CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC 1.1 Công nghệ đúc áp lực 1.1.1 Đặc điểm q trình Đúc áp lực cao cơng nghệ đúc kim loại lỏng điền đầy khn đơng đặc tác dụng áp lực cao khí nén dầu ép xilanh ép tạo Có thể hình dung q trình cơng nghệ (hình 1.1): a) b) c) d) Hình 1.1 Quá trình đúc a) Giai đoạn cấp liệu; b) Giai đoạn điền đầy ép tĩnh c), d) Giai đoạn tháo khuôn, lấy vật đúc Khuôn đúc áp lực cao bao gồm nửa khuôn, nửa khuôn động nửa khuôn tĩnh (5) Bắt đầu chu trình đúc, hai nửa khn đóng lại Rót kim loại lỏng định lượng vào buồng ép qua lỗ rót xilanh ép (2) Sau rót, pittông (1) xilanh (2) đẩy kim loại lỏng điền đầy hốc khuôn Thời gian điền đầy nhanh khoảng phần chục giây với tốc độ hàng trăm m/s áp suất khoảng vài trăm đến 14 hàng nghìn atmơtphe Áp suất trì đến vật đúc đơng đặc hồn tồn Rút ruột khỏi vật đúc Nửa khuôn động tách khỏi nửa khuôn tĩnh Chốt đẩy (4) tống vật đúc khỏi khn Chu trình đúc lại bắt đầu Đúc áp lực cao sử dụng máy buồng ép nóng máy buồng ép nguội Lực ép tác động lên kim loại lỏng để điền đầy khn q trình kết tinh, pittơng ép tạo Lực để làm pittông chuyển động lại bơm thuỷ lực gây nên Tốc độ dịch chuyển chất lỏng thuỷ lực áp lực ép pittông thay đổi khác suốt chu trình đúc Có thể chia chu trình đúc thành giai đoạn (hình 1.1) 1.1.2 Các giai đoạn q trình đúc Giai đoạn 1: Pittơng qua bịt lỗ rót Vận tốc pittơng ép áp lực buồng ép cịn nhỏ Vì áp lực cần đủ để thắng lực ma sát buồng ép xilanh thuỷ lực Giai đoạn 2: Kim loại lỏng điền đầy toàn buồng ép Tốc độ pittông tăng lên đạt giá trị cực đại v2 Giá trị áp suất p2 tăng chút phải thắng trở lực dịng chảy buồng ép Hình 1.2 Vận tốc áp suất buồng đúc giai đoạn trình đúc Giai đoạn 3: Kim loại lỏng điền đầy hệ thống rót hốc khn Do thiết diện rãnh dẫn thu hẹp lại tốc độ pittông giảm xuống thành v3 áp suất ép lại tăng lên Kết thúc giai đoạn này, pittông dừng lại tượng thuỷ kích (quán tính ép) mà áp suất ép tiếp tục tăng lên Sau dao động áp suất tắt dần, 15 áp suất đạt giá trị không đổi Đây áp suất thuỷ tĩnh cần thiết cho trình kết tinh Giai đoạn 4: Giai đoạn ép thuỷ tĩnh Áp suất đạt tới 50-5000 daN/cm2, tuỳ thuộc vào chất vật liệu đúc yêu cầu công nghệ Khi áp lực đạt giá trị thuỷ tĩnh mà rãnh dẫn cịn kim loại lỏng áp lực truyền vào vật đúc-kim loại kết tinh trạng thái áp lực cao 1.2 Khuôn đúc áp lực 1.2.1 Cấu tạo khuôn đúc áp lực Khuôn cấu thành từ nhiều linh kiện, linh kiện lại có chức riêng Ở đúc áp lực cao khn kim loại đắt tiền nên phải tính tốn kỹ chức để hướng tới cấu tạo khơng có lãng phí Ngồi ra, cần phải nỗ lực việc cắt giảm chi phí khn cách thúc đẩy tiêu chuẩn hóa linh kiện cấu thành, nâng cao khả thay lẫn linh kiện, cắt giảm số lượng linh kiện cách chế tạo liền, sử dụng linh kiện tiêu chuẩn công ty chế tạo khuôn bán thị trường Hình 1.3 Kết cấu khn đúc áp lực 1- Kênh dẫn; 2- Rãnh dẫn; 3- Khuôn tĩnh; 4- Ruột; 5- Tấm đẩy; 6- Khuôn động; 7,8- Tấm lắp đặt hệ thống làm mát khuôn 16 1.2.2 Vật liệu chế tạo khuôn đúc áp lực Vật liệu khuôn lựa chọn từ chức yêu cầu, trường hợp cần thiết phải thực xử lý nhiệt xử lý bề mặt Về vật liệu, xử lý nhiệt, xử lý bề mặt linh kiện cấu thành khuôn tiêu biểu thể (phụ lục 1) Hiện nay, khuôn đúc áp lực hợp kim nhôm sản xuất chủ yếu thép SKD61 (theo tiêu chuẩn JIS G4404 (1983) Nhật Bản, có thành phần (bảng 1.1): Bảng 1.1 Thành phần thép SKD61 làm khuôn đúc áp lực C 0,32 – 0,42 Si 0,8 – 1,2 Thành phần hóa học % Mn Cr ≤ 0,5 4,5 – 5,5 Mo 1,0 – 1,5 V 0,8 – 1,2 1.2.3 Xử lý nhiệt khuôn đúc áp lực Trong làm việc bề mặt khuôn đúc áp lực phải tiếp xúc kim loại nóng chảy làm cho thân bị nung nóng Nhiệt độ khn lên tới 5000C÷6000C Do thép làm khn đúc áp lực có u cầu sau: - Tính bền nhiệt cao tức khả bảo đảm bề mặt làm việc khuôn không bị biến dạng dẻo, tính đánh giá qua tiêu giới hạn chảy nhiệt độ cao độ cứng nhiệt độ cao khơng nhỏ 45÷50HRC - Độ dai cao: Độ mỏi nhiệt thép có quan hệ mật thiết với độ dai Thơng thường u cầu nhiệt độ thường độ dai thép không nhỏ 35J/cm2, nhiệt độ làm việc độ dai không nhỏ 50J/cm2 - Độ bền mỏi nhiệt cao: Thơng thường thép có tính bền nhiệt độ dai cao, hệ số giãn nở nhiệt nhỏ độ bền mỏi nhiệt cao - Có khả chống ơxy hố chống ăn mịn tốt: Thép làm khn có đặc điểm dựa vào tác dụng hố bền cacbit, song để có độ dai cao, độ bền mỏi nhiệt cao lại mong muốn hàm lượng cacbon thấp tốt Hàm lượng cacbon thép khơng thể q cao phần lớn 0,3÷0,5% Nếu hàm lượng cacbon thấp tổng hàm lượng nguyên tố hợp kim cần cao Xử lý nhiệt xử lý cơng đoạn thể (hình 1.4) đặc 17 biệt điều quan trọng phải quản lý nhiệt độ, quản lý thời gian, quản lý môi trường Nếu điều kiện bị sai lệch dẫn đến bất thường tổ chức, bất thường độ cứng, dẫn đến thoát cácbon bề mặt, trở thành ngun nhân tình trạng sớm bị nứt nóng làm suy giảm tuổi thọ khuôn Tiếp nhận Làm Làm nguội Gia nhiệt Ram Kiểm tra Tơi Hình 1.4 Sử lý nhiệt khuôn đúc áp lực Nhiệt độ nhôm đúc áp lực khoảng 6000C chà xát lên bề mặt khn, khn cần độ cứng bề mặt cao để khơng bị mài mịn Đồng thời, khn cịn chịu lực ép lớn thay đổi nên phải có độ dai va đập chống biến dạng tốt Không thế, khuôn đúc áp lực cần phải bảo đảm giữ độ cứng nhiệt độ làm việc thời gian dài tuổi thọ cao Hay nói cách khác, khn đúc áp lực cần có tính cứng nóng cao Các yếu tố ảnh hưởng đến tính cứng nóng khn q trình làm việc: Nếu coi thành phần SKD61 theo tiêu chuẩn JIS quy định yếu tố quan trọng ảnh hưởng định đến tính cứng nóng khn q trình nhiệt luyện khn Trước hết nhiệt độ tơi khn (hình 1.5) Để đạt độ cứng từ 48-53 HRC thép SKD61 tơi nhiệt độ khác từ 9500C đến 11000C Tuy nhiên tơi nhiệt độ thích hợp tính cứng nóng độ bền nóng cải thiện Khi nung nhiệt độ cao, lượng nguyên tố hợp kim hòa tan vào austenit lớn Nền thép giàu nguyên tố hợp kim ổn định giữ độ cứng nhiệt độ cao hơn, thời gian dài Tôi nhiệt độ cao (trên 10800C) hạt tinh thể thép bị thô, độ dai thép nhỏ khn dễ bị nứt vỡ, tuổi thọ giảm Trái lại, nung nhiệt độ thấp (dưới 10000C) thép hồ tan ngun tố hợp kim ổn định, nhanh chóng bị phân huỷ làm giảm độ cứng khn 18 Hình 1.5 Quy trình tơi thép SKD61 làm khn đúc áp lực Kết nghiên cứu cho thấy nung SKD61 tốt 1020÷10700C Giới hạn dùng cho khn lớn, thời gian giữ nhiệt nung dài Giới hạn dùng cho khuôn nhỏ, thành mỏng 20 mm Môi trường làm nguội khuôn SKD61 tốt dầu nóng Dùng quạt thổi gió lạnh để tơi áp dụng cho khn nhỏ Song khn lớn, thổi gió lạnh khơng đủ để làm nguội nhanh lõi độ cứng lõi thấp, chất lượng Chế độ ram ảnh hưởng tới tính cứng nóng theo chiều hướng ngược lại: Hình 1.6 Quy trình ram thép SKD61 làm khuôn đúc áp lực 19 Nhiệt độ ram lớn 6000C tính cứng nóng giảm mạnh tượng tiết cacbit làm thép nghèo nguyên tố hợp kim đi, tính cứng nóng giảm Ram nhiệt độ thấp (500, 5500C) độ cứng giảm chậm theo thời gian, khả chống mài mịn khơng tận dụng độ cứng thứ hai nhờ chuyển biến austenit dư thành mactenxit ram Kết tốt ram lần nhiệt độ từ 570 đến 5900C Phân tích các kết nhận thấy ram thép SKD61 chế độ khác cho giá trị độ cứng (ví dụ từ 48÷53 HRC) nhiệt độ thường độ cứng độ bền nhiệt độ cao thay đổi theo thời gian khác Hơn nung tơi nhiệt độ thấp, chi phí lượng giảm đi, nguy gây nứt u cầu cụ thể tính khn đúc áp lực sau: Lõi khn u cầu từ 48÷53 HRC Độ cứng đạt nhờ q trình nhiệt luyện Để chống mài mịn, khn cần thấm nitơ để có độ cứng bề mặt khoảng 62÷65 HRC Chiều dày lớp thấm tốt khoảng từ 0,1 đến 0,2 mm Nếu chiều dày nhỏ hơn, khn chóng bị mịn, tuổi thọ thấp, lớn q khơng tốt lớp thấm dễ bị bong tróc Trong thành phần cấu, lớp thấm cần có lượng pha nitơrit hợp kim có độ cứng cao để tăng tính chống mài mịn Tuy nhiên, lượng pha nhiều quá, lớp thấm bị giòn Thấm nitơ giai đoạn cuối sản xuất khn Sau q trình làm việc, khn bị mịn đồng độ cứng bề mặt khuôn không đảm bảo làm giảm chất lượng sản phẩm Vì vậy, sau số chu kỳ vận hành, sau số lượng sản phẩm định (tùy theo hình dáng kích thước chi tiết để định lượng sản phẩm), khuôn phục hồi cách chỉnh hình (nếu cần) thấm nitơ lại Tiếp theo, khn cịn làm việc thấm lại chất lượng khuôn không đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Một khuôn thường thấm nitơ phục hồi nhiều lần Thực tế cho thấy, có khn thấm lại sử dụng hàng chục lần, có khn vài lần hỏng Vấn đề đặt thấm lại lần để khn làm việc với số chu kỳ lớn không bị sứt, vỡ, biến 20 dạng q trình làm việc Đặc điểm khn qua sử dụng thêm nitơ nhiều lần Trong q trình làm việc ma sát với nhơm lỏng, bề mặt khn dần bị mài mịn Càng sâu vào phía mềm, tốc độ mài mịn nhanh Thấm nitơ khơng tạo lớp bề mặt có độ cứng cao, chịu mài mịn tốt mà cịn làm tăng thể tích bù lại lượng mài mòn Bất lợi thấm nitơ nitơ khuếch tán dần từ bề mặt vào lõi nên chiều dày lớp thấm khuôn cũ thấm lại tăng lên nhiều (tất nhiên khơng tăng tuyến tính theo thời gian) Chiều dày lớp thấm lớn làm giảm khả chịu uốn chịu dai va đập khn Ngồi ra, tượng tiết nitơrit vùng có nhiệt độ thích hợp làm cho hàm lượng nitơ tập trung cao, dễ gây bong tróc tác động nhiệt Do khn bị nung nóng nhiều trình làm việc thấm nitơ lại, nên độ cứng lõi dần giảm đi; nghĩa chênh lệch độ cứng bên khuôn lớp bề mặt ngày lớn Khi đúc áp lực cao, mềm bị lún xuống, dẫn đến gãy vỡ lớp thấm sứt khn, khn bị biến dạng chịu lực ép Trong trình làm việc, bề mặt khuôn tiếp xúc với nhôm, nhôm khuếch tán vào bề mặt khn Sự có mặt nhơm làm cho trình thấm thuận lợi hơn, tạo nhiều nitơrit nhôm bề mặt khuôn làm tăng độ cứng chiều dày lớp thấm Có nhơm thấm nitơ dễ dàng hơn, song nhiều dễ gây tập trung AlN gần bề mặt dễ gây bong tróc Để giữ độ bền, tính cứng nóng khn địi hỏi phải nhiệt luyện chế độ Ngồi khn cịn bị giảm độ cứng lõi bị nung nóng gia nhiệt trước chu kỳ đúc q trình đúc Q trình thường thực môi trường không bảo vệ nên khuôn bị ôxy hoá lớp thấm nitơ làm lớp thấm dễ bị bong tróc Nhưng hết, phân tích, khn bị giảm độ cứng, độ bền nhiều trình thấm lại nitơ q trình khn bị nung nóng nhiệt độ cao, thời 21 gian dài Cấu trúc lõi mềm với vỏ cứng bề mặt chịu lực ép, mềm bị lún xuống, lớp thấm cứng bề mặt biến dạng bị bị bong, nứt vỡ điều khó tránh khỏi Điều đáng quan tâm thấm lại nhiều lần, chiều dày lớp thấm lớn (gấp đôi so với yêu cầu) làm lớp thấm dễ bị bong tróc 1.2.4 Xử lý bề mặt khn đúc áp lực Ruột (thao tạo lỗ) có lượng nhiệt dung lớn chịu biến đổi nhiệt độ khuôn làm mát bên mức độ định phần kht nhỏ khn pin tạo lỗ mà lắp đặt làm mát bên biến động nhiệt độ lớn nên dễ phát sinh dính khn, gãy, cong pin, nguyên nhân làm giảm suất chạy máy Để giải vấn đề này, việc xử lý bề mặt lựa chọn áp dụng Ăn mịn, mịn điện hóa mỏi nhiệt chế phá hỏng chính, làm hạn chế tuổi thọ khn đúc nhơm áp lực Ăn mịn, mịn điện hóa gây phản ứng hóa học hợp kim đúc vật liệu làm khn Xói mịn gây va đập vật lý nhôm lỏng đến khuôn Mỏi nhiệt thay đổi ứng suất gây thay đổi nóng lạnh nung làm mát bề mặt khn q trình đúc Dưới ảnh hưởng kết hợp chế sai hỏng này, khuôn bị vỡ, mảnh vỡ làm ảnh hưởng đến bề mặt khuôn, khuôn cần phải sửa kết tăng chi phí q trình đúc Kỹ thuật bề mặt sử dụng để kéo dài tuổi thọ khuôn bao gồm thay đổi bề mặt khuôn thép dụng cụ, nitrocarburizing, nitriding ion, lắng đọng lớp phủ giảm ma sát, phủ lớp chống mịn lên khn thép dụng cụ PVD CVD, xử lý bề mặt hai lần, bề mặt khn xử lý phủ chống mài mịn Phương pháp xử lý bề mặt CVD (Chemical Vapour Deposition: Phương pháp lắng đọng hóa học từ hơi) phương pháp PVD (Physical Vapour Deposition: Phương pháp lắng đọng vật lý từ hơi) phương pháp tạo lớp phủ cứng hệ Titan phủ bề mặt khuôn Những phương pháp phát triển giúp nâng cao hiệu 22 Phương pháp CVD phương pháp tạo lớp phủ phản ứng hóa học, gia nhiệt vật liệu gốc buồng phản ứng nhiệt độ 1273K (10000C), cho loại khí trở lên phản ứng với nhau, với dịng TiN, TiC tạo màng mỏng bề mặt vật liệu gốc Trong phương pháp CVD nhiệt độ xử lý cao 1273K (10000C) nên dễ phát sinh biến đổi kích thước cong pin tạo lỗ xử lý lại hiệu khả chống dính khn lại bật Gần đây, người ta phát triển phương pháp vỏ W2C dựa vào phương pháp CVD nhiệt độ thấp phương pháp xử lý lại Phương pháp PVD có phương pháp lắng đọng chân không, phương pháp phun kim loại (Sputtering), phương pháp mạ kiểu Ion (Ion Platting) Là phương pháp gia nhiệt vật liệu gốc lên 473÷773K (200÷5000C), cho kim loại lỏng bốc bên buồng chân không, cho lắng đọng mang tính vật lý vào bề mặt vật liệu gốc, TiN dịng Do nhiệt độ xử lý thấp so với phương pháp CVD nên thay đổi kích thước độ mịn bề mặt lại so với phương pháp CVD Lớp phủ cứng có nhờ phương pháp xử lý khơng ngăn chặn dính khn mà cịn giúp chịu mịn tốt khả tách khn tốt lên, tính tốn đến độ xác kích thước, mức độ cần thiết xử lý lại độ lớn để lựa chọn sử dụng cịn đạt hiệu cao Phương pháp xử lý bề mặt có phương pháp phổ biến xử lý thấm nitơ dạng khí, giúp nâng cao hiệu tạo ổn định phạm vi rộng từ pin tạo lỗ tới ruột hình dáng lớn Quá trình Ferritic nitrocarburizing dẫn đến tách sản phẩm nhôm dễ dàng đúc, cần thường xuyên làm lõi khuôn tăng tuổi thọ khuôn đến 50% Lớp phủ cứng dựa nitrit cacbit kim loại chuyển tiếp, ví dụ TiN, CrN, TiAlN, CRC, CrAlN, phương pháp xử lý kép kết hợp biến đổi bề mặt khuôn lớp phủ cứng phát triển Mặc dù việc sử dụng lớp phủ khuôn chứng minh làm làm tăng tuổi thọ khn từ đến 17 lần, tìm cải thiện lớn lớp phủ chống mỏi nhiệt 23 Si-Cu (ADC10, 10Z, ADC12, 12Z, ADC14), hệ Al-Mg (ADC5, 6) quy định ADC 10Z, 12Z loại nới lỏng lượng kẽm tạp chất ADC10, 12, bổ sung sửa đổi năm 1990 Nếu so sánh lượng sản xuất đúc hợp kim ADC12 chiếm tỷ lệ cao, theo sau ADC10, loại chiếm đến 98%, đúc hợp kim khác ADC3, ADC6 v.v nói gần sử dụng lượng sản xuất Đúc có đặc trưng tính hàng loạt cao độ dựa vào giới hóa, tự động hóa, chủng loại hợp kim có khuynh hướng dễ tập trung vào loại Ở Hiệp hội đúc Nhật Bản phân loại ADC10, 12 (bao gồm 10Z, 12Z) thành sử dụng thơng thường mà sản xuất chi phí tiết kiệm sử dụng đặc thù sử dụng cho mục đích định đặc biệt Trong (phụ lục 7) thể hợp kim tương ứng ADC 10, 12 quy cách nước để tham khảo Hợp kim dùng để đúc áp lực cao loại hợp kim dùng cho vật đúc phương pháp đúc gọi đúc áp lực cao có tính chất khác với đúc khn cát, khuôn kim loại, đúc áp lực thấp v.v… nên mặt tổ chức cấu thành hợp kim khác với hợp kim dùng cho vật đúc khác Một số điểm trọng yếu sau: - Cho kim loại nung lỏng vào lịng khn với tốc độ cao, áp lực cao có ngun nhân gây ảnh hưởng đến điền đầy khuôn vấn đề độ dày thành sản phẩm mỏng, vấn đề không tiến hành quét lớp sơn cách nhiệt lên khuôn giống đúc khuôn kim loại để đạt độ xác ưu việt kích thước v.v…, hợp kim đòi hỏi khả lưu động tốt dịng nhơm Theo đó, hệ AlSi, hệ Al-Si-Cu có tính lưu động tốt trở thành thành phần - Kim loại nung lỏng dễ bám vào khuôn đúc với tốc độ cao, áp lực cao nên tăng thêm lượng chứa sắt để phòng chống điều - Vật đúc áp lực cao có tốc độ nguội lớn nên đạt tổ chức tinh thể mịn Do đó, thơng thường khơng thực việc tăng thêm chất tạo tinh thể mịn - Việc tốc độ nguội nhanh, tổ chức tạo tinh thể mịn, ảnh hưởng thành phần tạp chất giảm nhẹ, mặt kinh tế, dung lượng cho phép tạp chất lớn, điều quan tâm nên nguyên liệu có 32 nhiều tạp chất mặt quy cách hay mặt thực tế hợp kim thứ cấp ngày trở nên dễ sử dụng Trong (phụ lục 8) thể so sánh đặc tính loại hợp kim đúc áp lực cao JIS, (phụ lục 9) thể tính chất cơng nghệ tiêu chuẩn Khi lựa chọn hợp kim đúc áp lực cao, cần lựa chọn hợp kim có đặc tính phù hợp với ứng dụng sản phẩm phương pháp gia cơng sản phẩm Tuy nhiên, tính chất cơng nghệ hợp kim đúc áp lực cao nhìn chung nói ảnh hưởng phương án đúc điều kiện đúc lớn so với thành phần hợp kim Theo đó, để phát huy tối đa tính hợp kim từ trước tới giờ, cần ý hàng ngày tới việc nghiên cứu kỹ thuật đúc áp lực cao Dưới đặc trưng hợp kim: (1) ADC 1: Là hợp kim cấu thành từ tinh thể hợp kim hệ Al-Si 2, hợp kim có tính lưu động tốt, khơng bị rịn nhiệt Lượng Si nhiều nên hệ số giãn nở nhiệt nhỏ, tính ổn định kích thước tốt Ngược lại có số khuyết điểm Si nhiều nên khả tạo màng anốt kém, độ cứng thấp không bổ sung thành phần dùng để tăng tính, khả cắt gọt v.v… Theo đó, sử dụng linh kiện có hình dáng phức tạp có nhiều phần thịt dày đặc biệt linh kiện địi hỏi tính cao (2) ADC 3: Lượng Si so với cấu thành tinh thể hệ Al-Si tăng cường thêm nhiều nên tính lưu động tốt, khơng bị rịn nhiệt, rỗ khí có phát sinh khả chịu áp lực tốt nhờ dễ phân tán chia nhỏ Ngoài ra, trở thành hợp kim hệ Al-Si-Mg bổ sung thêm Mg nên tính chất cơng nghệ, khả chống chịu ăn mòn tốt (3) ADC 5, ADC 6: Là hợp kim hệ Al-Mg, khả chống chịu ăn mịn cực tốt, tính chất công nghệ tốt đặc biệt độ giãn lớn Là hợp kim có khả tạo màng anốt, khả cắt gọt tốt Tuy nhiên, tính lưu động kém, bị dịn nhiệt, có mặt tính chất đúc dễ xảy tình trạng bám dính vào khn Để phịng chống bám dính vào khn, tăng cường thêm sắt vào khả chống chịu ăn mịn giảm xuống, ngồi ra, trường hợp Mg 5% khả nứt ăn mịn chịu lực ứng xuất giảm xuống xuất pha β Hợp kim hệ 33 sử dụng linh kiện trọng khả chịu ăn mòn để trang trí (4) ADC10, 10Z, ADC12, 12Z: Là hợp kim tiêu biểu dùng cho đúc áp lực cao lượng Si hợp kim hệ Al-Si-Cu nhiều, với việc thể khả đúc tốt, đồng bổ sung vào, sử dụng tất lĩnh vực mà trọng tâm linh kiện ô tơ để thể tính chất cơng nghệ ưu việt Trong trường hợp ADC10Z, 12Z dung lượng cho phép kẽm cao nên khuynh hướng phát sinh nứt đúc khả chịu ăn mòn v.v… giảm thấp Trong quy cách cho phép Mg chiếm 0,3% với vai trị chất khơng Trong trường hợp Mg độ cứng khó đảm bảo, việc giữ cho Mg giá trị cực thấp từ tình hình ngun liệu có chế tạo nhơm thỏi khơng mang tính kinh tế nên từ lý này, thông thường Mg chứa mức 0,25-0,30% (5) ADC14: Là hợp kim tinh thể lượng Si hệ Al-Si-Cu (- Mg) mức 17%, hợp chất JIS hóa hợp kim B390 quy cách AA Mỹ Khả chịu mài mòn cực tốt nhờ tồn Si tinh thể ban đầu, lượng Si nhiều nên hệ số giãn nở nhiệt nhỏ v.v… Được ứng dụng vào loại linh kiện chịu mài mòn linh kiện tơ động cơ, phần bao ngồi truyền động, linh kiện chịu mài mòn máy nén khí v.v… Lượng Si lớn nên nhiệt độ đúc nung chảy cao, Si kết tinh có vấn đề kèm theo dụng cụ cắt gọt dễ bị mài mịn 1.3.1.2 Hợp kim nhơm đúc áp lực cao khác Đối với mục đích sử dụng khác hợp kim nhơm sử dụng khác Ở khối quay máy phát điện nhơm ngun chất có khả dẫn điện tốt sử dụng Ở linh kiện dùng để trang trí có trường hợp người ta điện giải hợp kim pha thêm chút sắt, Mn, Cr, coban, Molipden, Mg v.v… vào nhôm nguyên chất làm cho lên màu để sử dụng Hợp kim thể tính kéo cao lấy linh kiện máy thơng thường làm đối tượng hợp kim có khả kéo giãn cao phát triển (Phụ lục 12) thể loại hợp kim phát triển Ngoài ra, số hợp kim thuộc 34 quy cách nước ứng dụng có loại khơng tương ứng với JIS 1.3.2 Tính chất cơng nghệ hợp kim nhôm đúc áp lực cao Trong quy cách JIS đúc áp lực cao có quy định thành phần hợp kim khơng có quy định tính cơng nghệ, tính chất vật lý Từ trước đến quy định hồn tồn khơng Đến năm 1990, tính chất máy nguyên liệu ADC10, 12 lần để làm giá trị tham khảo Ở đây, người ta chia tính chất cơng nghệ đúc áp lực cao thành tính chất cơng nghệ tiêu chuẩn tính chất cơng nghệ thực thể để giải thích bổ sung thêm 1.3.2.1 Tính chất cơng nghệ tiêu chuẩn Về tính chất công nghệ đúc áp lực cao loại hợp kim, thông thường người ta biểu thị giá trị đo dựa vào miếng thử cắt từ sản phẩm mà miếng thử lấy riêng dùng để đo tính cơng nghệ Giá trị dựa vào miếng thử lấy tách riêng khỏi sản phẩm tạo điều kiện lý tưởng nên thể giá trị cao so với sản phẩm đúc thực tế coi giá trị thực tế mà hợp kim có Tính chất cơng nghệ tiêu chuẩn hợp kim có giá trị thể (phụ lục 9) Về tính kéo giá trị 300 N/mm2 1.3.2.2 Tính chất cơng nghệ thực thể Trong (phụ lục 10) tính chất cơng nghệ thực thể loại hợp kim đúc áp lực cao ADC10, 12 thử nghiệm Hiệp hội kim loại nhẹ Nhật Bản Cơ tính kéo đúc áp lực cao thực tế thấp nhiều so với tính chất cơng nghệ tiêu chuẩn trình bày phần trước Gần 300 N/mm2 - số tiêu chuẩn ghi phần trước trường hợp tính kéo cao liệu thực thể sản phẩm Mặt khác, trường hợp tính kéo thấp xuống tới mức 200 N/mm2, xét giá trị trung bình mức 220-240 N/mm2, 30% so với tiêu chuẩn Tại Hiệp hội đúc áp lực cao Nhật Bản, người ta nghiên cứu phương pháp thử nghiệm mà đặc tính gần với thực thể, đo miếng thử hình trịn gần với đặc tính thực thể (phụ 35 lục 11) nên việc thử nghiệm bắt đầu áp dụng Miếng thử hình trịn thường chọn hình trịn có đường kính 100mm, độ dày 2-4mm 1.3.3 Ảnh hưởng nhân tố tới tính cơng nghệ Việc tính chất cơng nghệ hợp kim nhơm đúc áp lực cao có sai khác lớn miếng thử thực thể yếu tố ghi ảnh hưởng cách phức tạp tới tính chất cơng nghệ - Ảnh hưởng thành phần (thành phần hợp kim, tạp chất v.v ) - Ảnh hưởng xử lý nhiệt (trừ nhiệt độ, thời gian xử lý đồng hóa thành phần, nhiệt độ, thời gian hóa già v.v, đúc áp lực cao thơng thường) - Ảnh hưởng tốc độ làm mát tổ chức (độ dày thành, điều kiện đúc v.v ) - Ảnh hưởng khuyết tật (do khuyết tật thiên tích, lỗ khí, rỗ khí lõm, tạp chất, dị vật, nhăn nhôm v.v…) - Khác 1.3.3.1 Ảnh hưởng thành phần Đối với tính chất cơng nghệ ADC12 ảnh hưởng đồng, magiê, sắt, kẽm chủ yếu Việc tăng thêm đồng giúp nâng cao tính kéo, độ bền, độ cứng Ngược lại độ giãn giá trị chống va đập lại bị giảm xuống Magiê có khuynh hướng giống Ở nguyên liệu xử lý nhiệt T5 tức sau đúc tiến hành xử lý hóa già nhân tạo hiệu việc bổ sung thêm magiê lớn lên Tỷ lệ bổ sung thêm sắt 1,5% tính kéo tăng lên cịn độ giãn, độ dai va đập lại giảm xuống, bổ sung thêm sắt 1,5% tính bị giảm Việc bổ sung thêm kẽm có đem lại thay đổi chút cho tính chất cơng nghệ phạm vi nhỏ khơng thể khuynh hướng rõ ràng 1.3.3.2 Ảnh hưởng tốc độ làm mát tổ chức Trong đúc áp lực cao, tốc độ làm mát nhanh, hàm lượng chất cải thiện tính đồng sắt nhiều, bề mặt đúc tiếp cận bề mặt có tổ chức xác tính cao Phần trung tâm tốc độ làm mát chậm, tổ chức thơ nhám, hàm lượng chất cải thiện tính giảm, thêm vào 36 có nhiều khuyết tật cuộn khí tính thấp Tổ chức xác phần tầng bề mặt đúc áp lực cao gọi tầng Mối quan hệ độ dày tầng tính kéo đúc áp lực cao: Càng chứa nhiều tầng tơi có tính cao tính cao Nhìn chung, tốc độ làm mát quy định mối quan hệ nhiệt độ nhôm lỏng khả làm mát khuôn đúc nên đúc áp lực cao có độ dày thành mỏng làm mát nhanh, tầng tơi phát triển tính máy trở nên tốt 1.3.3.3 Ảnh hưởng khuyết tật Khuyết tật hiểu lỗi thiên tích, lỗ khí, rỗ khí lõm, tạp chất, dị vật, nhăn nhôm, gờ nhôm v.v… Khuyết tật làm cho tính chất cơng nghệ bị giảm xuống lỗi có tần suất phát sinh đặc biệt cao, gây ảnh hưởng lớn, trực tiếp lỗ khí, cuộn tạp chất, dị vật Thông thường, đúc áp lực cao thường phát sinh cuộn khơng khí vào xilanh đẩy, điền nhơm lỏng vào lịng khn với tốc độ cao Khơng khí bị cuộn vào lẫn vào sản phẩm, tập trung phần đông kết muộn hình thành lỗ khí Cơ tính bị giảm rõ rệt hình thành lỗ khí Hơn nữa, trường hợp đúc áp lực cao với việc phát sinh lỗ khí nhơm lỏng, thơng thường khơng phải lỗ khí phát sinh tốc độ làm mát nhanh đi, xét cách tương đối so với lỗ khí hình thành bị cuộn khơng khí nên khơng gây ảnh hưởng lớn Cũng có nhiều trường hợp tính bị giảm tạp chất (hoặc dị vật v.v) trở thành vấn đề trọng yếu Tạp chất gây ảnh hưởng tới việc giảm tính chủ yếu màng ơxy hóa tầng tơi (tầng đơng kết đầu tiên) Màng ơxy hóa hình thành ơxit nhơm lỏng lò nung, lò ủ lò ủ kiểu rời bị lẫn vào Tất đặc tính bị giảm xuống giống giảm tính chất cơng nghệ lỗ khí, đặc biệt độ giãn bị giảm rõ rệt Cùng với việc tầng đông kết bị lẫn vào, tính kéo giảm đột ngột, cịn 1/2 mức bình thường 1.3.4 Khả đúc hợp kim nhôm dùng cho đúc áp lực cao (Hình 1.11) thể tính chảy lỗng hợp kim hệ ngun tố Al-Si cịn 37 (hình 1.12) thể tính chảy lỗng hợp kim hệ Al-Si-Cu bao gồm ADC10, 12 hợp kim thường dùng nhiều cho đúc áp lực cao Ở hợp kim hệ ngun tố Al-Si độ dài chảy lỗng gần phía cộng tinh nhiều dài Nhìn chung, độ dài chảy loãng điểm cộng tinh cao trường hợp hợp kim Al-Si ảnh hưởng đặc trưng kết tinh cộng tinh hay thiên tích nên điểm cao chiều dài chảy loãng lệch từ điểm cộng tinh Lượng chứa Cu % Độ dài chảy loãng cm sang phía Si cao Lượng chứa Si % Lượng chứa Si % Hình 1.11 Độ dài chảy lỗng hợp kim Al-Si Hình 1.12 Phân bố độ dài lưu động hệ nguyên tố Al-Si-Cu Ngay đúc khn cát có tốc độ làm mát thấp hay đúc khn kim loại có tốc độ nhanh lượng Si mức 14% bị lệch chút đúc áp lực cao với tốc độ làm mát cực nhanh cịn lệch nhiều Ảnh hưởng đồng tính lưu động nhỏ nhiều so với Si Trong ADC10, 12 hợp kim sử dụng nhiều lượng Si nhiều trở thành tổ chức có tính lưu động tốt 1.3.5 Tổ chức hợp kim nhơm đúc áp lực cao Trong (hình 1.13) thể mối quan hệ độ dày sản phẩm đúc hợp kim ADC12 tổ chức Tổ chức hợp kim cấu thành chủ yếu từ tổ chức (a +b) tinh thể ban đầu (a) - tinh thể đạt tới dạng nhánh nhơm thể rắn α Si, đồng, Mg có chút nhơm rắn lại cộng tinh α với Si Bất tổ chức chịu ảnh hưởng mạnh mẽ tốc độ làm mát, tốc độ làm mát nhanh tổ chức chặt chẽ 38 Hình 1.13 Tổ chức đúc sản phẩm hợp kim ADC12 đúc áp lực cao Tổ chức phần trung tâm sản phẩm đúc áp lực cao tổ chức gần lớp bề mặt khác nhau, phần trung tâm thơ nhám cịn phần gần lớp bề mặt có tổ chức mịn Tổ chức gần lớp bề mặt tiếp xúc với khuôn tổ chức cực nhỏ, có nhiều tinh thể ban đầu (a) Trong khu vực đồng sắt làm cứng cách cưỡng chế với lượng lớn để nâng cao tính Ở phía trong, cộng tinh nhiều chút, khu vực có tổ chức bắt đầu trở nên thơ nhám dần Khu vực gần bề mặt 0,3mm gọi lớp tôi, đúc áp lực cao phận có tính ưu việt Lớp bề mặt Lớp tơi Hình 1.14 Tổ chức lớp tơi 39 (Hình 1.14) thể tổ chức vị trí gần lớp tơi Càng gần phần trung tâm thơ nhám hơn, nhìn chung trạng thái gần tổ chức đúc khuôn kim loại, tính so với lớp tơi Ở phần thành dày có tốc độ làm mát chậm Si cộng tinh đạt đến hình dạng kim, đồng thời trường hợp lượng sắt nhiều hợp chất Al-Fe-Si hóa mà đạt đến dạng kim đơi nhìn thấy Việc phát sinh hợp chất làm cho tính chất cơng nghệ bị giảm xuống Kết là, phần thành mỏng sản phẩm đúc nói chung, xét cách tương đối có khuynh hướng tốc độ làm mát nhanh tổ chức mịn, tính cao Trong trường hợp ADC14 hợp kim cộng tinh q mức nhìn thấy Si tinh thể ban đầu có dạng hạt tổ chức Trong trường hợp này, tinh thể ban đầu (a) có dạng nhánh nhiều khơng công nhận Hạt Si tinh thể ban đầu cực rắn, đóng vai trị lớn việc nâng cao tính chống chịu mài mòn Ở bề mặt đúc áp lực cao nhiều khơng thể nhìn thấy hạt Si tinh thể ban đầu lớp cách tầng bề mặt 0,5mm nên cần kết hợp với cơng đoạn gia cơng sau 1.4 Thiết bị đúc 1.4.1 Máy đúc áp lực buồng nóng CF-65HT Sơ lược thiết bị Máy đúc nóng thủy lực tự động kiểu nằm phù hợp cho việc đúc hợp kim với độ nóng chảy thấp kẽm, chì, thiếc Đây thiết bị thiếu để đúc sản phẩm có u cầu độ xác với sản lượng lớn Khuôn nên thiết kế theo kiểu xích (nhiều sản phẩm khn) để gia công với tốc độ cao ổn định Thay chi tiết bị mài mòn đơn giản, tiết kiệm thời gian Hệ thống tra dầu tự động tăng tuổi thọ máy Kết cấu đùn có khả chống nhiệt, mài mịn bền Chu kỳ dầu thủy lực sử dụng phương pháp đùn ép giúp tăng cường khả đùn ép ổn định chất lượng sản phẩm 40 Hình 1.15 Máy đúc áp lực buồng nóng CF-65HT Chức máy Máy đúc nóng thiết kế sản xuất với chức trọng sau: - Đây thiết bị đúc nóng thủy lực tự động hồn tồn Một cơng nhân đứng vận hành vài máy q trình đúc khơng cần can thiệp nhiều cơng nhân - Cơng đoạn mở khn có ba tốc độ: Nhanh, trung bình chậm, cho phép thao tác vận hành dễ dàng - Do lực đùng ép lớn, trình đúc diễn nhanh, sản phẩm làm với tốc độ rót lớn Thêm vào đó, điều kiện đúc thay đổi tùy theo loại khuôn - Máy làm với độ xác cao, vật liệu chế tạo linh kiện máy chọn lọc kỹ, giúp cho kéo dài tuổi thọ tăng độ ổn định máy - Do động thủy lực đặt phần lớn chế độ đóng khn nên 41 làm cho khn lắp nhanh xác vào thành bộ, tiết kiệm thời gian để xiết chặt nối gắn máy thủ cơng Nó phù hợp cho sản xuất nhỏ với nhiều khuôn - Công tắc dừng khẩn cấp khả điều khiển thủ cơng có ảnh hưởng tới phần gia cơng cuối máy - Khi vận hành tốc độ thấp, khn vịi phun kết hợp xác đóng mở khn - Thùng dầu làm mát mở rộng để tránh tượng dầu nóng lên gia cơng (có kèm đồng hồ đo nhiệt độ dầu) - Để tránh nguy hiểm khuôn vỡ mở dung dịch phun đùn ép, thao tác đùn ép không thực trước máy chắn khn kín hồn toàn Trên thực tế, cố điện gây tai nạn, máy thiết kế với kết cấu an tồn cao vịi phun khuôn kết hợp thao tác phun xuất - Kết cấu lắp khuôn chia thành kết cấu lắp khuôn với áp lực thấp áp lực cao Trước tiên, lực ép thấp giúp cho khn đóng lại cách an tồn chắn Sau lực ép cao có tác dụng Thậm chí có vật liệu lạ ép lên bề mặt khn khơng gây hỏng hóc Khn sử dụng thời gian dài ổn định - Máy đúc nóng khơng có tượng rung lắc dẫn động thủy lực, vận hành với độ ồn thấp, có ống đệm dầu thủy lực bôi trơn Thông số kỹ thuật - Hệ thống kẹp: Lực khóa: 65 Ton Đường kính trục vít: 65 mm Kích thước khuôn: 420x420 mm Giữa giằng: 350x350 mm Hành trình khn: 210 mm Độ dày khn: 140-410 mm Lực tiếp xúc vịi phun: 1.3/1.7/2.1 Ton 42 Hành trình ngừng vịi phun: 180 mm - Hệ thống ép Đường kính xi lanh đùn: 85 mm Lực đùn: 3.9/5.1/6.2 Ton Hành trình đùn ép: 150 mm Đường kính đầu Piston: 50 mm Cơng suất đúc: 1.38 KGS Thể tích thùng nóng chảy: 320 KGS Đầu phun tới tâm: 0-55 mm Diện tích đúc: 247/193/317 cm2 Áp lực đúc: 202/259/317 Kg/cm2 - Lực đùn ép Lực đùn ép: 4.5/5.7/6.9 Tons Hành trình đùn ép: 65.5 mm - Hệ thống thủy lực Chu kỳ đúc: 600 lần/giờ Áp lực đơn vị: 70/90/110 Kg/cm2 Thùng chứa: 35/20 lít Thể tích thùng dầu: 240 lít - Hệ thống điện Động cơ: 15HP Điện nguồn điện: 380V, 50Hz - Kích thước máy Trọng lượng tĩnh: Tons Kích thước máy: 3930x1250x2250 mm 1.4.2 Máy đúc áp lực buồng lạnh ZDC-150T-V2BP - Bộ phận khuôn: Lực khn: 150 Hình ngồi bàn khn: 700x70 mm 43 Hình 1.16 Máy đúc áp lực buồng lạnh ZDC-150T-V2BP Khoảng cách viền trụ: 454x454 mm Đường kính trụ: 90 mm Hành trình đóng mở khn (lớn nhất): 310 mm Ốp khuôn lớn nhất: 530 mm Ốp khuôn nhỏ nhất: 200 mm Thời gian đóng khn (nhanh nhất) cao tốc: 0.9 sec Thời gian mở khuôn (nhanh nhất) cao tốc: 0.9 sec Tốc độ chỉnh khuôn: 125 (50Hz) mm/min - Bộ phận phun: Lực phun ra: 19.9 Lực tăng áp lớn nhất: 210 kgf/cm2 Tồn hành trình đẩy sản phẩm pitston: 365 mm Khoảng cách nhơ đầu pitston: 150 mm Vị trí trung tâm bắn ra: 105 mm Tốc độ ép không (tốc độ chậm): 0.02-1.5 m/sec Tốc độ ép không (tốc độ nhanh): 0.1-5.0 m/sec 44 Đường kính đầu pitston tiêu chuẩn: 50 mm Đường kính đầu pitston (nhỏ nhất-lớn nhất): 45-60 mm Áp lực đúc ép đưa ra: 1013 kgf/cm2 - Bộ phận ép Lực ép: 8.7 Hành trình ép: 0-80 mm - Dung lượng chi tiết đúc (bảng 1.4) Bảng 1.4 Trọng lượng chi tiết đúc phụ thuộc yếu tố Đường kính pitston (mm) φ45 φ50 φ60 Áp lực phun (kgf/cm2) 1251 1145 1020 Diện tích đúc (cm2) 120 695 780 Dung lượng đưa (cm3) 434 536 771 Trọng lượng đưa (kgf) 1.13 1.4 2.0 - Cơ cấu thủy lực Áp lực làm việc (đóng mở khuôn, ép ra): 140 kgf/cm2 Áp lực chứa lực nén bắn: 100 kgf/cm2 Lực nén chứa áp lực tăng áp bắn: 200 kgf/cm2 Lượng đưa (phun) cấu bơi trơn: 76 (50Hz) lít/phút Chương hai trình bày khái niệm cơng nghệ đúc áp lực, khuôn đúc, vật liệu đúc, thiết bị đúc Chất lượng sản phẩm đúc định yếu tố công nghệ đúc áp lực Mỗi yếu tố ảnh hưởng định sản phẩm đúc có đạt yêu cầu kỹ thuật đáp ứng với thị trường Đối với nhà máy sản xuất Việt Nam cơng nghệ, thiết bị, vật liệu chuyển giao nhập từ nước ngồi Khn đúc chế tạo xử lý nhiệt Việt Nam, điều ảnh hưởng đến chất lượng giá thành sản phẩm xuất xưởng Sản phẩm đúc áp lực có chất lượng bề mặt cao, thường gia công lại Điều địi hỏi bề mặt khn phải có độ xác cao (độ bóng bề mặt cao) đồng thời phải có độ cứng khả chịu nhiệt độ cao (tính cứng nóng cao), khả chống dính khn phải tốt Trong q trình làm việc, ma sát chi tiết khuôn chi tiết khuôn với nhôm lỏng làm cho khuôn bị phá 45 hủy số tượng: mịn dính, mịn hóa học, cào xước áp lực gây nứt vỡ Tại Việt Nam việc xử lý bề mặt khn thông thường nhiệt luyện kết hợp thấm nitơ bề mặt Phương pháp cải thiện chất lượng khuôn giảm tượng hỏng khn Nhưng khó khăn việc nhiệt luyện thấm nitơ làm cho chất lượng bề mặt khn giảm sút, khó xử lý lại Trên giới xuất phương pháp mới, phủ lớp kim loại hợp chất lên bề mặt lịng khn để tăng độ cứng, khả chịu nhiệt giảm ma sát Lớp phủ cứng tạo phương pháp vật lý (PVD) Hiện công nghệ thiết bị có Việt Nam, luận văn bàn việc chế tạo lớp phủ cứng khuôn đúc kim loại nhằm nâng cao chất lượng chi tiết tuổi bền khuôn 46 ... vật liệu đúc yêu cầu công nghệ Khi áp lực đạt giá trị thuỷ tĩnh mà rãnh dẫn cịn kim loại lỏng áp lực truyền vào vật đúc- kim loại kết tinh trạng thái áp lực cao 1. 2 Khuôn đúc áp lực 1. 2 .1 Cấu tạo... (bảng 1. 1): Bảng 1. 1 Thành phần thép SKD 61 làm khuôn đúc áp lực C 0,32 – 0,42 Si 0,8 – 1, 2 Thành phần hóa học % Mn Cr ≤ 0,5 4,5 – 5,5 Mo 1, 0 – 1, 5 V 0,8 – 1, 2 1. 2.3 Xử lý nhiệt khuôn đúc áp lực. .. (mm) φ45 φ50 φ60 Áp lực phun (kgf/cm2) 12 51 114 5 10 20 Diện tích đúc (cm2) 12 0 695 780 Dung lượng đưa (cm3) 434 536 7 71 Trọng lượng đưa (kgf) 1. 13 1. 4 2.0 - Cơ cấu thủy lực Áp lực làm việc (đóng