Tài liệu Nghiên cứu khuôn gốm trên cơ sở vật liệu trong nước

  • Số trang: 171 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 176 |
  • Lượt tải: 0
thuvientrithuc1102

Đã đăng 15893 tài liệu

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỖ VĂN QUẢNG NGHIÊN CỨU KHUÔN GỐM TRÊN CƠ SỞ VẬT LIỆU TRONG NƢỚC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU Hà Nội - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỖ VĂN QUẢNG NGHIÊN CỨU KHUÔN GỐM TRÊN CƠ SỞ VẬT LIỆU TRONG NƢỚC Chuyên ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã số: 62520309 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. Đào Hồng Bách 2. GS.TS. Đinh Quảng Năng Hà Nội - 2014 a LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả đạt được của đề tài nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào. Người cam đoan Đỗ Văn Quảng b LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Khoa học & Kỹ thuật vật liệu đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập tại Trường. Tôi muốn gửi lời cảm ơn đặc biệt tới tập thể hướng dẫn trực tiếp là PGS.TS. Đào Hồng Bách và GS.TS. Đinh Quảng Năng. Hai Thầy đã đưa ra những lời khuyên, những định hướng khoa học rất quý báu để tôi có thể triển khai công việc nghiên cứu của mình. Xin chân thành cảm ơn các Thầy, các bạn đồng nghiệp trong Bộ môn Vật liệu & Công nghệ đúc, nơi tôi đang làm việc đã nhiệt tình giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu. Đặc biệt, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới PGS.TS. Nguyễn Hữu Dũng, PGS.TS. Nguyễn Hồng Hải, TS. Phạm Mai Khánh, TS. Trần Đức Huy, ThS. Bùi Bỉnh Hà và TS. Nguyễn Hồng Hải. Trong quá trình làm thực nghiệm, Phòng thí nghiệm của Viện Khoa học & Kỹ thuật vật liệu đã tạo những điều kiện tốt nhất cho tôi làm thực nghiệm. Nhân đây, tôi xin gửi lời cảm ơn tới TS. Nguyễn Đặng Thủy, ThS. Hoàng Thị Ngọc Quyên, ThS. Đỗ Minh Đức và TS. Nguyễn Thị Hoàng Oanh đã nhiệt tình giúp đỡ tôi hoàn thành các thực nghiệm. Ngoài ra, tôi cũng muốn gửi lời cảm ơn tới ThS. Nguyễn Minh Đạt, Viện Mỏ Luyện kim Việt Nam đã giúp đỡ tôi hoàn thành một số thực nghiệm tại Viện Mỏ - Luyện kim. Nhân đây, tôi cũng muốn gửi lời cảm ơn tới các chị và các em ở công ty TNHH Đúc Tháng Năm đã động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận án này. Với tấm lòng biết ơn đến các Thầy Cô, các nhà khoa học, các đồng nghiệp và bạn bè thân hữu đã động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu. Cuối cùng tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình - nơi nuôi dưỡng và là nguồn động lực để tôi vượt mọi trở ngại khó khăn để hoàn thành luận văn này. Đỗ Văn Quảng i MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ vi LỜI MỞ ĐẦU…………………………………………………………………………………. 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHUÔN GỐM………………………….. 4 Công nghệ khuôn gốm đúc chính xác………….………………………………... 4 1.1.1. Phân loại khuôn gốm…………………………………………………………... 4 1.1.2. Công nghệ khuôn gốm vỏ mỏng……………………………………………….. 5 1.1.3. Công nghệ khuôn khối…………………………………………………............. 6 Thực trạng của công nghệ khuôn khối……….…………………………………. 9 1.2.1. Tình hình công nghệ khuôn khối trên thế giới…………………………............ 9 1.2.2. Tình hình công nghệ khuôn gốm ở Việt Nam…………………………............. 15 1.3. Triển vọng của công nghệ khuôn khối….……………………………………….. 16 1.4. Mục đích nghiên cứu………………..……………………………………............. 17 CHƢƠNG 2: ĐẶC TÍNH CỦA VẬT LIỆU CHẾ TẠO KHUÔN GỐM…………………. 18 Chất dính thủy tinh lỏng dùng trong ngành đúc………………..……………… 18 2.1.1. Tính chất hóa lý của thủy tinh lỏng……………………………………............. 18 2.1.2. Cấu trúc của thủy tinh lỏng…………………………………………………….. 19 2.1.3. Giản đồ trạng thái của thủy tinh lỏng………………………………………….. 20 2.1.4. Quá trình polyme hóa của thủy tinh lỏng………………………………............ 22 2.1.5. Ảnh hưởng của độ ẩm tới độ bền khuôn, ruột sử dụng chất dính thủy tinh lỏng 28 2.2. Keo silic dùng trong ngành đúc…..……………………………………………... 29 2.3. Thủy tinh lỏng mô đun cao và nguyên lý hòa trộn thủy tinh lỏng với keo silic, 31 2.3.1. Thủy tinh lỏng mô đun cao……………………...…...………………………… 31 2.3.2. Nguyên lý hòa trộn thủy tinh lỏng với keo silic….……………………………. 32 2.3.3. Độ bền của khuôn, ruột sử dụng chất dính thủy tinh lỏng mô đun cao……...… 33 1.1. 1.2. 2.1. 2.4. Cơ chế hình thành độ bền của khuôn khối một lớp sử dụng chất dính thủy tinh lỏng mô đun cao............................................................................................... 33 ii 2.4.1. Cơ chế hình thành độ bền trước nung………………….………………............. 34 2.4.2. Cơ chế hình thành độ bền khi nung……………………………………............. 36 Vật liệu chịu lửa và chất phụ………….…………………………………............. 38 2.5.1. Thạch anh………………………………………………………………............ 38 2.5.2. Ziếc côn………………………………………………………………………... 40 2.5.3. Chất phụ………………………………………………………………………... 42 Thông số nhiệt lý và hệ số giãn nở nhiệt……...….……………………………… 43 2.6.1. Hệ số khuếch tán nhiệt độ và độ dẫn nhiệt ……………………………............. 43 2.6.2. Hệ số giãn nở nhiệt………………...…………………………………………... 44 Kết luận và phạm vi nghiên cứu……..…………………………………………... 44 CHƢƠNG 3: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………………………. 46 Đối tƣợng nghiên cứu ……………………………………..................................... 46 3.1.1. Vật liệu chịu lửa ………………………………………………………………. 46 3.1.2. Chất dính và chất tạo gel ……………………………………………................ 48 Phƣơng pháp nghiên cứu ………..………………………………………………. 49 3.2.1. Thiết bị nghiên cứu…………………………………………………………….. 49 3.2.2. Phương pháp nghiên cứu………………………………………………………. 50 Mô hình thực nghiệm…………………………………………………………….. 53 3.3.1. Chế tạo thủy tinh lỏng mô đun cao……………...……………………………... 53 3.3.2. Chế tạo mẫu khuôn gốm…….…………………………………………………. 54 2.5. 2.6. 2.7. 3.1. 3.2. 3.3. 3.3.3. Xác định hệ số khuếch tán nhiệt độ và độ dẫn nhiệt của khuôn gốm bằng mô phỏng và thực nghiệm………………..………………………………………... 58 3.3.4. Xác định hệ số giãn nở nhiệt của khuôn gốm….…...…………………………. 59 3.3.5. Sự thay đổi kích thước của khuôn và đúc thử nghiệm…..…………………...... 60 Kết luận…………………………………………………………………………… 60 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN………………………………………………... 62 3.4. Xác định cơ chế hình thành độ bền của chất dính thủy tinh lỏng mô đun cao 4.1. bằng thực nghiệm………………………………………..……………………….. 62 4.1.1. Kết quả và thảo luận…………………………………………………………… 62 4.1.2. Nhận xét………………………………………………………………………... 67 Tính chất công nghệ của khuôn gốm……………………………………………. 68 4.2. iii 4.2.1. Tỷ trọng của khuôn gốm.……………………………………………………… 68 4.2.2. Độ co của khuôn gốm………………………………………………………….. 70 4.2.3. Độ xốp của khuôn gốm……………..………………………………………….. 71 4.3. Cơ tính của khuôn gốm ……...…………………………………………………... 74 4.4. Cấu trúc và tổ chức tế vi của mẫu khuôn gốm…………………………………. 79 4.4.1. Cấu trúc của mẫu khuôn gốm……...…………………………………………... 79 4.4.2. Tổ chức tế vi của mẫu khuôn gốm…………………………………………….. 80 Tính chất nhiệt lý của khuôn gốm….…….……………………………………… 90 4.5. 4.5.1. Hệ số khuếch tán nhiệt độ và độ dẫn nhiệt của khuôn gốm bằng mô phỏng và thực nghiệm……………………………………………………………………. 90 4.5.2. Hệ số giãn nở nhiệt của mẫu khuôn gốm…………………...…………………. 92 Đúc thử nghiệm…………………………………………………………………… 96 4.6.1. Độ co của khuôn đúc…………………………………………………………… 96 4.6.2. Sản phẩm đúc thử……………………………………………………………… 97 KẾT LUẬN CHUNG LUẬN ÁN……………………………………………………………. 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………………... 101 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN……………………………… 108 PHỤ LỤC 1: Phân tích cấu trúc khuôn gốm………………………………………………….. 109 PHỤ LỤC 2: Bản vẽ sản phẩm đúc thử……………………………………………………….. 111 PHỤ LỤC 3: Xác định phương trình hồi quy…………………………...……………………. 112 4.6. PHỤ LỤC 4: Trường nhiệt độ của khuôn gốm đúc dùng để xác định hệ số khuếch tán nhiệt độ và độ dẫn nhiệt của khuôn gốm……………………………………………………………. 119 PHỤ LỤC 5: Giãn nở nhiệt của khuôn gốm…………………………………………………… 151 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT a: Hệ số khuếch tán nhiệt độ c: Tỷ nhiệt (nhiệt dung riêng) ρ: Khối lượng riêng λ: Hệ số dẫn nhiệt σu: Độ bền uốn σn: Độ bền nén dΦ: Độ co thể tích Mt.t.l: Mô đun thủy tinh lỏng ρk: Tỷ trọng của khuôn ρt.t.l: Tỷ trọng thủy tinh lỏng C: Tỷ lệ pha trộn ZrSiO4/SiO2 DTA/TG: Phân tích nhiệt vi sai/phân tích nhiệt trọng (Differential Thermal Analysis/ Thermogravimetric) EDS: Phổ tán sắc năng lượng tia X (Energy-dispersive X-ray spectroscopy) ES: Ethyl Silicate ES/ATB: Ethyl silicate - aluminum tri-sec-butoxide GS.: Giáo sư MTS: Máy đo độ bền vạn năng Opt: Hiển vi quang học PGS.TS.: Phó giáo sư – tiến sỹ PVA: Poly Vinyl Acetate SEM: Hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope ) TCN: Tiêu chuẩn ngành TMA: Phân tích nhiệt cơ (Thermomechanical Analysis) XRD: Nhiễu xạ Rơnghen (X-ray Diffraction) VRH: Công nghệ CO2 hóa rắn trong chân không v DANH MỤC CÁC BẢNG TT Nội dung Trang Bảng 1.1 Đặc tính của công nghệ khuôn gốm so với một số công nghệ khuôn khác 4 Bảng 1.2 So sánh giữa hai phương pháp khuôn khối và khuôn vỏ mỏng 5 Bảng 1.3 Vật liệu chịu lửa và nhiệt độ nóng chảy của nó dùng để chế tạo khuôn gốm 11 Bảng 1.4 Độ co, độ xốp và tỷ trọng của mẫu khuôn gốm sử dụng hai loại chất dính ethyl silicate (ES) và kết hợp hai loại chất dính ethyl silicate - aluminum tri-sec-butoxide (ES/ATB) phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian thiêu kết 13 Bảng 1.5 Cơ lý tính của hỗn hợp khuôn gốm sử dụng thủy tinh lỏng mô đun bằng 3, tỷ trọng 1,33 và cát thạch anh, nung ở 950oC 16 Bảng 2.1 Các điểm đặc trưng trong giản đồ trạng thái Na2O – SiO2 21 Bảng 2.2 Ảnh hưởng của hàm lượng nước trong thủy tinh lỏng (có mô-đun =2,4) tới độ bền của khuôn, ruột đóng rắn bằng khí nóng ở 150oC, sử dụng các loại cát khác nhau 27 Bảng 2.3 Tập trung nồng độ lớn nhất của SiO2 và Na2O trong thủy tinh lỏng 32 Bảng 2.4 Ảnh hưởng của phương pháp đóng rắn tới độ bền của khuôn và ruột sử dụng chất dính thủy tinh lỏng có mô đun khác nhau 35 Bảng 2.5 Nhiệt độ chuyển biến thù hình và độ thay đổi thể tích của cát thạch anh 39 Bảng 3.1 Sự phân bố kích thước hạt của bột ziếc côn 46 Bảng 3.2 Sự phân bố kích thước hạt của bột thạch anh 48 Bảng 3.3 Thành phần của thủy tinh lỏng 48 Bảng 3.4 Thành phần keo silic 49 Bảng 3.5 Thành phần nước mật mía 49 Bảng 3.6 Thành phần pha trộn 100g thủy tinh lỏng mô đun cao 53 Bảng 4.1 Thời gian tao gel của chất dính thủy tinh lỏng phụ thuộc vào mô đun thủy tinh lỏng 67 Bảng 4.2 Tỷ lệ SiO2/Na2O ở các hạt natri silicate phụ thuộc vào mô đun thủy tinh lỏng đầu vào 67 Bảng 4.3 Bảng giá trị tối ưu 79 vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ TT Nội dung Trang Hình 1.1 Quy trình chế tạo chi tiết đúc bằng phương pháp đúc mẫu chảy 6 Hình 1.2 Linh kiện trong động cơ máy bay Boing 747 bằng hợp kim Ti (a) và các linh kiện trong nhà máy điện hạt nhân bằng hợp kim Ni (b) 6 Hình 1.3 Sơ đồ lưu trình công nghệ chế tạo khuôn Shaw một lớp 7 Hình 1.4 Sơ đồ lưu trình công nghệ chế tạo khuôn Shaw hai lớp 8 Hình 1.5 Sơ đồ lưu trình công nghệ chế tạo khuôn khối bằng phương pháp Unicast 9 Hình 1.6 Ảnh SEM của khuôn gốm sử dụng chất dinh ethyl silicát (a) và kết hợp 2 chất dính ethyl silicát - aluminum tri-sec-butoxide (b) 10 Hình 1.7 Ảnh sản phẩm đúc bằng thép không gỉ sử dụng khuôn gốm có thành phần là bột ziếc côn và chất dính ethyl silicát (a), kết hợp 2 chất dính ethyl silicát - aluminum tri-sec-butoxide (b) 10 Hình 1.8 Ảnh hiển vi quang học của mẫu khuôn gốm sử dụng kết hợp các loại hạt chịu lửa có kích thước khác nhau alumino silicát (Al2O3.2SiO2), ziếc côn (ZrSiO4) và TiO2 11 Hình 1.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ thiêu kết và thời gian giữ nhiệt tới độ xốp của mẫu khuôn gốm sử dụng kết hợp các loại hạt chịu lửa khác nhau alumino silicát (Al2O3.2SiO2), ziếc côn (ZrSiO4) và TiO2 12 Hình 1.10 Ảnh hưởng của nhiệt độ thiêu kết và thời gian giữ nhiệt tới độ bền uốn của mẫu khuôn gốm sử dụng kết hợp các loại hạt chịu lửa khác nhau alumino silicát (Al2O3.2SiO2), ziếc côn (ZrSiO4) và TiO2 12 Hình 1.11 Ảnh hưởng của nhiệt độ chân không tới độ co và độ bền của khuôn khối một lớp sử dụng chất dính keo silic 14 Hình 1.12 Ảnh hưởng của thời gian chân không tới độ co và độ bền của khuôn khối một lớp sử dụng chất dính keo silic 14 Hình 1.13 Ảnh hưởng của độ chân không tới độ co và độ bền của khuôn khối một lớp sử dụng chất dính keo silic 15 Hình 2.1 Ảnh hưởng của mô đun và hàm lượng nước tới độ nhớt của thủy tinh lỏng 18 Hình 2.2 Phân tích DTA/TG của thủy tinh lỏng có tỷ lệ SiO2/Na2O = 3,27; 27% khối lượng SiO2 19 Hình 2.3 Một dạng cấu trúc đặc trưng của thủy tinh lỏng 20 vii Hình 2.4 Giản đồ trạng thái 2 pha của hệ Na2O – SiO2 21 Hình 2.5 Giản đồ trạng thái ba nguyên của thủy tinh lỏng: hỗn hợp của Na2O và 2Na2O.SiO2 (vùng 1), 2Na2O.SiO2 tinh thể (vùng 2), hỗn hợp của 2Na2O.SiO2 và thủy tinh lỏng (vùng 3), silicát natri dạng kính (vùng 4), silicát natri ngậm nước (vùng 5), silicát bị hydrát hóa (vùng 6), rắn và lỏng (vùng 7), chất lỏng nhớt (vùng 8), thủy tinh lỏng thương mại (vùng 9), dung dịch loãng (vùng 10), chất lỏng không ổn định (vùng 11) 22 Hình 2.6 Ảnh hưởng của pH tới sự ổn định của thủy tinh lỏng 23 Hình 2.7 Sự tạo thành chuỗi siloxane thông qua sự polyme hóa ngưng tụ 24 Hình 2.8 Phản ứng polyme hóa của axit polysilicic từ dạng monomer thành Trimer 24 Hình 2.9 Sự polyme hóa ngưng tụ của phân tử axit orthosilicic: phân tử Si(OH)4 (a), hai phân tử nước bổ sung thêm (b), sự hình thành chuỗi phân tử (c), các nhóm chuỗi phân tử liền kề (d), sự ngưng tụ (e, f) 25 Hình 2.10 Sự phát triển gel silica (6,8% SiO2 và 1,78N HCl) được hình thành bằng sự trung hòa thủy tinh lỏng (có tỷ lệ SiO2/Na2O = 2,5) ở 23oC 26 Hình 2.11 Sơ đồ diễn tả quá trình polyme hóa và tạo gel của thủy tinh lỏng 26 Hình 2.12 Ảnh màng chất dính đóng rắn khi sấy ở 200oC 28 Hình 2.13 Ảnh SEM cầu dính kết của khuôn, ruột sử dụng chất dính thủy tinh lỏng đóng rắn bằng năng lượng vi sóng: trước khi hấp thụ độ ẩm (a), sau khi hấp thụ độ ẩm (98%, 24 giờ) 29 Hình 2.14 Ảnh SEM của chất dính keo silic 30 Hình 2.15 Cấu trúc mạng của keo silic 30 Hình 2.16 Ảnh hưởng của hàm lượng NH4Cl tới thời gian tạo gel 35 Hình 2.17 Ảnh tổ chức hiển vi điện tử quét của khuôn cát – nước thủy tinh sau khi sấy ở 70oC 36 Hình 2.18 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ bền của khuôn, ruột sử dụng chất dính thủy tinh lỏng 37 Hình 2.19 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian nung tới sự chuyển biến cristobalite từ thạch anh 37 Hình 2.20 Ảnh hưởng của sự chuyển biến cristobalite tới độ bền uốn 38 Hình 2.21 Sơ đồ chuyển biến thù hình của cát thạch anh 39 Hình 2.22 Cấu trúc ô mạng của thạch anh ở các dạng thù hình: α-thạch anh (a), α- 39 viii cristobalite (b), α-tridimit (c) và thạch anh được biến tính (d) Hình 2.23 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự giãn nở nhiệt của thạch anh 40 Hình 2.24 Sự giãn nở nhiệt của một số vật liệu chịu lửa dùng trong khuôn gốm 41 Hình 2.25 Giản đồ pha ZrO2 – SiO2 theo Butterman và Foster 42 Hình 3.1 Ảnh SEM của bột ziếc côn có độ phóng đại nhỏ (a) và độ phóng đại lớn (b) 46 Hình 3.2 EDS của bột ziếc côn 47 Hình 3.3 Ảnh SEM của bột thạch anh có độ phóng đại nhỏ (a) và độ phóng đại lớn (b) 47 Hình 3.4 EDS của bột thạch anh 48 Hình 3.5 Ảnh lò sấy (a) và lò nung điện trở (b) 50 Hình 3.6 Ảnh máy hiển vi quang học (a) và máy hiển vi điện tử quét (SEM, b) 50 Hình 3.7 Ảnh máy đo giãn nở nhiệt TMA (Thermomechanical Analysis) 51 Hình 3.8 Ảnh máy đo cơ tính vạn năng (a) và thiết bị đo ghi nhiệt độ tự động (b) 51 Hình 3.9 Mẫu nghiên cứu sự thay đổi kích thước trong khuôn gốm theo mô hình của J. Jiang 52 Hình 3.10 Sơ đồ thực nghiệm chế tạo thủy tinh lỏng mô đun cao 54 Hình 3.11 Ảnh khuôn chế tạo mẫu dạng trụ (a) và dạng thanh (b) 54 Hình 3.12 Ảnh mẫu hình trụ trước (a) và sau nung (b) 55 Hình 3.13 Sơ đồ thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của mô đun thủy tinh lỏng và nhiệt độ nung tới các tính chất của mẫu khuôn gốm 55 Hình 3.14 Sơ đồ thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ trọng thủy tinh lỏng và thành phần bột chịu lửa tới các tính chất của mẫu khuôn gốm 56 Hình 3.15 Sơ đồ thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất dính thủy tinh lỏng tới các tính chất của mẫu khuôn gốm 57 Hình 3.16 Sơ đồ thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nước mật mía tới các tính chất của mẫu khuôn gốm 58 Hình 3.17 Sơ đồ thực nghiệm cài đặt 5 can nhiệt 59 Hình 4.1 Ảnh SEM của khuôn cát – thủy tinh lỏng có mô đun bằng 3: độ phóng đại thấp, x197 (a) và độ phóng đại cao, x10590 (b) 62 ix Hình 4.2 EDS 1 tại hình 4.1b 63 Hình 4.3 EDS 2 tại hình 4.1b 63 Hình 4.4 Ảnh SEM của khuôn cát – thủy tinh lỏng có mô đun bằng 4: độ phóng đại thấp, x400 (a) và độ phóng đại cao, x2013 (b) 64 Hình 4.5 EDS 1 tại hình 4.4b 64 Hình 4.6 EDS 2 tại hình 4.4b 65 Hình 4.7 Ảnh SEM của khuôn cát – thủy tinh lỏng có mô đun bằng 5: độ phóng đại thấp, x208 (a) và độ phóng đại cao, x3084 (b) 65 Hình 4.8 EDS 1 tại hình 4.7b 66 Hình 4.9 EDS 2 tại hình 4.7b 66 Hình 4.10 Ảnh hưởng của mô đun thủy tinh lỏng và nhiệt độ nung tới tỷ trọng của mẫu khuôn gốm 68 Hình 4.11 Ảnh hưởng của tỷ trọng thủy tinh lỏng và tỷ lệ trộn bột chịu lửa tới tỷ trọng của mẫu khuôn gốm 68 Hình 4.12 Ảnh hưởng của hàm lượng nước mật mía tới tỷ trọng của mẫu khuôn gốm 69 Hình 4.13 Ảnh hưởng của mô đun thủy tinh lỏng và nhiệt độ nung tới độ co thể tích của mẫu khuôn gốm 70 Hình 4.14 Ảnh hưởng của tỷ trọng thủy tinh lỏng và tỷ lệ bột chịu lửa tới độ co thể tích của mẫu khuôn gốm 70 Hình 4.15 Ảnh hưởng của hàm lượng chất dính thủy tinh lỏng tới độ co của mẫu khuôn gốm 71 Hình 4.16 Ảnh hưởng của mô đun thủy tinh lỏng và nhiệt độ nung tới độ xốp của mẫu khuôn gốm 72 Hình 4.17 Ảnh hưởng của tỷ trọng thủy tinh lỏng và tỷ lệ bột chịu lửa tới độ xốp của mẫu khuôn gốm 72 Hình 4.18 Ảnh hưởng của hàm lượng chất dính tới độ xốp của mẫu khuôn gốm 73 Hình 4.19 Ảnh hưởng của hàm lượng nước mật mía tới độ xốp của mẫu khuôn gốm 74 Hình 4.20 Ảnh hưởng của mô đun thủy tinh lỏng và nhiệt độ nung tới độ bền nén của mẫu khuôn gốm 75 Hình 4.21 Ảnh hưởng của mô đun thủy tinh lỏng và nhiệt độ nung tới độ bền uốn của mẫu khuôn gốm 75 x Hình 4.22 Ảnh hưởng của tỷ trọng thủy tinh lỏng và tỷ lệ bột chịu lửa tới độ bền nén của mẫu khuôn gốm 76 Hình 4.23 Ảnh hưởng của tỷ trọng thủy tinh lỏng và tỷ lệ bột chịu lửa tới độ bền uốn của mẫu khuôn gốm 76 Hình 4.24 Ảnh hưởng của hàm lượng chất dính thủy tinh lỏng tới độ bền của mẫu khuôn gốm 77 Hình 4.25 Ảnh hưởng của hàm lượng nước mật mía tới độ bền nén của mẫu khuôn gốm 77 Hình 4.26 Ảnh hưởng của hàm lượng nước mật mía tới độ bền uốn của mẫu khuôn gốm 78 Hình 4.27 Ảnh XRD của mẫu khuôn gốm sau khi đóng rắn (chưa nung) 80 Hình 4.28 Ảnh XRD của mẫu khuôn gốm sau khi nung ở 950oC 80 Hình 4.29 Ảnh SEM của mặt gãy khuôn gốm nung ở 850oC, mô đun bằng 4 81 Hình 4.30 Ảnh SEM của mặt gãy khuôn gốm nung ở 950oC, mô đun bằng 3 82 Hình 4.31 Ảnh SEM của mặt gãy khuôn gốm nung ở 950oC, mô đun bằng 4: độ phóng đại thấp (a) và độ phóng đại cao (b) 82 Hình 4.32 Ảnh SEM của mặt gãy khuôn gốm nung ở 950oC, mô đun bằng 5 83 Ảnh hiển vi quang học của mẫu khuôn gốm sử dụng thủy tinh lỏng có tỷ trọng bằng 1,3 và phụ thuộc vào tỷ lệ bột chịu lửa ZrSiO4/SiO2: 30/70 (a), 50/50 (b) và 70/30 (c). Độ phóng đại x100. 83 Hình 4.33 84 Hình 4.34 Ảnh SEM mặt gãy của mẫu khuôn gốm sử dụng tỷ lệ bột chịu lửa ZrSiO4/SiO2 bằng 60/40, sử dụng thủy tinh lỏng có tỷ trọng bằng 1,33: Độ phóng đại nhỏ x100 (a), độ phóng đại lớn x5000 (b) Hình 4.35 Ảnh SEM lớp vỏ mẫu khuôn gốm sử dụng 24% chất dính 85 Hình 4.36 Ảnh SEM lớp vỏ mẫu khuôn gốm sử dụng 26% chất dính 85 Hình 4.37 Ảnh SEM lớp vỏ mẫu khuôn gốm sử dụng 27% chất dính 86 Ảnh SEM của mẫu khuôn gốm sử dụng thủy tinh lỏng có mô đun bằng 4, nung ở 950oC, tỷ lệ ZrSiO4/SiO2 = 60/40 và hàm lượng nước mật mía 1%: bề mặt mẫu (a) và mặt gãy cắt ngang mẫu (b) 87 Hình 4.38 Ảnh SEM của mẫu khuôn gốm sử dụng thủy tinh lỏng có mô đun bằng 4, nung ở 950oC, tỷ lệ ZrSiO4/SiO2 = 60/40 và hàm lượng nước mật mía 3%: bề mặt mẫu (a) và mặt gãy cắt ngang mẫu (b) 87 Hình 4.39 xi Ảnh SEM của mẫu khuôn gốm sử dụng thủy tinh lỏng có mô đun bằng 4, nung ở 950oC, tỷ lệ ZrSiO4/SiO2 = 60/40 và hàm lượng nước mật mía 5%: bề mặt mẫu (a) và mặt gãy cắt ngang mẫu (b) 88 Hình 4.40 Hình 4.41 Ảnh EDS của mẫu khuôn gốm nung ở 850oC, mô đun bằng 4 88 Hình 4.42 Ảnh EDS của mẫu khuôn gốm nung ở 950oC, mô đun bằng 4 89 Hình 4.43 Ảnh EDS của mẫu khuôn gốm nung ở 950oC, mô đun bằng 4 89 Hình 4.44 Ảnh EDS của mẫu khuôn gốm nung ở 950oC, mô đun bằng 4 90 Hình 4.45 Đường cong nguội của vật đúc và khuôn gốm bằng thực nghiệm 90 Hình 4.46 Mô phỏng trường nhiệt độ của khuôn gốm bằng Procast 91 Hình 4.47 Sự thay đổi hệ số khuếch tán nhiệt độ của khuôn gốm 91 Hình 4.48 Sự thay đổi độ dẫn nhiệt của khuôn gốm 92 Hình 4.49 Sự thay đổi kích thước mẫu khuôn gốm sử dụng bột chịu lửa ZrSiO4/SiO2 = 30/70 theo nhiệt độ 93 Hình 4.50 Hệ số giãn nở nhiệt của mẫu khuôn gốm sử dụng bột chịu lửa ZrSiO4/SiO2 = 30/70 thay đổi theo nhiệt độ 94 Hình 4.51 Sự thay đổi kích thước mẫu khuôn gốm sử dụng bột chịu lửa ZrSiO4/SiO2 = 60/40 theo nhiệt độ 94 Hình 4.52 Sự thay đổi kích thước mẫu khuôn gốm sử dụng bột chịu lửa ZrSiO4/SiO2 = 70/30 theo nhiệt độ 95 Hình 4.53 Hệ số giãn nở nhiệt của mẫu khuôn gốm sử dụng bột chịu lửa ZrSiO4/SiO2 = 60/40 thay đổi theo nhiệt độ 95 Hình 4.54 Hệ số giãn nở nhiệt của mẫu khuôn gốm sử dụng bột chịu lửa ZrSiO4/SiO2 = 70/30 thay đổi theo nhiệt độ 96 Hình 4.55 Độ co của khuôn gốm và vật đúc theo chiều cao của mẫu hình kim tự tháp 97 Hình 4.56 Độ co của khuôn gốm và vật đúc theo chiều ngang của mẫu hình kim tự tháp 97 Hình 4.57 Sản phẩm đúc thử 98 1 LỜI MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài: Khuôn gốm thường được dùng để đúc những vật đúc có hình dạng phức tạp, cần độ chính xác cao, giảm thiểu tối đa gia lượng công cơ tiếp theo. Trong lĩnh vực đúc, sản lượng đúc trong khuôn gốm chiếm tỷ trọng không cao chỉ khoảng 7%, tuy nhiên vì những ưu điểm nổi trội kể trên mà nó có vị trí đặc biệt trong ngành chế tạo. Trên thế giới, phương pháp đúc sử dụng khuôn gốm đã và đang được nghiên cứu với mục đích tạo ra các vật đúc có độ chính xác cao về hình dạng và kích thước nhằm tiết kiệm vật liệu, giảm gia công cơ khí, mang lại hiệu quả kinh tế cao. Ở nước ta hiện nay, cùng với các ngành công nghiệp khác thì công nghiệp chế tạo cũng đang có những sự phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là trong công nghiệp đóng tàu, chế tạo xe máy, ô tô và cơ khí chế tạo... Đó là những ngành có nhu cầu về các sản phẩm đúc chính xác rất cao. Tuy nhiên số lượng nhà máy đúc sử dụng công nghệ đúc bằng khuôn gốm ở nước ta còn ít, có thể kể đến như: Công ty Máy kéo & Máy Nông Nghiệp Hà Tây, Công ty Z183 ở Yên Bái, Công ty Cơ khí Hà Nội, Công ty Cổ phần Công Nghiệp CIMC Việt Nam, Công ty Z125... Các công ty này sử dụng chất dính là thủy tinh lỏng trong công nghệ khuôn gốm, dùng để đúc các chi tiết nhỏ có nhiệt độ nóng chảy thấp và đòi hỏi chất lượng bề mặt không cao. Thời gian gần đây, các công ty Z183 và Z125 đã chuyển sang sử dụng chất dính ethyl silicát để đáp ứng cho các yêu cầu ngày càng cao về chất lượng sản phẩm đúc. Nhìn chung, công nghệ khuôn gốm đúc chính xác chưa nhận được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trong nước cũng như các nhà máy sản xuất. Bởi vì nền công nghiệp chế tạo ô tô, hàng không vũ trụ, công nghiệp năng lượng... chưa được phát triển ở nước ta trước đây. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển chung trên thế giới, nền công nghiệp chế tạo ở Việt Nam đang có những bước chuyển mình mạnh mẽ. Các công ty sản xuất ô tô và xe máy hàng đầu thế giới đã có ở Việt Nam như: Toyota, Ford, Honda, Piagio, Yamaha.... có nhu cầu về các sản phẩm đúc chính xác ngày càng cao trong công nghiệp lẫn đời sống xã hội. Công nghệ khuôn gốm đúc đã được ứng dụng song chưa đáp ứng về chất lượng, nên vẫn chưa phát triển rộng rãi, cũng như chưa đáp ứng được đòi hỏi chất lượng sản phẩm của xã hội. Chính vì vậy việc nghiên cứu công nghệ đúc khuôn gốm sẽ có ý nghĩa không chỉ trong khoa học tạo vật liệu mới thay thế mà còn có ý nghĩa thực tiễn cao. Ở Việt Nam hiện nay, khuôn gốm chủ yếu là được làm theo công nghệ khuôn vỏ gốm còn công nghệ khuôn khối chưa được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng nhiều ở nước ta. Khuôn vỏ gốm sử dụng vật liệu chịu lửa chủ yếu là bột thạch anh có kích thước hạt khoảng 100µm, chất dính là thủy tinh lỏng có mô đun lớn nhất bằng 3 và chất tạo gel là NH4Cl. Việc sử dụng hỗn hợp làm khuôn này có ưu điểm là rẻ tiền và sẵn có ở Việt Nam. Tuy nhiên khuôn vỏ gốm hay bị nứt sau nung, độ thông khí thấp, độ co lớn, vật liệu khuôn dễ cháy dính vào bề mặt vật đúc thép Mục đích của luận án: Từ những phân tích khoa học trên, đã chọn đề tài nghiên cứu là: “Nghiên cứu khuôn gốm trên cơ sở vật liệu trong nước”. Luận án đã tập trung vào việc nghiên cứu nâng cao chất lượng của khuôn gốm theo phương pháp khuôn khối một lớp (khuôn shaw một lớp), với mục đích cụ thể là cải thiện độ xốp, độ bền cho khuôn gốm, giảm thiểu khả năng nứt khuôn sau khi thoát sáp và sau nung Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: Luận án đã sử dụng chất dính thủy tinh lỏng có mô đun lớn hơn 3,3 nhằm giảm khả năng hút ẩm, tăng độ xốp và giảm thiểu khả năng nứt khuôn sau nung. 2 Nguyên nhân khác nữa ảnh hưởng tới chất lượng khuôn gốm đúc trong nước là vật liệu chịu lửa. Việc sử dụng vật liệu chịu lửa có độ ổn định nhiệt thấp là thạch anh đã làm tăng khả năng nứt khuôn. Do vậy, luận án đã sử dụng kết hợp 2 loại bột chịu lửa là ziếc côn và thạch anh để tăng độ ổn định nhiệt cho vật liệu chịu lửa, giảm khả năng nứt khuôn do sự giãn nở nhiệt gây ra. Sự giãn nở nhiệt của khuôn gốm sử dụng chất dính thủy tinh lỏng trong quá trình nung khuôn cũng được nghiên cứu trong luận án, thông qua xác định hệ số giãn nở nhiệt của khuôn. Các chất dính phụ là polyme trong công nghệ khuôn gốm đang được nghiên cứu rất nhiều trên thế giới, tuy nhiên trong điều kiện nước ta là khá khó khăn do sẽ đẩy giá thành khuôn gốm lên cao. Do vậy, việc chọn lựa chất dính phụ phù hợp trong điều kiện nước ta là cần thiết. Nước mật mía, là sản phẩm của mía đường nên rất dễ kiếm và rẻ tiền ở nước ta. Nước mật mía đã được ứng dụng nhiều trong công nghệ khuôn dùng trong đúc, tuy nhiên trong công nghệ khuôn gốm thì việc ứng dụng nước mật mía như là một chất phụ nhằm cải thiện tính công nghệ của khuôn gốm là chưa có. Luận án sẽ sử dụng nước mật mía như một chất dính phụ để nhằm mục đích cải thiện tính chất của khuôn gốm. Tóm lại, luận án đã nghiên cứu chế tạo khuôn gốm đúc theo phương pháp khuôn khối một lớp dựa trên vật liệu bao gồm chất dính là thuỷ tinh lỏng mô đun cao từ 3,5 – 5,0 (sử dụng keo silic để nâng mô đun cho thủy tinh lỏng), nước mật mía làm chất dính phụ (chiếm từ 1 – 9% khối lượng chất dính), bột chịu lửa là SiO2, ZrSiO4 và chất tạo gel là NH4Cl. Phƣơng pháp nghiên cứu: Để hoàn thành mục đích nghiên cứu, luận án đã sử dụng phương pháp tiếp cận truyền thống (khảo sát của từng yếu tố) và phương pháp quy hoạch thực nghiệm (khảo sát ảnh hưởng đồng thời của nhiều yếu tố tác động). Sử dụng các trang thiết bị phân tích kiểm định mẫu thí nghiệm hiện đại như: hiển vi điện tử quét, hiển vi quang học, nhiễu xạ rơn ghen, máy đo độ giãn nở nhiệt TMA, máy đo độ bền vạn năng MTS, đo trường nhiệt độ bằng máy ghi nhiệt tự động... Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án: Bằng nghiên cứu thực nghiệm về sự thay đổi của mô đun thủy tinh lỏng (Mt.t.l = 3 ÷ 5), nhiệt độ nung (T = 850 ÷ 1000oC) đã xác định quy luật giảm độ bền uốn (σu), độ bền nén (σn), độ co (dΦ) và tỷ trọng của khuôn gốm (ρk), còn độ xốp của nó (γk) tăng tỷ lệ thuận với chiều tăng của Mt.t.l và giảm khi nhiệt độ nung tăng. Độ bền, độ co, độ xốp và tỷ trọng của khuôn gốm tăng theo chiều tăng của hàm lượng bột ZrSiO4 có trong hỗn hợp bột chịu lửa. Khi tỷ trọng của thủy tinh lỏng tăng thì độ xốp của khuôn gốm giảm, còn độ bền và độ co của nó tăng. Độ bền của khuôn gốm đạt giá trị cao nhất khi hàm lượng chất dính thủy tinh lỏng bằng 24 – 25% khối lượng bột chịu lửa và hàm lượng mật mía bằng 3% khối lượng chất dính. Nước mật mía đưa thêm vào không ảnh hưởng nhiều tới độ xốp (độ thông khí) của khuôn gốm. Hơn nữa, luận án đã xây dựng các mô hình toán học thực nghiệm với hàm mục tiêu đã chọn phụ thuộc vào các thông số khảo sát của luận án ở dạng mô hình tuyến tính. Luận án đã áp dụng kết quả nghiên cứu để đúc thử nghiệm một loại sản phẩm đúc điển hình theo bản vẽ thiết kế của công ty Monarch Industries Limited (USA) đạt yêu cầu kỹ thuật về kích thước hình học và độ nhám bề mặt đạt 2,54 – 3,05µm. Đóng góp mới của luận án: Luận án cũng đã nghiên cứu sự giãn nở nhiệt của khuôn gốm với tỷ lệ pha trộn bột chịu lửa ZrSiO4/SiO2 = 0,3; 0,6 và 0,7; phụ thuộc vào nhiệt độ nung. Trong khoảng nhiệt độ nung có hai sự chuyển pha ở 117oC và 573oC, ở khoảng nhiệt độ có sự chuyển pha, tốc độ nâng nhiệt nên để bằng 0 trong một khoảng thời gian nhất định 3 (khoảng 30 phút) để quá trình chuyển pha diễn ra hoàn toàn, như vậy sẽ giảm khả năng nứt khuôn tới mức cao nhất có thể. Nhiệt độ nung khuôn phù hợp là 950oC, với tốc độ nâng nhiệt khoảng 5oC/phút. Hàm lượng thạch anh trong hỗn hợp càng tăng thì sự thay đổi kích thước của khuôn gốm khi nung càng lớn và làm tăng khả năng nứt khuôn. Bên cạnh đó sự giãn nở của khuôn gốm càng lớn cũng sẽ ảnh hưởng tới độ chính xác của kích thước vật đúc. Độ giãn nở nhiệt trung bình của khuôn gốm trong khoảng nhiệt độ từ 30 – 900oC ứng với tỷ lệ bột chịu lửa ZrSiO4/SiO2 = 30/70 ; 60/40 và 70/30 lần lượt là (-2,976±0,5)x10-6/oC; (-6,02±0,5)x106 o / C; (-11,9±0,5)x10-6/oC. Đặc biệt, hệ số khuếch tán nhiệt độ và hệ số dẫn nhiệt giữa mô phỏng và thực nghiệm là khá tương đồng. Hệ số khuếch tán nhiệt độ bằng mô phỏng và thực nghiệm trong khoảng nhiệt độ từ 440 – 650oC là (32±0,5)x10-6 (m2/s) và (31±0,5)x10-6 (m2/s) và hệ số dẫn nhiệt độ bằng mô phỏng và thực nghiệm là 79±0,5 (W.m-1.K-1)) và 77,5±0,5 (W.m-1.K-1)). Hơn nữa qua việc phân tích tổ chức màng chất dính bao gồm gel silisic và silicát natri, thủy tinh lỏng mô đun càng cao thì thời gian tạo gel càng ngắn và kích thước các hạt silicate natri càng to. Đây là nguyên nhân chính làm giảm độ bền và tăng độ xốp của hỗn hợp khuôn sử dụng chất dính thủy tinh lỏng mô đun cao. - - - - Luận án được chia làm 4 chương chính và kết luận chung luận án như sau: Chương 1: Tổng quan về công nghệ khuôn gốm: Chương này tập trung phân tích tình hình nghiên cứu về công nghệ khuôn gốm trên thế giới và ở Việt Nam từ đó xác định được mục đích nghiên cứu của luận án Chương 2: Đặc tính của vật liệu chế tạo khuôn gốm: Chương này phân tích cơ sở lý thuyết về vật liệu chế tạo khuôn gốm từ đó xác định được phạm vi nghiên cứu của luận án Chương 3: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu: Chương này trình bày kết quả phân tích đối tượng nghiên cứu, từ đó lựa chọn ra được thiết bị và phương pháp nghiên cứu phù hợp. Cách thức chế tạo mẫu thí nghiệm và kiểm tra, đánh giá mẫu thí nghiệm Chương 4: Kết quả và thảo luận: Chương này trình bày kết quả nghiên cứu của luận án và những phân tích đánh giá về kết quả của luận án Kết luận chung luận án 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHUÔN GỐM 1.1. Công nghệ khuôn gốm đúc chính xác 1.1.1. Phân loại khuôn gốm Sản phẩm đúc bằng khuôn gốm đúc chính xác có bề mặt nhẵn, có độ phức tạp cao về hình dạng, độ chính xác cao về kích thước. Kim loại lỏng dễ điền đầy khuôn gốm nên có thể đúc được các chi tiết thành mỏng và rất nhỏ. Tuy nhiên, quy trình công nghệ chế tạo khuôn gốm khá phức tạp và cần có những thiết bị đặc thù. Bảng 1.1 cho thấy khuôn gốm có thể đúc được các sản phẩm có khối lượng từ 0,005 kg tới trên 1000 kg với chất lượng vật đúc nằm ở mức cao nhất so với các phương pháp đúc khác. Bảng 1.1: Đặc tính của công nghệ khuôn gốm so với một số công nghệ khuôn khác [11]. Công nghệ khuôn Kim loại đúc Cát Trọng lượng vật đúc (kg) Độ nhẵn bề mặt vật đúc (micron, Ra) Độ phức tạp của vật đúc (1 –tốt nhất) Cấp chính xác của vật đúc (1 – tốt nhất) Nhỏ nhất Lớn nhất Tất cả 0,05 Không giới hạn 5 - 26 1-2 3 Vỏ mỏng Tất cả 0,05 ~100 1-3 2-3 2 Gốm Tất cả 0,005 ~1000 1-3 1 1 Kim loại Tất cả 0,5 300 2-3 3-4 1 Đúc áp lực Kim loại màu 0,05 50 1-2 3-4 1 Đúc ly tâm Tất cả ~5000 2 - 10 3-4 3 Để phân loại khuôn gốm, người ta dựa vào phương pháp làm khuôn và mẫu đúc. Dựa vào phương pháp làm khuôn thì khuôn gốm được chia làm hai loại là khuôn khối (hay còn gọi là khuôn đổ - ceramic mold casting) và khuôn gốm vỏ mỏng (investment casting). Khuôn khối được làm theo hai công nghệ là công nghệ Shaw và công nghệ Unicast, phù hợp với nhiều loại vật đúc có kích thước từ nhỏ tới to. Khuôn gốm vỏ mỏng chỉ phù hợp với các sản phẩm vừa và nhỏ và gắn liền với mẫu chảy. Dựa vào mẫu đúc thì công nghệ khuôn gốm cũng được chia làm hai loại là khuôn gốm đúc mẫu chảy và khuôn gốm đúc mẫu cứng. Theo sự phân loại này thì mẫu cứng chỉ có thể sử dụng cho phương pháp khuôn khối, còn mẫu chảy có thể sử dụng cho cả hai phương pháp khuôn khối và khuôn gốm vỏ mỏng [18, 53, 56]. Như vậy, hai loại khuôn này giống nhau về chất dính và thành phần bột chịu lửa. Điểm khác biệt nổi bật nhất của hai loại khuôn này chính là ở điểm khuôn khối có mặt phân khuôn hoặc không còn khuôn vỏ mỏng thì không có mặt phân khuôn. Bảng 1.2 đã chỉ ra khuôn khối có ưu điểm hơn khuôn vỏ mỏng do có sự đa dạng hơn về vật liệu làm mẫu, không giới hạn chủng loại vật đúc và thời gian làm mẫu ngắn. Tuy nhiên, khuôn khối có chi phí gia công cao hơn và độ phức tạp kém hơn so với khuôn vỏ mỏng. 5 Bảng 1.2: So sánh giữa hai phương pháp khuôn khối và khuôn vỏ mỏng [11, 19] Yêu cầu của vật đúc Khuôn gốm vỏ mỏng (mẫu chảy) Khuôn khối (mẫu chảy và mẫu cứng) Độ nhám bề mặt 40 – 125 microinch 80 – 125 microinch Độ phức tạp Cao nhất Kém hơn tới bằng Thành mỏng của vật đúc Mỏng nhất Dày hơn tới bằng Dung sai Nhỏ nhất Lớn hơn tới bằng (0.25mm) Chi phí gia công Rất ít Lớn hơn khuôn gốm vỏ mỏng Thời gian làm khuôn Rất dài Ngắn hơn khuôn gốm vỏ mỏng Loại vật đúc Nhỏ Không giới hạn Loại hợp kim Không giới hạn Không giới hạn Chi phí làm mẫu Rất cao Thấp hơn tới bằng 1.1.2. Công nghệ khuôn gốm vỏ mỏng Đúc mẫu chảy là một trong những công nghệ tạo hình cổ xưa nhất được biết đến. Từ 5000 năm trước khi mẫu được làm từ sáp ong cho đến công nghệ sáp hiện đại ngày nay cùng với vật liệu chịu lửa và hợp kim đặc biệt, đúc mẫu chảy cho phép sản xuất các chi tiết có độ chính xác và năng suất cao đối với nhiều loại hợp kim. Phương pháp đúc này có thể đúc ra những chi tiết có hình dạng phức tạp, loại khó có thể đúc đối với các phương pháp đúc thông dụng. Chi tiết đúc bằng phương pháp đúc mẫu chảy không cần phải gia công bề mặt nhiều, quy trình chế tạo của phương pháp được trình bày ở hình 1.1 [11, 75] và một số chi tiết tiêu biểu của phương pháp được trình bày ở hình 1.2. Nhìn chung, công nghệ khuôn gốm vỏ mỏng tiết kiệm nguyên liệu làm khuôn hơn so với công nghệ khuôn khối. Tuy nhiên, quy trình công nghệ của phương pháp này lại khá phức tạp, thời gian làm khuôn dài, chịu chi phối của nhiều yếu tố công nghệ [49, 65, 80, 85]. Một trong các yếu tố này là vật liệu chế tạo mẫu chảy, vật liệu làm mẫu thuộc dòng hữu cơ có nhiệt độ chảy thấp và thường được làm bằng paraphin, stearin.... có pha thêm một số chất độn nhằm cải thiện tính chất công nghệ của mẫu chảy. Loại vật liệu làm mẫu và thành phần mẫu quyết định tính chất của mẫu và phụ thuộc vào khối lượng chi tiết đúc để chọn, phụ thuộc vào các yêu cầu chính sau: nhiệt độ biến mềm, nhiệt độ nóng chảy và độ giãn nở nhiệt.
- Xem thêm -