Ứng dụng lớp phủ cát nhiệt độ cao trên các chi tiết thép đúc vừa và nhỏ

Tóm tắt: Theo đặc tính của cát màng, bài báo trình bày các vấn đề về chất lượng gặp phải trong cát đúc thép do công ty tác giả sản xuất, phân tích nguyên nhân của chúng và áp dụng các công thức và quy trình khác nhau cho các tình huống thực tế khác nhau để có thể sản xuất ra các sản phẩm đúc thép đáp ứng các yêu cầu của quy trình cát màng, đặc biệt phù hợp với đúc mẫu chảy của các sản phẩm đúc thép.

Từ khóa: cát màng; đúc thép; đúc mẫu chảy; đúc mẫu chảy

Các chi tiết thép đúc có nhiều đặc tính ưu việt, chẳng hạn như thép cacbon, thép hợp kim thấp, độ bền cao, độ dẻo dai cao và đặc tính đúc, hàn tốt; và thép đặc biệt có thể đáp ứng các điều kiện làm việc đặc biệt như chống mài mòn, chịu nhiệt, chống ăn mòn, chịu nhiệt độ thấp và các điều kiện làm việc đặc biệt khác. Do đó, các chi tiết thép đúc được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp nặng, khai thác mỏ, vận tải, nhà máy điện, máy móc, hàng không vũ trụ và nhiều ngành công nghiệp khác. Hiện nay, xét về nhu cầu chi tiết thép đúc, chủ yếu là các loại đúc vừa và lớn, và yêu cầu sản xuất hàng loạt, các loại đúc vừa và nhỏ tương đối ít, nhưng số lượng lớn hơn, và thuộc loại đúc thành mỏng, chính xác, phức tạp, vì vậy đóng vai trò rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp.

Hiện nay, trong sản xuất các chi tiết thép đúc cỡ vừa và nhỏ, phương pháp công nghệ khá đa dạng và phong phú, mỗi phương pháp đều có những đặc điểm riêng, mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng. Do thép đúc có điểm nóng chảy cao, thép lỏng bị oxy hóa, độ chảy của thép kém, co ngót, các chi tiết thép đúc dễ bị chảy, phân tầng nguội, co ngót và yếu, nứt và cát, v.v. nên việc tìm kiếm các chi tiết thép đúc cỡ vừa và nhỏ tốt nhất là điều mà các công nhân đúc trên thế giới cần khẩn trương giải quyết. Từ quy trình sản xuất đúc thực tế của Trung Quốc, quy trình sản xuất đã được áp dụng trong ba loại phương pháp sau: phương pháp đúc cát ướt sét, phương pháp đúc cát tự đông cứng bằng nhựa và phương pháp đúc nóng chảy.

(1) Đất sét cát ướt

Cát ướt sét, hạn chế lớn nhất là cường độ của cát không cao, dẫn đến phương pháp đúc dễ tạo ra một số khuyết tật đúc. Chẳng hạn như bẫy cát, lỗ cát, lỗ cát, lỗ khí, lỗ co ngót, tích tụ cát bề mặt, vết nứt, phồng hộp, v.v., số lượng khuyết tật phải hàn để xử lý và chi phí vệ sinh tương đối lớn. Do đó, dựa trên tình hình thế giới, sản lượng các chi tiết thép từ cát ướt sét dường như không nhiều, sản lượng từ dây chuyền sản xuất khuôn tự động thậm chí còn ít hơn, do đó hiện nay, cát ướt sét chủ yếu được sử dụng để sản xuất các chi tiết gang.

(2) Cát nhựa tự đông cứng

Từ năm 1973, Trung Quốc bắt đầu khám phá ứng dụng của cát tự đông kết nhựa furan, do quá trình tạo hình với vật đúc có độ chính xác kích thước và chất lượng bề mặt cao (độ chính xác kích thước CT10 ~ 12, độ nhám bề mặt Ra25 ~ 50um), định tuyến lõi tốt, làm sạch cát đúc dễ dàng, tái sinh cát khô cũ dễ tái sử dụng, tỷ lệ tái sử dụng cao (trên 90%) và các ưu điểm khác. Hiện nay, đúc thép cỡ lớn và vừa của Trung Quốc ngày càng tiến bộ và ứng dụng rộng rãi. Tuy nhiên, do hệ số giãn nở nhiệt của nhựa cát lớn, nhiệt độ cao cho thấy năng suất kém, các bộ phận thép đúc dễ bị nứt. Hệ thống chất kết dính chứa S, N và các nguyên tố có hại khác, dễ gây ra hiện tượng thấm cacbon bề mặt của thép đúc, thấm lưu huỳnh, nứt vi mô bề mặt; cát thoát khí lớn, vật đúc dễ bị khuyết tật về độ xốp hoặc N do độ xốp dưới da; quá trình trộn cát, tạo hình, đổ cát, làm sạch cát tạo ra S0, C0 và các khí độc hại khác, gây ô nhiễm môi trường làm việc. Do đó, quy trình cát sử dụng nhựa furan để sản xuất các chi tiết thép đúc không phải là lựa chọn lý tưởng, đặc biệt là đối với việc sản xuất các loại máy bơm, van, đầu máy xe lửa, các chi tiết thép đúc cỡ nhỏ và vừa có thành mỏng, cấu trúc phức tạp, điều này càng không mong muốn.

(3) Phương pháp đúc mẫu chảy

Theo yêu cầu sản phẩm và quy trình sản xuất, đúc chính xác có thể được chia thành hai loại: loại thứ nhất là sử dụng vật liệu khuôn chất lượng cao, khuôn áp suất cao, vỏ silica Sol và silicat etyl axetat, tẩy sáp bằng hơi nước, quy trình nấu chảy và rót chân không hoặc khí quyển nhanh, tức là quy trình đúc nóng chảy quốc tế. Nó có thể sản xuất vật đúc có độ chính xác cấp CT4 ~ 6, độ nhám bề mặt Ra0,8 ~ 6,3 μm, chủ yếu được sử dụng để sản xuất cánh máy bay và tuabin khí và các vật đúc mẫu chảy chất lượng cao khác: hoặc thép không gỉ thông thường, thép hợp kim thấp, thép cacbon và các vật đúc mẫu chảy khác. Loại đúc này đòi hỏi trình độ công nghệ và chi phí sản xuất cao hơn, ở Trung Quốc, tỷ lệ tổng thể của nó là nhỏ. Loại thứ hai là sử dụng vật liệu đúc parafin stearat chất lượng thấp, chế tạo khuôn áp suất thấp, vỏ thủy tinh nước, tẩy sáp bằng nước nóng, quy trình nấu chảy và rót chân không chậm. Nó có thể sản xuất vật đúc có độ chính xác cấp CT7 ~ 9 và độ nhám bề mặt Ra2,5 ~ 25 μm, chủ yếu được sử dụng cho các bộ phận thép cacbon và thép hợp kim thấp có yêu cầu chất lượng thấp. Với chu kỳ sản xuất ngắn hơn, giá nguyên liệu thô và vật liệu phụ trợ thấp, đầu tư thiết bị ít hơn, công nghệ này được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp trong nước như xe hạng nặng, máy kéo, máy móc, thiết bị luyện kim, máy công cụ, máy bơm và van, v.v. Hiện nay, công nghệ này được sử dụng để thay thế đúc khuôn cát tại Trung Quốc. Đây là phương pháp tạo hình chính thay thế đúc khuôn cát trong sản xuất thép đúc chính xác quy mô nhỏ và phức tạp tại Trung Quốc. Tuy nhiên, công nghệ này có những hạn chế về quy trình đúc, tiêu thụ năng lượng và nguyên liệu thô, chu kỳ sản xuất dài, ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, hiệu quả sản xuất thấp và nhiều vấn đề khác.

Theo quan điểm sản xuất đúc hiện tại trong quá trình sản xuất ba loại phương pháp đúc chính xác nhỏ nêu trên, có một số thiếu sót nhất định, tác giả của bài viết này, theo tính di động của hộp cát nhựa furan lõi hộp nóng kém, tính di động của hộp cát lõi hộp lạnh tốt, nhưng cường độ ngoài hộp thấp và đề xuất sử dụng quy trình đúc vỏ cát phủ nhựa để sản xuất vật đúc quy trình đúc chính xác nhỏ.

Đúc vỏ được Đức phát triển vào những năm 1940, nhưng trong nghiên cứu trong nước về sau này. So với đúc cát thông thường, đúc vỏ có đầu tư vào thiết bị ít hơn, bao phủ một diện tích sản xuất nhỏ, thuận tiện, hiệu quả sản xuất cao, đúc với ít cát hơn, ít bụi tại nơi sản xuất, ít tiếng ồn hơn và do đó ít gây ô nhiễm môi trường hơn, vật đúc có bề mặt hoàn thiện cao, độ chính xác kích thước cao, v.v., trong ngành công nghiệp ô tô của nước ta, các bộ phận gang trên vật đúc đã được sử dụng rộng rãi. Để cải thiện khả năng chịu nhiệt của cát màng, Trung Quốc đã áp dụng cát thô đặc biệt (như cát zircon, cát cromit, v.v.) được chế biến thành cát màng đặc biệt để đáp ứng nhu cầu sản xuất. Tuy nhiên, cát zircon, cát cromit và các nguồn cát thô đặc biệt khác rất khan hiếm, đắt đỏ, phụ thuộc vào nhập khẩu: Hơn nữa, bề mặt của các bộ phận thép đúc, đặc biệt là trong quá trình đúc lỗ (đầu lõi) ở bề mặt và các góc, sự xuất hiện của các vết chảy hoặc khuyết tật đúc da nhăn nheo, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng bề mặt của vật đúc, hạn chế ứng dụng của nó trong sản xuất. Theo nhiệt độ rót cao, tính lưu động của kim loại kém và độ co ngót đúc lớn của các bộ phận thép đúc nhỏ được sản xuất bằng cát phủ, chúng tôi đã biến đổi nhựa phenolic để cải thiện khả năng chịu nhiệt, đồng thời cải thiện các tính chất nhiệt của nó và thêm một số vật liệu phụ trợ đặc biệt để làm chậm quá trình phân hủy của nhựa, ức chế sự phân hủy nhiệt do cát tạo ra, để cải thiện hơn nữa tính lưu động của cát phủ, cải thiện độ bền nhiệt độ cao và tính ổn định của nó, và duy trì lượng khí thấp, do đó đã phát triển một loại cát phủ chịu nhiệt độ cao đặc biệt dựa trên cát thạch anh, có hiệu suất nhiệt độ cao tuyệt vời và các hiệu suất đúc toàn diện khác, có thể thay thế cát phủ zirconium đắt tiền để sản xuất nhiều loại đúc thép chính xác nhỏ phức tạp, giảm đáng kể chi phí cải thiện năng suất và chất lượng đúc. Cường độ nén nhiệt độ cao của cát phủ chịu nhiệt độ cao tăng từ 0,1~0,2MPa lên hơn 0,8MPa, thời gian chịu nhiệt tăng từ 60~110 giây lên hơn 150 giây, cường độ kéo ở nhiệt độ phòng lớn hơn 3,5MPa, cường độ chịu nhiệt lớn hơn 2,0MPa và lượng khí thoát ra nhỏ hơn 18m1/g (xem Bảng 1).