Việc đúc thân van là một phần quan trọng trong quy trình sản xuất van, và chất lượng của sản phẩm đúc quyết định chất lượng của van. Sau đây giới thiệu một số phương pháp đúc thường được sử dụng trong ngành công nghiệp van:
Đúc khuôn cát:
Đúc khuôn cát, thường được sử dụng trong ngành công nghiệp van, có thể được chia thành cát xanh, cát khô, cát thủy tinh lỏng và cát tự đông cứng bằng nhựa furan theo các chất kết dính khác nhau.
(1) Cát xanh là một quá trình tạo hình sử dụng bentonit làm chất kết dính.
Đặc điểm của nó là:Khuôn cát thành phẩm không cần sấy khô hay làm cứng, khuôn cát có độ bền ướt nhất định, lõi cát và vỏ khuôn có độ đàn hồi tốt, giúp dễ dàng làm sạch và lấy sản phẩm đúc ra. Hiệu suất sản xuất khuôn cao, chu kỳ sản xuất ngắn, chi phí vật liệu thấp và thuận tiện cho việc tổ chức sản xuất theo dây chuyền lắp ráp.
Nhược điểm của nó là:Các sản phẩm đúc dễ bị các khuyết tật như rỗ khí, lẫn cát và bám dính cát, và chất lượng của sản phẩm đúc, đặc biệt là chất lượng nội tại, không lý tưởng.
Bảng tỷ lệ và hiệu suất của cát xanh dùng cho đúc thép:
(2) Cát khô là một quá trình tạo hình sử dụng đất sét làm chất kết dính. Việc thêm một ít bentonit có thể cải thiện độ bền ướt của nó.
Đặc điểm của nó là:Khuôn cát cần được làm khô, có độ thoáng khí tốt, không dễ bị các khuyết tật như lẫn cát, dính cát và rỗ khí, và chất lượng vốn có của vật đúc tốt.
Nhược điểm của nó là:Công nghệ này đòi hỏi thiết bị sấy cát và chu kỳ sản xuất dài.
(3) Cát thủy tinh lỏng là một quy trình tạo hình sử dụng thủy tinh lỏng làm chất kết dính. Đặc điểm của nó là: thủy tinh lỏng có chức năng tự động đông cứng khi tiếp xúc với CO2 và có thể có nhiều ưu điểm của phương pháp đông cứng bằng khí để tạo hình và làm lõi, nhưng có những nhược điểm như khả năng sụp đổ kém của vỏ khuôn, khó làm sạch cát của vật đúc và tỷ lệ tái tạo và tái chế cát cũ thấp.
Bảng tỷ lệ và hiệu suất của cát đông cứng CO2 dạng thủy tinh lỏng:
(4) Đúc khuôn cát tự đông cứng bằng nhựa furan là một quy trình đúc sử dụng nhựa furan làm chất kết dính. Cát đúc đông cứng do phản ứng hóa học của chất kết dính dưới tác dụng của chất đóng rắn ở nhiệt độ phòng. Đặc điểm của nó là khuôn cát không cần phải sấy khô, giúp rút ngắn chu kỳ sản xuất và tiết kiệm năng lượng. Cát đúc nhựa dễ nén và có đặc tính phân rã tốt. Cát đúc của các sản phẩm đúc dễ làm sạch. Các sản phẩm đúc có độ chính xác kích thước cao và bề mặt hoàn thiện tốt, có thể cải thiện đáng kể chất lượng sản phẩm đúc. Nhược điểm của nó là: yêu cầu chất lượng cao đối với cát nguyên liệu, có mùi hăng nhẹ tại nơi sản xuất và chi phí nhựa cao.
Tỷ lệ và quy trình trộn hỗn hợp cát không nung nhựa furan:
Quy trình trộn cát tự đông cứng nhựa furan: Tốt nhất nên sử dụng máy trộn cát liên tục để làm cát tự đông cứng nhựa. Cát nguyên liệu, nhựa, chất đóng rắn, v.v. được thêm vào theo trình tự và trộn nhanh. Có thể trộn và sử dụng bất cứ lúc nào.
Thứ tự thêm các nguyên liệu thô khác nhau khi trộn cát nhựa như sau:
Cát thô + chất đóng rắn (dung dịch axit p-toluenesulfonic trong nước) – (120 ~ 180S) – nhựa + silan – (60 ~ 90S) – sản xuất cát
(5) Quy trình sản xuất đúc cát điển hình:
Đúc chính xác:
Trong những năm gần đây, các nhà sản xuất van ngày càng chú trọng đến chất lượng ngoại quan và độ chính xác kích thước của các sản phẩm đúc. Vì ngoại quan tốt là yêu cầu cơ bản của thị trường, nên nó cũng là tiêu chuẩn định vị cho bước gia công đầu tiên.
Trong ngành công nghiệp van, phương pháp đúc chính xác thường được sử dụng là đúc khuôn mẫu, được giới thiệu ngắn gọn như sau:
(1) Hai phương pháp xử lý đúc dung dịch:
①Sử dụng vật liệu khuôn gốc sáp nhiệt độ thấp (axit stearic + parafin), phun sáp áp suất thấp, lớp vỏ thủy tinh lỏng, khử sáp bằng nước nóng, quy trình nấu chảy và rót trong môi trường khí quyển, chủ yếu được sử dụng cho các sản phẩm đúc thép cacbon và thép hợp kim thấp với yêu cầu chất lượng chung. Độ chính xác kích thước của sản phẩm đúc có thể đạt tiêu chuẩn quốc gia CT7~9.
② Sử dụng vật liệu khuôn gốc nhựa nhiệt độ trung bình, phun sáp áp suất cao, vỏ khuôn silica sol, khử sáp bằng hơi nước, quy trình đúc nóng chảy nhanh trong khí quyển hoặc chân không, độ chính xác kích thước của vật đúc có thể đạt độ chính xác CT4-6.
(2) Quy trình điển hình của đúc khuôn mẫu đầu tư:
(3) Đặc điểm của đúc khuôn đầu tư:
①Sản phẩm đúc có độ chính xác kích thước cao, bề mặt nhẵn và chất lượng ngoại quan tốt.
② Có thể đúc các chi tiết có cấu trúc và hình dạng phức tạp mà các quy trình khác khó gia công được.
③ Vật liệu đúc không bị giới hạn, bao gồm nhiều loại vật liệu hợp kim như: thép carbon, thép không gỉ, thép hợp kim, hợp kim nhôm, hợp kim chịu nhiệt cao và kim loại quý, đặc biệt là các vật liệu hợp kim khó rèn, hàn và cắt.
④ Tính linh hoạt trong sản xuất và khả năng thích ứng cao. Có thể sản xuất với số lượng lớn, đồng thời cũng phù hợp cho sản xuất từng sản phẩm riêng lẻ hoặc theo lô nhỏ.
⑤ Đúc khuôn mẫu cũng có một số hạn chế, chẳng hạn như: quy trình phức tạp và chu kỳ sản xuất dài. Do các kỹ thuật đúc có thể sử dụng bị hạn chế, khả năng chịu áp lực của nó không thể cao khi được sử dụng để đúc các chi tiết van vỏ mỏng chịu áp lực.
Phân tích các khuyết tật đúc
Bất kỳ sản phẩm đúc nào cũng sẽ có các khuyết tật bên trong, sự tồn tại của những khuyết tật này sẽ tiềm ẩn những nguy hiểm lớn đối với chất lượng bên trong của sản phẩm đúc, và việc hàn sửa chữa để loại bỏ các khuyết tật này trong quá trình sản xuất cũng sẽ gây ra gánh nặng lớn cho quá trình sản xuất. Đặc biệt, van là sản phẩm đúc vỏ mỏng chịu được áp suất và nhiệt độ cao, và độ đặc chắc của cấu trúc bên trong rất quan trọng. Do đó, các khuyết tật bên trong của sản phẩm đúc trở thành yếu tố quyết định ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm đúc.
Các khuyết tật bên trong của van đúc chủ yếu bao gồm lỗ rỗng, tạp chất xỉ, rỗ do co ngót và vết nứt.
(1) Lỗ chân lông:Các lỗ rỗng được tạo ra bởi khí, bề mặt của chúng nhẵn, và chúng được hình thành bên trong hoặc gần bề mặt của vật đúc, và hình dạng của chúng chủ yếu là tròn hoặc thuôn dài.
Các nguồn khí chính tạo ra lỗ rỗng là:
① Nitơ và hydro hòa tan trong kim loại được giữ lại bên trong kim loại trong quá trình đông đặc của vật đúc, tạo thành các thành bên trong hình tròn hoặc hình bầu dục khép kín với độ bóng kim loại.
② Độ ẩm hoặc các chất dễ bay hơi trong vật liệu đúc sẽ chuyển thành khí do nhiệt độ cao, tạo thành các lỗ rỗng có thành bên trong màu nâu sẫm.
③ Trong quá trình rót kim loại, do dòng chảy không ổn định, không khí tham gia vào quá trình tạo thành các lỗ rỗng.
Phương pháp phòng ngừa khuyết tật khí khổng:
① Trong quá trình luyện kim, nên hạn chế tối đa hoặc loại bỏ hoàn toàn việc sử dụng nguyên liệu kim loại bị gỉ, đồng thời các dụng cụ và nồi nấu kim loại cần được nung và sấy khô.
② Việc rót thép nóng chảy nên được thực hiện ở nhiệt độ cao và thấp, đồng thời thép nóng chảy cần được xử lý đúng cách để tạo điều kiện cho khí nổi lên.
③ Thiết kế quy trình của ống rót cần tăng áp suất cột nước của thép nóng chảy để tránh hiện tượng khí bị kẹt, và thiết lập đường dẫn khí nhân tạo để thoát khí hợp lý.
④ Vật liệu đúc cần kiểm soát hàm lượng nước và thể tích khí, tăng khả năng thấm khí, và khuôn cát cũng như lõi cát cần được nung và sấy khô càng kỹ càng tốt.
(2) Khoang co ngót (lỏng):Đó là một khoang rỗng (lỗ rỗng) hình tròn hoặc không đều, có thể liền mạch hoặc không liền mạch, xuất hiện bên trong vật đúc (đặc biệt là ở điểm nóng), với bề mặt bên trong thô ráp và màu sẫm hơn. Các hạt tinh thể thô, chủ yếu ở dạng hình nhánh cây, tập trung ở một hoặc nhiều vị trí, dễ bị rò rỉ trong quá trình thử nghiệm thủy lực.
Nguyên nhân gây ra hiện tượng co ngót (lỏng lẻo):Hiện tượng co ngót thể tích xảy ra khi kim loại đông đặc từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn. Nếu không bổ sung đủ thép nóng chảy vào thời điểm này, hiện tượng rỗng do co ngót là điều không thể tránh khỏi. Rỗng do co ngót trong các sản phẩm đúc thép về cơ bản là do kiểm soát quá trình đông đặc tuần tự không đúng cách. Các nguyên nhân có thể bao gồm cài đặt ống rót không chính xác, nhiệt độ rót thép nóng chảy quá cao và độ co ngót kim loại lớn.
Các phương pháp ngăn ngừa hiện tượng co ngót (lỏng lẻo):① Thiết kế hệ thống rót vật đúc một cách khoa học để đạt được sự đông đặc tuần tự của thép nóng chảy, và các phần đông đặc trước cần được bổ sung thép nóng chảy. ② Bố trí đúng và hợp lý ống rót, ống cấp liệu, tấm chắn nhiệt bên trong và bên ngoài để đảm bảo sự đông đặc tuần tự. ③ Khi rót thép nóng chảy, việc phun từ trên xuống từ ống rót có lợi cho việc đảm bảo nhiệt độ của thép nóng chảy và quá trình cấp liệu, đồng thời giảm sự hình thành các lỗ co ngót. ④ Về tốc độ rót, rót tốc độ thấp có lợi cho sự đông đặc tuần tự hơn so với rót tốc độ cao. ⑸ Nhiệt độ rót không nên quá cao. Thép nóng chảy được lấy ra khỏi lò ở nhiệt độ cao và được rót sau khi làm nguội, điều này có lợi cho việc giảm các lỗ co ngót.
(3) Các tạp chất cát (xỉ):Các tạp chất cát (xỉ), thường được gọi là bọt khí, là những lỗ tròn hoặc không đều, không liên tục xuất hiện bên trong vật đúc. Các lỗ này chứa lẫn cát đúc hoặc xỉ thép, có kích thước không đồng đều và kết tụ lại. Chúng xuất hiện ở một hoặc nhiều vị trí, thường nhiều hơn ở phần trên.
Nguyên nhân gây lẫn cát (xỉ):Tạp chất xỉ là do các mảnh xỉ thép riêng lẻ lẫn vào vật đúc cùng với thép nóng chảy trong quá trình nấu chảy hoặc rót. Tạp chất cát là do độ kín của khoang khuôn không đủ trong quá trình tạo hình. Khi thép nóng chảy được rót vào khoang khuôn, cát tạo hình bị thép nóng chảy cuốn trôi và xâm nhập vào bên trong vật đúc. Ngoài ra, thao tác không đúng cách trong quá trình cắt gọt và đóng hộp, và hiện tượng cát rơi ra ngoài cũng là nguyên nhân gây ra tạp chất cát.
Các phương pháp ngăn ngừa lẫn tạp chất cát (xỉ):① Khi nấu chảy thép, cần loại bỏ triệt để khí thải và xỉ. ② Cố gắng không lật ngược túi rót thép nóng chảy, mà nên sử dụng túi rót hình ấm trà hoặc túi rót đáy để ngăn xỉ phía trên thép nóng chảy xâm nhập vào khoang khuôn cùng với thép nóng chảy. ③ Khi rót thép nóng chảy, cần có biện pháp ngăn xỉ xâm nhập vào khoang khuôn cùng với thép nóng chảy. ④ Để giảm khả năng lẫn cát, đảm bảo độ kín của khuôn cát khi tạo hình, cẩn thận không làm mất cát khi cắt tỉa và thổi sạch khoang khuôn trước khi đóng hộp.
(4) Vết nứt:Hầu hết các vết nứt trong vật đúc là vết nứt nóng, có hình dạng bất thường, xuyên suốt hoặc không xuyên suốt, liên tục hoặc gián đoạn, và kim loại tại các vết nứt có màu sẫm hoặc bị oxy hóa bề mặt.
nguyên nhân gây ra vết nứtCụ thể là ứng suất nhiệt độ cao và biến dạng màng chất lỏng.
Ứng suất nhiệt độ cao là ứng suất hình thành do sự co ngót và biến dạng của thép nóng chảy ở nhiệt độ cao. Khi ứng suất vượt quá giới hạn bền hoặc giới hạn biến dạng dẻo của kim loại ở nhiệt độ này, vết nứt sẽ xuất hiện. Biến dạng màng lỏng là sự hình thành màng lỏng giữa các hạt tinh thể trong quá trình đông đặc và kết tinh của thép nóng chảy. Cùng với sự tiến triển của quá trình đông đặc và kết tinh, màng lỏng bị biến dạng. Khi lượng biến dạng và tốc độ biến dạng vượt quá một giới hạn nhất định, vết nứt sẽ được tạo ra. Phạm vi nhiệt độ của vết nứt nhiệt là khoảng 1200~1450℃.
Các yếu tố ảnh hưởng đến vết nứt:
① Các nguyên tố S và P trong thép là những yếu tố gây hại cho sự hình thành vết nứt, và hợp kim eutectic của chúng với sắt làm giảm độ bền và độ dẻo của thép đúc ở nhiệt độ cao, dẫn đến nứt.
② Sự lẫn tạp và phân bố không đồng đều của xỉ trong thép làm tăng sự tập trung ứng suất, do đó làm tăng xu hướng nứt nóng.
③ Hệ số co ngót tuyến tính của loại thép càng lớn thì khả năng nứt nóng càng cao.
④ Thép có độ dẫn nhiệt càng cao, sức căng bề mặt càng lớn, thì tính chất cơ học ở nhiệt độ cao càng tốt và xu hướng nứt nóng càng nhỏ.
⑤ Thiết kế kết cấu của các chi tiết đúc có tính khả thi sản xuất kém, chẳng hạn như các góc bo tròn quá nhỏ, sự chênh lệch độ dày thành lớn và sự tập trung ứng suất nghiêm trọng, sẽ gây ra nứt vỡ.
⑥ Độ đặc của khuôn cát quá cao, và năng suất lõi kém cản trở sự co ngót của vật đúc và làm tăng nguy cơ nứt.
⑦Các yếu tố khác, chẳng hạn như bố trí ống dẫn không đúng cách, làm nguội vật đúc quá nhanh, ứng suất quá mức do cắt ống dẫn và xử lý nhiệt, v.v., cũng sẽ ảnh hưởng đến sự hình thành vết nứt.
Dựa trên nguyên nhân và các yếu tố ảnh hưởng đến các vết nứt nêu trên, có thể áp dụng các biện pháp tương ứng để giảm thiểu và ngăn ngừa sự xuất hiện của các khuyết tật do nứt gây ra.
Dựa trên phân tích nguyên nhân gây ra các khuyết tật đúc nêu trên, việc tìm ra các vấn đề hiện có và áp dụng các biện pháp cải thiện tương ứng có thể giúp giải quyết các khuyết tật đúc, từ đó góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm đúc.
Thời gian đăng bài: 31 tháng 8 năm 2023