CHƯƠNG MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA KIM LOẠI LỎNG MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA KIM LOẠI LỎNG Sức căng bề mặt Độ sệt kim loại lỏng Độ chảy loãng khả điền đầy khuôn SỨC CĂNG BỀ MẶT Góc thấm ướt θ • Ký hiệu: – ứng với kim loại lỏng – không khí – thành khuôn ⇒ Các sức căng pha tương ứng: σ1-2, σ1-3, σ2-3 Cos θ= (σ2-3 - σ1-3)/ σ1-2 KLL không thấm ướt thành khuôn • Khi θ> 900 ⇔ σ 1-3> σ 2-3 • Góc thấm ướt lớn làm giảm khả thấm ướt kim loại lỏng với thành khuôn • Hệ quả: - Làm giảm khả điền đầy khuôn, đặc biệt với vật đúc thành mỏng, hình dạng phức tạp - Hạn chế thâm nhập kim loại lỏng vào lỗ mao dẫn bề mặt khuôn ⇒ hạn chế cháy dính cát học bề mặt vật đúc Kim loại lỏng thấm ướt thành khuôn • Khi θ< 900 ⇔ σ 1-3< σ 2-3 • Góc thấm ướt nhỏ làm tăng khả thấm ướt kim loại lỏng với thành khuôn • Hệ quả: - Làm tăng khả điền đầy khuôn, đặc biệt với vật đúc thành mỏng, hình dạng phức tạp - Làm tăng thâm nhập kim loại lỏng vào lỗ mao dẫn bề mặt khuôn ⇒ dễ cháy dính cát học bề mặt vật đúc Các yếu tố ảnh hưởng đến scbm Thành phần hóa học kim loại lỏng • Kim loại có hòa tan ôxit có nhiệt độ nóng chảy < nhiệt độ nóng chảy kim loại ⇒ làm giảm góc thấm ướt Thí dụ: FeO hợp kim sắt; CuO HK đồng … • Khi bề mặt kim loại lỏng có màng ôxit khó chảy làm tăng góc thấm ướt Thí dụ: Al2O3, Cr2O3/thép lỏng; Al2O3/HK Al… • Các nguyên tố hòa tan kim loại lỏng Các yếu tố ảnh hưởng đến scbm • Nhiệt độ: nhiệt độ tăng góc thấm ướt giảm • Vật liệu làm khuôn, chất sơn khuôn: - Sơn khuôn phấn chì, bột talc: làm tăng góc thấm ướt - Phun dầu hỏa lên bề mặt khuôn: giảm góc thấm ướt ĐỘ SỆT • Độ sệt trở lực bên kim loại lỏng làm cản trở dòng chảy ∀ η - độ sệt động lực học • Lượng lưu chất V chảy qua ống đơn vị thời gian xác định: V= (πr4∆p)/(8ηl) r, l – bán kính chiều dài ống dẫn ∆p - độ chênh cột áp đầu ống ĐỘ SỆT ∀ ν - độ sệt động học ∀ ν= η/γ • Re= vd/ν v – vận tốc dài dòng chảy d - đường kính thủy lực ống • Re < Reth: chảy tầng • Re > Reth: chảy rối • Reth= 3500 (thép cacbon); = 7000 (gang xám) Các yếu tố ảnh hưởng đến độ sệt kim loại lỏng Nhiệt độ • Ảnh hưởng đến độ sệt theo mối quan hệ: η= Aeb/T A, b - số T tăng η giảm mạnh Các yếu tố ảnh hưởng đến độ sệt kim loại lỏng Thành phần kim loại lỏng • Một số nguyên tố hợp kim làm tăng độ sệt; số khác lại làm giảm • Những tạp phi kim rắn (vd: Al2O3 thép) thường làm tăng độ sệt kim loại lỏng Tạp có dạng góc, cạnh làm giảm độ sệt mạnh so với dạng cầu • Các tạp phi kim lỏng (vd: Fe3P gang) thường làm giảm độ sệt kim loại lỏng ĐỘ CHẢY LOÃNG VÀ KHẢ NĂNG ĐIỀN ĐẦY KHUÔN Một số khái niệm • Độ chảy loãng nghịch đảo độ sệt: ϕ= 1/η • Độ chảy loãng hợp kim khác rót nhiệt độ khác • Hợp kim có khả chảy đến nhiệt độ thấp đường lỏng tính chảy nhiệt độ xác định gọi nhiệt độ có độ chảy loãng không (T0) Một số khái niệm • Giá trị T0: - Khi pha rắn dạng cầu, hợp kim tính chảy loãng lượng pha rắn khoảng 30% - Nếu pha rắn có dạng nhánh phân nhánh rộng làm giảm mạnh độ chảy loãng hợp kim tính chảy loãng lượng pha rắn khoảng 20% Các yếu tố ảnh hưởng đến khả điền đầy khuôn • Khi kim loại lỏng chảy tiếp xúc với khuôn kèm theo tác dụng tương hỗ nhiệt, vật lý, hóa học gây ảnh hưởng đến khả điền đầy khuôn kim loại lỏng Các yếu tố ảnh hưởng đến khả điền đầy khuôn Các tính chất hợp kim • Kim loại lỏng chảy khuôn dần nhiệt lượng nhiệt (Qm) không vượt lượng nhiệt nhiệt (Qqn) cần thiết để nung KLL từ nhiệt độ có độ chảy loãng không đến nhiệt độ rót: Qm < Qqn Các yếu tố ảnh hưởng đến khả điền đầy khuôn Các tính chất hợp kim Qqn = G[c(Tr – T0) + xW] G – khối lượng vật đúc c - nhiệt dung riêng KLL W - ẩn nhiệt kết tinh KLL x - phần pha rắn KLL có độ chảy loãng không Mức độ chảy KLL phụ thuộc vào c W Các yếu tố ảnh hưởng đến khả điền đầy khuôn Các tính chất khuôn Tính chất khuôn thể mặt: a Khuôn lấy nhiệt KLL Khả lấy nhiệt đặc trưng độ thấm nhiệt khuôn bkh: bkh= (λcρ)0,5 λ, c, ρ: độ dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, khối lượng riêng khuôn Khuôn có bkh lớn ⇒ KLL nguội nhanh Các yếu tố ảnh hưởng đến khả điền đầy khuôn Các tính chất khuôn b Gây trở lực cho dòng chảy ma sát • Bề mặt khuôn nhẵn, hệ số ma sát thấp • Sự hình thành màng khí mỏng KLL bề mặt khuôn làm giảm hệ số ma sát • Hệ số ma sát khuôn tươi nhỏ khuôn khô Các yếu tố ảnh hưởng đến khả điền đầy khuôn Sức căng bề mặt • Scbm KKL khuôn lớn khả điền đầy khuôn Màng ôxit • Màng ôxit bề mặt KLL làm giảm khả điền đầy khuôn Các yếu tố ảnh hưởng đến khả điền đầy khuôn 5.Khoảng đông KLL ∀ ∆T thấp độ chảy loãng cao Các yếu tố ảnh hưởng đến khả điền đầy khuôn Ảnh hưởng hình dạng lòng khuôn Gọi: F, V tổng diện tích bề mặt thể tích lòng khuôn Khi F/V tăng: • Nhiệt lượng KLL truyền cho khuôn tăng • Ma sát KLL khuôn tăng ⇒ Giảm khả điền đầy khuôn XÁC ĐỊNH ĐỘ CHẢY LOẢNG XÁC ĐỊNH ĐỘ CHẢY LOẢNG XÁC ĐỊNH ĐỘ CHẢY LOẢNG XÁC ĐỊNH ĐỘ CHẢY LOÃNG