Đúc gang là một quy trình sản xuất trong đó hợp kim sắt nóng chảy - chứa 2–4% carbon và 1–3% silicon - được đổ vào khoang khuôn, thường được làm bằng cát và được phép đông đặc thành hình dạng thành phần gần như cuối cùng. Phương pháp phổ biến nhất được sử dụng trên toàn thế giới là đúc cát, chiếm phần lớn các bộ phận bằng gang được sản xuất trên toàn cầu do chi phí dụng cụ thấp và tính linh hoạt cho cả sản xuất hàng loạt nhỏ và sản xuất hàng loạt. Quá trình này được ưa chuộng để sản xuất các bộ phận có hình dạng phức tạp, khả năng gia công tốt, cường độ nén cao và khả năng giảm rung tuyệt vời - những đặc tính khiến gang trở thành vật liệu được lựa chọn cho khối động cơ, phụ kiện đường ống, đế máy và vỏ máy bơm.
Nói tóm lại: đúc gang kết hợp vật liệu chi phí thấp, dễ đúc với quy trình tạo hình linh hoạt, khiến nó trở thành một trong những con đường tiết kiệm nhất để sản xuất các thành phần kim loại bền trên quy mô lớn.
Đúc cát vẫn là kỹ thuật chủ đạo để sản xuất gang vì nó có thể đáp ứng cả hình dạng bộ phận đơn giản và phức tạp với chi phí tương đối thấp. Quá trình này tuân theo một chuỗi các giai đoạn nhất quán.
Một mẫu - thường được làm bằng gỗ, kim loại hoặc nhựa - được tạo ra theo hình dạng chính xác của phần cuối cùng, nhưng hơi quá khổ để giải thích cho sự co rút trong quá trình làm mát. Sắt xám thường co lại 1,0–1,2% trong quá trình hóa rắn , và khoản phụ cấp này phải được tích hợp vào kích thước mẫu.
Cát trộn với chất kết dính (thường là đất sét bentonite hoặc nhựa) được đóng gói xung quanh mẫu để tạo thành khoang khuôn. Đối với các bộ phận có khoang bên trong như phụ kiện đường ống hoặc khối động cơ, các lõi cát riêng biệt được chế tạo và đặt vào bên trong khuôn trước khi đóng lại.
Sắt được nấu chảy trong lò cupola hoặc lò cảm ứng ở nhiệt độ từ 1.350°C và 1.450°C , sau đó được đổ vào khuôn thông qua hệ thống cổng được thiết kế để kiểm soát tốc độ dòng chảy và giảm thiểu sự nhiễu loạn, giúp giảm hiện tượng kẹt và tạp khí.
Vật đúc được để đông đặc và nguội bên trong khuôn - thời gian làm nguội phụ thuộc vào độ dày của thành, từ dưới một giờ đối với các phần mỏng đến vài giờ đối với các vật đúc nặng. Sau khi nguội, khuôn cát sẽ bị phá vỡ trong một quá trình gọi là lắc.
Các cổng, ống nâng và đèn flash được loại bỏ và bề mặt được làm sạch bằng phương pháp phun nổ. Sau đó, gia công được áp dụng cho các kích thước quan trọng và bề mặt tiếp xúc để đáp ứng dung sai cuối cùng.
Chọn đúng loại gang là một trong những quyết định quan trọng nhất trong dự án đúc, vì các tính chất cơ học khác nhau đáng kể giữa các loại gang.
Loại được sử dụng rộng rãi nhất, được đặc trưng bởi cấu trúc than chì dạng vảy. Sắt xám có độ bền kéo từ 150 đến 400 MPa tùy thuộc vào loại, cùng với khả năng gia công tuyệt vời và khả năng giảm rung, khiến nó trở nên lý tưởng cho đế và vỏ máy.
Chứa các nốt than chì hình cầu thay vì dạng vảy, giúp nó có độ bền kéo và độ giãn dài cao hơn đáng kể. Loại sắt dẻo 65-45-12 mang lại độ bền kéo tối thiểu 65.000 psi (450 MPa) với độ giãn dài 12% , làm cho nó thích hợp cho các ống chịu áp lực, trục khuỷu và bánh răng.
Được sản xuất thông qua quá trình làm lạnh nhanh giúp ngăn chặn sự hình thành than chì, tạo ra cấu trúc cacbua cứng, giòn. Độ cứng cực cao của nó (thường là 450–650 HB) khiến nó phù hợp cho các ứng dụng chịu mài mòn như bi mài và ống lót bơm bùn, mặc dù rất khó gia công.
| Lớp | Độ bền kéo | Ứng dụng điển hình |
|---|---|---|
| Sắt xám loại 30 | 210 MPa | Đế, giá đỡ máy |
| Sắt dẻo 65-45-12 | 450 MPa | Phụ kiện đường ống, trục khuỷu |
| Sắt trắng | 200–400 MPa | Mặc lớp lót, vật liệu mài |
Chất lượng ổn định trong quá trình đúc gang phụ thuộc vào việc kiểm soát cả quá trình nấu chảy và thành phẩm. Các xưởng đúc có uy tín áp dụng kết hợp các biện pháp kiểm tra sau.
Máy quang phổ được sử dụng để xác minh hàm lượng carbon, silicon, mangan và nguyên tố vi lượng trước khi đổ. Độ lệch chỉ 0,2% về lượng carbon tương đương có thể làm thay đổi các tính chất cơ học đủ để làm hỏng thông số kỹ thuật. , vì vậy, phân tích tan chảy theo thời gian thực là phương pháp tiêu chuẩn ở các xưởng đúc chú trọng đến chất lượng.
Các phương pháp phổ biến bao gồm:
Các phiếu giảm giá mẫu được đúc dọc theo các bộ phận sản xuất được kiểm tra độ bền kéo, độ cứng (thường thông qua thử nghiệm Brinell) và đối với các bộ phận quan trọng, độ bền va đập — đảm bảo mỗi lô đáp ứng các yêu cầu cấp quy định.
Máy đo tọa độ (CMM) hoặc quét 3D xác minh rằng các kích thước quan trọng nằm trong dung sai, thường là trong ±0,5mm đến ±1,5mm tùy thuộc vào kích thước bộ phận và phương pháp đúc, theo tiêu chuẩn như ISO 8062.
Hiểu được các lỗi điển hình giúp người mua và kỹ sư xác định sớm các vấn đề về chất lượng và làm việc với các xưởng đúc để khắc phục nguyên nhân gốc rễ.
Khi đánh giá một xưởng đúc gang, người mua nên nhìn xa hơn về giá cả và đánh giá khả năng xử lý cũng như chứng nhận.
Các xưởng đúc có kiểm soát quy trình được ghi chép thường báo cáo tỷ lệ phế liệu dưới 5% , so với 10–15% hoặc cao hơn tại các cơ sở không có hệ thống chất lượng nghiêm ngặt — một sự khác biệt ảnh hưởng trực tiếp đến cả chi phí và độ tin cậy giao hàng.
Đúc gang, đặc biệt là thông qua đúc cát, vẫn là một trong những phương pháp linh hoạt và tiết kiệm chi phí nhất để sản xuất các bộ phận kim loại bền trong các ngành công nghiệp. Thành công phụ thuộc vào việc chọn loại phù hợp cho ứng dụng, tuân theo quy trình đúc cát có kiểm soát và áp dụng kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt ở mọi giai đoạn - từ nấu chảy hóa học đến kiểm tra kích thước cuối cùng. Những người mua hiểu rõ những nguyên tắc cơ bản này sẽ được trang bị tốt hơn để xác định chính xác các bộ phận và chọn đối tác đúc có khả năng cung cấp vật đúc nhất quán, không có khuyết tật.
