Vật liệu làm khuôn cát có thành phần là gì?

Hỏi: Vật liệu làm khuôn cát có thành phần là gì?

Trả lời: Trong phương pháp đúc bằng khuôn cát, vật liệu nấu bao gồm: cát, đất sét, chất dính kết và chất phụ. Đem trộn các vật liệu trên theo tỷ lệ nhất định phụ thuộc vào vật liệu, khối lượng vật đúc ta được hỗn hợp làm khuôn và thao.

Các thành phần vật liệu làm khuôn cát có tỷ lệ như thế nào?

Tỷ lệ thành phần các vật liệu làm khuôn cát tùy thuộc vật liệu, trọng lượng vật đúc.

Nhưng nhìn chung, cát chiếm khoảng 70 - 80%, chất kết dính khoảng 10 - 20%, còn lại là nước.

So với hỗn hợp làm khuôn, hỗn hợp làm thao yêu cầu cao hơn. Do thao làm việc ở điều kiện khắc nghiệt hơn. Bởi vậy, hỗn hợp vật liệu thường tăng lượng thạch anh (SiO2) có khi tới 100%, giảm tỷ lệ đất sét, chất dính kết, chất phụ và phải sấy thao.

A. Chi tiết thành phần vật liệu làm khuôn cát 

Trong đó, các vật liệu làm khuôn cát có thành phần và công thức cụ thể như sau:

#1. Cát - Thành phần chủ yếu của vật liệu làm khuôn cát

Cát là thành phần chủ yếu của hỗn hợp làm khuôn, thao. Thành phần hóa học chủ yếu của cát là SiO2 (thạch anh), ngoài ra còn có một ít đất sét và tạp chất khác.

Cát đúc chủ yếu là cát thạch anh (SiO2)

#2. Đất Sét 

Đất sét thành phần chủ yếu là cao lanh có công thức là mAl2O3.n SiO2.qH2O.

Ngoài ra, đất sét còn có một số tạp chất khác như CaCO3, Fe2O3, Na2CO3.

Khi lượng nước thích hợp đất sét dẻo và dính, khi sấy khô độ bền tăng nhưng giòn, dễ vỡ.

#3. Chất dính kết -  Vật liệu làm khuôn cát có thành phần này giúp tăng độ dẻo và độ bền

Chất kết dính là những chất được đưa vào hỗn hợp để tăng độ dẻo, độ bền. 

Để cho khuôn có độ bền phải dùng chất dính liên kết các hạt cát lại với nhau.

Chất dính làm trong vật liệu làm khuôn cát có thể là: đất sét, bentonit, thủy tinh lỏng, nhựa phenol-formaldehyd, nhựa ure-formaldehyd, nhựa furan, xi măng, dầu thực vật…

Cụ thể, những chất kết dính thường dùng là thành phần trong vật liệu làm khuôn cát có thể kể đến như:

• Dầu thực vật: Như dầu lanh, dầu bông, dầu trẩu
• Các chất hòa tan trong nước: Như đường, mật mía, bột hồ
• Các chất dính kết hóa cứng: Nhựa thông, ximăng, bã hắc ín
• Nước thủy tinh: Đây là dung dịch silicat Na2O.nSiO2.mH2O hoặc K2O.nSiO2.mH2O

#4. Chất phụ là những chất cần có trong hỗn hợp vật liệu làm khuôn cát

Chất phụ tuy là phụ gia thêm vào hỗn hợp, nhưng lại có vai trò không thể thiếu để tăng tính lún, tính thông khí, tăng độ bóng bề mặt khuôn, thao và tăng khả năng tính chịu nhiệt của hỗn hợp.

Chất phụ gồm 2 dạng: Những chất phụ trộn vào hỗn hợp và Chất sơn khuôn

4.1. Những chất phụ trộn vào hỗn hợp vật liệu làm khuôn cát

Những chất phụ trộn vào hỗn hợp như mùn cưa, rơm rạ, bột than nhờ nhiệt độ của kim loại lỏng khi rót vào khuôn chúng bị cháy tạo nên các khỏang trống trong hỗn hợp làm tăng độ xốp, độ lún và khả năng thoát khí của hỗn hợp.

Chất chống cháy cát

Khi rót gang hay thép lỏng vào khuôn, có thể gây nên cháy cát do nhiệt độ rất cao. Khiến bề mặt vật đúc rỗ và xấu. Trong trường hợp cháy cát nặng thậm chí phải bỏ.

Để phòng tránh cháy cát, bề mặt khuôn ruột phải được phủ một lớp chất chống cháy cát. Chất chống cháy cát có thể ở dạng bột hoặc ở dạng huyền phù là tùy thuộc vào loại khuôn.

Đối với khuôn tươi đúc gang và hợp kim mầu thì chất chống cháy cát phổ biến dùng bột phấn chì, bột than gỗ. Bột phấn chì có hai loại là phấn chì bạc và phấn chì đen được trộn đều với nhau theo tỷ lệ 1/1. Bột phấn chì không thấm ướt kim loại lỏng, có khả năng chịu nhiệt rất cao. Bột than gỗ dễ bị cháy trong khi rót gang lỏng vào khuôn vì vậy không sợ hiện tượng trôi chất sơn. Tuy nhiên khi rắc bột lên mặt khuôn phải là kỹ để bột chống cháy cát bám dính vào mặt khuôn khi tránh hiện tượng trôi chất chống cháy theo dòng chảy gây ra khuyết tật xỉ cacbon trong vật đúc.

Chất cách mẫu - Chống dính mẫu với khuôn và khuôn trên với khuôn dưới

Chống dính mẫu với khuôn:​

Để chống dính bám hỗn hợp vật liệu làm khuôn cát với mẫu đúc thì cần phải bôi lên mẫu chất cách mẫu trước khi làm khuôn.

Chất cách mẫu thường là dầu hỏa, dung dịch dầu hở với sáp, hoặc bột cách mẫu như graphit, bột than gỗ, và các vật liệu khác.

Chống dính Khuôn trên với Khuôn dưới:

Bên cạnh đó, để chống dính hỗn hợp làm khuôn từ khuôn trên với hỗn hợp làm khuôn của khuôn dưới thì phải dùng cát khô rắc lên mặt phân khuôn, hoặc bột phấn chì hay bột than gỗ.

4.2. Những chất phụ trộn vào hỗn hợp vật liệu làm khuôn cát

Chất sơn khuôn có thể dùng bột graphit, bột than, nước thủy tinh, bột thạch anh hoặc dung dịch của chúng với đất sét sơn lên bề mặt khuôn, thao để tăng độ bóng, tính chịu nhiệt của chúng.

Tùy thuộc vào loại khuôn mà dùng chất sơn khuôn khác nhau. Đối với khuôn khô thường dùng sơn nước, còn các loại khuôn khác dùng sơn tự khô hay sơn cháy. Tùy thuộc vào hợp kim đúc mà thành phần sơn sẽ khác nhau.

Cát trong Hỗn hợp vật liệu làm khuôn cát chia làm hai loại:

Cát làm khuôn đúc không giống loại cát xây nhà thông thường. Ở đây, ta gọi là cát đúc.

Cát đúc cần có độ mịn cao, chịu được nhiệt. Trong đó, vật liệu làm khuôn cát có thành phần gồm 2 loại cát là: Cát áo và Cát đệm

#1. Cát áo

Cát áo dùng để phủ sát mẫu khi làm khuôn nên phải có độ bền, độ dẻo cao và bền nhiệt, vì lớp cát này tiếp xúc trực tiếp với kim loại lỏng. Cát áo thường được làm bằng vật liệu mới và chiếm khỏang 10 - 15% lượng cát làm khuôn.

#2. Cát đệm

Cát đệm dùng để đệm cho phần khuôn còn lại nhằm làm tăng độ bền của khuôn. Cát đệm không yêu cầu cao như cát áo nhưng phải có tính thông khí mạnh. Thường dùng cát cũ để làm cát đệm và chiếm khỏang 55 - 90% tổng lượng cát khuôn.

Loại cát nào được sử dụng làm cát đúc? Ưu nhược điểm của chúng là gì?

Như trên đầu bài đã đề cập, cát đúc có rất nhiều loại. Tuy nhiên, lại được sử dụng phổ biến nhất là cát thạch anh. Cũng bởi vậy mà trong kỹ thuật đúc, cát thạch anh thường được gọi ngắn gọn là cát.

Khuôn từ cát (thạch anh) có thể đúc được mọi loại vật đúc, với các loại hợp kim đúc như gang, thép, và hợp kim mầu.

Ưu và nhược điểm của cát thạch anh

Ưu điểm: Rẻ và rất dễ kiếm.

Nhược điểm: Cát là có tính chuyển biến thù hình dễ bị vỡ vụn trong quá trình đúc rót. Chúng thường chênh lệch về độ giãn nở nhiệt. Ngoài ra, cát thạch anh có thể tác dụng với FeO trong gang và thép lỏng tạo ra faialit - 2FeO.SiO2 (lượng SiO2 = 22%) có nhiệt độ chảy thấp 1177°C. Vì thế đúc khuôn cát dễ gặp các khuyết tật như: bọng cát, cháy cát.

Khi lựa chọn cát thạch anh làm thành phần của vật liệu làm khuôn cát cần lưu ý:

Dựa vào khối lượng vật đúc, loại hợp kim đúc mà lựa chọn các tiêu chí sau cho phù hợp:

• Kích thước hạt cát
• Thành phần độ hạt
• Hình dạng hạt
• Hàm lượng SiO2 (độ sạch của cát)

Ví dụ như:

Khi đúc vật đúc thép lớn, thành dày cần chất lượng bề mặt cao, lớp cát áo được dùng cát cromit (FeO.Cr2O3). Nó có khối lượng riêng 4000 – 4800 kg/m3, nhiệt độ chảy trong khoảng 1400°C – 1850°C.

Khi đúc thép mangan cao, cát áo thường dùng cát manhezit có thành phần chủ yếu là MgO. Ngoài ra còn có Al2O3, CaO, SiO2, và MnO. Khối lượng riêng khoảng 2900 – 3100 kg/m3, có độ giãn nở nhiệt nhỏ.

Khi đúc vật đúc thép lớn, cần chất lượng bề mặt cao, thường dùng cát áo là cát zircon - ZrO2.SiO2 (đến 95 – 97 %). Tạp chất trong đó có thể gồm: mica, cacbonat, pirit, oxyt sắt ngậm nước … Nó có nhiệt độ chảy 2420°C, khối lượng riêng 4680 – 4700 kg/m3, có độ giãn nở nhiệt nhỏ, độ dẫn nhiệt tốt, không tác dụng với oxit kim loại đúc.

Khi đúc các vật đúc đòi hỏi chất lượng bề mặt cao có thể dùng cát olivine (R2SiO4 trong đó R có thể là Mg, Fe, Mn, Ni, Co, Zn, Ca).

Thông tin bổ sung: Cát olivine phổ biến là 2(Mg,Fe)2.SiO4, có nhiệt độ chảy 1830°C – 1700°C. Nếu cát olivine chứa đến 20 – 40 serpentin (3MgO.2SiO2) thì được gọi là dunhit. Olivin không tác dụng với các oxit kim loại lỏng và không bị phân hủy khi nung. Cát samot chứa khoảng 35 – 40% Al2O3 và 65% SiO2 có nhiệt độ chảy 1450°C – 1850°C, có độ giãn nở nhiệt nhỏ. Cát cốc có độ giãn nở nhiệt nhỏ, không thấm ướt kim loại lỏng. Cát samot và cát cốc thường được dùng để làm khuôn bán vĩnh cửu.

B. Lựa chọn vật liệu làm khuôn đúc - Vật mẫu

Câu hỏi 1 đã đề cập đến vật liệu làm khuôn cát gồm: Cát và Vật mẫu.

Vậy "vật mẫu" để đúc khuôn cát thường được chế tạo từ gì?

Vật mẫu hay khuôn đúc có thể được làm từ nhiều loại chất liệu khác nhau. Tùy vào yêu cầu hoàn thiện và số lượng sản phẩm mà xưởng đúc sẽ lựa chọn chất liệu phù hợp.

Khuôn đúc có thể được chế tạo từ các loại chất liệu như:

• Khuôn kim loại chế tạo từ các loại kim loại như: gang, thép, thép hợp kim, nhôm...
• Khuôn gỗ là từ gỗ. Ưu điểm là rẻ, dễ chế tác khuôn. Thời gian chế tác nhanh. Đây là loại khuôn được sử dụng phổ biến trong đúc gang thủ công. Hạn chế là không sử dụng được lâu dài. Do khi dùng lâu, gỗ có độ cong vênh, co ngót hoặc lệch mối nối...
• Khuôn đá làm từ đá
• Khuôn đất làm từ đất sét
• Khuôn gốm làm từ huyền phù silicat
• Khuôn vỏ mỏng từ cát – nhựa đóng rắn nhiệt
• Khuôn cát-sét từ cát đúc trộn với đất sét
• Khuôn đóng rắn hóa học từ cát trộn với chất dính và chất phụ gia theo một thành phần nhất định.

Khi chế tạo khuôn mẫu đúc cần lưu ý:

Khi gắn lõi vào khuôn, để tránh kim loại lỏng chảy vào đầu gác lõi phải dùng keo dán lõi. Keo dãn lõi được chế tạo từ dextrin, nước bã giấy trộn với bột bentonit và bột thạch anh theo một tỷ lệ xác định. Trong sản xuất người ta cũng sử dụng sét trộn với nước đủ để có độ dẻo dính.

Trừ khuôn tươi, các khuôn còn lại khi ráp khuôn để tránh kim loại lỏng chảy ra từ mặt phân khuôn phải dùng đỉa sét bao quanh hốc khuôn ở mặt phân khuôn dưới, trước khi đậy khuôn trên lên.

Đường kính của đỉa sét thường từ 5 – 10 mm.

Thành phần đỉa sét gồm 66% bột cát cũ, 34% sét và 40% nước. Thực tế ở Việt Nam dùng đến 100% sét.

Khi chế tạo lõi thường dùng bột gỗ (mùn cưa) cho vào hỗn hợp để tạo ra độ co bóp cho ruột. Đối với ruột phức tạp, thành lại mỏng, để chế tạo kênh thông khí cho ruột người ta phải dùng các sợi dây gọi là bấc khí đặt vào trong ruột, khi sấy khô ruột sẽ tạo ra đường dẫn khí trong ruột. Bấc khí được làm từ dây sáp hoặc dây bẹ chuối, dây nilong. Ở những chỗ thành dày trong dật đúc, để tránh rỗ ngót phải đặt đậu ngót. Muốn tăng hiệu quả bổ ngót của nó người ta dùng đậu ngót cách nhiệt hoặc đậu ngót phát nhiệt (lớp hỗn hợp xung quanh đậu ngót là vật liệu cách nhiệt hay vật liệu phát nhiệt).

Vật liệu làm khuôn trước khi sử dụng phải được kiểm tra đánh giá đảm bảo đúng chất lượng theo tiêu chuẩn vật liệu làm khuôn.

Kết luận về câu hỏi "Vật liệu làm khuôn cát có thành phần là gì?" 

Trên đây là toàn bộ thông tin trả lời cho câu hỏi "Vật liệu làm khuôn cát có thành phần là gì". Thông tin được GOAT sưu tầm và tổng hợp. Hy vọng rằng, chúng đã trả lời chính xác những gì bạn đang tìm kiếm. Nếu vậy, hãy cho chúng mình một click thăm quan website tại đây nha: >> naphoga.vn <<  

Cảm ơn và chúc bạn thật nhiều niềm vui!