Giáo trình:
kỹ thuật chế tạo máy 1

Trờng đại học Bách khoa - 2007
32
Phần thứ hai
kỹ thuật gia công biến dạng
chơng 1:

Khái niệm chung

1.1. Thực chất và đặc điểm

1.1.1. Thực chất
Gia công biến dạng là một trong những phơng pháp cơ bản để chế tạo các chi tiết
máy và các sản phẩm kim loại thay thế cho phơng pháp đúc hoặc gia công cắt gọt. Gia
công biến dạng thực hiện bằng cách dùng ngoại lực tác dụng lên kim loại ở trạng thái
nóng hoặc nguội làm cho kim loại đạt đến quá giới hạn đàn hồi, kết quả sẽ làm thay đổi
hình dạng của vật thể kim loại mà không phá huỷ tính liên tục và độ bền của chúng.
1.1.2. Đặc điểm
Kim loại gia công ở thể rắn, sau khi gia công không những thay đổi hình dáng, kích
thớc mà còn thay đổi cả cơ, lý, hoá tính của kim loại nh kim loại mịn chặt hơn, hạt
đồng đều, khử các khuyết tật (rỗ khí, rỗ co v.v ) do đúc gây nên, nâng cao cơ tính và
tuổi bền của chi tiết v.v
GCBD là một quá trình sản xuất cao, nó cho phép ta nhận các chi tiết có kích thớc
chính xác, mặt chi tiết tốt, lợng phế liệu thấp và chúng có tính cơ học cao so với các vật
đúc. Gia công biến dạng cho năng suất cao vì có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá cao.
1.1.3. Công dụng: Sản phẩm của GCBD đợc dùng nhiều trong các xởng cơ khí; chế
tạo hoặc sửa chữa chi tiết máy; trong các ngành xây dựng, kiến trúc, cầu đờng, đồ dùng
hàng ngày, trong ngành chế tạo máy bay, ngành ôtô và ngành chế tạo máy điện.
1.2. Biến dạng dẻo của kim loại

Đúc là phơng pháp chế tạo sản phẩm bằng cách rót kim loại lỏng vào khuôn có
hình dạng nhất định, sau khi kim loại hoá rắn trong khuôn ta thu đợc vật đúc có hình
dáng giống nh khuôn đúc. Nếu vật phẩm đúc đa ra dùng ngay gọi là chi tiết đúc, còn
nếu vật phẩm đúc phải qua gia công áp lực hay cắt gọt để nâng cao cơ tính, độ chính xác
kích thớc và độ bóng bề mặt gọi là phôi đúc.
Đúc có những phơng pháp sau: đúc trong khuôn cát, đúc trong khuôn kim loại,
đúc dới áp lực, đúc li tâm, đúc trong khuôn mẫu chảy, đúc trong khuôn vỏ mỏng, đúc
liên tục v.v nhng phổ biến nhất là đúc trong khuôn cát.
1.1.2. Đặc điểm
- Đúc có thể gia công nhiều loại vật liệu khác nhau: Thép, gang, hợp kim màu v.v
có khối lợng từ một vài gam đến hàng trăm tấn.
- Chế tạo đợc vật đúc có hình dạng, kết cấu phức tạp nh thân máy công cụ, vỏ
động cơ v.v mà các phơng pháp khó khăn hoặc không chế tạo đợc.
- Độ chính xác về hình dáng, kích thớc và độ bóng không cao (có thể đạt cao nếu
đúc đặc biệt nh đúc áp lực).
- Có thể đúc đợc 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 tơng đối cao.
- Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá.
- Tốn kim loại cho hệ thống rót, đậu ngót, đậu hơi.
- Dễ gây ra những khuyết tật nh: thiếu hụt, rỗ khí, cháy cát v.v
- Kiểm tra khuyết tật bên trong vật đúc khó khăn, đòi hỏi thiết bị hiện đại.
1.1.3.Công dụng
Sản xuất đúc đợc phát triển rất mạnh và đợc sử dụng rất rộng rãi trong các
ngành công nghiệp. khối lợng vật đúc trung bình chiếm khoảng 40ữ80% tổng khối
lợng của máy móc. Trong ngành cơ khí khối lợng vật đúc chiếm đến 90% mà giá
thành chỉ chiếm 20ữ25%.

1.2. Phân loại
Giáo trình:


Phòng kỹ thuật có nhiệm vụ lập phiếu công nghệ và thiết kế các bản vẽ kỹ thuật:
bản vẽ chi tiết, bản vẽ vật đúc, bản vẽ mẫu và bản vẽ hộp lõi rồi đa sang cho bộ phận
Kỹ thuật đúc
Đúc trong khuôn cát
Đúc đặc biệt
Đúc trong hòm
khuôn
Đúc trên nền
xởng
Đúc bằng
dỡng gạt
khuôn
kim loại
Đúc áp lực
Đúc ly
tâm
Đúc
liên tục
Đúc trong khuôn vỏ mỏng
Đúc trong khuôn mẫu chảy

Làm sạch vật
đúc
Kiểm tra chất
lợng

H.2.1. Sơ đồ các bộ phận trong xởng đúc
Giáo trình:
kỹ thuật chế tạo máy 1
Trờng đại học bách khoa - 2007
3
mộc mẫu để chế tạo mẫu và hộp lõi, sau đó chuyển cho các bộ phận chế tạo khuôn và lõi.
Sau khi sấy (hoặc không sấy) khuôn và lõi, tiến hành lắp ráp khuôn và rót kim loại.
2.2. các bộ phận cơ bản của một khuôn đúc
Muốn đúc một chi tiết, trớc hết phải vẽ bản vẽ vật đúc dựa trên bản vẽ chi tiết có
tính đến độ ngót của vật liệu và lợng d gia công cơ khí. Căn cứ theo bản vẽ vật đúc, bộ
phận xởng mộc mẫu chế tạo ra mẫu và hộp lõi.
Mẫu tạo ra lòng khuôn 6 - có hình dạng bên ngoài của vật đúc. Lõi 7 đợc chế tạo
từ hộp lõi có hình dáng giống hình dạng bên trong của vật đúc. Lắp lõi vào khuôn và lắp
ráp khuôn ta đợc một khuôn đúc.
Để dẫn kim loại lỏng vào khuôn ta phải tạo hệ thống rót 10. Rót kim loại lỏng qua
hệ thống rót này. Sau khi kim loại hoá rắn, nguội đem phá khuôn ta đợc vật đúc.
Lòng khuôn 6 phù hợp với hình dáng vật đúc, kim loại lỏng đợc rót vào khuôn
qua hệ thống rót. Bộ phận 11 để dẫn hơi từ lòng khuôn ra ngoài gọi là đậu hơi đồng thời
còn làm nhiệm vụ bổ sung kim loại cho vật đúc khi hoá rắn còn gọi là đậu ngót.
Hòm khuôn trên 1, hòm khuôn dới 9 để làm nửa khuôn trên và dới. Để lắp 2
nửa khuôn chính xác ta dùng chốt định vị 2.
Vật liệu trong khuôn 4 gọi là hỗn hợp làm khuôn (cát khuôn). Để nâng cao độ bền
của hỗn hợp làm khuôn trong khuôn ta dùng những xơng 5. Để tăng tính thoát khí cho
khuôn ta tiến hành xiên các lỗ thoát khí 8.


6
7
8
9
10
11
H.2.2. Các bộ phận chính của một khuôn đúc cát
Giáo trình:
kỹ thuật chế tạo máy 1
Trờng đại học bách khoa - 2007
4

2.3. Hỗn hợp làm khuôn và làm lõi
Hỗn hợp làm khuôn và làm lõi gồm: cát, đất sét, chất kết dính, chất phụ, nớc v.v
Có 2 loại: loại cũ (đã dùng) và loại mới chế tạo.
2.3.1. 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 SiO
2
, ngoài ra còn có Al
2
O
3
, CaCO
3
,
Fe
2
O
3

2
O
3
.2SiO
2
.2H
2
O, loại này để làm khuôn đúc thờng, có màu trắng, khả năng hút
nớc kém, tính dẻo và dính kém, bị co ít khi sấy. Nhiệt độ nóng chảy cao
(1750ữ1785
0
C).
Đất sét bentônit: thành phần chủ yếu là: Al
2
O
3
.4SiO
2
.H
2
O. Nó là đất sét trắng có
tính dẻo dính lớn, khả năng hút nớc và trơng nở lớn, bị co nhiều khi sấy, hạt rất mịn,
nhiệt độ chảy thấp (1250ữ1300
0
C). Do núi lửa sinh ra lâu ngày biến thành. Loại này để
làm khuôn quan trọng cần độ dẻo, bền cao.
c/ Chất kết dính: Chất dính kết là những chất đa vào hỗn hợp làm khuôn, lõi để
tăng tính dẻo của hỗn hợp. Những chất dính kết thờng dùng:
- Dầu: dầu lanh, dầu bông, dầu trẩu đem trộn với cát và sấy ở t
0

2
O sấy ở 200ữ250
0
C, nó tự phân huỷ thành nSiO
2
.(m-p)H
2
O là loại keo rất
dính. Khi thổi CO
2
vào khuôn đã làm xong, nớc thuỷ tinh tự phân huỷ thành chất keo
trên, hỗn hợp sẽ cứng lại sau 15ữ30 phút.
d/ Các chất phụ: Chất phụ là các chất đa vào hỗn hợp để khuôn và lõi có một số
tính chất đặc biệt nh nâng cao tính lún, tính thông khí, làm nhẵn mặt khuôn, lõi và tăng
khả năng chịu nhiệt cho bề mặt khuôn lõi, gồm 2 loại:
- Chất phụ gia: trong hỗn hợp thờng cho thêm mùn ca, 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, ngời ta thờng 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, CO
2
làm thành môi trờng hoàn nguyên rất tốt, đồng thời
tạo ra một lớp khí ngăn cách giữa kim loại lỏng với mặt lòng khuôn làm cho mặt lòng
khuôn không bị cháy cát và tạo cho việc phá khuôn dễ dàng.
2.3.2. Hỗn hợp làm khuôn, lõi
a/ Hỗn hợp làm khuôn : có hai loại
Cát áo: Dùng để phủ sát mẫu khi chế tạo khuôn nén cần có độ bền, dẻo cao, đồng

Hộp lõi dùng để chế tạo ra lõi. Lõi dùng để tạo nên hình dáng bên trong của vật đúc
khi đúc kim loại.
2.4.2. Vật liệu làm bộ mẫu và hộp lõi
a/ Yêu cầu:
- Bảo đảm độ bóng, chính xác khi gia công cắt gọt.
- Cần bền, cứng, nhẹ, không bị co, trơng, nứt, công vênh trong khi làm việc.
- Chịu đợc tác dụng cơ, hoá của hỗn hợp làm khuôn, ít bị mòn, không bị rỉ và ăn
mòn hoá học. Rẻ tiền và dể kiếm.
b/ Các loại vật liệu làm mẫu và hộp lõi
- Gỗ: u điểm của gỗ là rẻ, nhẹ, dễ gia công, nhng có nhợc điểm là độ bền, cứng
kém; dễ trơng, nứt, công vênh nên gỗ chỉ dùng trong sản xuất đơn chiếc, loại nhỏ, trung
bình và làm mẫu lớn. Thờng dùng: gỗ lim, gụ, sến, gỗ mỡ, dẻ, gỗ thông, bồ đề
- Kim loại: có độ bền, cứng, độ nhẵn bóng, độ chính xác bề mặt cao, không bị thấm
nớc, ít bị cong vênh, thời gian sử dụng lâu hơn, nhng kim loại đắt khó gia công nên chỉ
sử dụng trong sản xuất hàng khối và hàng loạt. Thờng dùng: hợp kim nhôm silic và hợp
kim nhôm đồng gồm Al
12
, Al
24
, Al
26
, Al
28
, Gang xám: Gx
12-28
; Gx
15-32
; Gx
18-36
, Đồng

Làm nửa khuôn trên: Quay nửa khuôn dới 180
0
, lấy tấm mẫu, đặt hòm khuôn trên
lên, bắt chốt định vị, đặt mẫu đậu hơi, mẫu ống rót, mẫu rãnh lọc xĩ, đổ cát áo xung
quanh mẫu và tiến hành làm khuôn nh hòm khuôn dới (b, c).
Tháo lắp khuôn: Tháo chốt định vị, tháo nửa khuôn trên ra, rút bộ mẫu, khoét rãnh
dẫn và cốc rót, sửa chữa các nơi bị h hỏng, quét sơn lên mặt phân khuôn, lắp ráp khuôn
lại, bắt chặt cơ cấu kẹp chặt (d). - Làm khuôn trên nền xởng
Làm khuôn trên nền xởng là dùng ngay nền xởng tạo khuôn dới. Phơng pháp
này thích ứng trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ, vật đúc trung bình và lớn không
yêu cầu bề mặt nhẵn đẹp, kích thớc không cần chính xác.
H.2.3. Làm khuôn trong 2 hòm khuôn
a/
c/
b/

hay hàng khối.
- Dầm chặt khuôn đúc: Có nhiều kiểu dầm chặt hỗn hợp làm khuôn đúc bằng cách
ép trên xuống, ép dới lên và ép cã 2 phía. Máy ép làm khuôn có năng suất cao, không ồn
nhng độ dầm chặt thay đổi mạnh theo chiều cao. Khi ép trên độ dầm chặt mặt dới
khuôn thấp nên chịu áp lực kim loại lỏng kém. Máy ép chỉ thích hợp với hòm khuôn
thấp. 1- sỏi (hoặc xỉ)
2- ống nghiệm
3- Cát áo
4- Hòm khuôn trên
5- Đậu hơi
6- Tải trọng đè
7- Cốc rót
8- Rãnh dẩn
9- Chốt định vị
H.2.4. Làm khuôn trên nền xởng với nền đệm cứng
1
2
3
4
5
6

8- phíttông đẩy
9- xilanh
b
/
Giáo trình:
kỹ thuật chế tạo máy 1
Trờng đại học bách khoa - 2007
9
Dầm chặt khuôn đúc cũng có thể thực hiện trên máy dằn (H.2.6a) hoặc trên máy
vừa dằn vừa ép (H.2.6b):
Trong thực tế khi làm khuôn thấp dùng máy ép, làm khuôn cao dùng máy dằn hoặc
vừa dằn vừa ép.

-


a
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
g/cm
3

h, mm
b
H.2.6. a/ Dầm chặt khuôn đúc trên máy dằn
b/ Dầm chặt khuôn đúc trên máy vừa dằn vừa
é
1
3
2
5
a/
1
3
2
5
b/

nghề của công nhân.
- Làm lõi trong hộp lõi nguyên (H.2.9): Phơng pháp này áp dụng đối với các lõi
đơn giản có thể lấy ra theo một phơng.
- Làm lõi bằng hộp lõi bổ đôi (H.2.10): Đây là phơng pháp đợc dùng nhiều
nhất. Hộp lõi gồm 2 nữa (1) và (2) ghép lại với nhau bằng chốt định vị (3), sau khi kẹp
chặt hai nữa hộp lõi, tiến hành cho hỗn hợp vào và dầm chặt. Sau đó đặt hộp ruột nằm
ngang rồi lần lợt lấy các nữa hộp ruột ra. b/ Chế tạo lõi bằng máy

Làm lõi bằng máy có năng suất cao, chất lợng ổn định nhng chi phí chuẩn bị hộp
lõi và vốn đầu t thiết bị cao. Làm lõi bằng máy có thể tiến hành trên các máy làm khuôn
nh máy ép, máy dằn hoặc trên các máy chuyên dùng nh máy nhồi, máy phun cát, máy
bắn cát.

1- Hộp lõi
2- Tấm sấy
H.2.9. Làm lõi trong hộp lõi nguyên
1
2
3
H.2.10. Làm lõi bằng hộp lõi bổ đôi
Giáo trình:

chặn xỉ khỏi đi vào khuôn, trớc khi rót ngời ta đậy màng lọc bằng 1 tấm sắt tây, sau khi
đổ đầy kim loại vào cốc rót, các loại xỉ và tạp chất nổi lên trên. Tấm sắt tây bị chảy, kim
loại lỏng phía dới chảy qua màng lọc vào khuôn. Cốc rót có màng ngăn (H.2.11d): Loại
này có màng ngăn nên xỉ và tạp chất phi kim nhẹ nổi lên trên bị màng ngăn cản lại, kim
loại sạch qua kẽ hở ở dới chảy vào khuôn. Cốc rót có nút đậy (H.2.11đ): Loại này trớc
khi rót kim loại lỏng thì đậy lỗ bằng 1 cái nút làm bằng vật liệu chịu nóng, xỉ nhẹ nổi lên
trên, mở nút kim loại sạch ở dới chảy vào khuôn. Ngoài ra còn có cốc rót ly tâm, cốc rót
nhiều ngăn. 1
2
3
4
H.2.11. Hệ thống rót
1- Phễu rót; 2- ống rót
3- Rãnh lọc xĩ; 4- Rãnh dẫn
H.2.11. Các loại cốc rót thờng dùng
a/
b/
d/
c/
đ
Giáo trình:
kỹ thuật chế tạo máy 1

Trờng đại học bách khoa - 2007

tạp, khó chế tạo và hao phí nhiều kim loại, nên khi làm khuôn bằng tay không dùng loại
này.
d/ Rãnh dẫn: dùng để dẫn kim loại lỏng từ rãnh lọc xỉ vào lòng khuôn. Nhiệm vụ
của rãnh dẫn là khống chế tốc độ và hớng của dòng kim loại chảy vào khuôn. Hình
dáng, vị trí và số lợng của rãnh dẫn có ảnh hởng rất lớn đến chất lợng vật đúc. Thờng
H.2.12. Các loại ống rót
a
b
c
H.2.13. Các loại rãnh lọc xỉ
a/
c/
b/
Giáo trình:
kỹ thuật chế tạo máy 1

Trờng đại học bách khoa - 2007

13
dùng nhất là rãnh dẫn thẳng có tiết diện ngang là hình thang dẹt ngoài ra còn có hình tam
giác, hình bán nguyệt. Ngoài rãnh dẫn thẳng tiêu chuẩn, ngời ta còn dùng các loại rãnh
dẫn sau: Rãnh dẫn nhiều tầng (H.2.14a) có u điểm là kim loại điền đầy khuôn cùng một
lúc và vật đúc nguội đều trong khuôn, thích ứng khi đúc các vật đúc cao và to. Rãnh dẫn
có khe mỏng (H.2.14b) vừa có tác dụng dẫn kim loại vừa có tác dụng bổ sung kim loại

rút nhiều nhất. Có các loại:
a/ Đậu ngót hở: là đậu ngót thông với khí trời, áp lực do trọng lợng của gang và áp
suất không khí. Loại này bổ sung kim loại tốt, dễ quan sát khi rót. dễ chế tạo; song chiều
a
b
c
d
H.2.14. Các loại rãnh dẫn
Giáo trình:
kỹ thuật chế tạo máy 1

Trờng đại học bách khoa - 2007

14
cao đậu ngót phụ thuộc vào chiều cao hòm khuôn, hao phí kim loại, chất bẩn dễ rơi vào
khuôn.
b/ Đậu ngót ngầm: Đây là loại đậu ngót không thông với khí trời mà nằm trong
khuôn đúc để bổ sung kim loại cho vật đúc. Loại này dùng khi không dùng loại hở đợc.
Loại này có u điểm là không phụ thuộc vào chiều cao hòm khuôn, ít tốn kim loại, sạch,
song khó quan sát, bổ sung kim loại kém. Thờng có các loại đậu ngót ngầm sau: Đậu
ngót có lõi dầu lõi dầu đợc nung nóng tạo khí ép vào kim loại lỏng; Đậu ngót khí ép đặt
bên đậu ngót một cốc kim loại có đựng CaCO
3
. Khi nung nóng CaCO
3
phân huỷ tạo khí
CO
2
bay ra ép kim loại lỏng vào khuôn; Đậu ngót có khí nén ngoài đặt 1 ống thổi trong
khuôn, đến đậu ngót và qua đó thổi khí nén để gây 1 áp lực cho đậu ngót. Thờng dùng 3

H.2.16. Các loại con mã
Giáo trình:
kỹ thuật chế tạo máy 1

Trờng đại học bách khoa - 2007

15
Để tránh cho kim loại chảy ra theo mặt phân khuôn ngời ta quét 1 lớp sơn quanh
viền ở mặt phân khuôn. Sau khi ráp khuôn để tránh cho kim loại khỏi chảy ra ở mặt trên
cùng của khuôn ngời ta đắp một khung đất sét dày 2ữ3 mm.
2.8.3 .Tính lực đè khuôn
Sau khi lắp khuôn, ta phải dùng bulông kẹp chặt hai nửa khuôn hoặc đặt một tải
trọng đè lên khuôn trên để tránh cho kim lọai lỏng không thể nâng khuôn trên lên và tràn
theo mặt phân khuôn ra ngoài. Lực đè khuôn phải lớn hơn lực đẩy Acsimét của kim loại
lỏng lên khuôn. Xét lực đẩy lên một tiết diện khuôn rất nhỏ nằm nghiêng với mặt ngang
một góc và ở độ sâu h so với mặt thoáng kim loại lỏng. Lực đẩy tác dụng vuông góc với
mặt khuôn.
Theo định luật Acsimét:
dP h dF
n
=


dP
đ
= dP
n
.cos dP
đ
= h..dF.cos

KT
).n .
ở đây: G
KT
= G
cát khuôn
+G
hòm khuôn
; (G
hòm khuôn gỗ
= 15% G
cát khuôn
).
n- hệ số an toàn (khi va đập của kim loại).
Nếu kẹp bằng bulông thì lực tác dụng lên 1 bulông sẽ bằng:

n
25,1.Q
P =
(N).
1,25 - hệ số tính đến sự phân bố không đều của tải trọng;
Đờng kính bulông :
dP= 004,
(cm).
2.8.4. Rót kim loại lỏng vào khuôn
a/ Vị trí của khuôn khi rót
- Khi rót thông thờng đặt khuôn nằm ngang đơn giản và sử dụng nhiều nhất.
- Vật đúc quan trọng, thành mỏng và có nhiều phần phức tạp nên cho nằm nghiêng
để tăng sự điền đầy, dễ thoát khí, xĩ dễ nổi.
h
c/ Nhiệt độ rót:

Nếu nhiệt độ rót quá lớn thì sẽ cháy cát, tăng thể tích rỗ co, tăng
ứng suất nhiệt và co nên dể sinh ra nứt nóng và nứt nguội, thiên tích nhiều. Giữ kín kim
loại lỏng ở thùng rót 1 thời gian để hạ bớt nhiệt độ, làm thoát khí và dễ nổi xỉ trớc khi
rót kim loại vào khuôn. Nếu nhiệt độ rót thấp thì sẽ thiếu hụt, dính khớp, do đó nhiệt độ
rót đợc quy định nh sau:
Đối với gang:- Nhiệt độ rót cho vật đúc lớn không quan trọng: 1220 ữ 1260
0
C

- Nhiệt độ rót cho vật đúc trung bình : 1280 ữ 1320
0
C
- Nhiệt độ rót cho vật đúc có thành mỏng : 1320 ữ 1360
0
C
- Nhiệt độ gang ra lò lớn hơn nhiệt độ rót 50
0
C
Đối với thép: Tuỳ thuộc nhiệt độ chảy của mỗi loại mà quy định nhiệt độ rót.
Thờng nhiệt độ thép ở trong lò lớn hơn nhiệt độ chảy 100
0
C. Nhiệt độ thép ra lò khoảng
1.550 ữ 1.600

- Nhiệt độ: T
0
tăng lên (ở T
0
nhất định) thì tính chảy loãng tăng.

- Cấu tạo hợp kim: Gang xám có tính chảy loãng cao nhất.

- Tạp chất: làm tăng độ sệt thuỷ lực.

- ảnh hởng của khuôn, thành phần hoá học và hình thức rót kim loại vào khuôn.

2.9.2.Tính thiên tích: Là sự không đồng nhất về thành phần hoá học trong từng phần của
vật đúc. Có 2 loại thiên tích:
a/ Thiên tích vùng: Là sự không đồng nhất về thành phần hoá học trong từng

vùng
của vật đúc. Nguyên nhân là do tỷ trọng các nguyên tố trong hợp kim khác nhau và trong
từng phần phần của vật đúc có sự chênh lệch áp suất.
b/ Thiên tích trong nội bộ hạt kim loại: do các nguyên nhân sau:
- Sự kết tinh của các nguyên tố hợp kim không cùng một lúc.

- Ngay trong hạt kim loại cũng lẫn xĩ và tạp chất.

- Do sự thẩm thấu giữa các phần tử trong hợp kim không triệt để.

2.9.3.Tính co: Tính co là hiện tợng giảm thể tích và chiều dài của hợp kim khi T
0
giảm
xuống. Có 2 loại:


18

Chơng 3:
Đúc gang xám và thép
3.1. Kỹ thuật đúc gang xám
3.1.1. Khái niệm
Gang có nhiều loại nh gang trắng, gang dẻo, gang biến tính, gang cầu, song trong
kỹ thuật đúc ngời ta chủ yếu sử dụng gang xám.
a/ ký hiệu: Gx. ví dụ: Gx
15-28
b/ Thành phần hoá học: 2,5ữ3,5% C; 0,8ữ3% Si; 0,6ữ1,3% Mn; 0,2ữ1% P;
<0,12%S. Trong đó C ở trạng thái tự do gọi là grafít.

c/ Tính đúc của gang xám: Tính chảy loãng: Vì có C cao nên gang xám có tính chảy
loãng cao. Độ co: Độ co của gang xám thấp (1%). Tính hoà tan khí: Các khí hoà tan trong
gang xám: O
2
; N
2
; H
2
và hơi nớc. Tính thiên tích: Lợng chứa C; P; S và chiều dày thành
vật đúc lớn thì thiên tích càng nhiều.

3.1.2. Nấu chảy gang xám
a/ Vật liệu nấu và mẻ liệu: khi nấu gang xám phải dùng những nguyên nhiên liệu

dùng: 20 ữ 22% khối lợng kim loại/ Mẻ liệu.
- Than đá: ít dùng vì nhiệt trị thấp, độ bền cơ học không cao.
Chất trợ dung: dùng để làm loãng xỉ và khử tạp chất. Thờng dùng đá vôi (4ữ5%
khối lợng kim loại/Mẻ liệu); đá huỳnh thạch (chứa CaF
2
): (<8% khối lợng kim loại/Mẻ
liệu) hoặc xỉ lò Máctanh có thành phần: 25% SiO
2
, 40% (CaO+MnO), 20% (FeO+MnO).
b/ Lò nấu gang
Thờng dùng lò đứng, lò chõ, lò điện. Nhng chủ yếu là dùng lò đứng và lò chõ.
Lò đứng đợc 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 (1450
0
C), thành phần hoá học của gang không ổn định. Các gang hợp kim cần
chất lợng cao thờng đợc nấu bằng lò điện hoặc lò nồi.
Lò đứng nấu gang: là loại lò đứng, hình trụ gồm các bộ phận chủ yếu là: bộ phận
đỡ lò, thân lò, thiết bị tiếp liệu và thiết bị gió nóng, hệ thống gió và thiết bị làm nguội,
ống khói có thiết bị dập lửa, lò tiền và đờng dẫn gang v.v
Lò đợc đặt trên cột chống (1) của bộ phận đỡ lò. Thân lò gồm có vỏ ngoài (2)
làm bằng thép tấm dày 8ữ10 mm, phía trong xây gạch chịu lửa (3) (gạch samốt, gạch
dinát hoặc là gạch nung già). Bộ phận tiếp liệu đa than cốc (5) và kim loại (6) vào lò qua
cửa tiếp liệu. Lò có 1,2 hoặc 3 hàng lổ mắt gió đợc cấp gió từ quạt gió (19) qua ống gió
(9) nằm trên nồi lò. Tên đỉnh ống khói (10) là thiết bị dập lửa (11). Phần nồi lò là phần
không gian từ đáy lò (12) tới ống gió (9). Đáy lò đợc phủ một lớp vật liệu chịu lửa đã
nện chặt. Xỉ đợc tháo ra ngoài bằng miệng (18). Toàn bộ lò đợc gá trên 3 trụ đỡ bằng
thép.
- Đờng kính trong của lò: D =
QLK

20
H
n
= 500ữ700 mm.
- Hệ thống mắt gió: Tỷ lệ mắt gió

=ữ
F
F
gio
lo
1
4
1
9
; độ dốc của mắt gió: mắt gió chính
có độ dốc 10ữ15
0
, mắt gió phụ có độ dốc 15ữ30
0
; lò thờng có 3 hàng mắt gió cách nhau
200 mm, hàng mắt gió chính chiếm 75% F
gió
.

Trờng đại học bách khoa - 2007

21
mắt gió chính 1,2ữ1,5 m. Sau đó chất vật liệu vào theo từng mẽ liệu một theo thứ tự:
kim loại (thép vụn, gang thỏi, gang vụn và fêrô) - nhiên liệu - chất trở dung cứ lặp đi lặp
lại nh thế cho đến đầy lò. Chờ 20ữ40 phút cho vật liệu nóng rồi thổi gió vào. Thực chất
của quá trình nấu: Quá trình ôxy hoá nhiên liệu và tạp chất để phát nhiệt và quá trình trao
đổi nhiệt giữa khí nóng và vật liệu nấu.
Lò chõ nấu gang
Hiện nay các xởng đúc nhỏ đều dùng lò chõ để nấu gang. Ưu điểm cơ bản là cấu
trúc rất đơn giản dễ chế tạo, vốn đầu t rất ít. Nhiên liệu dễ kiếm, chỉ cần than cỡ nhỏ 20-
30 mm, có thể nấu bằng nhiều loại than đá. Song lò chõ có năng suất thấp và thành phần
hoá học của gang không ổn định. Lò chõ chỉ phù hợp cho các xởng đúc nhỏ, mặt hàng
đúc cỡ nhỏ (<60 kG), điều kiện cơ khí hoá thấp.
Lò chõ thấp hơn lò đứng, không có bộ phận dập lửa lắng bụi. Thân lò chia làm 2
hoặc 3 đoạn để dễ dàng nâng hạ và tháo lắp. Lò chõ có 2 loại: quay nghiêng và cố định. - Đờng kính trong của lò: 400ữ500 mm; Chiều cao của lò: H/D = 2ữ3 là hợp lý.
- Mắt gió: gió vào lò 110ữ120 m
3

3.2.2. Nấu chảy thép
Nấu chảy thép có thể tiến hành trong lò chuyển, lò Mactanh, lò điện. Lò chuyển ít
dùng hơn vì nhiệt độ thấp, không khử tạp chất triệt để nên chỉ dùng nấu thép cacbon. Lò
Mactanh nhiệt độ cao hơn, đợc dùng rộng rãi để nấu thép cacbon và thép hợp kim. Lò
điện có nhiệt độ cao, điều khiển dễ dàng quá trình nấu nên chỉ dùng để nhiệt luyện những
loại thép hợp kim và hợp kim đặc biệt có nhiệt độ chảy cao, dễ bị ôxy hóa
a/ Nguyên vật liệu nấu chảy thép
Trong các xởng đúc nhỏ, thờng dùng lò điện để nấu thép, vật liệu nấu gồm: thép
vụn, gang, hồi liệu, quặng sắt, chất trợ dung, chất khử ôxy và các loại phe-rô hợp kim.
Thép vụn là vật liệu kim loại chính, còn gang vụn hoặc gang thỏi luyện thép đợc đa vào
chủ yếu để tăng thêm lợng các bon trong thép. Quặng sắt là chất ôxy hóa dùng để ôxy
hóa các tạp chất. Trong nấu thép, xỉ đóng một vai trò quan trọng trong việc khử các tạp
chất, tuỳ thuộc chất trợ dung tạo xỉ có hai quá trình nấu khác nhau là quá trình xỉ axit và
quá trình xỉ bazơ. Đối với xỉ bazơ dùng vôi, đá vôi hoặc huỳnh thạch, còn để tạo xỉ axit
chủ yếu dùng cát thạch anh. Để khử ôxy trong thép trớc lúc rót, thờng dùng phe-rô
silic, phe-rô măng gan hoặc nhôm.
b/ Lò và công nghệ nấu thép
Trong các xởng đúc thép, sản lợng không lớn thờng dùng lò điện hồ quang trực
tiếp hoặc lò điện cảm ứng.
Nấu thép trong lò điện hồ quang trực tiếp: chất liệu, nấu chảy, ôxy hóa tạp chất,
khử ôxy. Sau khi chất liệu xong, hạ điện cực xuống và đóng điện, hồ quang phát sinh giữa
các điện cực và kim loại làm cho kim loại nóng chảy và tập trung xuống đáy lò. Theo
mức độ chảy của vật liệu rắn dới các điện cực, hạ dần điện cực xuống để duy trì hồ
quang, đến khi gần kim loại lỏng thì nâng điện cực lên, cắt điện, đẩy liệu vào dới điện
cực và đóng điện nấu tiếp. Trong quá trình nấu chảy các tạp chất bị ôxy hóa một phần
nhờ quặng sắt theo các phản ứng:
Si + 2FeO 2Fe + SiO
2
+ 76.600 calo
Mn + FeO Fe + MnO + 28.600 calo

2
O
5
dễ phân huỷ ở nhiệt độ cao,
do đó phải gạt xỉ đầu, cho tiếp quặng sắt và vôi để tạo xỉ mới nhằm tăng tốc độ khử Si,
Mn, C và khử hoàn toàn P nhờ phản ứng:
4CaO + (FeO)
3
P
2
O
5
(CaO)
4
P
2
O
5
+3FeO + 112.400 calo
Sau khi ôxy hóa các tạp chất, hàm lợng C trong thép thờng thấp hơn yêu cầu, do
đó thờng phải cho bột than điện cực hoặc bột than cốc vào lò để thấm C. Kết thúc quá
trình thấm C, cho thêm chất tạo xỉ vào lò và tiến hành khử ôxy. Lu huỳnh trong thép
cũng bị khử nhờ các phản ứng:
FeS + Mn MnS + Fe
MnS + CaO + C Mn + CaS + CO
Qui trình nấu thép xỉ axit, tiến hành trong lò xây bằng gạch chịu lửa có tính axit,
việc khử P và S khó khăn do xỉ có tính axit. Bởi vậy, vật liệu nấu phải khống chế hàm
lợng P và S.
Nấu thép trong lò điện cảm ứng: trong lò điện cảm ứng, kim loại đợc nung nóng
và nấu chảy nhờ dòng điện cảm ứng xuất hiện ngay trong bản thân nó dới tác dụng của

4.1. Đặc điểm và công nghệ đúc đồng
4.1.1. Đặc điểm
- Hợp kim đồng có nhiệt độ chảy thấp (1073
0
c), tính chảy loãng cao có thể đúc đợc
những vật đúc phức tạp, rõ nét. Hỗn hợp làm khuôn, lõi nhỏ mịn, cần sơn bột grafit để
chống cháy cát.
- Vì có tính chảy loãng tốt nên có thể phân bố nhiều vật đúc vào một hòm khuôn có
chung một hệ thống rót, đúc đợc các vật mỏng.
- Vì có độ co lớn nên đậu ngót phải lớn và đặt ở những chổ tập trung kim loại.
- Đồng dể bị ôxy hoá, đồng thanh dể bị thiên tích nên dòng kim loại rót vào khuôn
phải thấp và nhanh, chảy êm và liên tục nên ống rót thờng hình rắn, nhiều tầng.
4.1.2. Công nghệ đúc đồng
a/ Vật liệu nấu
- Vật liệu chính: Gồm đồng đỏ kỹ thuật, đồng thanh và đồng thau, hồi liệu.
- Hợp kim phụ: 50%Cu + 50%Al hoặc 80%Cu + 20%Mn.
- Chất khử ôxy: Dùng để hoàn nguyên ôxyt kim loại trong hợp kim (90%Cu +
10%P) vì: 5Cu
2
0 + 2P = 10Cu + P
2
0
5
; P
2
0
5
tạo thành xỉ nổi lên.
- Chất trở dung: Dùng để chống hiện tợng hút khí và để kim loại lỏng khỏi bị ôxy
hoá đồng thời để tách tạp chất ra thành xỉ. Thờng dùng: Than củi hoặc thuỷ tinh lỏng,