Ba lỗi vật đúc hay gặp nhất là rỗ khí (bọt khí kẹt lại trong kim loại), co ngót (lỗ hụt ở chỗ đông đặc sau cùng) và nứt nóng (vết rách khi kim loại vừa đông còn yếu mà bị co kéo). Mỗi lỗi có nguyên nhân riêng: rỗ khí do khí hoà tan hoặc khí cuốn vào, co ngót do thiếu kim loại bù, nứt nóng do khuôn hoặc lõi cản trở co rút. Xưởng phát hiện chúng bằng mắt, chụp X quang, siêu âm, thẩm thấu màu, thử kín và cắt mẫu kiểm tra.
Rỗ khí hình thành như thế nào?
Rỗ khí là những lỗ tròn hoặc bầu dục, thành nhẵn bóng, nằm rải rác hoặc tụ thành đám trong vật đúc. Chúng có hai nguồn gốc khác nhau, cần phân biệt vì cách chữa khác hẳn.
Khí hoà tan trong kim loại lỏng
Kim loại lỏng hoà tan khí tốt hơn kim loại rắn rất nhiều. Ví dụ tiêu biểu là hiđrô trong nhôm: ở điểm nóng chảy, nhôm lỏng hoà tan lượng hiđrô gấp khoảng hai mươi lần nhôm rắn. Hiđrô đến từ hơi ẩm trong không khí, phế liệu ẩm, dụng cụ ẩm, chất trợ dung chưa khô. Khi nhôm đông đặc, lượng hiđrô thừa bị đẩy ra và kết thành bọt nhỏ, thường thành rỗ li ti phân bố đều. Với thép, khí gây rỗ có thể là hiđrô, nitơ, hoặc ôxít cacbon sinh ra khi thép chưa được khử ôxy đủ.
Cách chữa: giữ mọi thứ tiếp xúc kim loại lỏng thật khô; khử khí nhôm bằng cách sục khí trơ argon hoặc nitơ qua một cánh khuấy quay, bọt khí trơ "gom" hiđrô mang ra ngoài; khử ôxy thép bằng nhôm hoặc silic trước khi rót. Nhiều xưởng nhôm kiểm hàm lượng khí bằng phép thử áp suất thấp: lấy một mẫu nhôm lỏng để đông trong buồng hút chân không, khí nở to thành bọt nhìn thấy được, so với mẫu đông ở áp suất thường.
Khí từ khuôn và lõi
Khuôn cát ẩm, lõi có nhựa cháy, sơn khuôn chưa khô đều sinh khí khi gặp kim loại nóng. Nếu khuôn không thoát khí kịp, khí sủi vào kim loại thành những lỗ to, thường nằm ngay dưới bề mặt trên cùng của vật đúc hoặc sát lõi. Cách chữa là kiểm độ ẩm cát, tăng lỗ thoát khí, sấy lõi kỹ, giảm lượng chất dính.
Khí cuốn vào khi rót
Dòng kim loại xoáy, rơi mạnh hoặc phun nhanh như trong đúc áp lực có thể nhốt không khí lại. Rỗ loại này thường to, không đều, và đi kèm màng ôxít. Cách chữa nằm ở thiết kế hệ thống rót và tốc độ rót.
Co ngót khác rỗ khí thế nào?
Hầu hết kim loại co thể tích khi đông đặc. Nếu chỗ đông sau cùng không được tiếp kim loại lỏng, nó sẽ bị hụt. Khác với rỗ khí, lỗ co ngót có thành sần sùi, nhánh nhánh như rễ cây, vì đó là những khe giữa các tinh thể hình nhánh cây đã mọc mà không còn lỏng lấp vào.
- Lõm co: chỗ hụt lớn, đôi khi lộ ra thành vết lõm trên bề mặt trên cùng.
- Rỗ co tập trung: lỗ rỗng lớn kín bên trong, thường ở chỗ vách dày nối với vách mỏng.
- Rỗ co phân tán: rất nhiều lỗ nhỏ, dễ gây rò rỉ chất lỏng qua vách.
Cách chữa: đặt đậu ngót đủ lớn đúng chỗ, dùng tấm làm nguội nhanh (thỏi kim loại đặt trong khuôn) ở chỗ dày để nó đông sớm hơn, thiết kế lại chi tiết để vách đều nhau hơn. Nguyên tắc chung là đông đặc có hướng: vật đúc nên đông dần từ chỗ xa đậu ngót nhất về phía đậu ngót, để đường tiếp lỏng không bị chặn giữa chừng.
Nứt nóng xảy ra lúc nào?
Nứt nóng xảy ra ở giai đoạn cuối của đông đặc, khi kim loại đã gần rắn hết nhưng giữa các tinh thể vẫn còn những màng lỏng mỏng. Lúc này kim loại rất yếu. Nếu vật đúc đang co mà bị cản, ví dụ bởi một lõi cát quá cứng, một gờ khuôn chặn lại, hay hai phần dày mỏng co không đều, lực kéo sẽ xé rách những màng lỏng đó. Vết nứt nóng thường ngoằn ngoèo, đi theo ranh giới hạt, bề mặt bên trong bị ôxy hoá sẫm màu vì lúc nứt kim loại còn rất nóng.
Nứt nguội thì khác: xảy ra khi vật đúc đã nguội hẳn, do ứng suất dư hoặc va đập, vết nứt thẳng hơn và mặt gãy sáng hơn. Thép cacbon cao và gang trắng dễ bị nứt nguội nếu phá khuôn quá sớm hoặc để nguội không đều.
Cách chữa nứt nóng: dùng lõi và khuôn có độ lún (dễ bị bóp vỡ khi kim loại co), bo tròn các góc trong, tránh chuyển tiếp đột ngột giữa vách dày và mỏng, chọn hợp kim có khoảng đông đặc hẹp, thêm gân chống nứt ở chỗ nguy hiểm.
Còn những lỗi vật đúc nào khác?
| Lỗi | Biểu hiện | Nguyên nhân thường gặp |
|---|---|---|
| Thiếu hụt, không điền đầy | Một phần vật đúc bị khuyết, mép tròn | Kim loại quá nguội, rót chậm, vách quá mỏng |
| Nhập lạnh | Đường nối mờ nơi hai dòng kim loại gặp nhau mà không hoà làm một | Kim loại nguội trên đường đi, rót gián đoạn |
| Lẫn xỉ | Hạt phi kim sẫm màu trong kim loại, hay gần mặt trên | Hớt xỉ không sạch, hệ thống rót không giữ được xỉ |
| Lẫn cát | Hạt cát kẹt trong vật đúc, lỗ có cát | Khuôn bị xói, cát rơi khi ráp khuôn |
| Cháy cát, bám cát | Cát dính chặt vào bề mặt, khó làm sạch | Kim loại quá nóng, cát hạt thô, sơn khuôn mỏng |
| Lệch khuôn | Hai nửa vật đúc lệch nhau tại mặt phân khuôn | Chốt định vị mòn, ráp khuôn lệch |
| Ba-via dày | Lớp kim loại mỏng tràn ra ở mặt phân khuôn | Khuôn kẹp không chặt, mặt phân khuôn không phẳng |
| Sai lệch thành phần, tổ chức | Độ cứng sai, gang bị hoá trắng | Nguội quá nhanh, sai thành phần mẻ nấu |
Xưởng đúc phát hiện lỗi bên trong bằng cách nào?
Nhiều lỗi nằm khuất bên trong, mắt thường không thấy. Xưởng dùng một bộ phương pháp, chọn theo mức yêu cầu của chi tiết.
Kiểm tra bằng mắt và đo kích thước
Bước đầu tiên luôn là nhìn: vết nứt, lõm co, lẫn cát, lệch khuôn. Kích thước được đo bằng dưỡng, thước, máy đo toạ độ hoặc máy quét 3D so với bản vẽ.
Chụp X quang và chụp cắt lớp
Tia X hoặc tia gamma đi xuyên qua vật đúc; chỗ có lỗ rỗng ít kim loại cản hơn nên hiện sẫm hơn trên phim hoặc tấm cảm biến. Đây là cách chuẩn để tìm rỗ khí, rỗ co, lẫn xỉ trong vật đúc nhôm, thép. Máy chụp cắt lớp công nghiệp còn dựng được hình ba chiều của toàn bộ lỗ rỗng bên trong. Khu chụp tia phải che chắn phóng xạ và chỉ người có chứng chỉ mới vận hành.
Siêu âm
Đầu dò phát sóng siêu âm vào kim loại; sóng phản xạ lại khi gặp một mặt rỗng hoặc vết nứt. Siêu âm hợp với vật đúc thép dày, kiểm nhanh tại chỗ, nhưng khó dùng với gang xám vì vảy graphit làm sóng tán xạ.
Thẩm thấu màu và bột từ
Thẩm thấu màu: phun chất lỏng có màu hoặc phát quang lên bề mặt, để nó ngấm vào vết nứt, lau sạch rồi phủ lớp hiện màu; vết nứt hiện lên rõ. Bột từ: từ hoá chi tiết thép hoặc gang rồi rắc bột sắt mịn, bột tụ lại ở chỗ có vết nứt gần bề mặt. Hai cách này chỉ tìm lỗi trên hoặc sát bề mặt.
Thử kín và cắt mẫu
Vỏ bơm, vỏ hộp số, thân van được bơm khí nén hoặc nhúng nước để xem có rò không. Ngoài ra, xưởng định kỳ cắt đôi một vật đúc mẫu, mài bóng, tẩm thuốc thử để xem trực tiếp rỗ và tổ chức kim loại dưới kính hiển vi. Đây là kiểm tra phá huỷ, chỉ làm trên mẫu đại diện của lô.
Vật đúc có lỗi thì xử lý ra sao?
Tuỳ tiêu chuẩn của chi tiết, lỗi có thể được chấp nhận, sửa, hoặc loại bỏ. Rỗ nhỏ ở vùng không chịu lực của vật đúc thép có thể được khoét sạch rồi hàn đắp và kiểm tra lại, nếu tiêu chuẩn cho phép. Vật đúc nhôm rỗ li ti gây rò có thể được thấm kín: ngâm trong nhựa lỏng dưới chân không để nhựa lấp kín lỗ rồi đóng rắn. Lỗi nằm ở vùng chịu lực, vùng làm kín áp lực cao hoặc chi tiết an toàn như càng phanh, vỏ van áp lực thì loại bỏ, nấu lại. Quan trọng hơn sửa là tìm ra nguyên nhân để mẻ sau không lặp lại; ngày nay kỹ sư thường đối chiếu vị trí lỗi thật với kết quả mô phỏng đông đặc để chỉnh khuôn.
Câu hỏi thường gặp
Rỗ khí trong vật đúc là gì?
Rỗ khí là những lỗ tròn thành nhẵn trong vật đúc, do khí hoà tan trong kim loại lỏng thoát ra khi đông đặc, hoặc khí từ khuôn, lõi và dòng rót bị nhốt lại. Nhôm hay bị rỗ do hiđrô đến từ hơi ẩm.
Làm sao phân biệt rỗ khí và rỗ co?
Rỗ khí thường tròn, thành nhẵn bóng. Rỗ co có thành sần sùi, nhánh nhánh như rễ cây vì là khe giữa các tinh thể không được kim loại lỏng lấp vào, và thường nằm ở chỗ dày đông đặc sau cùng.
Nứt nóng là gì?
Nứt nóng là vết rách xảy ra khi kim loại sắp đông đặc xong, còn màng lỏng mỏng giữa các tinh thể, mà vật đúc bị khuôn hoặc lõi cản trở co rút. Vết nứt ngoằn ngoèo và mặt trong thường bị ôxy hoá sẫm màu.
Chụp X quang vật đúc để làm gì?
Chụp X quang cho thấy lỗ rỗng, rỗ co và lẫn xỉ bên trong vật đúc mà mắt thường không thấy, vì chỗ rỗng cản tia ít hơn và hiện sẫm trên ảnh. Đây là cách kiểm tra phổ biến với vật đúc nhôm và thép yêu cầu cao.
Vật đúc bị rỗ có dùng được không?
Tuỳ vị trí và tiêu chuẩn. Rỗ nhỏ ở vùng không chịu lực có thể được chấp nhận hoặc sửa bằng hàn đắp, thấm kín. Rỗ ở vùng chịu lực hay chi tiết an toàn thì vật đúc bị loại và nấu lại.
