Hợp kim nhôm

7.4 Ñeà nghò cho bieát coâng duïng cuûa hôïp kim nhoâm? Nhoâm laø kim loïai ñaàu tieân ñöôïc duøng phoå bieán trong coâng nghieäp “Xöôûng cheá bieán nhoâm ñaàu tieân xaây döïng vaøo naêm 1854”. Hieän nay trong coâng nghieäp nhoâm vaø hôïp kim nhoâm xeáp vaøo haøng thöù hai sau saét vaø hôïp kim saét. Sôû dó nhoâm vaø hôïp kim nhoâm ñöôïc duøng roäng raõi vì chuùng coù nhieàu tính chaát cô, lyù vaø hoùa toát, ñaëc bieät laø nheï vaø daãn ñieän toát. Nhôø theá nhoâm vaø hôïp kim ñöôïc duøng nhieàu trong ngaønh cheá taïo maùy, kyõ thuaät ñieän, hoùa chaát, cheá taïo oâtoâ moâtoâ, vaø xaây döïng. Ñaëc bieät laø ngaønh haøng khoâng. 7.5 Nhoâm nguyeân chaát coù tính chaát vaø coâng duïng gì? Nhoâm coù nhöõng ñaëc tính sau: khoái löôïng rieâng laø 2,7g/cm3; nhieät ñoä chaûy 659,8oC; nhieät ñoä soâi 2500oC; ñoä daãn nhieät (ôû 20oC) laø 0,220kcal/oC. Cô tính cuûa nhoâm khi ñuùc trong khuoân caùt vaø khuoân kim loaïi ñeàu khoâng cao; ñoä beàn keùo thaáp (7,9kG/mm2); ñoä daõn daøi cao (ñuùc trong khuoân kim loaïi laø 55%; khuoân caùt laø 48%); ñoä cöùng thaáp (23HB=23kG/mm2). Tính ñuùc cuûa nhoâm xaáu vì co nhieàu deã bò oxy hoùa. Vì theá trong kyõ thuaät ít duøng nhoâm ôû daïng nguyeân chaát. Chæ khi cheá taïo nhöõng chí tieát caàn daãn nhieät vaø daãn ñieän cao nhö voøng ngaén maïch cuûa roâto phaûi duøng aùp löïc cao hoaëc phaûi nung roâto leân nhieät ñoä cao vaø rung thao taùc ñuùc khoù khaên (noùng vaø meät). 84. Meû lieäu naáu hôïp kim nhoâm thöôøng goàm nhöõng gì? Cuõng gioáng nhö meõ lieäu cuûa hôïp kim ñoàng, meû lieäu naáu hôïp kim nhoâm coù: kim loaïi saïch, hôïp kim trung gian, hôïp kim chuyeân duøng vaø hoài lieäu. Khi cheá taïo hôïp kim nhoâm phaûi duøng nhoâm, silic, ñoàng, magieâ, mangan, niken, xeâri, titan, baïc, keõm, beârili, v.v… Phaàn lôùn caùc nguyeân toá hôïp kim nhaát laø nhöõng nguyeân toá khoù chaûy cho loø ôû daïng hôïp kim trung gian bao giôø cuõng coù nhieät ñoä chaûy thaáp hônn so vôùi nhieät ñoä chaùy hao vaø taêng ñöôïc coâng suaát loø. 85. Tính toaùn meû lieäu naáu hôïp kim nhoâm caàn chuù yù nhöõng gì? Khi tính toaùn meû lieäu naáu hôïp kim nhoâm caàn bieát nhöõng soá lieäu sau: - Thaønh phaàn hoùa hoùa cuûa nhöõng nguyeân lieäu ban ñaàu (kim loaïi saïch, hôïp kim chuyeân duøng, hoài lieäu, hôïp kim, hôïp kim trung gian). - Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa hôïp kim caàn naáu; - Tyû leä chaùy hao caùc nguyeân toá trong quaù trình naáu. 1 – Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa kim loaïi saïch thöôøng coù saún trong caùc soå tay, chæ caàn bieát kyù hieäu laø tra ñöôïc. Toát nhaát, khi mua nguyeân lieäu phaûi laáy baûn keâ thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa kim loaïi. Hieän nay phaàn lôùn kim loaïi maøu saïch laø cuûa Lieân Xoâ. Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa keõm, nhoâm, ñoàng, croâm, niken, silic, cadimi, mangan ñaõ giôùi thieäu ôû phaàn saûn xuaát hôïp kim ñoàng. Sau ñaây chæ löu yù thaønh phaàn cuûa magieâ caø lichi laø hainguyeân toá duøng cheá taïo hôïp kim kim nhoâm. Magieâ chæ coù moät loaïi kyù hieäu Mr 90 coù chöùa treân 99,90%Mg. Lichi coù hai loaïi, kyù hieäu Õ??1 vaø Õ??2, Õ??1 coù 98% Li, coøn Õ??2 coù 97%Li. Hôïp kim nhoâm chuyeân duøng cuûa Lieân Xoâ môùi tieâu chuaån hoùa cho silumin. Coù boán loaïi, kyù hieäu CÕJI-00; C?Õ-0; C?Õ1 vaø C?Õ2 caû boán loaïi naøy ñeàu coù löôïng silic 10 – 13%, chæ khaùc nhau ôû löôïng taïp chaát, loaïi coù hai soá khoâng ít saét nhaát (0,2%Fe); C?Õ2 nhieàu thaønh phaàn hoùa hoïc. 2- Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa töøng loaïi hôïp kim nhoâm thoâng duïng ñeàu ñöôïc tieâu chuaån hoùa. Trong ñoù ghi roõ löôïng toái ña vaø toái thieåu cuûa caùc nguyeân toá hôïp kim, khi tính laáy giaù trò trung bình. 3- Choïn tyû leä chaùy hao. Ban ñaàu döïa vaøo baûng thoáng keâ (baûng 15) ñeå tính, sau ñoù hieäu chænh cho phuø hôïp vôùi ñieàu kieän cuûa xöôûng. Vì tyû leä chaùy hao phuï thuoäc nhieàu yeáu toá: ñieàu kieän naáu, chaát löôïng nguyeân lieäu, trình ñoä nghieäp vuï cuûa coâng nhaân, kieåu loø v.v… 86- Caùch tính meû lieäu naáu moät soá maùc hôïp kim nhoâm? Caùch tính meû lieäu naáu hôïp kim nhoâm cuõng töông töï nhö hôïp kim ñoàng. Nguyeân lieäu ñeå naáu hôïp kim trong xöôûng ñuùc thöôøng laø: nhoâm saïch vaø hôïp kim trung gian; nhoâm saïch, hoài lieäu vaø hôïp kim trung gian. Caên cöù vaøo nguyeân lieäu saün coù, loaïi loø vaø maùc hôïp kim caàn naáu ñeå tìm ra löôïng caùc nguyeân toá phaûi cho vaøo loø (keå caû buø hao). Töø ñoù suy ra ñöôïc löôïng töøng thöù kim loaïi caàn cho meû lieäu. Ví duï: tính meû lieäu naáu hôïp kim AÕ5, nguyeân lieäu goàm coù thoûi silumin (87%Al + 13%Si); hôïp kim trung gian Al – Mg (90%Al + 10%Mg), hôïp kimtrung gian Al – Cu (50%Al + 50%Cu) vaø nhoâm thoûi saïch . Naáu trong loø noài. Thaønh phaàn cuûa AÕ5 coù 5%Si; 0,4%Mg; 1,25%Cu coøn laïi laø nhoâm. Qua baûng 15 tìm ñöôïc tyû leä chaùy hao caùc nguyeân toá nhö sau: Si = 1%; Mg = 3%; 1%Cu vaø nhoâm chaùy hao 1%. 1- Tính löôïng buø hao vaø laäp baûng cho 100kg hôïp kim (ñeå ñeã quy ra %). Löôïng nguyeân toá phaûi cho vaøo loø laø (keå caû chaùy hao): Baûng keâ thaønh phaàn meû liaäu naáu hôïp kim AÕ5. Caùc thoâng soá Si Mg Cu Al Toång Thaønh phaàn trung bình cuûa AÕ5 theo (kg) chaùy hao theo (%) theo (kg) thaønh phaàn meû lieäu (kg) 5 5 1 0,05 5,05 0,4 0,4 3 0,012 0,412 1,25 1,25 1 0,012 1,262 93,35 93,35 1 0,933 94,283 100% 100kg 1,007kg 101,007kg 89. Kyõ thuaät naáu hôïp kim nhoâm nhö theá naøo? Kyõ thuaät thao taùc naáu caùc loaïi hôïp kim nhoâm noùi chung gioáng nhau. Rieâng nhoâm hôïp kim chöùa megieâ cao laø coù nhöõng ñaëc ñieåm rieâng. Loø naáu caùc loaïi hôïp kim nhoâm deã choïn,chuû nghóa xaõ hoäi coù theå duøngbaát kyø loaïi loø naøo ñaõ giôùi thieäu ôû treân ñeàu ñöôïc. Ñaëc ñieåm noåi baät khi naáu hôïp kim nhoâm laø khoâng haïn cheá chaët cheõ löôïng caùc hoài lieäu saïch nhö chi tieát baèng nhoâm hoûng, pheá phaåm ñuùc v.v…. Song, muoán duøng hoài lieäu phaûi naáu trung hoøa ñoå thaønh thoûi vaø phaân tích ñeå bieát chính xaùc thaønh phaàn hoùa hoïc. Saét vaø khí laø hai taïp chaát coù haïi phaûi khoáng cheá ñoái vôùi baát kyø hôïp kim nhoâm naøo. Kyõ thuaät saûn xuaát caùc hôïp kim nhoâm bao goàm caùc böôùc sau: tính toaùn thaønh phaàn cuûa meû lieäu ñeå naáu ra hôïp kim coù thaønh phaàn caàn thieát; chaát lieäu vaøo loø sao cho naáu chaûy nhanh nhaát, laãn ít taïp chaát vaø khí. Naáu chaûy vaø tinh luyeän hôïp kim (moät soá hôïp kim caàn bieán tính), roùt khuoân. 92- Tinh luyeän hôïp kim nhoâm baèng caùch naøo? Caùc chaát laãn loän trong hôïp kim nhoâm laøm giaûm haún cô tính cuûa noù. Phaàn lôùn taïo chaát trong hôïp kim nhoâm laø caùc oxit kim loaïi coù tæ troïng xaáp xæ r\tyû troïng cuûa nhoâm neân khoù noåi leân treân trong quaù trình naáu, ngoaøi ra khí hiñroâ deã hoøa tan vaøo hôïp kim nhoâm. Do ñoù muoán taïo ñöôïc hôïp kim coù chaát löôïng phaûi tìm caùch taùch chuùng khoûi hôïp kim. Coù ba hình thöùc taùch taïp chaát khoûi hôïp kim nhoâm: phoøng ngöøa, tinh luyeän vaø cho keát tinh trong bình cao aùp. Phoøng ngöøa laø bieän phaùp ñôn giaûn nhaát ñeå taùch oxit nhoâm vaø caùc chaát baån khaùc. Bao goàm: laøm saïch nguyeân lieäu tröôùc khi cho vaøo loø, nhö caïo saïch chaát baån, maøng oxit vaø taåy heát daàu môõ. Söû duïng nguyeân lieäu saïch (ít taïp chaát coù haïi). Naáu vôùi thôøi gian caøng ngaén caøng toát vaø khoâng ñeå quaù nhieät (nhieät ñoä cao hôn nhieät ñoä ch pheùp). Duøng chaát trôï dung che phuû vaø khoáng cheá moâi tröôøng khí baûo beä. Tinh luyeän laø duøng caùc bieän phaùp hoùa hoïc, vaät lyù ñeå taùch oxit vaø caùc chaát khaùc ra khoûi hôïp kim loûng, nhö duøng hoùa chaát thích hôïp cho vaøo hôïp kim loûng; loïc qua maøng xoáp; thoåi khí clo; chaân khoâng, v.v… Cho hôïp kim keát tinh trong bình cao aùp ñeå doàn taïp chaát vaøo moät khu vöïc naèm ngoaøi vaät ñuùc, khi dôõ khuoân seõ caét boû phaàn ñoù ñi. ÔÛ nhöõng xöôûng ñuùc lôùn thöôøng duøng tôùi 50% hoài lieäu, phaûi duøng maùy phun caùt ñeå laøm saïch caùc chaát baån dính baùm vaøo nguyeân lieäu. 93- Kyõ thuaät tinh luyeän hôïp kim nhoâm baèng hoùa chaát nhö theá naøo? Vaán ñeà maáu choát cuûa tinh luyeän baèng hoùa chaát laø choïn ñöôïc chaát tinh luyeän coù taùc duïng khöû taïp chaát laãn trong kim loaïi loûng vaø noåi leân maët taïo thaønh ci. Muoán vaäy phaûi bieát ñöôïc chuûng loaïi taïp chaát coù trong hôïp kim nhoâm. Ñaëc ñieåm cuûa hôïp kim nhoâm vaø caû nhoâm thoûi (nhoâm deõo) ñeàu coù chöùa khí hiñroâ vaø oxit nhoâm. Trong quaù trình naáu löôïng oxit coøn taêng leân do söï taùc duïng cuûa nhoâm, magieâ vaø nhöõng nguyeân toá khaùc trong kim loaïi vôøi töôøng loø. Khí hiñroâ cuõng taêng leân ñaùng keå do söï phaân giaûi hôi nöôùc trong khí loø vaø töôøng loø. Ñeå giaûm löôïng oxit vaø khí phaûi duøng caùc bieän phaùp toång hôïp sau: 1- Xaây loø baèng vaät lieäu thích hôïp traùnh taïo ra oxit nhoâm, ví duï naáu hôïp kim coù magieâ (AÕ8, AÕ27, v.v…) töôøng loø phaûi laø manheâdit nung chaûy, neáu xaây baèng töôøng samot hay dinas seõ coù phaûn öùng sau: Mg + SiO2 ® Mg2Si + MgO 1Al + 3MeO ® Al2O3 + 3Me Meáu laø xöôûng nhoû, duøng noài graphit ñeå naáu hôïp kim nhoâm chöùa magieâ laø toát nhaát. 2- Nhö treân ñaõ noùi: khoâng ñöôïc quaù nhieät trong thôøi gian daøi, ñaëc bieät khoâng ñeå kim loaïi loûng trong loø quaù laâu môùi roùt. Phaûi duøng chaát tinh luyeän ñeå khöû khí vaø oxit nhoâm vaø caùc chaát baån khaùc. Hoaëc tinh luyeän baèng hpöông phaùp vaät lyù (ñaõ noùi ôû treân). Hôïp kim AÕ2, AÕ4 vaø hôïp kim silumin thöôøng duøng chaát trôï dung tinh luyeän coù 39% NaCl + 50%KCl + 4,4%CaF2 vaø 6,6% Na3AlF6. Hôïp kim nhoâm chöùa magieâ (AÕ8, AÕ13) thöôøng duøng chaát trôï dung coù 60% KMgCl2 vaø 40%CaF2. Trong kim loaïi loûng, hiñroâ vaø oxit nhoâm thöôøng lieân keát vôùi nhau ôû daïng Al2O3.xH neân tinh luyeän khöû oxit nhoâm ñoàng thôøi cuõng laø khöõ hiñroâ cho hôïp kim. Caùc loaïi oxit vaø chaát baån khaùc cuõng ñöôïc khöû baèng caùch “tuyeån noåi”. Khi thoåi khí vaøo hôïp kim boït khí dính vaøo oxit vaø noåi leân maët kim loaïi loûng. Neáu thoåi nitô vaø acgoân vaøo hôïp kim nhoâm, hiñroâ hoøa tan vaøo boït khí noåi leân. Neáu thoåi khí clo vaøo hôïp kim thì clo taùc duïng vôùi nhoâm thaønh clorit nhoâm, sau ñoù môùi haáp thuï hiñroâ vaø noåi leân maët. Song duøng khí clo vöøa ñoäc, thieát bò phöùc taïp, chæ nhöõng xöôûng lôùn môùi duøng. Hieän nay saûn xuaát hay duøng caùc muoái chöùa clo nhö clorua mangan (MnCl2), clorua keõm (ZnCl2), nhöôïc ñieåm cuûa hai muoái naøy laø deã huùt aåm, phaûi saáy thaät kyõ. Cho muoái clo vaøo coù phaûn öùng sau: 3MnCl2 + 2Al ® 2AlCl3 + 3Mn 3ZnCl2 + 2Al ® 2AlCl3 + 3Zn Ñeå khaéc phuïc nhöôïc ñieåm cuûa caùc muoái keå treân, gaàn ñaây ñaõ tìm ra caùc muoái höõu cô coù taùc duïng tinh luyeän toát hôn nhö cacbon tetraclorua, clorit nhoâm, C2Cl6, v.v… trong ñoù phoå bieán laø C2Cl6, muoái naøy huùt aåm ít, coù khaû naêng hoùa khí cao hôn MnCl2, laïi reû hôn, coù taùc duïng tinh luyeän toát ngang vôùi clo nguyeân chaát. 94- Ñeà nghò cho bieát caùc chaát bieán tính hôïp kim nhoâm? Chaát bieán tính duøng cho hôïp kim nhoâm coù nhieàu loaïi, thoâng duïng trong saûn xuaát coù boán: bor, titan, zieâckoân vaø caùc nguyeân toá chuyeån tieáp; hôïp chaát hay muoái chöùa photpho; hôïp chaát hay muoái chöùa batri, beârili, mangan, xeâri. Nhoùm muoái thöù nhaát cho vaøo hôïp kim nhp6m taïo ra nhöõng hôïp chaát raát nhoû (AlB2, Al3Ti, Al3Zr) coù taùc duïng maïnh laøm nhoû haït hôïp kim nhoâm. Bor duøng bieán tinh nhoû haït hôïp kim nhoâm khi ñuùc baèng khuoân KBF4 cho vaøo chuïp graphit nhaán chìm vaøo hôïp kim loûnh ôû nhieät ñoä 770 – 780oC. löôïng duøng laø 0,05B so vôùi khoái löôïng kim loaïi loûng. Titan, zieâckoân v.v… coù taùc duïng laøm nhoû haït hôïp kim nhoâm maïnh hôn bor vaø cuõng duøng khi ñuùc K2ZrF6, v.v… cho vaøo hôïp kim loûng ôû nhieät ñoä 760 – 780oC, phaûi khuaáy kyõ vaø tinh luyeän baèng hoùa chaát hay chaân khoâng. Nhoùm thöù hai cho vaøo hôïp kim hoâm taïo ra caùc phaàn töû photphit nhoâm laø caùc trung taâm keát tinh cuûa silic, do ñoù nhoùm chaát bieán tính chöùa photpho chæ duøng cho hôïp kim silumin coù chöùa silic cao (silumin sau cuøng tinh). Nhoùm naøy coù ba loaïi thöôøng duøng: hoãn hôïp coù 20% photpho ñoû + 70% KCl2 + 10%KF2 hay hoãn hôïp coù 14% photpho ñoû + 41%C2Cl6 + 38%KCl2. löôïng söû duïng laø 1,5-2% khoái löôïng meû lieäu, cho vaøo hôïp kim ôû 780 - 820oC. sau ñoù phaûi tinh luyeän baèng MnCl2 hay C2Cl2. Caùc chaát photpho höõu cô nhö PO4(C6H5)3 duøng bieán tính hôïp kim silumin sau cuøng tinh coù treân 20%Si. Löôïng duøng laø 0,4 – 0,6% khoái löôïng kim loaïi naáu, cho vaøo hôïp kim ôû nhieät ñoä 760 – 780oC. sau 10phuùt, khuaáy kyõ hôïp kim, tinh luyeän , vôùi xi vaø roùt khuoân. Ñoàng photpho, duøng hoùa nhoû tinh theå silic vaø taïo ra Cu3P laøm nhoû haït hôïp kim. Löôïng duøng laø 0,1% khoái löôïng meû lieäu. Cho vaøo hôïp kim ôû khoaûng 800oC, vaø phaûi tinh luyeän tieáp baèng MnCl2 hay C2Cl6. Nhoùm thöù ba laø hoãn hôïp chöùa natri duøng bieán tính laøm nhoû haït toå chöùc cuøng tinh cuûa hôïp kim silumin. Trong thöïc teá thöôøng duøng ba loaïi chaát trôï sung sau: - 60%NaF + 26%NaCl + 15%Na3AlF6 chaûy ôû 800 – 820oC duøng bieán tinh vaø tinh luyeän hôïp kim nhoâm caàn quaù nhieät cao, ñuùc vaät moûng vaø hôïp kim caàn xi coù ñoä hoaït tính cao; - 40%NaF + 45%NaCl + 15%Na3AlF6 chaûy ôû 750 – 800oC; - 30%NaF + 50%NaCl + 10%KCl + 10%Na3AlF6 chaûy ôû 720 – 740oC, duøng bieán tính vaø tinh luyeän hôïp kim nhoâm caàn roùt ôû nhieät ñoä thaùp. Caû ba hoãn hôïp chaát trôï dung treân ñeàu phaûi saáy kyõ, cho vaøo hôïp kim loûng vaø ñeå khoaûng 12 phuùt môùi laáy hôïp kim ñeå toùt vaøo khuoân. Nhoùm thöù tö ít duøng, trong thöïc teá hay duøng mangan. Caàn chuù yù laø löôïng duøng caùc nguyeân toá thuoäc nhoùm naøy thöôøng raát nhoû. Phaànlôùn phaûi naáu thaønh hôïp kim trung gian roài môùi cho vaøo hôïp kim loûng. Rieâng beârili nheï phaûi duøng chuïp ñeå nhaán chìm saâu vaøo kim loaïi loûng. 95 – Ñuùc caùc chi tieát baèng hôïp kim nhoâm theá naøo? Hôïp kim nhoâm coù theå ñuùc baèng khuoân caùt – ñaát seùt, khuoân baùn vónh cöûu, khuoân kim loaïi v.v… chaát löôïng cuûa vaät ñuùc, nhaát laø cô tính phuï thuoäc vaøo toác ñoä laøm nguoäi cuûa hôïp kim vaø thieát keá coâng ngheä ñuùc hôïp lyù, trong ñoù heä thoáng roùt, ngoùt coù taùc duïng quyeát ñònh. Noùi chung vaät ñuùc baèng hôïp kim nhoâm ñuùc trong khuoân kim loaïi vaø ñuùc baèng caùc phöông phaùp ñaët bieät (aùp löïc, ñoái aùp, v.v…) bao giôø chaát löôïng cuõng cao hôn so vôùi khuoân caùt thöôøng. Cuõng vì theá löôïng taïp chaát coù haïi (löôïng saét) cho pheùp coù trong hôïp kim ñuùc trong khuoân caùt vaø maãu chaûy bao giôø cuõng phaûi khoáng cheá thaáp hôn so vôùi ñuùc baèng khuoân kim loaïi vaø aùp löïc. 102- Ñeà nghò cho bieát coâng ngheä xöû lyù pheá lieäu nhoâm? Thöïc chaát quaù trình xöû lyù pheá lieäu nhoâm cuõng nhö pheá lieäu ñoàng laø quaù trình naáu chaûy vaø tinh luyeän, chuùng ñeàu gioáng nhau ôû giai ñoaïn ñaàu vaø khaùc haún nhau ôû giai ñoaïn cuoái (naáu vaø tinh luyeän) do tính chaát cuûa chuùng khaùc nhau. Nhoâm laø kim loaïi nheï, chaûy ôû nhieät ñoä thaáp, soâi ôû nhieät ñoä cao, ñaëc bieät nhoâm raát deã oxi hoùa, maøng oxit nhoâm khaù beàn chaéc, oxit nhoâm laãn vaøo kim loaïi loûng thì raát khoù noåi leân, maët khaùc raát khoù taùch nhoâm ra khoûi oxit cuûa noù. Do ñoù, xöû lyù pheá lieäu nhoâm coù nhöõng ñieåm chung sau: - Khoáng cheá nhieät ñoä naáu chaûy thích hôïp (cao hôn nhieät ñoä chaûy cuûa nhoâm khoâng nhieàu), ñoàng thôøi tieán haønh laéng loïc vaø roùt taùch ñeå loaïi boû nhöõng chaát khoù chaûy vaø naëng ra khoûi nhoâm nhö saét, niken. Neáu trong nhoâm coù kim loaïi deã boác hôi (keõm vaø magieâ) phaûi taêng nhieät ñoä deã keõm vaø magieâ boác hôi; Trong quaù trình naáu chaûy, duø tröôøng hôïp naøo cuõng phaûi duøng hoãn hôïp muoái coù nguyeân toá kieàm nhö Na, Ba, F ñeå phaù maøng oxit nhoâm. Ñoàng thôøi phaàn pheá lieäu cho vaøo sau phaûi nhaán chìm haún vaøo nhoâm loûng ñeå giaûm tyû leä chaùy hao, nhaát laø pheá lieäu moûng, toát nhaát laø eùp thaønh baùnh sau khi ñeõ taåy daàu môû. Coù nhieàu loaïi hôïp kim nhoâm, moãi loaïi caàn coù kyõ thuaät xöû lyù rieâng cho phuø hôïp. Sau ñaây xin giôùi thieäu hai phöông phaùp thoâng duïng: Phöông phaùp magieâ vaø moät soá bieän phaùp xöû lyù hoài lieäu trong caùc xí nghieäp ñuùc nhoâm. 103- Ñeà nghò cho bieát quaù trình coâng ngheä magieâ? Nhoâm maùy bay, ñuoâi teân löûa, caùc chi tieát maùy hoûng trong coâng nghieäp thu hoài veà xöôûng, loaïi boû saét vaø nhöõng kim loaïi khaùc (neáu ñöôïc). Cho vaøo loø ñaùy nghieâng ñieàu chænh nhieät ñoä ñeå hôïp kim chaûy loûng vaø doàn xuoáng thuøng chöùa, saét vaø nhöõng loaïi coù nhieät ñoä chaûy cao hôn naèm laïi treân ñaùy loø. Trong quaù trình naáu chaûy, saét hoøa tan vaøo hôïp kim (khoaûng 1-2%Fe), muoán khöû saét phaûi cho hôïp kim loûng vaøo noài theùp vaøo cho theâm 25 – 30%Mg ñeå taïo ra hôïp kim Al – Mg deã chaùy hôn nhoâm, saét hoøa tan raát ít vaøo heä hôïp kim naøy. Phaàn saét thöøa ra taïo thaønh Al3Fe laéng xuoáng ñaùy noài, coøn silic keát hôïp vôùi magieâ thaønh magieâ – silisi noåi leân, mangan hoùa hôïp vôùi saét thaønh Mn – Fe. Ñöa hôïp kim ôû nhieät ñoä 520oC vaøo loïc chaân khoâng ñeå taùch taïp chaát coù nhieät ñoä chaûy cao vaø thu ñöôïc hôïp kim Al – Mg. Sau ñoù ñöa hôïp kim chöng hôi ñeå taùch magieâ vaø keõm (neáu coù). Naâng nhieät ñoä loø leân 900 – 950oC nhieät ñoä buoàng ngöng tuï khoaûng 200oC. Trong quaù trình nung noùng magieâ vaø keõm boác hôi ngöng laïi ôû buoàng ngöng tuï. Quaù trình naøy keùo daøi khoaûng 7h. Cho hôi H2 vaøo buoàng tôùi aùp suaát 20mmHg vaø naâng nhieät ñoä leân 750oC ñeå laøm noùng chaûy hoaøn toaøn hôïp kim Mg – Zn roài thaùo ra. Sau ñoù thaùo nhoâm ra khoûi loø. Nhoâm naøy coù 0,1%Fe; 0,1 – 0,2%Mg; 0,5 – 1%Si; 2 – 3%Cu; 0,02 – 0,05%Zn coøn laïi laø nhoâm. Duøng nhoâm naøy cheá taïo ra caùc hôïp kim tieâu chuaån. 104- Ñeà nghò cho bieát kyõ thuaät xöû lyù pheá lieäu nhoâm trong xöôûng ñuùc? Pheá lieäu trong xöôûng ñuùc thöôøng laø pheá lieäu thuaàn, bao goàm vaät ñuùc hoûng, heä thoáng ñaäu roùt ngoùt, phoi gia coâng caét goït. Neáu xöôûng toå chöùc toát khaâu thu hoài, baûo quaûn, phaân loaïi coù theå xöû lyù chuùng ñeå taïo ra hôïp kim tieâu chuaån (do bieát thaønh phaàn chính xaùc, nguyeân lieäu thuaàn) ñaït chæ tieâu kinh teá – kyõ thuaät cao nhôø giaûm ñöôïc coâng vaän chuyeån vaø hao huït nguyeân lieäu. Baát kyø daïng pheá lieäu naøo cuõng phaûi loaïi boû heát taïp chaát nhö saét, ñoâng, v.v,, vaø taåy saïch ñaát caùt daàu môõ. Cuõng gioáng nhö naáu kim loaïi saïch: phaûi nung pheá lieäu leân 150oC ñeå khöû aåm môùi cho vaøo loø, caùc muoái tinh luyeän phaûi saáy thaät khoâ (saáy ôû 150 – 200oC trong 12 – 16h) ñaäp nhoû thaønh cuïc 3 – 5mm. muoái tinh luyeän coù nhieàu loaïi (baûng 20) khi choïn duøng phaûi caên cöù vaøo nhieät ñoä chaûy cuûa nhoâm pheá lieäu. Nhieät ñoä chaûy cuûa muoái neân thaáp hôn hoaëc baèng nhieät ñoä chaûy cuûa hôïp kim pheá lieäu vaø phuø hôïp vôùi nguyeân lieäu saün coù. Phoi vaø ñeâxeâ moûng, tröôùc khi cho vaøo naáu coâ thaønh thoûi phaûi taåy röõa saïch daàu môõ vaø eùp thaønh baùnh môùi cho vaøo loø naáu. Loø naáu coâ phoi thuû coâng neân choïn noài cao vaø ñöôøng kính beù ñeå dìm ñöôïc saâu vaøo lôùp nhoâm ñaõ chaûy tröôùc. Neáu khoái löôïng phoi lôùn, lôùp oxit laïi daøy thì phaûi duøng loø coù laép boä xoaén ruoät gaø ñeå ñöa phoi vaøo noài vaø ñaùnh tan maøng oxit. Nhieät ñoä chaûy cuûa muoái tinh luyeän hôïp kim nhoâm Baûng 20 Thaønh phaàn muoái, % Nhieät ñoä chaûy, oC NaCl KCl CaCl2 BaCl2 NaF CaF2 Caùc chaát khaùc 70 50 75 27 30 25 20 33 - - - 34 90 75 73 60 10 - - - - - - 30 50 - - - 5 50 - 60 51 44 - - - - - - - - - - - - - - 25 73 - 70 30 33 40 51 - - - - - - 75 - 85 - - - - - - - - 70 - - 34 - 49 - - - - - - - 88 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 25 27 30 - - - - 36 53 48 10 25 - 10 15 - 15 39 - 47 - 56MgCl2 66LiCl - - - - - 12BaF2 - 61AlF6 64AlF6 - 52KF 700 652 741 505 654 495 530 585 590 658 484 550 790 800 575 750 680 845 655 820 685 810 700 Coâng ngheä xöû lyù pheá lieäu pheá lieäu nhoâm vaø hôïp kim cuûa noù coù theå toùm taét nhö baøng 21 Baûng 21 Daïng pheá lieäu Xöû lyù sô boä Xöû lyù tieáp theo Coâng duïng Chi tieát hoûng Taåy boû nhöõng chaát khaùc, thoåi caùt laøm saïch oxit, buøn ñaát Ñeå nguyeân Duøng naáu hôïp kim tieâu chuaån töông öùng Ñaäu roùt ñaäu ngoùt Phun bi laøm saïch caùt dính baùm Ñoïng coác roùt (ñoïng ôû loø) Phun bi laøm saïch ñaát. Khoâng caàn laøm saïch Naáu chaûy ñeå luoân trong loø Pha theâm vaøo meû naáu hôïp kim töông öùng Maûnh rôi vaõi Khoâng caàn laøm saïch Naáu chaûy ñoå thoûi Phoi Tuyø chaát löôïng phoi vaø trang thieát bò Naáu chaûy ñoåi thoûi Phuï theâm moät löôïng nhoû vaøo meû lieäu, tuyø loaïi hôïp kim vaø yeâu caàu vaät ñuùc Chi tieát hai lôùp: coát saét boïc nhoâm Phun bi laøm saïch baån Naáu chaûy taùch saét, ñoå thoûi Xi loø vaø vuïn nhoû rôi vaõi Chuyeån ñeán xöôûng luyeän taùi sinh Ñaàu thöøa xöôûng caùn, keùo Tuyø theo côõ vaø chaát löôïng pheá lieäu Maãu lôùn vaø daøy ñeå nguyeân, maøu nhoû vaø nhoû ñem naáu chaûy, ñoå thoûi Pha theâm vaøo meû lieäu tuyø loaïi hôïp kim vaø yeâu caàu vaät ñuùc TÖÔNG TAÙC GIÖÕA NOÂM VAØ HÔÏP KIM NHOÂM VÔÙI KHÍ LOØ Nhoâm laø kim loaïi raát hoaït ñoäng, neân noù coù theå taùc duïng vôùi haàu heát caùc chaát khí coù maët trong khí loø nhö oxi, hiñroâ, hôi nöôùc, cacbon oxit, cacbonic, oxit, khí sunfurô,… Quaù trình oxi hoùa nhoâm xaûy ra khi naáu luyeän, baét ñaàu töø beà maët. sau khi ñaõ hình thaønh lôùp saûn phaåm oxi hoùa (oxit), oxi khoâng theå tieáp xuùc tröïc tieáp vôùi beà maët nhoâm nöõa, quaù trình oxi hoùa phaûi traûi qua giai ñoaïn khueách taùn pha khí qua lôùp oxit phaân chia pha. Vì vaäy, toác ñoä oxit hoùa tieáp kim loaïi phuï thuoäc nhieàu vaøo caáu taïo cuûa lôùp oxir. Khi nhoâm bò oxi hoùa, taïo thaønh Al2O3. Ñaây laø moät oxit raát beàn, haàu nhö khoâng bò phaân ly, raát khoù hoaøn nguyeân, ngay caû ôû nhieät ñoä cao. Nhoâm loûng khoâng hoøa tan nhoâm oxit vaø khoâng thaám öôùt leân beà maët nhoâm oxit. Maøng nhoâ oxit khaù xít chaët, neân coù khaû naêng baûo veä beà maët kim loaïi loûng. Khi cho caùc nguyeân toá hôïp kim vaøo nhoâm, tuyø theo baûn chaát cuûa kim loaïi pha theâm vaø ñaëc ñieåm cuûa lôùp oxit, toác ñoä oxi hoùa coù theå thay ñoåi roõ reät. Thoâng thöôøng ñeå ñaùnh giaù khaû naêng oxi hoùa coù theå duøng nhöõng ñaïi löôïng ñaëc tröng aùp löïc hoùa hoïc cuûa caùc kim loaïi vôùi oxi nhö aùp suaát phaân ly (PO2/MexOy) hoaëc theá nhieät ñoäng sinh thaønh caùc oxit kim loaïi (DGs.tMexOy). Caùc nguyeân toá hôïp kim seõ bò oci hoùa neáu: PO2/MexOy < PO2Al2O3 Khi caùc nguyeân toá hôïp kim bò oxi hoùa maø taïo ra lôùp oxit xít chaët, thì chaát theâm laøm gaûm toác ñoä oxi hoùa hôïp kim Al – Me, coøn neáu taïo ra lôùp maøng xoáp, thì caøng thuùc ñaåy quaù trình oxi hoùa tieán trieån maïnh. Nhoâm loûng coù khaû naêng hoøa tan moät löôïng hiñroâ khaù lôùn. Thoâng thöôøng, hiñroâ chieám tôùi 80% trong toång soá caùc chaát khí hoøa tan. Löôïng hiñroâ hoøa taøn trong nhoâm raén coù theå moâ taû baèng phöông trình: Coøn trong nhoâm loûng; Trong ñoù: S : löôïng khí hoøa tan baèng cm3/100g kim loaïi: T : nhieät ñoän tuyeät ñoái, oK p : aùp suaát N/m2 TAÄN DUÏNG HÔÏP LYÙ CAÙC PHEÁ LIEÄU SINH RA TRONG QUAÙ TRÌNH TAÙI SINH NHOÂM Trong quaù trình saûn xuaát cheá bieán nhoâm thöù sinh, thaûi ra khaù nhieàu loaïi pheá lieäu kim loaïi ñen vaø kim loaïi maøu. Caùc loaïi theùp hôïp kim cao khoâng neân ñeå laãn vôùi theùp thöôøng hoaëc gang khi phaân chia xöû lyù sô boä. Caàn phaân loaïi rieâng caùc loaïi chi tieát ñoàng, mage, keõm, titan ñeå taän duïng vaø taùi sinh. Trong pheá lieäu coù theå coù nhieàu oå truïc, nhieàu chi tieát, cô caáu maùy coù theå duøng laïi ngay hoaëc phuïc hoài ñeå söû duïng, nhieàu chi tieát, linh kieän voâ tuyeán,… Khi xöû lyù phoi nhoâm, xæ nhoâm, kim loaïi coù theå bò maát theo buïi, khi, xæ thaûi, khaù nhieàu loaïi pheá lieäu vuïn nhoû bò boû phí trong quaù trình chuaån bò sô boä nhö nghieàn, saøng. Trong phaànnaøy giôùi thieäu moät soá phöông höôùng taän duïng xæ thaûi sinh ra trong khi taùi sinh nhoâm. Xöû lyù thaûi laø nhieäm vuï haøng ñaàu caàn quan taâm trong quaù trình saûn xuaát nhoâm thöù sinh, vì löôïng nhoâm maát maùt theo xæ thaûi chieám phaàn chuû yeáu. Thaønh phaàn vaät chaát cuûa xæ thaûi nhoâm (neáu trong loø nhieân lieäu coù duøng trôï dung) trình baøy trong baûng VI-4. Xæ thaûi Thaønh phaàn, % Phaàn hoøa tan trong nöôùc KCl 40 NaCl 33 CaCl2 1,0 AlCl3 6,7 MaCl2 0,3 FeCl3 veùt - - Toång coäng 75,0 Phaàn khoâng hoøa tan Al2O3 9,0 SiO2 2,5 MgO 2,3 FeO 1,0 AlN 0,3 Mg3N2 0,3 Al 10,0 Toång coäng 25,0 Xæ thaûi noùng chaûy luoân luoân coù chöùa nhöõng haït nhoâm coù kích thöôùc khaùc nhau, laãn vaøo do khi xöû lyù phoi, khi caøo hôùt maøng xæ, hoaëc do quaù trình phaân huûy hôïp chaát hoùa trò thaáp khoâng beàn. Xæ thaûi coù nhieät dung lôùn neân ñoâng ñaëc chaäm. Vì vaäy, coù theå laéng taùch trong beå chöùa xæ coù ñaùy nghieâng ñeå gaït theâm nhoâm. Coù theå cho xæ thaûi vaøo loø chuyeân duøng, cho theâm trôï dung môùi vaø nung tôùi 750oC ñeå laéng taùch caùc gioït nhoâm laãn. Trong xæ coù chöùa moät löôïng khaù lôùn caùc muoái (ñöa vaøo phoái lieäu ôû daïng trôï dung). Xæ coù chöùa caùc muoái, khi thaûi ra coù theå laøm oâ nhieãm moâi tröôøng, laøm aûnh höôûng tôùi caây coái, nguoàn nöôùc. Ñeå taän thu hoån hôïp muoái coù theå toå chöùc chöng chaân khoâng.