CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN XUẤT TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài. Phương pháp đúc liên tục thẳng đứng được Bessmer đề xuất ý tưởng vào năm 1858 nhưng do trình độ khoa học lúc bấy giờ chưa thể ứng dụng vào sản xuất. Phải đến năm 1933 người đặt nền móng cho máy đúc liên tục là S.Junghans đề xuất và phát triển cơ cấu rung buồng kết tinh mới có cơ sở cho đúc liên tục ứng dụng vào công nghiệp và tại thời điểm này đúc liên tục đã ứng dụng thành công vào sản xuất kim loại màu.
Chỉ trong vòng nửa thập kỷ sau đó đã chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của phương pháp đúc liên tục. Từ thập kỷ 50 của thế kỷ trước bắt đầu đưa vào ứng dụng công nghiệp rồi phát triển từng bước và đến thập kỷ 80 đã là hoàn toàn thành thục. Đến nay công nghệ đúc liên tục đã là hoàn hảo. Hiện nay trên thế giới tỷ lệ đúc liên tục bình quân khoảng 66%.
Đặc biệt như Đan Mạch, Irelan chiếm 100%, tại các nước phát triển như Pháp, Đức, Nhật … 95% (Tính riêng cho sản lượng đúc phôi thép). Tình hình nghiên cứu ở trong nước. Do công nghiệp phát triển, thời gian gần đây tại Việt Nam đúc liên tục đã được áp dụng phổ biến trong lĩnh vực chế tạo phôi thép điển hình là tại nhà máy thép Phú Mỹ có công suất lên tới 500.000 tấn/năm, đúc bán liên tục ống gang xám tại nhà máy đúc ống Tân Long công suất 10.000 tấn/năm, đúc phôi nhôm tại nhà máy Z 159 công suất 1.000 tấn/năm, đúc kéo liên tục dây dẫn điện bằng đồng đỏ tại công ty Trần Phú, đúc kéo ống hợp kim đồng vàng tại một số cơ sở tư nhân tại các làng nghề…v. Tuy nhiên tất cả các nhà máy trên đều sản xuất trên các thiết bị và công nghệ hoàn toàn nhập khẩu áp dụng cho sản xuất lớn, chỉ một loại sản phẩm.
Đối với các cơ sở tư nhân, hợp kim đồng được đúc bằng phương pháp đúc liên tục hoàn toàn thuộc hệ hợp kim đồng kẽm có cơ tính thấp thường không đáp ứng được yêu cầu khi làm các chi tiết chịu mài mòn trong công nghiệp chế tạo máy. Với yêu cầu sản Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 8 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình. xuất vừa, thiết bị đơn giản rẻ tiền để sản xuất loại đồng cơ tính cao thì chưa có đơn vị nào nghiên cứu và đưa vào ứng dụng. TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT.1 Hợp kim đồng BCuAl9Fe4.
Theo tiêu chuẩn Việt nam TCVN 1959-75 mác hợp kim trên được ký hiệu là BCuAl9Fe4. Thuộc nhóm đồng thanh nhôm có độ bền cao, chịu ăn mòn và mài mòn tốt, đặc biệt có tính bền nóng cao. Brông nhôm được ứng dụng ngày càng rộng rãi. So với brông thiếc, nó có nhiều mặt ưu việt hơn, đặc biệt là tiết kiệm được thiếc, vì thiếc đắt và hiếm.
Vì vậy trong công nghiệp, brông nhôm dần thay thế brông thiếc. Hợp kim BCuAl9Fe4 được ứng dụng để chế tạo các chi tiết quan trọng như bánh răng, thanh truyền, đế xúp páp, và trong chế tạo máy nói chung để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng nặng, chịu mài mòn và ăn mòn. Thành phần hóa học trong hợp kim BCuAl9Fe4 được thể hiện trong bảng 1. Thành phần hóa học hợp kim BCuAl9Fe4.
Thành phần tạp chất Al Fe Cu As Sb Sn Si Ni Pb P Zn Mn Tổng tạp chất 8- 2- còn 0,05 0,05 0,2 0,2 1,0 0,1 0,1 1,0 0,5 < 2,7 10 4 lại Tính chất cơ lý của hợp kim BCuAl9Fe4 được thể hiện ở bảng 2. Tính chất cơ lý của hợp kim BCuAl9Fe4. - Nhiệt độ nóng chảy, 0C 1040 - Tỷ trọng, g/cm3 7,5 - Độ bền kéo, σb MPa + Đúc trong khuôn cát 300-490 + Đúc trong khuôn kim loại 540 - Độ dãn dài, % + Đúc 10-20 + Sau ủ 40 2 - Độ dai va đập, kg.M/cm 6,3 Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 9 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình. Một số tính chất đúc của hợp kim BCuAl9Fe4 được mô tả trong bảng 3.
Tính chất công nghệ của hợp kim BCuAl9Fe4. Nhiệt độ đúc, 0C 1120 - 1140 Nhiệt độ ủ, 0C 700 - 750 Độ co ngót tuyến tính, % 2,49 Độ chảy loãng, cm 85 Hợp kim BCuAl9Fe4 có những đặc điểm sau đây: Ưu điểm: - Xu hướng thiên tích nhỏ. - Mật độ thỏi đúc lớn. - Cơ tính gồm độ bền nhiệt ở nhiệt độ thường và độ bền nóng cao.
- Nhiệt độ biến giòn thấp và không phát tia lửa khi va đập mạnh. - Tính ổn định chống ăn mòn cao. Nhược điểm: - Độ co ngót khi đúc lớn. - Khi nấu luyện, quá trình oxy hóa xảy ra rất mạnh tạo thành Al2O3 gây sủi bọt và làm xấu chất lượng vật đúc.
Công nghệ tinh luyện và rót khuôn khi đúc sẽ phức tạp. - Tính hàn kém. Tính đúc của hợp kim đồng. Đúc đồng đỏ rất khó, vì đồng đỏ có độ co ngót rất cao (Tới 6,4%), đặc biệt rất dễ bị rỗ khí, nguyên liệu để nấu phải có độ sạch rất cao và phải qua sấy khử khí và khử ẩm, có khi phải sấy ủ trong chân không.
Đồng dễ tác dụng với oxy thành oxyt đồng, trong một điều kiện nào đó nếu gặp hidrô sẽ tạo ra nước (Cu2O + H2 = H2O + Cu) làm vật đúc bị rỗ và nứt tế vi. Chính vì vậy khi nấu đồng phải có biện pháp che phủ, khi đúc cần chú ý rót êm để hạn chế việc hình thành oxyt đồng. Khi đúc đối với đồng thanh và đồng thau cần chú ý các tính chất sau : Khoảng đông: Hợp kim có khoảng đông rộng từ 140 ÷ 1700C như BCuSn6Zn6P3 (1450) thường dễ tạo rỗ co phân tán. Những hợp kim có khoảng đông hẹp thường bị rỗ co tập trung như BcuAl9Fe4 (180C).
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 10 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình. Hợp kim bị rỗ co phân tán phải thiết kế công nghệ đúc sao cho vật đúc đông đặc đồng thời với tốc độ nguội nhanh, chỗ dày phải có đậu ngót đủ lớn, hợp kim rỗ co tập trung thì ngược lại phải tạo cho vật đúc đông đặc có hướng để lôi rỗ co thể tích vào đậu rót. Phần lớn hợp kim đồng có độ co lớn nhưng nhờ độ dẻo cao, ít bị nứt nóng nên có thể đúc bằng khuôn kim loại. Co dài : Hợp kim đồng có độ co dài khá lớn.
Đồng thanh thiếc co 1,25 ÷ 1,6%, đồng thanh không thiếc co từ 1,7 ÷ 2,4%. Đồng thau co từ 1,6 ÷ 2,2%. Hút khí : Hợp kim đồng hút khí mạnh, đồng thanh thiếc và đồng thanh chì thường chứa khí H2, O2, CO, CO2,. Với đồng thau, do nồng độ kẽm cao có tác dụng bảo vệ hợp kim không bị bão hoà hidro và ít rỗ khí.
Đồng thanh nhôm, silic thường không bị rỗ do oxy, song lại dễ bị tật rỗ khí do khí hoàn nguyên (rỗ hidro). Thiên tích : Thiên tích không chỉ xảy ra ở hợp kim có khoảng đông rộng như đồng chì, có thể xảy ra ở hầu hết các hợp kim khác như đồng thanh nhôm, đồng thanh thiếc,. Tạp chất : Đồng thau và đồng thanh dễ bị lẫn oxyt vì có nhiều nguyên tố dễ oxy hoá, nhất là đồng thanh nhôm. Muốn khử tạp chất cần phải tinh luyện hợp kim, khử oxy, đồng thời phải chọn phương pháp đúc rót hợp lý.
Các phương pháp đúc thông dụng. Là phương pháp đúc truyền thống, dùng cát là thành phần chính trộn với chất kết dính thường là đất sét, nước thuỷ tinh theo tỷ lệ nhất định tạo khuôn và ruột. Ưu điểm : Công nghệ đơn giản, linh động trong việc sửa lại hình dáng khuôn. Vật liệu làm khuôn rẻ tiền dễ kiếm và tỷ lệ tái sinh cao, trong bất kỳ nhà máy đúc nào cũng đều có.
Đúc được mọi chi tiết số lượng từ đơn chiếc đến loạt lớn. Nhược điểm : Tốc độ nguội của kim loại lỏng rất chậm nên vật đúc thường có rỗ khí, khó tạo được sự đông đặc có hướng và chu kỳ sản xuất dài. Hơn nữa do tốc độ nguội chậm nên hạt tinh thể vật đúc thô do đó cơ tính không cao. Vật đúc được đúc bằng khuôn cát thường có lượng dư gia công lớn.
Đúc trong khuôn kim loại. Đúc trong khuôn kim loại là thuật ngữ để chỉ một phương pháp sản xuất vật đúc bằng cách rót kim loại lỏng vào khuôn bằng kim loại. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 11 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình. Ưu điểm: Khuôn sử dụng được nhiều lần.
Độ sạch và độ chính xác của vật đúc được nâng cao đáng kể, điều này sẽ làm giảm khối lượng gia công cơ khí. Nâng cao độ bền cơ học của vật đúc. Nâng cao năng suất lao động. Dễ cơ khí và tự động hoá, điều kiện vệ sinh lao động tốt.
Nhược điểm: Chế tạo khuôn kim loại phức tạp và đắt tiền, quy trình đúc phải chặt chẽ. Khó đúc những vật đúc thành mỏng và hình dáng phức tạp, các vật đúc có kích cỡ lớn thường không đúc được do việc bố trí hệ thống rót khó khăn và trọng lượng khuôn là một trở ngại. Các phương pháp đúc khác. Khi sản xuất các vật đúc bằng đồng và hợp kim đồng, nếu sản phẩm đơn chiếc, quy mô nhỏ, yêu cầu chất lượng vật đúc không cao thì thường áp dụng hai phương pháp trên.
Nhưng khi yêu cầu chất lượng cao, quy mô sản xuất lớn, tuỳ theo điều kiện cơ sở vật chất cho phép, người ta sẽ áp dụng các phương pháp sau: + Đúc hút chân không. + Đúc áp lực và đúc liên tục. Nguyên lý và bản chất quá trình đúc bán liên tục. Đúc liên tục là phương pháp chế tạo vật đúc rất dài bằng cách rót kim loại lỏng vào thùng kết tinh.
Khi kim loại đang đông đặc nhưng đã có độ bền vừa đủ sẽ dịch chuyển phần kim loại này ra khỏi thùng kết tinh. Nếu vật đúc có tiết diện ngang giống nhau hoàn toàn và có độ dài lớn có thể áp dụng phương pháp đúc liên tục. Nếu quá trình có khoảng thời gian gián đoạn, máy phải dừng lại để thay thế cơ cấu làm việc thì công nghệ này còn được gọi là đúc bán liên tục. Theo hướng kéo phôi đúc người ta chia thành hai loại: + Đúc liên tục thẳng đứng (Còn gọi là đúc hẫng).
+ Đúc liên tục nằm ngang.
