Đúc gang là một quá trình tạo hình kim loại trong đó gang nóng chảy được đổ vào khuôn và để đông đặc lại, tạo ra các bộ phận có hình dạng và kích thước cụ thể. Gang, một hợp kim sắt-cacbon có hàm lượng cacbon thường nằm trong khoảng 2,0% và 4,0% , được sử dụng rộng rãi do tính lưu động tuyệt vời ở dạng nóng chảy, dễ đúc các hình dạng phức tạp, khả năng chống mài mòn cao và hiệu quả chi phí cho sản xuất quy mô vừa và lớn. Hàm lượng carbon cao làm giảm điểm nóng chảy, cho phép đúc ở nhiệt độ khoảng 1.150–1.200°C , và góp phần hình thành các cấu trúc than chì ảnh hưởng đến tính chất cơ học.
Gang không phải là một vật liệu đơn lẻ mà là một họ hợp kim , mỗi loại có đặc điểm riêng:
Tính linh hoạt của hợp kim gang làm cho việc đúc trở thành một giải pháp phù hợp cho các lĩnh vực ô tô, xây dựng, máy móc và năng lượng.
Bước đầu tiên trong quá trình đúc gang là thiết kế mẫu . Các mẫu là bản sao của thành phần cuối cùng, hơi quá khổ để giải thích cho sự co rút trong quá trình làm mát. Chất liệu làm hoa văn bao gồm gỗ, kim loại hoặc nhựa , tùy thuộc vào khối lượng đúc và yêu cầu độ chính xác. Các thành phần phức tạp có thể yêu cầu chèn lõi để tạo thành các phần rỗng.
Khi mẫu đã sẵn sàng, một khuôn được tạo ra bằng cách đóng gói cát, cát liên kết nhựa hoặc các vật liệu đúc khác xung quanh mẫu. trong đúc cát , khoang khuôn sẽ tái tạo hình dạng mong muốn của phần cuối cùng. Phải chú ý tới góc dự thảo , phi lê và hoàn thiện bề mặt để tạo điều kiện loại bỏ nấm mốc và cải thiện chất lượng vật đúc. Hệ thống cổng cũng được thiết kế ở giai đoạn này để kiểm soát dòng chảy của sắt nóng chảy và giảm thiểu sự nhiễu loạn, đảm bảo đổ đầy đồng đều và giảm các khuyết tật như kẹt khí hoặc đóng nguội.
Việc chuẩn bị khuôn thích hợp là rất quan trọng để đạt được độ chính xác về kích thước, chất lượng bề mặt và tính chất cơ học. Ngoài ra, các xưởng đúc hiện đại thường sử dụng các công cụ mô phỏng và thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính (CAD) để tối ưu hóa hình học khuôn, cổng và vị trí đặt ống nâng, cải thiện năng suất và giảm thiểu phế liệu.
Sau khi đã chuẩn bị xong khuôn, bước tiếp theo là nấu chảy gang . Gang có thể được nấu chảy trong lò vòm, lò cảm ứng điện hoặc lò hồ quang điện . Việc lựa chọn lò phụ thuộc vào khối lượng sản xuất, hiệu suất năng lượng và yêu cầu kiểm soát hợp kim. Nhiệt độ nóng chảy điển hình dao động từ 1.150°C đến 1.200°C , đảm bảo tính lưu động thích hợp cho việc đổ khuôn phức tạp.
Trong quá trình nấu chảy, kiểm soát chính xác thành phần hóa học là điều cần thiết. Các nguyên tố hợp kim như silicon, mangan, niken và crom được thêm vào để điều chỉnh các tính chất cơ học, đặc tính hóa rắn và hình thành than chì. Sự tan chảy thường phải chịu khử khí và khử lưu huỳnh phương pháp xử lý để giảm tạp chất và ngăn ngừa độ xốp trong lần đúc cuối cùng. Trong các xưởng đúc hiện đại, hệ thống giám sát thời gian thực đảm bảo tan chảy duy trì nhiệt độ và thành phần mong muốn, đảm bảo chất lượng ổn định cho sản xuất hàng loạt.
Sau khi nấu chảy, gang nóng chảy được đổ cẩn thận vào khuôn qua hệ thống cổng . Đổ đúng cách là rất quan trọng để tránh nhiễu loạn, bẫy không khí và làm đầy không đều , có thể dẫn đến các khuyết tật như khoang co ngót, đóng nguội hoặc lỗ phun nước. Kim loại nóng chảy chảy từ đường rót đến đường dẫn và cổng, lấp đầy khoang dần dần để nhiệt tiêu tán đều.
các tốc độ đổ và nhiệt độ được kiểm soát để duy trì mặt trước chất lỏng ổn định. Các xưởng đúc hiện đại thường sử dụng hệ thống rót tự động với khả năng kiểm soát dòng chảy chính xác để cải thiện độ an toàn và khả năng lặp lại. Việc rót thường được thực hiện với thiết bị bảo vệ và các quy trình an toàn do nhiệt độ cao của gang nóng chảy, có thể đạt tới 1.200°C .
Sau khi khuôn được đổ đầy, gang bắt đầu làm cứng lại . Tốc độ làm mát ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của buổi casting. Làm mát chậm hơn thường thúc đẩy sự hình thành các mảnh than chì thô trong gang xám, tăng cường giảm rung, trong khi làm mát nhanh hơn có thể tạo ra các cấu trúc than chì hoặc sắt trắng mịn, cải thiện độ cứng và khả năng chống mài mòn.
Riser hoặc bộ cấp liệu được sử dụng để bù lại độ co ngót khi kim loại đông cứng lại. Trong các vật đúc phức tạp, phần mềm mô phỏng thường được sử dụng để dự đoán mô hình làm mát, xác định các điểm nóng và tối ưu hóa vị trí đặt ống đứng để ngăn ngừa độ xốp và các khuyết tật về cấu trúc. Làm mát đồng đều đảm bảo các đặc tính cơ học nhất quán trên toàn bộ bộ phận và giảm ứng suất bên trong có thể dẫn đến nứt.
Sau khi đông đặc, khuôn bị phá vỡ trong một quá trình gọi là sự rung chuyển , và quá trình đúc được tách ra. Cát, lõi và các vật liệu khuôn khác được loại bỏ. Bất kỳ kim loại dư thừa nào từ các thanh dẫn, cổng hoặc thanh nâng đều được cắt bỏ và vật đúc được làm sạch bằng các phương pháp như nổ mìn, mài hoặc làm sạch bằng hóa chất .
Cuối cùng, việc đúc thường trải qua gia công, xử lý nhiệt hoặc hoàn thiện bề mặt để đạt được kích thước, dung sai và chất lượng bề mặt chính xác. Bước này rất quan trọng đối với các bộ phận chức năng đòi hỏi độ chính xác kích thước cao, chẳng hạn như khối động cơ, bộ phận máy móc hoặc vỏ máy bơm.
các following table summarizes different cast iron types and their properties:
| Loại gang | Dạng than chì | Thuộc tính chính | Ứng dụng điển hình |
|---|---|---|---|
| Gang xám | vảy | Giảm xóc tốt, dễ gia công, độ bền vừa phải | Khối động cơ, đế máy, đường ống |
| Gang dẻo | hình cầu | Độ bền kéo cao, dẻo dai, chịu va đập | Ống áp lực, linh kiện ô tô |
| Gang trắng | cacbua/cứng | Rất cứng, chịu mài mòn, giòn | Lớp lót, bi mài, bề mặt chịu mài mòn |
| Gang dẻo | xử lý nhiệt | Cải thiện độ dẻo và độ dẻo dai | Phụ kiện, phần cứng, giá đỡ |
Câu 1: Tại sao gang được ưa chuộng hơn thép trong một số bộ phận?
Trả lời 1: Gang có khả năng giảm rung vượt trội, chống mài mòn và giảm chi phí cho các bộ phận lớn hoặc phức tạp, khiến nó trở nên lý tưởng khi các đặc tính này được ưu tiên.
Câu 2: Những khuyết tật thường gặp khi đúc gang là gì?
A2: Các khuyết tật bao gồm các lỗ co ngót, độ xốp, đóng nguội và các vết nứt. Thiết kế cổng, ống nâng và điều khiển làm mát phù hợp giúp giảm thiểu những vấn đề này.
Câu 3: Gang có thể được sử dụng cho các bộ phận có thành mỏng không?
Câu trả lời 3: Có, nhưng cần phải kiểm soát cẩn thận tốc độ làm mát và thiết kế khuôn vì gang giòn hơn thép.
Câu 4: Những ngành công nghiệp nào phụ thuộc nhiều vào đúc gang?
A4: Ô tô, máy móc hạng nặng, thiết bị xây dựng, sản xuất máy bơm và van và công nghiệp năng lượng.
