ộ ầ ợ- Đ co chi u dài th ng b ng 1/3 đ co th tích.ộ ề ườ ằ ộ ểQuá trình co di n ra tr ng thái l ng và tr ng thái đ c (lúc k t tinh) cho đ n nhi tễ ở ạ ỏ ạ ặ ế ế ệ

đ th ng ộ ườCo tr ng thái l ng:ở ạ ỏ là s co t nhi t đ c a kim lo i l ng sau khi rót đ n nhi t đự ừ ệ ộ ủ ạ ỏ ế ệ ộ

h p kim b t đ u k t tinh. ợ ắ ầ ếNhi t đ càng cao, l ng co ngót càng nhi uệ ộ ượ ề . Đ i v i gang quá nhi t 100°C th tíchố ớ ệ ể

sẽ co kho ng 1,1 ÷ 1,8%ảCo khi k t tinh:ế là s co t nhi t đ c a kim lo i b t đ u k t tinh đ n khi k t tinhự ừ ệ ộ ủ ạ ắ ầ ế ế ế

xong. Đ co th tích này l n nh t tùy thu c nh ng y u t sau:ộ ể ớ ấ ộ ữ ế ốKho ng đông l n thì co càng nhi uả ớ ề ví d : gang càng xa đi m cùng tinh l ng coụ ể ượ

càng l n. ớThành ph n hóa h c nh h ng rõ nét đ n đ co c a h p kim. Ví d l ng graphitầ ọ ả ưở ế ộ ủ ợ ụ ượ

trong gang càng l n sẽ làm gi m co th tích (ớ ả ể 1% graphit tăng ch ng 2% th tíchừ ể ) do đó cùng thành ph n nh ng k t tinh thành gang tr ng co nhi u h n gang xám.ầ ư ế ắ ề ơ

Co tr ng thái r n:ở ạ ắ là s co t nhi t đ c a kim lo i k t tinh xong đ n nhi t đự ừ ệ ộ ủ ạ ế ế ệ ộ th ng. ườ Đó là co v chi u dài.ề ề Tính hoà tan khí

Tính hòa tan khí là s hoà tan các khí: O2, H2, N2, CO, CO2, CH4 vào kim lo i l ng ự ạ ỏgây nên r khí.ỗ

Oxy có th không hòa tan tr ng thái l ng và đ c trong nhóm kim lo i Al, Mg. Vì ể ở ạ ỏ ặ ạv y, khi đúc gang n u tăng hàm l ng Mg sẽ gi m l ng hòa tan khí. Oxy có th hòa tanậ ế ượ ả ượ ể

tr ng thái l ng v i s l ng l n v i Fe, Cu, Ni,...ở ạ ỏ ớ ố ượ ớ ớHydro là lo i khí có kh năng khu ch tán vào kim lo i nhi t đ phòng.ạ ả ế ạ ở ệ ộCác nguyên t nh Ti, Cr, Mn, Fe hòa tan Nit tr ng thái l ng t o thành dung d ch ố ư ơ ở ạ ỏ ạ ị

đ c và Nitrit.ặNhi t đ , áp su t càng tăng kh năng hòa tan khí càng tăng.ệ ộ ấ ả

2. V T LI U VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN C UẬ Ệ ƯƠ Ứ2.1 V t li u DAC12ậ ệ

2

2.1.1 Thành ph nầ hóa h cọTheo tiêu chu n JIS, v t li uẩ ậ ệ ký hi u DAC12 có thành ph nệ ầB ng 2.1: Thành ph n h p kim DAC12 theo tiêu chu n JISả ầ ợ ẩ

JIS H2212 Cu Si Mg Zn Fe Mn Ni Sn Al

ADC12 1.5-3.59.6-12.0

0.3 Max 1.0 Max 0.9 Max 0.5 Max 0.5 Max 0.3 Max Max

2.1.2 Tính ch tấTheo [8] ADC12 là h pợ kim nhôm – silic, còn gọi là silumin, là họ h pợ kim

đ c dùngượ nhi u,ề chiếm kho ngả 50% t nổ g số h pợ kim nhôm đúc.Tính chất của h pợ kim nhôm – silic- Về c tínhơĐộ b nề của h pợ kim nhôm silic tăng theo hàm lượng silic, trong khi đó độ

dãn dài giảm.- Về khả năng nhi tệ luy nệH pợ kim Al-Si th ng ítườ nhi tệ luy nệ vì độ b nề tăng không nhi u.ề Tuy nhiên có

thể pha thêm nh ngữ nguyên tố h pợ kim khác như Mg, Cu, Zn làm cho h p kimợ có thể nhi tệ luy nệ tốt, độ b nề tăng.

- Về tính đúcH pợ kim Al-Si có khoảng đông nhỏ dễ đúc nh ngư c nầ chú ý ch nố g rỗ ngót t pậ

trung. Độ ch yả loãng của h pợ kim khá tốt, thuận l iợ cho vi cệ đi nề đầy khuôn.- Về tính chịu ăn mònChịu ăn mòn tốt trong không khí và cả trong n c,ướ axít y uế n uế trong h p kimợ

có pha thêm đồng và khi n uấ không bị hoà tan nhi uề sắt.- Về lý tính khácTăng silic sẽ làm độ d nẫ đi nệ và dãn nở nhi tệ của h pợ kim Al – Si gi mảTrong thực tế ng iườ ta hay dùng hai nhóm mác hợp kim

1- Nhóm Al – Si (5% Si)2- Nhóm Al – Si (12% Si)

H pợ kim ADC12 thuộc nhóm 2 v iớ hàm l ngượ silic đ nế 12% sẽ mang l i ạ độ c ng,ứ sự v ngữ ch cắ c nầ thiết cho s nả ph m, ẩ đồng th iờ cũng giúp cho chi ti t khôngế bị giãn nở quá nhi uề trong đi uề ki nệ làm việc ở nhi tệ độ cao.

Ở hàm lư nợ g g nầ t i 12,6%ớ Si (g nầ sát đi mể cùng tinh), theo gi nả đồ trạng

thái hình 3 h pợ kim có nhi tệ độ nóng ch yả th pấ nh tấ 577o

C, kho ngả đông đặc nhỏ nh t,ấ r tấ thu n l iậ ợ cho đúc áp l c.ự Khi đúc áp l c,ự quá trình đi nề đ yầ và k tế tinh di nễ ra r tấ nhanh, khí không có đi uề ki nệ thoát ra nên không gây rỗ cho s nả ph m.ẩ

Các nghiên c uứ [3] đã cho thấy, Si có tác d nụ g tốt v iớ v tậ đúc h pợ kim nói chung và đ cặ bi tệ v iớ h pợ kim nhôm. Nó làm tăng tính ch yả loãng, giảm độ co, giúp s nả phẩm đư cợ đi nề đ yầ và không bị n tứ v .ỡ

2.2 M u ki m tra đ ch y loãngẫ ể ộ ảTheo [1] đã ch ra công ngh đúc kim lo i màu có th dùng đ c nhi u ph ng ỉ ệ ạ ể ượ ề ươ

pháp khác nhau, và đ ch y loãng là y u t quy t đ nh t i tính đúc c a h p kim.ộ ả ế ố ế ị ớ ủ ợ

3

Theo [6] đã ch ra ph ng pháp m i đ đo đ chãy loãng b ng ph ng pháp ỉ ươ ớ ể ộ ằ ươchân không.

Hình 2.1: Ph ng pháp đo đ ch y loãng b ng chân khôngươ ộ ả ằ

Hình 2.2: Ki m tra đ ch y loãng b ng b m chân không [10]ể ộ ả ằ ơ

Hình 2.3: Ph ng pháp ki m tra đ ch y loãng m i [10]ươ ể ộ ả ớTheo [11] đã ch ra quá trình đông đ c c a v t đúc trong khuôn d i tác d ng ỉ ặ ủ ậ ướ ụ

c a môi tr ng chân không nhanh h n so v i môi tr ng v ng m t chân không đ i ủ ườ ơ ớ ườ ắ ặ ốch ng (h s đông đ c l n h n), kh năng đi n đ y h p kim l ng trong khuôn d i tácứ ệ ố ặ ớ ơ ả ề ầ ợ ỏ ướ d ng c a l c chân không nh h n so v i môi tr ng v ng m t chân không đ i ch ngụ ủ ự ỏ ơ ớ ườ ắ ặ ố ứ

3. K T QU VÀ TH O LU NẾ Ả Ả Ậ

4

Hình 3.1: Mô hình xác định độ chảy loãng

Hình 3.2: B n vẽ m u b ng nh a PEả ẫ ằ ự

5

Hình 3.3: Bản vẽ chi tiết khuôn

Hình 3.4: Bản vẽ lắp khuôn

6

Hình 3.5: M u đo xo n cẫ ắ ố Hình 3.6: Làm khuôn d iướ

Hình 3.9: H th ng rótệ ố Hình 3.8: M u thí nghi mẫ ệ

4. K T LU NẾ ẬĐ ch y loãng c a kim lo i ph thu c vào r t nhi u y u t :ộ ả ủ ạ ụ ộ ấ ề ế ố

- Nhi t đ rótệ ộ- Lo i khuônạ

+ Thành ph n khuônầ+ Đ m khuônộ ẩ+ H s truy n nhi t c a khuônệ ố ề ệ ủ+ Đ d m ch t khuônộ ầ ặ+ H s đ nhám b m t khuônệ ố ộ ề ặ

- Thành ph n kim lo iầ ạĐo đ ch y loãng b ng khuôn cát k t qu cho đ chính xác không cao, tuy nhiênộ ả ằ ế ả ộ

phù h p v i đi u ki n s n xu t. Nên đ đo đ ch y loãng c n ph i có thi t b đ cợ ớ ề ệ ả ấ ể ộ ả ầ ả ế ị ượ chu n hóa vì v y ph i làm khuôn b ng v t li u vĩnh c u nh : thép ch u nhi t,ẩ ậ ả ằ ậ ệ ữ ư ị ệ gang, graphite, g m,...ố

TÀI LI U THAM KH OỆ Ả1. Hoàng Tr ng Bá. ọ Giáo trình đúc kim lo i màuạ .

2. Giáo trình công ngh đúc, ệ Tr ng Đ i h c Bách Khoa Đà N ng, 2006ườ ạ ọ ẵ

7

3. The Fluidity of Molten Metals, John Campbell and Richard A. Harding, The University of

Birmingham

4. Jong-KyuBaekandHae-WookKwon, Effect of Squeeze Cast Process Parameters on Fluidity,

School of Materials Science and Engineering,Yeungnam University

5. Makhlouf M. Makhlouf Diran Apelian, casting characteristics of aluminum die casting

alloys, 2002

6. Brian Albert Dewhirst, Castability Control in Metal Casting via Fluidity Measures:

Application of Error, 2008

7. Marisa Di Sabatino, fluidity of aluminium foundry alloys, September 2005

8. Tr n T Trác, ầ ự Nghiên c u công ngh t n thu h p kim nhôm ADC12 t m t, ba via nhômứ ệ ậ ợ ừ ạ

trong quá trình đúc áp l c caoự , 2010

9. Kiavash Siavashi, The Effect of Casting Parameters on the Fluidity and Porosity of

Aluminium Alloys in the Lost Foam Casting Process, Doctor of Philosophy, 2011

10. John Campbell and Richard A. Harding, The Fluidity of Molten Metals, The University of

Birmingham, IRC in Materials,

11. Ph m Mai Khánh, ạ nh h ng c a đi u ki n ngu i trong khuôn cát t i quá trình đôngẢ ưở ủ ề ệ ộ ớ

đ c c a v t đúcặ ủ ậ , Lu n án ti n sĩ kỹ thu t, Đ i h c Bách Khoa Hà N i, 2010ậ ế ậ ạ ọ ộ12. Tài liệu từ Internet.

8