Vật liệu đúc

Tóm tắt

• Vật liệu chứa sắt– Gang xám (Grey iron)

– Gang cầu (Nodular iron)– Gang trắng (White iron)– Thép đúc (Cast steel)

• Vật liệu không chứa sắt– Hợp kim nhôm– Hợp kim Magnesium– Hợp kim Titanium

– Hợp kim đồng– Hợp kim Nicke

Giản đồ Sắt -carbon

• Gang– C > 2,06 %

• Gang xám– Hệ ổn định

– Fe-C

– Iron-graphite

– Si, Ti, Al

• Gang trắng– Metastable system

– Fe-Fe 3C

– Iron-cementite

– Mn, Cr, Mo

Phân loại vật liệu chứa sắt

Vật liệu chứa sắt

Grey cast iron

Lamellar graphite

iron

GJL

Vermicular graphite

iron

GJV

Spheroidalgraphite

iron

GJS ADI

Alloyed cast iron

White cast iron

Malleable iron

Whiteheartmelleable

iron

GJMW

Blackheart malleable

iron

GJMB

Chilled iron

GJN

Cast steel

GS

Gang

• Carbon chứa bên trong dưới dạng Graphite– Mặt gãy có màu xám

• Silicon– Có tác dụng ổn định Graphite

• Tỉ số độ bền nén / độ bền kéo cao (~2:1)– Không có liên kết kim loại giữa sắt và Carbon

• Tính cắt gọt tốt– Carbon đóng vai trò tác nhân bẽ gãy phoi

– Carbon đóng vài trì giảm ma sát khi cắt

• Khí hiệu : GJ(Symbol) - R m

Cấu trúc graphite

• (Lamellar) graphite (GJL)– Chịu nén và mài mòn

– Kháng ăn mòn

– Chịu va đập (giảm shock)

– Chịu kéo kém và dòn

– Giá thành rẽ

• Vermicular graphite iron (GJV)– Trung gian giữa GJL và GJS

– Hệ số dãn nở nhiệt thấp

• Spheroidal graphite iron (GJS)– Dẻo

– Độ bền cao , gãy dẻo

Wikipedia: Datei:GGV-GGG.jpg

Cấu trúc graphite

http://mciron.mw.tu-dresden.de/lut/vorlesung/script_ft1/FT1%20VL%20%202%20Gu%C3%9Ftechnik.pdf

Un-etched photomicrograph

SEM image

Graphite hình lá GJL

• Cấu trúc Ferritic-pearlitic– R m ≤ 400 MPa

– Độ dai CVN kém

– Độ bền nén cao

• Tốc độ nguội khi đúc ảnh hưởng lớn đến cấu trúc– Độ bền kéo phụ thuộc vào bề dày vách chi tiết

– Độ bền cao hơn ở nơi mỏng hơn

• Giảm shock và khữ rung tốt– GJL : GJS : Steel 1 : 1,8 : 4,3

• Nhạy với các vết xước (nứt) - Notch-sensitive– Tập trung ứng suất ở các bông (flake) graphite

• Hệ số ma sát thấp

• Chảy loãng & điền đầy khuôn tốt khi đúc

http:// http://www.htw-aalen.de/gta/de/eisenguss/eisenguss.htm

EN GJL-250

• Bánh răng, khung máy in– EN GJL-250

Ứng dụng gang GJL

• Bệ máy công cụ– EN GJL-250 /-300

– dài đến 12,8 m

www.claasguss.de/pdf/psst_ant_5_2007.pdf

Gang cầu hóa (Spheroidal graphite) GJS

• thêm magnesium hoặc cerium– Graphite dạng cầu (Spheriodal graphite)

• Cấu trúc Ferritic-pearlitic– R m ≤ 800 MPa

– Độ dai CVN trung bình

• Kém nhạy với vết nứt , xước so với JL– Tập trung ứng suất thấp hơn

do graphite hình cầu

• Giảm sốc trung bình

• Thích hợp chế tạo các chi tiếtchịu kéo trung bình

http:// http://www.htw-aalen.de/gta/de/eisenguss/eisenguss.htm

EN GJS-400

EN GJS-700

Ảnh hưởng cầu hóa đối với gang GJS

http://www.claasguss.de/html_e/pdf/THBl2_engl.pdf

• Carbon cao - và nồng độ Si– Giảm độ bền và độ cứng Brinell

– Biến dạng dẻo ở mặt gãy

Ứng dụng gang GJS

• Block máy diesel tàu biển

– EN GJS-400-18U

– 9 x 2.84 x 3.35 m

– 81‘450 kg

• Rotor hub (1.5MW)– EN GJS-400-18U-LT

– 3.128 x 2.7 x 2.1 m

– 8’400 kg

http://www.fwh.de/produkte.html

Gang dẻo ram Austenite hóaAustempered ductile iron (ADI)• Xử lý nhiệt nhiều bước gang GJS

• Cấu trúc Bainitic– Acicular ferrite và carbon-enriched

austenite (Không kết lắng carbide)

– R m ≤ 1400 MPa

– Đặc điểm tương đương thép

• Kháng mài mòn rất tốt– Khi có thêm nguyên tố tạo carbides cứng

(CADI)

• Trọng lượng riêng thấp hơn thép (~10%)– Cơ tính tương đương thép

http://schonlau-werke.de/en/manufacturing-products/materials/austempered-ductile-ironhttp://www.claasguss.de/html_e/html/produkt_02_05.html

ADI 800/ EN GJS-800-8

Gang ADI

• Trọng lượng riêng • Giá thành

http://www.ductile.org/didata/section4/4intro.htm

Xủ lý nhiệt gang ADI

• Austenizing– Nung trên nhiệt độ AC1 (840 - 950°C)

– Bảo đảm cấu trúc austenitic hoàn toàn

• Quenching– Loại trừ hình thành pearlite

• Austempering (ram ổn định)– Nung trong lò muối / dầu (250 – 450°C)

– Kiểm soát tốc độ nguội

– Cấu Ferrite hình kim và austenite (Ausferrite)

– Giữ nhiệt• Loại bỏ metastable austenite dư

– Giữ nhiệt lâu:• Tạo cấu trúc bainite (ferrite với carbide kết lắng )

http://www.claasguss.de/html_e/pdf/THBl8_engl.pdf

Xử lý nhiệt ADI

• Austenitised ở 950°C, austempered ở 250°C trong 50 min– Độ bền cao & độ cứng cao

Kháng mài mòn tốt songđộ dẻo hạn chế

http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/adi/adimore.htmlhttp://www.claasguss.de/pdf/08_TH_ADI.pdf

• Austenitised ở 950°C, austempered ở 400°C trong 53 min– Giảm độ bền tăng độ dãn dài

ở mặt gãy

Ứng dụng gang ADI

http://www.htw-aalen.de/gta/de/eisenguss/eishttp://www.ductile.org/didata/section4/4intro.htm enguss.htm

• ADI bánh răng– Hymi Kymmene Engineering,

Finland

• ADI trục khuỹu (crankshaft)– TVR sportscar

Gang Vermicular graphite GJV

• Xử lý cầu hóa không trọn vẹn Graphite cầu trộn lẫn graphite phiến

– Tạo cấu trúc “tổ giun” ba chiều

• Đặc điểm trung gian giữa GJL và GJS

• Cấu trúc Ferritic-pearlitic– R m ≤ 600 MPa

• Thích hợp các chi tiết chịu nhiệt có yêu cầu ứng suất trung bình

http://www.claasguss.de/html_e/pdf/THBl12_engl.pdf

EN GJV-400

Gang GJV

• So với GJL– Độ bền kéo và độ dẻo tốt hơn

– Độ dai tốt hơn

– Cơ tính phụ thuộc ít vào bề dày

• So với GJS– Hệ số dãn nở nhiệt thấp hơn

– Dẫn nhiệt tốt hơn

– modul đàn hồi thấp hơn

– Kháng sốc nhiệt Biến dạng thấp hơn

– Khữ rung động tốt hơn

– Đúc dễ hơn

http://www.claasguss.de/html_e/pdf/THBl12_engl.pdf

Ứng dụng gang GJV

• Block xylanh MAN TG-A – EN GJV-450

– 430 PS

http://www.claasguss.de/html_e/pdf/THBl12_engl.pdfhttp://trucks.autoreview.ru/new_site/trucks/archives/2004/n03/4_man/1.htm

• Trục khuỹu Audi V12 TDI– EN GJV-450

– 500PS / 1‘000 Nm

– Cứng chắc và kháng mỏi• Mỏng và nhẹ

Gang trắng

Google Books: Gefüge Der Gusseisenlegierungen

Gangtrắng

Malleable iron

Whiteheartmelleable

iron

GJMW

Blackheart malleable

iron

GJMB

Chilled iron

GJN

Gang trắng

• Chứa các Carbide ổn định (Mn, S)– Không có Graphite tự do

• Fe3C

– Cấu trúc Pearlite và ledeburite (hypoeutectic)– Mặt gãy màu trắng sáng

– Cứng và dòn• Không có ứng dụng

• Là nguyên liệu trung gian để luyện thép– Xử lý nhiệt gang trắng tạo thành gang dẻo

• Ủ để khữ Cementite (equiaxed nodular graphite)

• Ram loại bỏ / phân tán carbon tự do sao cho thấp hơn so với gang xám– Cơ tính tốt hơn

Google Books: Gefüge Der Gusseisenlegierungen

x

Thép đúc (GS)

• Ưu điểm– Cơ tính như thép song tính đúc được tăng cao

– Dẻo có khả năng rèn (Malleable)

– Đa dạng nhiều ứng dụng

– Độ bền có thể kiểm soát tốt thông qua nhiệt luyện

• Khuyết điểm– Nhiệt độ chảy cao > 1400°C

Công nghệ chế tạo cao

– Khả năng điền đầy kémKhó đúc hơn gangcấu trúc trước cùng tinh (hypoeutectic)

– Độ co rút lớn ~2%

– Sản phẩm yêu cầu phải nhiệt luyện để ổn định các chỉ tiêu

• Độ dòn

• Cở hạt

• Thiên tích nhánh cây (Dendritic)

http://www.maschinenbau-wissen.de/skript/werkstofftechnik/stahl-eisen/31-stahlguss

Ứng dụng gang đúc

http://www.voestalpine.com/giesserei_traisen/de/products/foundry_products.html

• Bánh xe CPelton– Độ bền cao

• Chuyển ghi đường sắt– G-X120Mn12