Chương 1: Giới thiệu. - Chương 2: Cơ sở lý thuyết. - Chương 3: Tổng quan về sản phẩm. - Chương 4: Thiết kế sản phẩm.
- Chương 5: Tính toán thiết kế khuôn và kiểm nghiệm bền. - Chương 6: Phân tích mô phỏng dòng chảy. - Chương 7: Thiết kế khuôn. - Chương 8: Gia công.
- Chương 9: Ép thử. - Chương 10: Kết luận. 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Tổng quan về vật liệu đúc 2.
Nhôm và hợp kim của nhôm “Nhôm không được sử dụng cho bất kỳ mục đích nào nếu không tạo hợp kim, ngoại trừ rôto của động cơ điện vì độ bền và độ cứng thấp cũng như khả năng gia công kém.” Hợp kim nhôm là hợp kim mà nhôm là kim loại chính và chứa các nguyên tố điển hình như đồng, magiê, mangan, silic, thiếc và kẽm. Hợp kim nhôm là một trong những vật liệu thiết yếu nhất với hơn 80% các ngành nghề khác nhau sử dụng sản phẩm đúc từ nó, xếp sau đó là kẽm và magiê. Hợp kim nhôm được chia thành 2 loại: hợp kim nhôm đúc và hợp kim nhôm rèn. So với hợp kim nhôm rèn, hợp kim nhôm đúc có lợi thế vượt trội trong việc sản xuất hàng loạt các chi tiết cơ khí do chu kỳ xử lý ngắn hơn và được phân biệt với hợp kim rèn thông qua tỷ lệ silic (thành phần silic trong hợp kim nhôm đúc cao hơn).
Hợp kim nhôm đúc có một loạt các lợi thế so với các hợp kim đúc khác: - Khả năng đúc tốt tăng lên đáng kể khi tăng tỷ lệ cùng tinh tương ứng theo thành phần hóa học. - Khoảng thời gian đông đặc ngắn. - Hàm lượng hydro trong vật đúc, là khí hòa tan duy nhất trong nhôm, có thể được giảm thiểu trong điều kiện công nghệ thích hợp. - Tính hóa học ổn định (chống ăn mòn).
- Đặc tính bề mặt tốt. - Phần lớn các phôi được xử lý có tỷ lệ hình thành các vết nứt dưới nhiệt thấp. Hợp kim nhôm đúc có thể giảm chi phí gia nhiệt do nhiệt độ nóng chảy thấp (516~582oC). Hệ thống hợp kim nhôm đúc quan trọng nhất là Al-Si, hợp kim có hàm lượng silic cao (4,0-13%) góp phần tạo ra đặc tính đúc tốt.
Trong công nghệ đúc khuôn chủ yếu sử dụng hợp kim nhôm hệ Al-Si-Cu-Mg. - Silicon có tác dụng tăng tính lỏng (độ lỏng) và độ bền. - Đồng có tác dụng tăng cường cho hợp kim, cải thiện khả năng cắt gọt nhưng làm giảm độ dẻo và khả năng chống ăn mòn của hợp kim (lượng đồng thêm vào thường không vượt quá 4%) - Magiê cải thiện khả năng chống ăn mòn, độ dẻo và độ va đập [2].2 Phân loại và một số tính chất cơ bản Theo TCVN hợp kim của nhôm được ký hiệu bằng các ký hiệu hóa học của các nguyên tố và theo sau mỗi ký hiệu là số chỉ hàm lượng theo %. Nếu là hợp kim nhôm đúc, ở cuối cùng ghi thêm chữ Đ.1: Một số hợp kim nhôm đúc phổ biến.
Tên gọi Thành phần hóa học Ưu điểm Nhược điểm A380 Cu: 3-4% (Al – Si – Cu) Fe: 1.3% Nhẹ, rất bền ở nhiệt Si: 7.5% độ cao, chống ăn Mg: 0.1% mòn, giữ ổn định Mn: 0.5% kích thước ngay cả Zn: 3% với hình dạng phức Ni: 0.5% tạp, độ dẫn điện và nhiệt cao.5% Cung cấp độ bền Mg: 0.1% cao hơn ở nhiệt độ Không bền bằng Manganese: 0.5% cao và ít khả năng A380 Zn: 3% bị nứt dưới nhiệt Ni: 0.6% (Al – Mg) Fe: 2% Si: 9-10% Cung cấp độ bền cao hơn ở nhiệt độ Mg: 0.6% cao, độ dẻo tốt hơn Mn: 0.355% Khó đúc hơn A380 và khả năng chống Zn: 0.2% Vật liệu của nghiên cứu này là ADC12, còn được gọi là A383 theo tiêu chuẩn ISO và AlSi10CuFe theo tiêu chuẩn EN1706. Đây là hợp kim được sử dụng rộng rãi nhất trong việc 7 tạo ra các sản phẩm đúc vì các đặc tính của nó. Cụ thể, ADC12 có khả năng chống nứt vỡ dưới nhiệt tốt, khả năng gia công và đúc tốt do hàm lượng silicon cao và hàm lượng đồng thấp. Hợp kim này đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như linh kiện hàng không vũ trụ, linh kiện xe cộ, máy móc, v.2: Thành phần hóa học tiêu chuẩn của hợp kim ADC12 (AlSi10Cu2Fe).
Thành Si Fe Mn Cu Zn Sn Al phần Wt.% 9,6-12 0,9 max 0,5 max 1,5-3,5 1,0 max 0,3 max Còn lại 2.3 Một số ứng dụng của chúng Dựa trên yêu cầu và tính chất của ứng dụng cụ thể, một số vật liệu phổ biến trong khuôn đúc áp lực bao gồm: - Gang thép: Gang thép là vật liệu phổ biến nhất trong khuôn đúc áp lực do có tính chất chịu lực tốt, khả năng chống mài mòn và độ bền cao. Nó thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp ô tô, hàng không, dầu khí, đúc kim loại.1: Một số sản phẩm đúc kim loại Kyoyo Việt Nam - Nhôm: Nhôm có trọng lượng nhẹ và dễ gia công, nhưng nó không chịu được áp lực và nhiệt độ cao như gang thép. Vì vậy, nhôm thường được sử dụng trong các ứng dụng đúc nhựa, như sản xuất các linh kiện điện tử, ống nước, vỏ bọc, và linh kiện máy móc nhẹ.2: Một số sản phẩm tản nhiệt đúc Nhôm - Đồng và hợp kim đồng: Đồng có tính chất chống mài mòn tốt và dễ gia công, thường được sử dụng trong ngành công nghiệp điện tử, đúc nhựa, và sản xuất linh kiện điện. Hợp kim đồng như hợp kim đồng-niken-crom (CuNiCr) được sử dụng trong các ngành công nghiệp hóa chất, dầu khí, và năng lượng điện.
- Thép không gỉ (inox): Thép không gỉ có tính chất chống ăn mòn và oxi hóa tốt, thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm và y tế, nơi tính chất không gỉ là yêu cầu quan trọng. - Hợp kim titan: Hợp kim titan có trọng lượng nhẹ, độ bền cao, và khả năng chống ăn mòn tốt. Nó thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp hàng không, hàng hải, y tế, và thể thao, nơi yêu cầu sự kết hợp giữa tính chất nhẹ và độ bền cao. - Hợp kim nickel: Hợp kim nickel có tính chất chịu nhiệt tốt và khả năng chống ăn mòn cao.
Nó thường được sử dụng trong ngành công nghiệp hóa chất, năng lượng điện, và dầu khí. Cấu trúc hạt của vật liệu Cấu trúc hạt là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tính chất cơ học của hợp kim kim loại. Cấu trúc bên trong của kim loại được tạo thành từ các vùng tinh thể riêng lẻ, đặc trưng với mỗi kim loại được gọi là hạt. Những hạt này có thể khác nhau về kích thước và hình dạng, phương và hướng.
Tuy vậy, chúng vẫn là đặc trưng đối với mỗi 9 loại kim loại khác nhau. Hạt và ranh giới giữa các hạt là những gì tạo nên toàn bộ vật liệu. Chiều dài và chiều rộng của các hạt có thể thay đổi tùy thuộc vào không gian mà các tinh thể lặp lại tiếp tục. Ranh giới giữa các hạt hình thành khi các hạt vô định hướng tiếp xúc với nhau.
Chúng phân tách các vùng tinh thể có hướng thay đổi (đa tinh thể) với các vùng tinh thể giống hệt nhau. Cấu trúc hạt được chia làm hai loại chính là cấu trúc vĩ mô và cấu trúc vi mô. Cấu trúc vĩ mô là cấu trúc hạt có thể nhìn thấy bằng mắt thường hoặc kính lúp với độ phóng đại lên đến 25 lần. Nó thường ít phổ biến, phụ thuộc vào kim loại nền đối với hợp kim, và dễ tìm thấy trong các kim loại màu như nhôm, đồng, kẽm, ….
Cấu trúc vĩ mô được nghiên cứu trong các mẫu phẳng, được cắt ra từ một vật đúc hoặc mẫu hoặc trên bề mặt đứt gãy của vật đúc. Thông qua cấu trúc vĩ mô, kỹ sư có thể thấy được sự phân bố của các khuyết tật đúc (rỗ co, rỗ khí, vết nứt, …), sự phân bố của các tạp chất và tạp chất phi kim loại cũng như cấu trúc hạt ở các mặt cắt khác nhau của vật đúc. Từ đó, họ có thể đưa ra những đánh giá hợp lý về chất lượng kim loại lỏng và quy trình đúc. Cấu trúc vi mô, hay còn gọi là cấu trúc tế vi của kim loại, là cấu trúc hạt được nhìn thấy qua kính hiển vi ở độ phóng đại trên 25 lần.
Kiểm tra cấu trúc tế vi có thể cho thấy kích thước hạt, các pha điển hình cũng như cấu trúc, hình dạng và kích thước phân bổ của chúng. Từ đó có thể thấy được cấu trúc vi mô có ảnh hưởng rất lớn đối với các đặc tính vật lý của kim loại như độ bền, độ dẻo dai, độ dẻo, độ cứng, khả năng chống ăn mòn, nhiệt độ cao / thấp, khả năng chống mài mòn và các đặc tính khác. Ví dụ như kích thước hạt có thể được sử dụng để xác định mức độ cứng và khả năng phục hồi của vật liệu; một số pha nhất định có thể làm cho vật liệu trở nên giòn và giảm khả năng ăn mòn của vật liệu. Cấu trúc vi mô không chỉ là phương tiện để đánh giá các đặc tính của sản phẩm đúc, mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá các khuyết tật xuất hiện trong vật đúc.
Cấu trúc, kích thước và hướng của những hạt này là kết quả của sự xuất hiện nhiều thành phần vật liệu được gọi là hợp kim và cách hợp kim được tạo ra. Đây có thể là rèn, đúc hoặc sản xuất bồi đắp. Các hạt được hình thành từ kim loại nóng chảy khi nó đông đặc, tương tác với các thành phần khác, chẳng hạn như pha, hóa chất và tạp chất. Thông thường, cấu trúc hạt được điều chỉnh phù hợp với ứng dụng kỹ thuật.
Cấu trúc vật liệu thường được xem trên các mẫu vật đúc được giới hạn trong không gian hai chiều. Các đặc điểm chính của cấu trúc hạt là kích thước hạt, hình dạng hạt và tính dị hướng của chúng. Với mỗi kim loại sẽ có cấu trúc hạt khác nhau tạo nên tính chất đặc trưng, có những cấu trúc hạt điển hình bao gồm cấu trúc cản trở (impingement structure), cấu trúc dạng cột (columnar structure), cấu trúc dạng trục (equiaxed structure), cấu trúc hạt biến dạng (deformed grain structure), cấu trúc ức chế sự tái kết tinh (inhibited recrystallization structure) và cấu trúc hạt kép (duplex grain structure). 10 Cấu trúc cản trở: Hình thành khi các hạt phát triển cho đến khi chúng tiếp xúc nhau hoặc chèn nhau, tạo ra các đường ranh giới với hình dáng của vết rách, nứt.
Loại cấu trúc này ít khi quan sát được, bởi vì khi xử lý (làm nhẵn, đánh bóng) các bề mặt của mẫu thử, nhiệt độ sinh ra làm thay đổi cấu trúc của chúng.