Hợp kim cầu hóa đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất gang cầu, giúp cải thiện đáng kể độ bền, độ dẻo và khả năng chịu lực của vật liệu. Để hiểu rõ hơn về khái niệm, thành phần cũng như ứng dụng của sản phẩm này, hãy tham khảo ngay bài viết sau đây của Lương Sơn Bạc. 

Hợp kim cầu hóa là gì?

Hợp kim cầu hóa là thuật ngữ được sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực luyện kim, liên quan tới quá trình sản xuất gang cầu (gang graphit cầu). Về bản chất, nó chính là các chất phụ gia (hay còn gọi là chất cầu hóa), được đưa vào kim loại nóng chảy (thường là gang) để thay đổi cấu trúc graphit từ dạng tấm (như trong gang xám) sang dạng cầu (như trong gang cầu).

Cơ chế hoạt động của hợp kim cầu hoá

Cơ chế hoạt động của hợp kim cầu hóa dựa trên việc thêm các nguyên tố như Mg, Ce, đất hiếm vào gang lỏng, mục đích làm thay đổi quá trình kết tinh của graphit. Thay vì hình thành gang dạng tấm như trong gang xám, các nguyên tố này sẽ giúp graphit kết tinh thành dạng cầu tròn. Từ đó sẽ giảm tập trung ứng suất và cải thiện đáng kể độ bền, độ dẻo và khả năng chịu va đập của vật liệu.

Tác dụng của hợp kim cầu hóa

Hợp kim cầu hóa có những tác dụng như:

+ Giúp cải thiện cơ tính: Tăng độ bền kéo, độ dẻo và khả năng chống va đập so với gang xám. 

+ Giảm nứt gãy: Sau khi hợp kim cầu hóa sẽ có khả năng phân tán ứng suất tốt hơn graphit dạng tấm.

+ Khả năng chịu tải tốt hơn: Hợp kim cầu hóa sẽ phù hợp với các chi tiết cơ khí chịu lực lớn. 

+ Khả năng chống mài mòn hiệu quả: Sản phẩm sau khi được cầu hóa sẽ có thể thích ứng được với các môi trường khắc nghiệt. 

+ Dễ gia công hơn: Hợp kim cầu hóa không chỉ có độ bền vượt trội mà còn có khả năng gia công cực tốt. 

Ứng dụng của hợp kim cầu hóa

Nhờ vào những tác dụng vượt trội kể trên, hợp kim cầu hóa ngày càng được ứng dụng phổ biến hơn cả. Sau đây là những ứng dụng tiêu biểu:

+ Thường dùng sản xuất các chi tiết, sản phẩm yêu cầu cao về khả năng chịu lực, bền bỉ với môi trường ngoài trời như song chắn rác, hố ga,...

+ Ứng dụng chế tạo các chi tiết máy có khả năng chịu tải trọng lớn như trục khuỷu, bánh răng, trục truyền động…

+ Sản xuất các sản phẩm vừa có khả năng mài mòn, vừa có khả năng chịu va đập tốt như linh kiện ô tô, máy móc công trình…

+ Ứng dụng nhiều trong hệ thống cấp thoát nước hoặc đường ống công nghiệp như ống dẫn áp lực cao

+ Sản xuất các linh kiện dùng trong môi trường khắc nghiệt như ngành cơ khí, đóng tàu,...

Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hợp kim cầu hóa

Chất lượng hợp kim cầu hóa có thể chịu ảnh hưởng của những yếu tố sau:

Thành phần hóa học

+ Tỷ lệ các nguyên tố cầu hóa như Mg, Ce, đất hiếm,... quyết định tới khả năng biến graphit thành dạng cầu.

+ Hàm lượng C, Si phải được kiểm soát chặt chẽ vì chúng ảnh hưởng tới cấu trúc của kim loại. 

+ Tạp chất như lưu huỳnh (S) và oxy (O) cao có thể phá vỡ quá trình cầu hóa.

Quy trình nấu luyện

+ Nhiệt độ rót quá cao hoặc quá thấp đều có thể ảnh hưởng tới độ hoàn thiện của graphit cầu.

+ Tốc độ làm nguội cũng quan trọng, làm nguội quá nhanh sẽ dễ gây graphit méo mó hoặc không đủ cầu hóa.

Tốc độ làm nguội

Làm nguội quá nhanh hoặc quá chậm cũng đều gây ảnh hưởng đến chất lượn hợp kim cầu hóa. Trong trường hợp nguội quá nhanh sẽ làm giảm sự hình thành graphit cầu. Ngược lại quá chậm sẽ khiến graphit phát triển thành dạng không mong muốn.

Các tạp chất và khuyết tật

Các tạp chất phi kim (như oxit, sulfide) sẽ gây nhiễm bẩn, phá vỡ graphit cầu. Bên cạnh đó lượng khí hòa tan trong kim loại lỏng cũng gây rỗ khí, ảnh hưởng đến chất lượng kết tinh.

Chất lượng khuôn đúc

Khôn đúc phải đảm bảo có chất lượng tốt với khả năng chịu nhiệt tối ưu và không gây tạp nhiễm vào hợp kim.

Các biện pháp kiểm soát chất lượng hợp kim cầu hóa

Để có được sản phẩm hợp kim cầu hóa chất lượng chúng ta cần có những biện pháp phù hợp để kiểm soát. Sau đây là các biện pháp hiệu quả nhất:

Kiểm soát nguyên liệu đầu vào

Lựa chọn các nguyên liệu kim loại và các thành phần hợp kim (như C, Si, Mn, S, P, Mg,…) đạt tiêu chuẩn kỹ thuật. Ngoài ra cần phân tích các thành phần hóa học nguyên liệu để đảm bảo độ tinh khiết. Đặc biệt là loại bỏ tạp chất, đặc biệt là các nguyên tố có hại.

Kiểm soát quá trình nấu

Trong quá trình nấu cần thường xuyên theo dõi để điều chỉnh nhiệt độ nấu luyện hợp lý. Ngoài ra cũng cần kiểm soát tốc độ và thời điểm thêm các chất cầu hóa (như Magie, Cerium,...). 

Kiểm soát thành phần hóa học

Sau khi nấu hãy phân tích các mẫu hợp kim để kiểm tra xem thành phần hóa học có đạt tiêu chuẩn không. Có thể sử dụng máy quang phổ hoặc các phương pháp phân tích hiện đại để xác định chính xác tỷ lệ các nguyên tố.

Kiểm soát quá trình cầu hóa 

Cần điều chỉnh lượng chất cầu hóa phù hợp với mác hợp kim yêu cầu. Sau đó theo dõi phản ứng cầu hóa (bọt khí, xỉ nổi…), tiếp tục tiến hành đo độ cầu hóa và đánh giá vi cấu trúc.

Kiểm soát tổ chức tế vi

Sử dụng kính hiển vi quang học hoặc kính hiển vi điện tử để kiểm soát tổ chức tế vi. Qua đó đánh giá tỷ lệ graphit cầu hóa, phân bố và kích thước graphit. Tùy theo yêu cầu kỹ thuật để kiểm tra pha nền: ferrite, pearlite, martensite.

Kiểm soát sản phẩm sau đúc

Sau khi đúc, cần kiểm tra ngoại quan để phát hiện sớm các khuyết tật bề mặt nếu có để xử lý kịp thời. Ngoài ra cũng có thể siêu âm sản phẩm hợp kim cầu hóa để phát hiện rỗ khí, nứt ngầm, tạp chất không mong muốn. Phần kích thước, dung sai hình học cũng cần được đánh giá để xem có đạt tiêu chuẩn hay không.

Kiểm tra định kỳ

Xây dựng quy trình kiểm tra sản phẩm hợp kim cầu hóa theo từng lô sản phẩm. Sau đó lập báo cáo chất lượng, phân tích nguyên nhân lỗi (nếu có) và đưa ra biện pháp khắc phục.

Kết luận

Qua bài viết này, có thể thấy hợp kim cầu hóa đóng vai trò vô cùng quan trọng trong ngành công nghiệp luyện kim và chế tạo cơ khí. Nếu doanh nghiệp của bạn đang tìm kiếm giải pháp tối ưu về vật liệu hợp kim cầu hóa chất lượng cao, đừng ngần ngại liên hệ Lương Sơn Bạc - đơn vị cung cấp và tư vấn vật liệu công nghiệp hàng đầu hiện nay. Với kinh nghiệm nhiều năm và đội ngũ chuyên gia giàu chuyên môn, Lương Sơn Bạc cam kết mang đến những sản phẩm hợp kim đạt chuẩn, đáp ứng mọi yêu cầu kỹ thuật khắt khe. Trân trọng!