1

XÁC ĐIINH ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ RÓT VÀ MA SÁT THÀNH ĐỐI

VỚI ĐỘ CHẢY LOÃNG CỦA HỢP KIM NHÔM ĐÚC

Hồ Sỹ Hùng, Nguyễn Thanh Tân

Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM

TÓM TẮT

Bài báo trình bày kết quả kiểm tra ảnh hưởng của nhiệt độ rót và ma sát thành khuôn

đến độ chảy loãng của hợp kim nhôm đúc DAC12 bằng mẫu đo xoắn ốc.

Từ khóa: Hợp kim nhôm DAC12, độ chảy loãng, mẫu đo xoắn ốc.

Abstract

In this paper, we present the results from influences of pouring temperture and

friction in sand mould to fludity of aluminium casting alloy DAC12 by spiral test

Key words: Aluminum casting alloy DAC12, fluidity, spiral test.

1. MỞ ĐẦU

Hợp kim nhôm là một trong số rất ít các kim loại có thể đúc được bằng nhiều phương

pháp như đúc áp lực, đúc khuôn kim loại, đúc khuôn cát (khuôn cát khô và khuôn cát tươi),

khuôn thạch cao, đúc mẫu chảy, đúc liên tục. Rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chon

phương pháp đúc để chế tạo các chi tiết máy bằng hợp kim nhôm. Yếu tố quan trọng nhất là:

chất lượng, giá thành và tính khả thi. Đúc khuôn kim loại, lực để đẩy kim loại vào trong

khuôn chính là trọng lực của kim loại lỏng, với yếu tố khuôn kim loại nên sẽ có tốc độ nguội

nhanh. Do vậy, đúc khuôn kim loại cho ta sản phẩm có cơ tính rất cao, vật đúc hoàn hảo hơn,

nhưng cũng được áp dụng với những kim loại có độ chảy loãng cao và có khả năng chống nứt

nóng. Như vậy tính chảy loãng là một trong những thông số quan trọng ảnh hưởng đến hình

dáng và chất lượng vật đúc.

Tính chảy loãng là mức độ chảy loãng hay sệt của hợp kim đúc, nó quyết định khả

năng điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét. Có các yếu tố ảnh hưởng đến tính chảy

loãng của hợp kim đúc:

Hình 1.1: Mẫu đo độ chảy loãng

- Nhiệt độ: T0 tăng lên (ở T0 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 hưởng của khuôn, thành phần hoá học và hình thức rót kim loại vào khuôn.

2

- Dùng mẫu thử có rãnh xoắn ốc.

- Kim loại lỏng được rót vào cốc rót và chảy theo rãnh của mẫu thử.

- Độ chảy loãng của hợp kim đúc được xác định bằng chiều dài kim loại điền đầy mẫu

thử.

- Chiều dài đó càng lớn thì độ chảy loãng càng lớn.

Kim loại nào có độ chảy loãng càng cao thì đúc càng dễ. Tính chảy loãng phụ thuộc

chủ yếu vào công nghệ khuôn, nhiệt độ quá nhiệt khi rót và thành phần hóa học của kim loại.

Ví dụ đúc trong khuôn cát tính chảy loãng của kim loại cao hơn so với đúc trong khuôn kim

loại do khuôn cát có tốc độ dẫn nhiệt thấp hơn.

2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Vật liệu DAC12

2.1.1 Thành phần hóa học

Theo tiêu chuẩn JIS, vật liệu ký hiệu DAC12 có thành phần

Bảng 2.1: Thành phần hợp kim DAC12 theo tiêu chuẩn JIS

JIS H2212 Cu Si Mg Zn Fe Mn Ni Sn Al

ADC12 1.5-3.5 9.6-12.0 0.3 Max 1.0 Max 0.9 Max 0.5 Max 0.5 Max 0.3 Max Max

2.1.2 Tính chất

Theo [8] ADC12 là hợp kim nhôm – silic, còn gọi là silumin, là họ hợp kim được

dùng nhiều, chiếm khoảng 50% tổng số hợp kim nhôm đúc.

Về tổ chức, trên giản đồ trạng thái ở hình 2.1 [3], ta thấy hợp kim nhôm- silic có

những pha sau:

- α là dung dịch đặc dẻo, hoà tan ít Si

- Cùng tinh α +Si gồm những hạt silixi hình kim trên nền α, cùng tinh có độ

bền cao hơn α nhưng kém dẻo.

- Biến tính nhôm lỏng bằng Na hoặc muối fluorua natri sẽ làm cùng tinh trở thành

hạt mịn. Si sẽ kết tinh ở dạng hạt tròn nhỏ, làm độ bền và dẻo của hợp kim đều tăng. Hợp

kim chứa nhiều silíc thì khi biến tính càng thấy rõ hiệu quả này.

- Silic thứ nhất thô to kết tinh ở dạng khối đa diện chỉ xuất hiện khi lượng silixi

trong hợp kim lớn hơn 12%. Hạt Si rắn, dòn làm cơ tính giảm nhiều nhưng lại làm tăng

tính chống ma sát.

3

Hình 2.1. Giản đồ trạng thái nhôm – silic [3]

Tính chất của hợp kim nhôm – silic

- Về cơ tính

Độ bền của hợp kim nhôm silic tăng theo hàm lượng silic, trong khi đó độ

dãn dài giảm.

- Về khả năng nhiệt luyện

Hợp kim Al-Si thường ít nhiệt luyện vì độ bền tăng không nhiều. Tuy nhiên có thể

pha thêm những nguyên tố hợp kim khác như Mg, Cu, Zn làm cho hợp kim có thể

nhiệt luyện tốt, độ bền tăng.

- Về tính đúc

Hợp kim Al-Si có khoảng đông nhỏ dễ đúc nhưng cần chú ý chống rỗ ngót tập trung.

Độ chảy loãng của hợp kim khá tốt, thuận lợi cho việc điền đầy khuôn.

- Về tính chịu ăn mòn

Chịu ăn mòn tốt trong không khí và cả trong nước, axít yếu nếu trong hợp kim có

pha thêm đồng và khi nấu không bị hoà tan nhiều sắt.

- Về lý tính khác

Tăng silic sẽ làm độ dẫn điện và dãn nở nhiệt của hợp kim Al – Si giảm

Trong thực tế người ta hay dùng hai nhóm mác hợp kim

1- Nhóm Al – Si (5% Si)

2- Nhóm Al – Si (12% Si)

Hợp kim ADC12 thuộc nhóm 2 với hàm lượng silic đến 12% sẽ mang lại độ

cứng, sự vững chắc cần thiết cho sản phẩm, đồng thời cũng giúp cho chi tiết không bị

giãn nở quá nhiều trong điều kiện làm việc ở nhiệt độ cao.

Ở hàm lượng gần tới 12,6% Si (gần sát điểm cùng tinh), theo giản đồ trạng thái

hình 3 hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất 577oC, khoảng đông đặc nhỏ nhất, rất

thuận lợi cho đúc áp lực. Khi đúc áp lực, quá trình điền đầy và kết tinh diễn ra rất nhanh,

khí không có điều kiện thoát ra nên không gây rỗ cho sản phẩm.

Các nghiên cứu [3] đã cho thấy, Si có tác dụng tốt với vật đúc hợp kim nói chung

4

và đặc biệt với hợp kim nhôm. Nó làm tăng tính chảy loãng, giảm độ co, giúp sản phẩm

được điền đầy và không bị nứt vỡ.

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Hình 3.1: Mẫu đo xoắn ốc Hình 3.2: Làm khuôn dưới

Hình 3.3: Chuẩn hóa hệ thống rót Hình 3.4: Hợp kim nhôm DAC12

Hình 3.5: Lò giếng Hình 3.6: Mẫu rót ở nhiệt độ 6800C

5

Hình 3.7: Mẫu rót ở nhiệt độ 7000C Hình 3.8: Mẫu rót ở nhiệt độ720

0C

Hình 3.9: Mẫu rót ở nhiệt độ 7500C Hình 3.10: Mẫu rót ở nhiệt độ 760

0C

Hình 3.11: Mẫu rót ở nhiệt độ 7800C Hình 3.12: Mẫu rót ở nhiệt độ 790

0C

6

Hình 3.13: Mẫu rót ở nhiệt độ 800 0C Hình 3.14: Mẫu rót ở nhiệt độ 820

0C

Hình 3.15: Mẫu bị tắt Hình 3.16: Hệ thống rót

4. KẾT LUẬN

Nhiệt độ rót càng cao thì độ chảy loãng của hợp kim ADC 12 càng cao

Bề mặt khuôn dùng cát hạt bé thì độ chảy loãng của hợp kim ADC12 cao hơn cát hạt

thô

Nhiệt độ rót của kim loại phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:

- Nhiệt độ rót

- Loại khuôn

+ Thành phần khuôn

+ Độ ẩm khuôn

+ Hệ số truyền nhiệt của khuôn

+ Độ dầm chặt khuôn

+ Hệ số độ nhám bề mặt khuôn

- Thành phần kim loại

7

Các yếu tố về chủ quan của người đúc: Thời gian rót, tốc độ rót,...

Vì vậy để đo được độ chính xác độ chày loãng của kim loại cần phải ràng buộc

(chuẩn hóa) các yếu tố ảnh hưởng. Sau khi thực hiện đề tài này, người nghiên cứu đề

nghị chế tạo thiết bị đo độ chảy loãng bằng: gốm, graphite, kim loại và chuẩn hóa hệ

thống rót để kết quả thí nghiệm phản ánh về mặt định tính một cách chính xác hơn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Hoàng Trọng Bá. Giáo trình đúc kim loại màu.

2. Giáo trình công nghệ đúc, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, 2006

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. Trần Tự Trác, Nghiên cứu công nghệ tận thu hợp kim nhôm ADC12 từ mạt, ba via nhôm

trong quá trình đúc áp lực cao, 2010

9. Tài liệu từ Internet.