Các quá trình gia công và các khuyết tật liên quan (Phần 2)

Các dạng bất liên tục khi đúc:

Các loại khuyết tật và bất liên tục vật đúc tùy thuộc vào từng loại vật liệu và phương pháp đúc khác nhau. Các dạng bất liên tục thường xảy ra được phân loại như sau:

• Co ngót.
  
• Do đầy khí.
  
• Do không đồng đều trong quá trình nguội.
  
• Tạp chất.
  
• Thiên tích.
  
• Nứt nguội, chồng nguội.
  
• Do lệch lõi (thao đúc).
  
• Do rót thiếu.
  

Các bất liên tục do co ngót: 

Là các khoảng rỗng tạo ra khi kim loại đặc lại, chất lỏng bị co rút khi hoá rắn. Các khuyết tật này thường không liên quan đến các bọng khí, nhưng nếu có nhiều khí thì độ lớn của khuyết tật gia tăng. Dạng này thường xảy ra ở những nơi giữ độ nóng lâu trong vật đúc, như vùng đậu ngót, đậu dẫn.v.v…Nghĩa là chúng có liên quan với các vị trí có hiện tượng lõm co.

Dạng bất liên tục do co ngót khác như là dạng sợi chùm, dạng co ngót vùng trung tâm, bao gồm các chuỗi dài các đường chạy song song không thẳng hàng quấn chặt vào nhau như mạng lưới. Mạng lưới này tạo thành dải bên trong và ở giữa chi tiết. Khó có thể phân biệt co ngót dạng sợi này với các vết nứt nóng (hot tear). Co ngót tế vi hay rỗ bọt  tế vi là các dạng khuyết tật nhỏ xảy ra trong vật đúc mà nguyên nhân là do một trong hai hoặc cả hai hiện tượng co ngót hoặc bọng khí, xảy ra với một lượng các bọng trống quanh ranh giới hạt (giữa tinh thể – Interdendritic),  giữa các phiến dạng nhánh cây. Một dạng khuyết tật thô và cục bộ của loại co ngót  “giữa tinh thể” (Intercrystalline) và giữa nhánh cây được gọi là dạng xốp (Sponginess).


Các bất liên tục do bẫy khí:

Khi chất khí được tạo ra trong quá trình rót kim loại không thể thoát ra khỏi khuôn, hoặc ra khỏi đậu ngót hay các chỗ cần thoát khác, thì khí có thể bị chặn lại trong kim loại nóng chảy. Các khí này sinh ra từ chính kim loại nóng chảy, từ khuôn “cát xanh”- tức là cát còn ướt, từ hơi nước, hoặc đơn thuần do sự khuấy động khi rót kim loại.

Các lỗ khí (hoặc bọt khí) gây ra bởi không khí ở trong khuôn hoặc lõi hoặc hơi nước bị chận lại trong vật đúc, thường nằm ở trên khuôn trong quá trình đông đặc. Chúng xuất hiện ở dạng bọt đơn hoặc tập trung thành cụm và có dạng nhẵn, tròn, kéo dài hoặc bầu dục với các kích thước khác nhau. Thỉnh thoảng xuất hiện các bọt khí dạng dài giống như dạng rỗng do co ngót, tuy nhiên có khác là hai đầu của bọt khí thường tròn và nhẵn.

Rỗ khí là dạng bất liên tục sinh ra từ các chất khí hoà tan trong kim loại nóng chảy, sau đó bị chận lại trong vật đúc khi đông đặc. Kích thước và số lượng của chúng tùy thuộc vào lượng khí chứa trong kim loại và tốc độ đông đặc của vật đúc. Rỗ khí có thể xuất hiện cùng khắp hay cục bộ trong vật đúc.

Bọt khí kín là dạng bất liên tục sinh ra do sự bẩy khí trong quá trình rót. Dạng bất liên tục này có thể xuất hiện trong các vật đúc đơn chiếc, dưới dạng nhiều lỗ hổng ở phía dưới và song song với bề mặt vật đúc 

Nứt (Crack):

Là dạng bất liên tục do đứt gãy kim loại trong quá trình đông đặc hoặc sau khi đông đặc. Các vết xé nóng (hot tears) chính là các vết nứt không liên tục có dạng gờ sắc, không nhẵn. Chúng sinh ra do ứng suất gia tăng ở gần nhiệt độ đông đặc, là lúc thép có độ bền yếu nhất. Các ứng suất sinh ra do co rút của kim loại khi nguội bị cản lại bởi khuôn (còn gọi là cản co) hay lõi hoặc bởi phần mỏng hơn đã hoá rắn trước. Hình 2 mô tả các nguyên nhân và vị trí  của loại nứt này.

Nứt do ứng suất là một rãnh rõ ràng và gần như là một đường đứt gãy thẳng tạo thành khi kim loại đông đặc hoàn toàn. Ứng suất phải đủ lớn mới có thể gây ra loại nứt như vậy. Các bất liên tục loại này được phân loại tùy thuộc vào thời điểm xuất hiện nứt gãy, chẳng hạn như vết nứt ứng suất do co ngót, ứng suất dư do va đập hay do sử dụng.


Tạp chất (Inclusions):

Tạp chất là tên gọi chung để chỉ  các loại vật liệu như cát, xỉ, oxit…bị kẹt lại trong vật đúc. Hầu hết các khuyết tật loại này xuất hiện gần bề mặt,  như là hiệu ứng bề mặt (skin effect), tuy nhiên, thỉnh thoảng chúng có thể xuất hiện ở giữa vật đúc tùy thuộc vào dòng chảy kim loại lỏng.

Sự thiên tích (Segregation):

Thiên tích là một hiện tượng phức tạp xảy ra khi một hay nhiều nguyên tố của hợp kim không khuếch tán đều mà tập trung lại ở một số vùng nào đó trong vật đúc. Thiên tích có thể phân thành ba loại : Phân bố đều, cục bộ và dạng chuỗi.

Thiên tích đều xảy ra khắp vật đúc và có hình dạng thay đổi, chẳng hạn như thiên tích giữa các tinh thể (intercrystalline Segregation).

Thiên tích cục bộ xảy ra ở các lỗ hỏng do co ngót (lõm co), vết xé nóng được điền đầy toàn bộ hay một phần bởi các thành phần khác có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn. Thuật ngữ thiên tích co ngót (Shrinkage Segregation), thiên tích xé nóng (Hot Tear Segregation) được dùng thích hợp cho hai trường hợp này.

Thiên tích dạng chuỗi gặp chủ yếu khi đúc ly tâm, nhưng khi đúc khuôn tĩnh cũng có thể xảy ra. Chúng có dạng các lớp xen kẽ với hợp kim thêm vào để làm cải tiến cơ tính 

Sự nứt nguội (Cold Shuts):

Đây là dạng bất liên tục sinh ra do thiếu hụt của dòng kim loại lỏng khi gặp dòng kim loại lỏng khác hay gặp kim loại rắn, chẳng hạn như tình trạng bắn tóe khi rót, gặp các vật cứng bên trong các giá đỡ. Thông thường dạng này được phát hiện nhờ kiểm tra bằng mắt và trông giống như một vết nứt có đường viền cong và nhẵn. Nếu nó chỉ có ở bề mặt thì được gọi là nếp ghép nguội (cold lap) – Xem hình 3.


Dịch lõi, lệch lõi:

Các vật đúc khi đúc thường có các lỗ rỗng bên trong thân, vì thế phải đưa vào bên trong khuôn rỗng một lõi (ruột) làm bằng cát để tạo các chỗ trống. Nếu lõi không được giữ chắc chắn thì nó sẽ bị dịch chuyển khi rót kim loại xung quanh nó. Gây nên các khuyết tật liên quan đến dịch lõi như bề dày thành thay đổi …vv.

Sự rót thiếu:

Sự rót thiếu xảy ra khi kim loại nóng chảy không điền đầy hoàn toàn khuôn đúc, tạo ra các lỗ rỗng, thành kim loại bị thủng,v.v...