1. Tổng quan về gia công các bộ phận đúc bằng thép không gỉ
Bộ phận đúc thép không gỉ được sử dụng rộng rãi trong máy móc, xây dựng, ô tô và thiết bị thực phẩm do khả năng chống ăn mòn và độ bền của chúng. Tuy nhiên, sau khi đúc, các bộ phận hiếm khi đáp ứng trực tiếp các yêu cầu về kích thước và bề mặt cuối cùng. Do đó, một số phương pháp xử lý được áp dụng để đạt được độ chính xác, hiệu suất và tính thẩm mỹ mong muốn. Các hoạt động sau đúc này bao gồm gia công, xử lý nhiệt, đánh bóng, phun bi và phủ bề mặt. Hiểu được các phương pháp này cho phép các kỹ sư và nhà sản xuất lựa chọn các quy trình phù hợp về mặt kỹ thuật và hiệu quả về mặt chi phí nhất cho các ứng dụng của họ.
2. Quy trình gia công cho các bộ phận đúc bằng thép không gỉ
Gia công là một trong những hoạt động sau đúc phổ biến nhất. Nó liên quan đến việc loại bỏ vật liệu dư thừa để đạt được dung sai chặt chẽ và hình học chính xác. Độ cứng và độ bền cao của thép không gỉ làm cho việc gia công trở nên khó khăn hơn so với thép cacbon, đòi hỏi các công cụ và thông số cắt được tối ưu hóa.
2.1 Tiện và phay
- Tiện: Lý tưởng cho các bộ phận hình trụ như trục, vòng và các bộ phận có ren. Các dụng cụ cacbua tốc độ cao hoặc các hạt dao có lớp phủ được ưu tiên sử dụng để chống mài mòn.
- Phay: Được sử dụng cho các bề mặt phẳng hoặc phức tạp. Phay CNC hiện đại cho phép cắt chính xác nhiều trục và hoàn thiện mịn với vết dao tối thiểu.
2.2 Khoan, taro và doa
- Khoan và khai thác được sử dụng để tạo lỗ ren cho mục đích lắp ráp. Thép không gỉ yêu cầu tốc độ tiến dao chậm, chất làm mát thích hợp và các dụng cụ sắc bén để tránh bị cứng.
- Hoạt động khoan điều chỉnh độ chính xác về kích thước trong các lỗ đúc và đảm bảo dung sai chặt chẽ khi lắp cơ khí.
2.3 Mài và gia công tinh chính xác
Quá trình mài được thực hiện khi cần có dung sai cực kỳ chặt chẽ hoặc yêu cầu hoàn thiện gương, chẳng hạn như ở đế van, cánh quạt máy bơm hoặc các bộ phận y tế. Quá trình này loại bỏ một lượng vật liệu nhỏ và sửa các biến dạng nhỏ từ các bước gia công trước đó.
3. Phương pháp xử lý nhiệt
Xử lý nhiệt được sử dụng để sửa đổi các tính chất cơ học và vi cấu trúc của các bộ phận đúc bằng thép không gỉ. Mặc dù thép không gỉ có khả năng chống ăn mòn tự nhiên nhưng việc xử lý nhiệt có thể cải thiện độ cứng, độ dẻo và phân bổ ứng suất bên trong, đặc biệt là sau khi đúc và gia công.
3.1 Giải pháp xử lý
Quá trình này bao gồm việc nung nóng các bộ phận đúc đến nhiệt độ cao (thường là 1000–1100°C) và làm nguội chúng nhanh chóng. Nó hòa tan kết tủa cacbua và khôi phục sự phân bố crom, cải thiện khả năng chống ăn mòn và độ dẻo dai. Thép không gỉ Austenitic như 304 và 316 thường trải qua quá trình xử lý này.
3.2 Lão hóa và giảm căng thẳng
- Quá trình lão hóa tăng cường độ cứng của thép không gỉ kết tủa (ví dụ: 17-4 PH) bằng cách hình thành các hợp chất liên kim loại mịn.
- Giảm ứng suất ở 300–400°C giúp giảm ứng suất bên trong do đúc hoặc gia công, giảm thiểu biến dạng trong quá trình sử dụng.
4. Kỹ thuật hoàn thiện bề mặt
Hoàn thiện bề mặt giúp tăng cường vẻ ngoài, độ sạch và khả năng chống ăn mòn của các bộ phận đúc bằng thép không gỉ. Các lớp hoàn thiện khác nhau được lựa chọn tùy thuộc vào ứng dụng—công nghiệp, trang trí hoặc vệ sinh. Xử lý bề mặt cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc chuẩn bị các bộ phận để phủ hoặc hàn.
4.1 Đánh bóng
Đánh bóng loại bỏ các bất thường trên bề mặt, vảy oxit và vết dụng cụ. Đánh bóng cơ học sử dụng bánh xe, dây đai hoặc bột nhão mài mòn để tạo ra lớp hoàn thiện bằng sa tanh, bán bóng hoặc gương. Đối với thực phẩm và các thành phần y tế, bề mặt có độ bóng cao giúp giảm thiểu ô nhiễm và đơn giản hóa việc vệ sinh.
4.2 Phun cát và phun cát
Phun cát bắn vật liệu thép hoặc gốm lên bề mặt để làm sạch và đồng nhất kết cấu. Phun cát cũng tương tự nhưng sử dụng vật liệu mịn hơn để có lớp hoàn thiện mượt mà hơn. Những phương pháp này đặc biệt hữu ích trước khi sơn, phủ hoặc kiểm tra vì chúng làm lộ ra bất kỳ khuyết tật đúc nào như lỗ rỗng hoặc vết nứt.
4.3 Thụ động và ngâm chua
- Quá trình tẩy rửa sử dụng dung dịch axit (thường là hỗn hợp axit nitric-hydrofluoric) để loại bỏ vảy oxit và khôi phục bề mặt kim loại sạch.
- Sự thụ động sau đó tạo thành một màng oxit crom mỏng giúp tăng cường khả năng chống ăn mòn mà không ảnh hưởng đến hình thức hoặc kích thước.
5. Quy trình hàn và lắp ráp
Nhiều bộ phận đúc bằng thép không gỉ yêu cầu phải nối hoặc lắp ráp với các bộ phận khác. Kỹ thuật hàn thích hợp duy trì khả năng chống ăn mòn và tính toàn vẹn cơ học đồng thời giảm thiểu các khuyết tật vùng chịu ảnh hưởng nhiệt.
5.1 Các phương pháp hàn thông dụng
| Phương pháp hàn | Đặc trưng | Ứng dụng |
| TIG (GTAW) | Độ chính xác cao, mối hàn sạch, ít bắn tóe | Các bộ phận có thành mỏng và chính xác |
| MIG (GMAW) | Lắng đọng nhanh hơn, độ chính xác vừa phải | Các tổ hợp chung và phần dày |
| Hàn điện trở | Không có chất độn, nhiệt nhanh, cục bộ | Linh kiện nhỏ và sản xuất hàng loạt |
6. Kiểm tra và kiểm soát chất lượng
Sau khi xử lý, các bộ phận đúc bằng thép không gỉ phải được kiểm tra để đảm bảo chúng đáp ứng các yêu cầu về kích thước, bề mặt và cơ học. Kiểm tra không phá hủy (NDT) thường được sử dụng để xác minh tính toàn vẹn bên trong và phát hiện các khuyết tật tiềm ẩn do đúc hoặc gia công.
6.1 Các phương pháp kiểm tra thông thường
- Kiểm tra kích thước bằng máy đo tọa độ (CMM) hoặc thước cặp để xác minh độ chính xác.
- Kiểm tra trực quan và bề mặt để phát hiện các vết nứt, độ xốp hoặc sự không nhất quán khi hoàn thiện.
- Kiểm tra thẩm thấu bằng siêu âm, chụp X quang hoặc thuốc nhuộm để phát hiện khuyết tật dưới bề mặt.
7. Kết luận: Lựa chọn tổ hợp xử lý phù hợp
Hiệu suất và hình thức của các bộ phận đúc bằng thép không gỉ phụ thuộc rất lớn vào các phương pháp xử lý sau. Gia công đảm bảo độ chính xác về kích thước, xử lý nhiệt giúp tăng cường độ bền cho vật liệu và hoàn thiện nâng cao độ bền và khả năng chống ăn mòn. Việc chọn sự kết hợp chính xác của các phương pháp này—dựa trên loại hợp kim, yêu cầu ứng dụng và mục tiêu chi phí—đảm bảo các bộ phận đúc chất lượng cao, bền lâu, phù hợp với môi trường công nghiệp đòi hỏi khắt khe.
