Chất lượng và bề mặt của sản phẩm đúc phụ thuộc nhiều ở vật liệu và chất lượng làm khuôn; đặc biệt là cát và chất sơn.
Influence of the mixture composition and diluted solvent on heat resis- tance and surface quality of mould coating prepared from Co Dinh chromite sand
Tô Duy Phương, Trần Ngọc Bách, Nguyễn Phúc Hải
Lê Xuân Hiền, Nguyễn Văn Tuân
Viện Khoa học Vật liệu, 18, Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội
Email: toduyp@vnn.vn
Tóm tắt
Đã nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp và dung môi pha đến độ bền nhiệt và chất lượng bề mặt của chất sơn khuôn đúc từ cát crômít Cổ Định.
Thành phần hỗn hợp sơn khuôn đúc thích hợp là 94% bột crômít và 6% bentônít. Dung môi pha là cồn và lượng nhỏ H3PO4 pha trong nước thích hợp cho khuôn kim loại và khuôn cát. Độ bền nhiệt của hỗn hợp sơn khuôn đạt được cao, bề mặt lớp sơn nhẵn, độ biến dạng nhiệt thấp và ổn định hơn hỗn hợp sơn khuôn silicát.
Hỗn hợp sơn khuôn 94% bột crômít, 6% bentônít và dung môi pha là cồn sơn trên khuôn cát đã đạt được độ bền nhiệt cao hơn, chất lượng bề mặt cao hơn so với sơn trên khuôn kim loại.
Hỗn hợp sơn khuôn crômít có độ bền nhiệt cao hơn hỗn hợp sơn khuôn silicát gần 1,5 lần.
Hỗn hợp sơn khuôn crômít có thể so sánh được với chất sơn khuôn magnêzi của FOSECO.
Abstract
The influence of mixture composition and diluted solvent on heat resisstance and surface quality of mould coat- ing preparing from Co Dinh chromite sand had been studied.
Suitable mould coating compositions are 94% chromite powder and 6% bentonite. The solvents diluted as alcohol and small amount of H3PO4 diluting by water are suited for metal and sand moulds. Heat resistance of this coating is high. The surface of coating layer is smooth. Heat deformation of chromite coatings is lower and more stable than silicate coatings.
The coating with 94% chromite powder and 6% bentonite diluted by alcohol paints for sand moulds had higher heat resistance and higher surface quality than painting on metals moulds.
The chromite coating mixtures have heat resisstance 1.5 times higher than silicate coating mixture.
The chromite coating can be compared with the magnesite coating of FOSECO. Keywords: Mould, sand, chromite coating, diluted solvent, heat resistance, surface quality
1. Mở đầu
Chất lượng và bề mặt của sản phẩm đúc phụ thuộc nhiều ở vật liệu và chất lượng làm khuôn; đặc biệt là cát và chất sơn.
Khi đúc gang, thép hợp kim cao như các thép mangan, crôm thì trong thép thường hình thành các ôxýt mangan, crôm kiềm tính [1-3]. Khi rót các thép này vào khuôn cát silic (tính axít) sẽ gây ra phản ứng giữa ôxýt mangan với các hạt cát tạo ra xỉ (MnSiO2) ở nhiệt độ thấp và làm dính bám cát, xỉ vào sản phẩm đúc, làm hỏng bề mặt sản phẩm [4-6]. Để loại bỏ dính bám cát, xỉ cần phải dùng các chất sơn khuôn đúc. Chất sơn khuôn đúc sẽ bảo vệ lớp bề mặt khuôn bền chắc không gây ra phản ứng dính bám cát, xỉ vào sản phẩm.
Các chất sơn phủ thường là các ôxýt có nhiệt độ nóng cháy cao như ZrO2SiO2 (1900-1995°C), FeOCr2O3 (2180°C), MgO (1900°C), Al2O3 (2030°C) và Cr2O3 (2265°C) [6-7].
Trên thế giới như ở Anh và ấn Độ có cả những Công ty chuyên sản xuất kinh doanh các chất sơn phủ như Foseco International Ltđ ấn Độ, Feseco mould coating CERAMOL Anh [8].
Có những loại sơn khuôn đúc đã được nhập vào Việt Nam từ Trung Quốc, Đài Loan, Hàn Quốc, úc, ấn Độ .v.v… Nhưng do cát, vật liệu làm khuôn và điều kiện công nghệ đúc của Việt Nam có khác, kể cả điều kiện kinh tế, nên một số loại đã không đáp ứng.
Hiện nay các xí nghiệp đúc Việt Nam đang gặp nhiều khó khăn về chất lượng bề mặt các sản phẩm đúc chi tiết máy, dẫn đến giảm chất lượng và phế phẩm nhiều sản phẩm đúc, mặc dù đã sử dụng các loại cát mới và chất lượng như cát nhựa furan.v.v…
Bài này mong được trao đổi các kết quả nghiên gần đây để tham khảo.
2. Thực nghiệm
2.1. Các quá trình xảy ra trên bề mặt khuôn cát khi rót kim loại lỏng
Các phản ứng xảy ra trên biên giữa thép lỏng và bề mặt khuôn đúc diễn ra như sau [9-11]:
/Fe/ + 1/2O2(g) = (FeO) (1)
(FeO) + (SiO2)cát = (FeOSiO2) (2)
/Mn/ + 1/2O2(g) = (MnO) (3)
(MnO) + ( SiO2)cát = (MnOSiO2) (4)
/Cr/ + 1/2O2(g) = (CrO) (5)
(CrO) + (SiO2)cát = (CrOSiO2) (6)
Các hỗn hợp FeOSiO2, MnOSiO2 có nhiệt độ chảy thấp dưới 1700°C. Trên cơ sở nhận biết này, sẽ lựa chọn, tìm ra một hỗn hợp sơn khuôn đúc có nhiệt độ nóng chảy cao hơn các hỗn hợp silicát. Trong số các loại cát thì cát đúc crômít với thành phần FeOCr2O3 sẽ có nhiệt độ chảy 2180°C. Cát đúc crômít là thích hợp.
Cát crômít Cổ Định có thành phần chính là FeOCr2O3 sẽ thực hiện chức năng là màng ngăn cách thép lỏng và bề khuôn đúc có độ bền nhiệt cao, không cháy và dính cát vào chi tiết đúc [10, 12]. Với khuôn cát được sơn phủ bằng hỗn hợp crômít, sau khi đúc rót thép vào khuôn, giọt thép vẫn tròn, không chảy loang làm cháy cát dẫn đến dính bám và tạo bướu trên bề mặt chi tiết đúc.
2.2. Nghiên cứu thử nghiệm độ bền nhiệt và chất lượng bề mặt của hỗn hợp sơn khuôn crômít
Đã chế tạo bột cát crômít đạt cỡ hạt khoảng15?m với thành phần trên 52%Cr2O3, khoảng 17%FeT, 1 – 3%SiO2, khoảng 0,25%Al2O3 và pha chế hỗn hợp sơn khuôn với 6% bentônít và dung môi pha là cồn, nước thuỷ tinh + nước, nước và H3PO4 + nước. Đã thử nghiệm khoảng 30 mẫu trên khuôn kim loại và khuôn cát đúc.
Từ những thành công ban đầu và nhiều lần không thành về pha chế thành phần hỗn hợp, kể cả phương pháp sơn; phun hay quét… đã làm các thí nghiệm theo mô phỏng để tìm thành phần hỗn hợp, loại kết dính, nồng độ, dung môi pha… và bước đầu đã có những kết quả.
