Trong sản xuất vật đúc bằng sắt – thép – gang, chất lượng bề mặt luôn là yếu tố quyết định độ bền, khả năng chịu tải và tính thẩm mỹ của sản phẩm. Tuy nhiên, các khuyết tật như xỉ, rỗ cát thường xuất hiện nếu quá trình nấu luyện, làm khuôn hoặc rót kim loại không được kiểm soát chặt chẽ. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến thẩm mỹ, chất lượng sản phẩm mà còn ảnh hưởng đến uy tín và thương hiệu của công ty. Như vậy, giải pháp nào giúp các cơ sở sản xuất có thể tránh được tình trạng này ?

1. Khuyết tật bề mặt là gì và vì sao cần đặc biệt chú ý?

Khuyết tật bề mặt là những lỗi xuất hiện trên bề mặt vật đúc sau khi vật liệu nguội và đông đặc. Chúng có thể là lỗ nhỏ, vệt lõm, vết sần hoặc mảng bám không đồng nhất.

Dù không phải lúc nào cũng ảnh hưởng đến kết cấu, nhưng các khuyết tật này thường gây ra:

• Giảm độ bền cơ học

• Giảm thẩm mỹ sản phẩm

• Gây khó khăn cho bước gia công sau đúc

• Có thể dẫn đến nứt, vỡ khi chịu tải nặng

Theo báo cáo ngành đúc của Hiệp hội Foundry Mỹ (AFS), 70% lỗi xuất hiện trên vật đúc liên quan trực tiếp đến khuyết tật bề mặt – điều này cho thấy chúng phổ biến và ảnh hưởng lớn thế nào.

2. Khuyết tật xỉ 

2.1. Khuyết tật xỉ là gì?

Xỉ là tạp chất sinh ra trong quá trình nấu kim loại – bao gồm oxit, tạp bẩn hoặc phần tro của nhiên liệu. Khi rót kim loại lỏng vào khuôn, một phần xỉ có thể theo dòng chảy đi vào và nằm lại trong sản phẩm.

Dấu hiệu nhận biết xỉ:

• Các đốm hoặc mảng sẫm màu khác với nền gang/thép.

• Bề mặt gồ ghề, sần sùi.

• Khi mài thử có thể thấy lớp vật liệu bị bong ra.

2.2. Nguyên nhân gây ra xỉ

Một số nguyên nhân thường gặp trong sản xuất:

• Kim loại lỏng chưa được khử xỉ kỹ trước khi rót.

• Dùng vật liệu đầu vào (phế liệu) lẫn tạp chất, không đạt tiêu chuẩn.

• Dòng chảy kim loại quá mạnh, khiến xỉ bị cuốn theo.

• Hệ thống rót thiết kế chưa tối ưu, không có bể lắng để giữ xỉ lại.

Theo tiêu chuẩn ASTM E1999 – hướng dẫn kiểm tra khuyết tật bề mặt đúc, xỉ là một trong ba nhóm lỗi phổ biến nhất, đặc biệt ở gang xám và gang cầu.

2.3. Cách giảm thiểu xỉ trong khâu đúc

Để kiểm soát hiệu quả, nhà sản xuất thường áp dụng:

• Lọc xỉ bằng lưới ceramic hoặc foam filter trước khi rót.

• Dùng phế liệu sạch, đạt chuẩn thành phần hóa học (ví dụ gang cầu yêu cầu Mg ~0,03–0,05%).

• Thêm giai đoạn gạn xỉ trong lò nấu cảm ứng.

• Thiết kế hệ thống rót có bể lắng, giúp xỉ nổi lên và không chảy vào khuôn.

3. Khuyết tật rỗ cát 

3.1. Khuyết tật rỗ cát là gì?

Rỗ cát là những lỗ nhỏ hoặc vùng lõm xuất hiện do hạt cát từ khuôn bong ra và dính vào kim loại lỏng trong lúc rót.

Nhận diện rỗ cát:

• Lỗ nhỏ đường kính 1–10 mm.

• Bề mặt có màu sần, đôi khi còn thấy các hạt cát li ti.

• Thường xuất hiện gần vùng dòng chảy mạnh trong khuôn.

3.2. Nguyên nhân hình thành rỗ cát

Một số nguyên nhân phổ biến:

• Cát làm khuôn không đủ độ bền, dẫn đến bong tróc.

• Áp lực dòng chảy kim loại quá mạnh, làm xói mòn khuôn.

• Đầm khuôn không đều, khuôn quá mỏng hoặc yếu.

• Nhiệt độ kim loại quá cao (thường > 1.400°C với gang), làm cháy hoặc phá vỡ khuôn.

Trong tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng đúc ISO 16400, rỗ cát được xếp vào nhóm “khuyết tật do vật liệu khuôn”, ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền bề mặt sản phẩm.

3.3. Giải pháp hạn chế rỗ cát

Để giảm nguy cơ rỗ cát, các nhà máy thường:

• Sử dụng cát Silica chất lượng cao, kích thước hạt đồng đều (~55–65 AFS).

• Tăng độ bền cát bằng chất kết dính (nhựa furan, sodium silicate…).

• Điều chỉnh tốc độ rót vừa phải, hạn chế xói mòn khuôn.

• Tối ưu thiết kế ống rót để giảm va đập dòng chảy.

• Kiểm tra khuôn kỹ trước khi rắp ráp: không nứt, không vỡ cạnh.

4. Vì sao các khuyết tật này ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng sản phẩm?

Dù nhiều lỗi chỉ xuất hiện trên bề mặt, nhưng ảnh hưởng của chúng lại khá lớn:

4.1. Giảm độ bền cơ học

Xỉ hoặc rỗ cát tạo ra các điểm “yếu”, dễ đứt gãy khi vật đúc chịu tải cao.
Đối với gang cầu dùng cho nắp hố ga, tiêu chuẩn EN 124 yêu cầu độ bền cao. Nếu bề mặt có khuyết tật, việc chịu tải có thể giảm từ 10–30% tùy mức độ.

4.2. Ảnh hưởng đến an toàn

Hàng loạt ứng dụng quan trọng như:

• Nắp hố ga, song chắn rác

• Phụ tùng máy cơ khí

• Chi tiết ô tô, xe tải… đều yêu cầu độ ổn định cao. Các lỗi này có thể dẫn đến nứt vỡ trong quá trình sử dụng.

4.3. Tăng chi phí sản xuất

Khuyết tật bề mặt thường phải mài sửa hoặc đúc lại, gây tốn thêm:

• Nhân công

• Vật liệu

• Thời gian

• Uy tín và thương hiệu của nhà sản xuất
  Theo báo cáo của Ductile Iron Society, tỉ lệ phế phẩm tăng 1% có thể làm chi phí tổng tăng 2–3%.

5. Quy trình kiểm soát chất lượng giúp hạn chế xỉ và rỗ cát

Để đảm bảo mỗi sản phẩm đưa ra thị trường đều đạt tiêu chuẩn, các nhà máy sản xuất gang – thép – sắt thường áp dụng quy trình kiểm soát nghiêm ngặt:

5.1. Kiểm soát nguyên liệu đầu vào

• Phế liệu phải sạch, không dính sơn, dầu mỡ, không lẫn tạp chất.

• Thành phần hóa học được đo bằng thiết bị phổ quang OES.

• Đảm bảo đúng tiêu chuẩn (ví dụ: gang cầu thường có C = 3.5–3.8%, Si = 2–2.5%).

5.2. Kiểm soát khuôn đúc

• Cát khuôn được kiểm tra độ bền, độ ẩm, kích thước hạt.

• Đảm bảo khuôn không rạn nứt, không xói mòn.

• Đảm bảo thông gió đầy đủ để khí thoát ra ngoài.

5.3. Kiểm soát quá trình nấu và rót kim loại

• Khử xỉ định kỳ theo quy trình.

• Giữ nhiệt độ rót ổn định, tránh quá cao.

• Dùng lọc xỉ để giữ lại tạp chất.

5.4. Kiểm tra sau đúc

• Kiểm tra trực quan: phát hiện xỉ, rỗ, vết lõm.

• Kiểm tra kích thước theo bản vẽ và tiêu chuẩn.

• Kiểm tra siêu âm hoặc chụp X-quang đối với chi tiết quan trọng.

5.5. Phân loại sản phẩm

Sản phẩm sau khi kiểm tra sẽ được phân loại:

• Loại A: đạt yêu cầu

• Loại B: mài sửa được

• Loại C: phế phẩm – tái nấu lại

Việc phân loại giúp giảm rủi ro sản phẩm lỗi ra thị trường.

Tóm lại, khuyết tật bề mặt như xỉ và rỗ cát không chỉ là những lỗi “nhìn thấy”, mà là dấu hiệu cho thấy toàn bộ quá trình đúc đang gặp vấn đề ở đâu đó—từ nguyên liệu đầu vào, chất lượng khuôn, cho đến cách rót kim loại. Khi doanh nghiệp kiểm soát tốt những yếu tố này, sản phẩm không chỉ đẹp hơn mà còn bền hơn, an toàn hơn, và giảm được rất nhiều chi phí phải làm lại.

Có thể nói, kiểm soát khuyết tật bề mặt chính là cách tiết kiệm thông minh nhất trong sản xuất đúc: đầu tư đúng chỗ ở giai đoạn đầu sẽ giúp tránh được những tổn thất lớn ở giai đoạn cuối. Một sản phẩm tốt không chỉ phản ánh chất lượng của vật liệu, mà còn thể hiện sự chuyên nghiệp trong cả quy trình sản xuất của doanh nghiệp.