Thí nghiệm nấu luyện kim loại và hợp kim - pdf 27

Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết nối
THÍ NGHIỆM NẤU LUYỆN KIM LOẠI HỢP KIM
Bài 1: SƠN KHUÔN
I. Mục đích:
- Trong quá trình đúc trong khuôn, kim loại lỏng tiếp xúc với khuôn và tạo nên các
tương tác cơ, nhiệt, nhiệt hóa làm ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc. Trong các
tương tác trên, tương tác cơ đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ đúc.
- Dưới tác dụng của một áp lực nào đó( áp lực xác định này phụ thuộc vào sức căng
bề mặt của kim lọai lỏng, chiều cao cột kim loại lỏng…), kim loại lỏng sẽ thâm nhập
vào các lỗ rỗng trên bề mặt khuôn và khi đông đặc, chúng nằm trong hỗn hợp làm
khuôn nhưng vẫn nối liền với vật đúc tạo nên các khuyết tật trên vật đúc và dính
khuôn.
Ngoài ra, kim lọai lỏng cũng tuơng tác với thùng rót, gầu múc…
- Trong quá trình nấu luyện
+ Nồi grafit có đặc điểm truyền nhiệt nhanh nhưng cháy hao.
+ Nồi Cacbua - Silic có đặc điểm chịu nhiệt cao, đáp ứng được hầu hết kim loại.
Ít đưa tạp chất vào khi nấu luyện, nhưng truyền và dẫn nhiệt hiểu quả thấp, giá nồi
lại cao.
+ Nồi gang có đặc điểm là rẻ, truyền nhiệt, dẫn nhiệt cao hơn nồi Graphic mà yếu tố
tái sử dụng cao phù hợp với điều kiện kinh tế.
Các phản ứng khi nấu nhôm bằng nồi gang:
FeO + Al = Al2O3 + Fe
H2O + Al = Al2O3 + H2
- Vì thế việc sơn nồi để Fe trong nồi không hòa tan trong quá trình nấu luyện và
chống dính khi đúc.
- Nội dung bài thí nghiệm này là sơn bề mặt các công cụ để bảo vệ dụng cụ. Chống
dính, biến trắng bề mặt (grafit + Fe - Si)
II. Tiến trình
1. Chuẩn bị dụng cụ:
+ Chuẩn bị dụng cụ, khuôn
+ Mài các công cụ cho sạch bề mặt, loại bỏ lớp gỉ, lớp sơn khuôn trước đó.
+ Sau đó đem nung nóng trong lò ở nhiệt độ khoảng 250 độ C.
2. Chuẩn bị chất sơn
- Sơn gồm dung môi, chất tạo màng, chất độn:
+ Dung môi: Cần dễ bay hơi,có thể chọn hệ dung môi cồn hay hệ dung môi nước,
+ Chất tạo màng: nước thủy tinh
+ Chất độn: bột tal + ZnO, bột graphic.
GVHD : Nguyễn Duy Thông
1
THÍ NGHIỆM NẤU LUYỆN KIM LOẠI HỢP KIM
- Cách pha, thành phần (theo khối luợng) :
+ Nước thủy tinh : 7 – 8 phần
+ Nước : 100 phần
+ Bột tal, ZnO : 25 phần
+ Bột grafit : 30 phần
Chia hỗn hợp bột trên:
+ 1/3 trộn với nước thủy tinh
+ 2/3 trộn đều với dung môi nước
Đưa 1/3 hỗn hợp lên máy khoáy từ , đổ thêm 2/3 lượng còn lại vào. Đợi nhiệt độ
tăng lên khoảng 70 oC
Sau đó đem ra lọc hỗn hợp sơn khuôn.
3. Thao tác sơn khuôn:
+ Lấy công cụ cần sơn ra khỏi lò nung, đợi khỏang 1-2 phút để nhiệt độ của dụng cụ
giảm tới nhiêt độ sơn khuôn (150-2000C).
+ Đồng thời khuấy đều sơn.
+ công cụ cần sơn nguội đến 150-2000C thì bắt đầu sơn
Lưu ý khi sơn khuôn:
Sơn đều tay và sơn theo một chiều.
Nên quét thử một diện tích nhỏ truớc để xem nhịêt độ công cụ đã đạt yêu cầu hay
chưa.
Quét sơn tới đâu, sơn khô tới đó là tốt.
III. Kết luận, đánh giá:
- Bề mặt sơn có nhiều dấu bọt khí bị vỡ: Nhiệt độ cụng cụ quá cao, sơn bị quá nhiệt.
- Sơn đọng thành vũng: Sơn không đều tay
-Sơn bị bong, tróc: thành phần sơn chưa đúng hay nhiệt độ công cụ quá thấp.
- Sơn đạt yêu cầu khi bề mặt sơn đều, đẹp, nhẵn, và không bị bong tróc ( có thể thử
-bằng cách cà vật nhọn lên bề mặt, xung quanh vết cà không có cát vết rạn là tốt
Bài 2. NẤU HỢP KIM TRUNG GIAN
I. Mục đích chính
+ Nấu nhanh, làm cho thành phần của mẻ nấu đồng đều, ít cháy hao hợp kim do
tiếp xúc với môi trường. Các nguyên tố hợp kim có nhiệt độ nóng chảy lớn hơn
nhiệt độ nóng chảy của các kim loại cơ bản.
+ Tăng khả năng khuếch tán của nguyên tố hợp kim trong nhôm
+ Các hợp kim cơ bản khi nấu trong nhôm như : Si, Mn, Cr, Zr, Ti...
+ Những nguyên tố tại nhiệt độ nấu chảy có áp suất hơi cao, đưa vào hợp kim
trung gian để tránh bay hơi.
+ Các nguyên tố có ái lực hóa học mạnh hơn , hoạt tính cao...do đó nên đưa vào
GVHD : Nguyễn Duy Thông
2
THÍ NGHIỆM NẤU LUYỆN KIM LOẠI HỢP KIM
hợp kim trung gian.
II. Chọn thành phần hợp kim trung gian
+ Cao nhất có thể : chọn hợp kim cùng tinh
+ Hợp kim trung gian dễ khuếch tán có nhiệt độ nóng chảy nhỏ hơn 1000 độ C
Thành phần :
Ti - Al : 5%
Cr : 3.5%
Zr : 1.5%
Si : 20 - 25%
Mg : không nên quá cao, khoảng 10 - 12%
* Cách đưa các nguyên tố vào
+ Nguyên tố có tỉ trọng cao hơn Al thì ta thả vào và tự chìm.
+ Nguyên tố có tỉ trọng thấp hơn Al thì dùng biện pháp nhúng vào.
+ Các nguyên tố có ái lực hóa học mạnh như Mg thì cách một lớp tương đối dày vfi
dễ tác dụng với Oxi
* Phối liệu
1kg Al + 12% Mg
Chọn 1.2kg phối liệu = 1056g Al + 144g Mg
* Thực hiện
+ Bỏ 1kg Al vào lò nấu chảy.
+ Khi Al đã chảy lỏng hoàn toàn, ta đưa Mg vào bằng cách dùng chụp , chụp có
đục lỗ thoát khí.
Ta gạt bớt xỉ trên bề mặt, sau đó dùng chụp nhúng Mg vào. Giữ chụp vào sát đáy
lò giữ yên trong 10 - 15 giây. Sau đó di chuyển nhẹ sát đáy lò để Mg hòa tan hoàn
toàn.
III. Kết quả và đánh giá
Kết quả thu được : 1117.56g => tỉ lệ thu được = 1117.56/1200 = 93.93%
Bài 3. TRỢ DUNG
I. Mục đích, yêu cầu.
* Loại bỏ tạp phi kim
Tạp phi kim có thể tạo ra trong quá trình nấu
Al/Mg + N2/CO/H2O => Al2O3.H2 (bọt khí H2 dính vào Al2O3)
Ở 660 oC lượng khí hòa tan ở trạng thái rắn lớn hơn trạng thái lỏng là 18.5 lần.
Giải pháp :
GVHD : Nguyễn Duy Thông
3
THÍ NGHIỆM NẤU LUYỆN KIM LOẠI HỢP KIM
+ Hạn chế quá trình trên
+ Khống chế không cho khí tiết ra
* Che phủ, bảo vệ, chống sự thâm nhập của khí
Tạo ra bề mặt cách ly.
+ Chất hợp kim hóa : tạo ra màng oxit bền chắc, đặc biệt là MgO càng cao thì độ
xốp càng cao.
+ Trợ dung : tạo ra trên bề mặt kim loại lớp thụ động và tạo ra lớp oxit phi kim và
các khí bám vào nó.
* Biến tính
* Yêu cầu của trợ dung
+ Nhiệt độ nấu chảy thấp
+ Chảy loãng tốt nhưng phải đảm bảo dễ cào xỉ
+ Trợ dung không thấm ướt kim loại nhưng thấm ướt tới tạp phi kim ( hấp thụ trên
bề mặt).
+ Tính hút ẩm thấp
+ Điều chỉnh khả năng hòa tan oxit Al2O3 , Mg khi nấu các hợp kim có Mg cao
+ Trợ dung có CaF2 hấp phụ tốt, criolit Na3AlF6 hòa tan oxit Al tốt
+ Trợ dung hấp phụ MgO tốt : KCl.MgCl 2 và CaF2
Tỉ trọng của chất trợ dung nhỏ hơn 1.4 lần so với Al lỏng nên nổi lên trên bề mặt.
II. Thành phần trợ dung, quá trình thực hiện
1. Thành phần cơ bản
KCl, Na2F có nhiệt độ nóng chảy thấp, góc thấm ướt nhỏ
NaCl 805 độ C
NaF 992
KCl 772
CaF2 1378
Criolit 935
Cactalit (KCl.MgCl2) 487
2. Trợ dung thường dùng
* Dùng trong hợp kim Al
50% NaCl
30 - 45% KCl
5 -20 % Criolit
* Dùng trong nấu hợp kim Al (Mg < 1%) : Al - Si - Cu
39% NaCl
30% KCl
GVHD : Nguyễn Duy Thông
4
THÍ NGHIỆM NẤU LUYỆN KIM LOẠI HỢP KIM
6.5% Criolit
4.5% CaF2
* Hợp kim có Al - Mg
80% CaNaLi
20% CaF2
Chất tạo xỉ phải khô vì thế nên sấy trước ở 200 - 250 độ C
3. Yêu cầu khi thực hiện
+ Chất tạo xỉ cho vào khi xuất hiện kim loại lỏng
+ Xỉ biến tính : dùng trục nhúng sâu vào trong kim loại thì độ bề tăng lên 18%
+ Khi sục khí , thêm xỉ khô vào được làm nóng ở 150 - 200 độ C
* Lượng dùng trợ dung là 1 - 2%
Nếu hòa tan oxit trên bề mặt , dùng khoảng 0.1% để tạo độ dày che phủ khoảng 2 4mm
* Ta có bước thí nghiệm ở hệ xỉ
+ 5 - 10% Criolit ( 20g)
+ 40% KCl ( 80g)
+ 50% NaCl (100g)
Khi lớp xỉ lỏng khoảng 1mm thì ta cho vào NaF
BÀI 4 : TINH LUYỆN KHỬ KHÍ
I. MỤC ĐÍCH & YÊU CẦU
Khử khí trong kim loại nhằm làm tăng độ bền 20-25%, tăng tuổi thọ của chi tiết từ
2-4 lần.
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Khí trong Al chủ yếu là Hidro.
Khí đi vào Al bằng hai cách:
̵ Di truyền trong mẻ nấu.
̵ Trên bề mặt Al luôn có màng oxit, khi nấu Al thì các màng oxit đi vào mẻ nấu và
mang theo khí vào. Màng oxit có công thức là 8Al 2O3.H2O
Với áp suất 10-20 MPa, 1000oK thì xảy ra phản ứng sau :
H2O + Al -> Al2O3 + H2
- Phương pháp khử khí : hấp phụ và không hấp phụ
Hấp phụ là dùng khí khác thổi vào kim loại, khí trơ đối với kim loại N 2, Ar. Thổi Ni
vào kim loại lỏng ở 700oC, nếu lớn hơn 700oC thì thổi N2 + Ar.
Ta dùng ống thổi khí có đường kính 10-20mm. ở dầu ống có khoan những lỗ nhỏ có
đường kính 1-2mm. ống thổi được để cách đáy lò 50-100mm, lưu lượng khí là 1,5
l/phút.
GVHD : Nguyễn Duy Thông
5
THÍ NGHIỆM NẤU LUYỆN KIM LOẠI HỢP KIM
Trong hai loại khí trên thì dùng khí N2 là kinh tế nhất
Phương pháp hấp phụ thứ 2 : đưa vào chất hấp phụ rắn khử ở thể rắn
Dùng MnCl2 làm chất hấp phụ : MnCl2 + Al -> AlCl3 + [Mn] ,AlCl3 bay hơi ở 183oC
Ta nên tránh phản ứng này : MeCl2 + O2 -> MeO + Cl2 nên cần sấy muối clorua ở
100-200oC khoảng 2-4 giờ trước khi đưa vào kim loại lỏng.
III. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM
Đem cân 0,08-0,1g MnCl2 rồi cho lò sấy ở 2000oC.
Tiếp theo đem cân chất trợ dung gồm 20g KCl + 10g Criolit trộn đều lại với nhau.
Cho Al vào lò nấu đến khi chảy lỏng ta cho chất trợ dung vào để xỉ loãng ra Al tan
vào kim loại lỏng. Vớt xỉ xong ta sục khí Ar vào để trong 5 phút. Sục khí xong vớt xỉ
ra ngay vẫn để kim loại lỏng trong nồi từ 7-15 phút để thoát hết những bọt khí nhỏ.
Sau đó mới đem đổ khuôn.
BÀI 5 . NẤU MÁC Al 6063
- Các nguyên tố hợp kim chính là Mg và Si , bên cạnh đó còn thêm Ti5B1 ( Ti
5% VÀ B 1%) với thành phần như sau


/file/d/0B7oUCI ... sp=sharing
Music ♫

Copyright: Tài liệu đại học © DMCA.com Protection Status