Tổng quan về chất kết dính trong chế tạo khuôn cát
Tháng 4 2, 2024
Ứng dụng của máy bắn bi trong ngành đúc
Tháng 4 13, 2024Tất tần tật về cát đúc trong chế tạo hỗn hợp làm khuôn
Nguyên liệu tạo khuôn là yếu tố cơ bản tạo nên chất lượng khuôn cát, quyết định công nghệ chế tạo khuôn. Trong số các nguyên liệu tạo khuôn, cát đúc là nguyên liệu quan trọng nhất bởi cát đúc chiếm từ 80% – 98% khối lượng hỗn hợp làm khuôn.
Tất tần tật về cát đúc trong chế tạo hỗn hợp làm khuôn.
1. Cát đúc là gì?
Cát đúc (hay còn gọi là cát làm khuôn, là tên gọi chung của tất cả vật liệu chịu lửa dạng hạt, kích thước 0,022 – 3mm và được dùng để chế tạo khuôn đúc.
Cát đúc có nhiều loại: cát thạch anh, cát zircon, cát crôm – manhêzit… Trong số các loại cát đúc, cát thạch anh là loại được dùng phổ biến nhất nhờ giá thành rẻ, trữ lượng lớn và dễ kiếm.
Trong đúc khuôn cát, cát đúc thường được hiểu là cát thạch anh.
Thành phần khoáng chủ yếu có trong cát là thạch anh. Trong cát còn có nhiều khoáng khác như sét, các oxit, các canxit…
2. Các loại cát khác
Khi khai thác sử dụng cát, phải tiến hành khảo sát thăm dò chu đáo. Ngoài loại cát phổ biến là cát thạch anh, còn có các loại cát sau:
- Cát samot: có độ dãn nở nhiệt nhỏ, chịu nóng tốt, thường được dùng làm khuôn bán vĩnh cửu, khuôn vỏ gốm hoặc khuôn khô đúc thép.
- Cát cromit: thường được dùng trong đúc thép và vật đúc thành dày đòi hỏi chất lượng bề mặt cao.
- Cát manhezit: có độ dãn nở nhiệt nhỏ, thường được dùng để đúc thép mangan.
- Cát zircon: có độ dãn nở nhiệt nhỏ, có độ dẫn nhiệt tốt, không tác dụng với oxit kim loại, cần ít chất kết dính, có thể được dùng để đúc các vật đúc từ gang thép khối lượng lớn và đòi hỏi chất lượng bề mặt cao. Tuy nhiên, các loại tạp chất có trong cát zircon như mica, cacbonat, oxit sắt ngậm nước… thường làm xấu chất lượng bề mặt vật đúc.
- Cát cacbon: có độ dãn nở nhiệt nhỏ, dẫn nhiệt tốt, không thấm ướt kim loại lỏng, được dùng làm khuôn bán vĩnh cửu hoặc khi đúc các hợp kim có nhiệt độ chảy cao.
3. Ảnh hưởng của cát đúc tới tính chất hỗn hợp làm khuôn
Tốc độ đông đặc và chất lượng của vật đúc phụ thuộc phần lớn vào chất lượng của khuôn đúc, mà trong đó chủ yếu là bởi hỗn hợp làm khuôn và hỗn hợp làm ruột.
Chính tính chất lý nhiệt của hỗn hợp làm khuôn có ảnh hưởng rất lớn tới sự đông đặc của vật đúc. Song tính chất lý nhiệt của hỗn hợp lại do tính chất lý nhiệt của các cấu tử hợp thành tạo nên, trong đó quyết định chính là cát.
Các loại cát khác nhau cho ra tính chất lý nhiệt khác nhau. Nhưng ngay cả khi sử dụng cùng một loại cát, thì cát hạt to cũng có khả năng chịu nhiệt lớn hơn cát hạt nhỏ. Khi cát có độ dẫn nhiệt lớn, nhiệt dung cao, tỷ trọng lớn thì làm cho kim loại lỏng nguội càng nhanh.
Độ bền của hỗn hợp làm khuôn phụ thuộc vào kích thước hạt cát, vào trạng thái bề mặt, vào thành phần độ hạt và độ sạch của cát.
Cát có độ hạt lớn, tập trung, mặt nhẵn sẽ cho ra hỗn hợp có độ thông khí cao, tính chảy cao.
4. Quá trình chuẩn bị cát đúc
Vật liệu làm khuôn mới mua về có thể là cát, sét làm khuôn, chất kết dính tổng hợp và nhiều vật liệu phụ khác.
Cát mới mua về cần xử lý theo 4 bước: sấy khô, để nguội, sàng, phân tích.
Cụ thể từng bước như sau:
- Sấy khô: Cát được sấy ở nhiệt độ không cao. Ví dụ: Sét không lớn hơn 200 độ C; cát thạch anh không lớn hơn 250 độ C.
- Để nguội
- Sàng: Cát được sàng qua sàng, các hạt không qua sàng thì được mang đi nghiền rồi sàng lại.
- Phân tích: Các được phân tích thành phần độ hạt, thành phần hóa học, độ ẩm, lượng chất bùn, hàm lượng chất bốc…
5. Các phương pháp tái sinh cát
Cát được tái sinh là cát – nhựa, hỗn hợp cát với các chất dính không thuận nghịch đã qua sử dụng làm khuôn hoặc cát – sét đã qua sử dụng nhiều lần nên bị lẫn nhiều sét chết, bụi cát và không còn đáp ứng được các yêu cầu chất lượng.
Mục đích của việc tái sinh cát là tạo ra cát đúc mới có đủ tiêu chuẩn dùng để chế tạo hỗn hợp làm khuôn.
Hiện có các phương pháp chủ yếu tái sinh cát sau:
- Phương pháp tái sinh nhiệt: Nung hỗn hợp làm khuôn trong lò quay đến 750 – 800 độ C để đốt cháy màng chất dính. Kết quả sẽ được bề mặt hạt cát nhẵn và không còn chất dính. Lưu ý, phương pháp này chỉ áp dụng được cho hỗn hợp làm khuôn có sử dụng chất dính hữu cơ.
- Phương pháp thủy lực: Dùng lòng nước rửa sạch cát. Ban đầu cát được đập tơi ra, sau đó phân ly từ để loại bỏ vật lẫn kim loại. Dùng máng nước để rửa và phân loại cát hoặc dùng bể khuấy tràn. Cát sau khi rửa được đưa vào lò sấy khô, sau đó làm nguội rồi qua sàng phân loại. Phương pháp này dùng để tái sinh cát – sét.
- Phương pháp phân ly điện: Cho cát vào trường điện cao áp, khi ấy các nguyên tử bị ion hóa sẽ tác động mạnh vào bề mặt hạt cát. Sự va đập của các ion lên bề mặt hạt cát sẽ làm cho chất dính bị bóc ra.
- Phương pháp khí nén: Dùng khí nén truyền động năng cho các hạt cát để chúng va đập chà sát lên nhau ở tốc độ cao, làm tách màng chất dính ra khỏi bề mặt hạt cát. Phương pháp này được dùng cho hỗn hợp cát – sét.
- Phương pháp cơ: Cát được đập tơi ra → phân ly từ để tách bỏ vật lẫn kim loại → Cho vào thiết bị sát cát bằng 2 con lăn quay với tốc độ khác nhau → Màng nhựa bị tách ra khỏi cát.
