Báo cáo Nghiên cứu chế tạo gang hợp kim độ bền cao mác GX330NiCr42 làm đĩa nghiền phục vụ công nghiệp sản xuất giấy
Bé c«ng TH¦¥NG
TæNG C¤NG TY THÐP VIÖT NAM
ViÖn LuyÖn kim §en
--------------------
B¸o c¸o tæng kÕt
®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc vµ ph¸t triÓn C¤NG
NGHÖ cÊp bé
Tªn ®Ò tµi:
“NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO GANG HỢP KIM ĐỘ BỀN CAO
MÁC GX330NiCr42 LÀM ĐĨA NGHIỀN
PHỤC VỤ CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT GIẤY”
DFGEDFGEDFGE
C¬ quan chñ qu¶n:
C¬ quan chñ tr×:
tæng c«ng ty thÐp vN
ViÖn LuyÖn kim §en
NGUYỄN V¡N SƯA
Chñ nhiÖm ®Ò tµi:
6829
27/4/2008
Th¸ng 12/2007
nh÷ng ng−êi thùc hiÖn chÝnh
TT
1
Hä vµ tªn
NguyÔn v¨n S−a
NguyÔn v¨n Ngò
NguyÔn hång Phóc
Vò Th¸i S¬n
Häc vÞ
TiÕn sÜ
KÜ s−
KÜ s−
KÜ s−
KÜ s−
§¬n vÞ c«ng t¸c
ViÖn LuyÖn kim §en
2
ViÖn LuyÖn kim §en
3
ViÖn LuyÖn kim §en
4
Cty CP GiÊy Hoµng V¨n Thô
Cty CP GiÊy Hoµng V¨n Thô
5
Bïi Quang S¬n
Môc lôc
Më ®Çu
3
1. Tæng quan vÒ gang hîp kim chÞu mµi mßn
5
5
1.1 Ph©n lo¹i gang hîp kim chÞu mµi mßn
1.2 Gang tr¾ng cr«m –niken (Ni-hard)
1.2.1 TÝnh chÊt vËt lý cña gang Ni-hard
1.2.2 TÝnh chÊt c¬ häc cña gang Ni-hard
1.2.3 §Æc tÝnh ®óc cña gang Ni-hard
1.2.4 TÝnh gia c«ng cña gang Ni-hard
1.2.5 ChÕ ®é nhiÖt luyÖn
7
9
9
10
10
10
11
1.2.6 Kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn cña gang Ni-hard
1.3 ¶nh h−ëng c¸c nguyªn tè hîp kim ®èi víi gang Ni-hard
1.3.1 ¶nh h−ëng cña niken
13
13
14
14
14
14
15
15
1.3.2 ¶nh h−ëng cña silic
1.3.3 ¶nh h−ëng cña cr«m
1.3.4 ¶nh h−ëng cña mangan
1.3.5 ¶nh h−ëng cña ®ång
1.3.6 ¶nh h−ëng cña molip®en
1.4 Lùa chän m¸c gang nghiªn cøu
2. Néi dông nghiªn cøu vµ phu¬ng ph¸p thùc nghiÖm
17
2.1. Néi dung nghiªn cøu
2.2. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu
17
17
3. KÕt qu¶ thùc nghiÖm
19
3.1 C«ng nghÖ nÊu luyÖn gang GX330NiCr42
19
3.2 C«ng nghÖ ®óc gang GX330NiCr42
3.2.1 Mét sè ®Æc ®iÓm vÒ c«ng nghÖ ®óc
3.2.2 Lùa chän c«ng nghÖ vµ thiÕt bÞ ®óc
21
21
22
3.3. C«ng nghÖ nhiÖt luyÖn gang GX330NiCr42
23
3.3.1 ñ mÒm gang GX330NiCr42
3.3.2 T«i vµ ram gang GX330NiCr42
23
23
3.4 C¸c tÝnh chÊt cña gang GX330NiCr42
3.4.1 Thµnh phÇn ho¸ häc
3.4.2 TÝnh chÊt c¬ lý
3.4.3 CÊu tróc pha
3.4.4 Kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn abrasive
26
26
26
26
28
3.5 ChÕ t¹o s¶n phÈm vµ kÕt qu¶ dïng thö
3.5.1 ChÕ t¹o dao nghiÒn ®Üa
3.5.2 Dïng thö vµ ®¸nh gi¸ chÊt l−îng s¶n phÈm
29
39
39
4. KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ
5.Tµi liÖu tham kh¶o
6. Phô lôc
33
34
35
2
Më ®Çu
Trong c«ng nghiÖp s¶n xuÊt giÊy, cã nhiÒu chi tiÕt trong thiÕt bÞ dïng s¬ chÕ
nguyªn liÖu th−êng xuyªn ph¶i thay thÕ v× ph¶i lµm viÖc liªn tôc trong ®iÒu kiÖn
va ®Ëp, chÞu mµi mßn nh− dao nghiÒn ®Üa, qu¶ l« khuÊy trén... ë n−íc ta, phÇn
lín c¸c c¬ së s¶n xuÊt giÊy ®−îc l¾p ®Æt thiÕt bÞ n−íc ngoµi, ho¹t ®éng ®· nhiÒu
n¨m, thiÕt bÞ dù phßng kh«ng cßn, do ®ã viÖc thay thÕ gÆp nhiÒu khã kh¨n...
Sau khi t×m hiÓu t×nh h×nh ë mét sè c¬ së s¶n xuÊt lín nh− C«ng ty GiÊy B·i
B»ng, C«ng ty GiÊy Hoµng V¨n Thô … Chóng t«i nhËn thÊy dao nghiÒn ®Üa lµ
mét trong nh÷ng chi tiÕt ph¶i lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn chÞu va ®Ëp vµ mµi mßn,
nªn cÇn thay thÕ liªn tôc. HiÖn nay, dao nghiÒn ®Üa ®−îc cung cÊp tõ nhiÒu
nguån: nhËp tõ Trung Quèc, s¶n xuÊt trong n−íc... Tuy nhiªn, vËt liÖu chÕ t¹o
®Òu lµ gang x¸m kh«ng hîp kim, ®é bÒn thÊp, kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn kÐm.
Tõ thùc tÕ trªn, chóng t«i cho r»ng nªn chÕ t¹o dao nghiÒn ®Üa b»ng gang
hîp kim chÞu mµi mßn. Trong nhãm gang hîp kim nµy, m¸c GX330NiCr42 theo
tiªu chuÈn DIN 1695-81 cña §øc cã nhiÒu ®Æc tÝnh tèt, phï hîp cho viÖc chÕ t¹o
c¸c chi tiÕt chÞu va ®Ëp vµ mµi mßn nªu trªn.
ViÖn LuyÖn kim §en ®· ®Ò xuÊt vµ ®−îc Bé C«ng nghiÖp (nay lµ Bé C«ng
Th−¬ng) giao cho thùc hiÖn ®Ò tµi “ Nghiªn cøu chÕ t¹o gang hîp kim ®é bÒn
cao m¸c GX330NiCr42 lµm ®Üa nghiÒn phôc vô c«ng nghiÖp s¶n xuÊt giÊy”.
Qua mét thêi gian triÓn khai, ®Ò tµi ®· hoµn thµnh c¸c néi dung nghiªn cøu.
Trong b¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi chóng t«i xin tr×nh bµy c¸c phÇn sau:
- Më ®Çu
- Tæng quan vÒ gang hîp kim chÞu mµi mßn abrasive.
- Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu
- KÕt qu¶ ®¹t ®−îc
- KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ
- Tµi liÖu tham kh¶o
- Phô lôc
3
Nh©n dÞp nµy, Ban chñ nhiÖm ®Ò tµi xin ch©n thµnh c¶m ¬n sù quan t©m vµ
chØ ®¹o s¸t sao cña Vô Khoa häc & C«ng nghÖ- Bé C«ng Th−¬ng, sù hîp t¸c
gióp ®ì tËn t×nh cña C«ng ty GiÊy Hoµng V¨n Thô Th¸i Nguyªn, c¸c c¬ së
nghiªn cøu nh− Tr−êng §HBK Hµ Néi, Trung t©m §o l−êng ViÖt nam vµ mét
c¬ së nghiªn cøu kh¸c ®· gióp chóng t«i thùc hiÖn thµnh c«ng ®Ò tµi.
4
1.Tæng quan vÒ Gang chÞu mµi mßn
1.1 Ph©n lo¹i gang chÞu mµi mßn
Kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn cña gang khi chÞu t¸c ®éng mµi abrasive tuú
thuéc vµo tæ chøc tÕ vi (vi ®é cøng, h×nh d¹ng, sù t¸c dông t−¬ng hç còng nh− sè
l−îng cÊu tróc hîp thµnh). Thµnh phÇn tæ chøc c¬ b¶n cña gang ®−îc s¾p xÕp
theo chiÒu t¨ng cña vi ®é cøng víi trËt tù sau: graphit, ferit, peclit, austenit,
mactensit, xementit, xementit hîp kim, c¸c cacbid cña cr«m, wolfram, vana®i
vµ cña c¸c nguyªn tè kh¸c, c¸c borid. Kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn phô thuéc rÊt
phøc t¹p vµo sè l−îng còng nh− sù ph©n bè cña c¸c pha r¾n, gißn so víi kim lo¹i
nÒn cã tÝnh mÒm vµ dÎo. Kim lo¹i nÒn ph¶i lµ gi¸ ®ì v÷ng ch¾c cho c¸c ®é cøng
thµnh phÇn nh»m ng¨n ngõa sù ph¸ huû gißn.
Cã nhiÒu lo¹i gang chÞu mµi mßn kh¸c nhau ®−îc ®em vµo sö dông trong
®iÒu kiÖn lµm viÖc cã t¸c ®éng mµi mßn. Theo cÊu tróc vµ thµnh phÇn ho¸ häc cã
thÓ ph©n chia gang chÞu mµi mßn thµnh c¸c nhãm sau:
- Gang x¸m hîp kim
- Gang biÕn tr¾ng hîp kim
Gang tr¾ng hîp kim bao gåm:
+ Gang tr¾ng hîp kim thÊp,
+ Gang niken - cr«m (Ni-hard),
+ Gang hîp kim cao cr«m.
Gang hîp kim cao lµ nhãm vËt liÖu quan träng cña mµ s¶n phÈm cña chóng
cÇn ®−îc quan t©m ®Æc biÖt so víi lo¹i gang th«ng th−êng. Trong gang hîp kim
cao, hµm l−îng c¸c nguyªn tè hîp kim ho¸ trªn 4%, do vËy kh«ng thÓ nÊu luyÖn
chóng ®¹t thµnh phÇn tiªu chuÈn chØ b»ng c¸ch hîp kim ho¸ ngay t¹i gÇu rãt.
Chóng th−êng ®−îc s¶n xuÊt ë c¸c c¬ së cã trang bÞ m¸y mãc ®Æc biÖt chØ dïng
riªng ®Ó nÊu luyÖn lo¹i gang nµy.
5
Gang hîp kim lµ lo¹i gang chñ yÕu dïng lµm vËt liÖu chÞu mµi mßn vµ ®óc
thµnh nh÷ng chi tiÕt cÇn thiÕt trong viÖc chÕ t¹o m¸y ®Ëp, nghiÒn vµ nhiÒu lo¹i
dông cô chÞu mµi mßn kh¸c.
Trong gang tr¾ng hîp kim cao, l−îng Cr cao lµm t¨ng kh¶ n¨ng chÞu ¨n
mßn cña gang. PhÇn thÓ tÝch lín cña kim lo¹i nÒn vµ c¸cbid cïng tinh trong tæ
chøc tÕ vi sÏ t¹o nªn ®é cøng lín cÇn thiÕt cho t¸c ®éng va ®Ëp, nghiÒn nhá c¸c
vËt liÖu kh¸c. Trong gang nµy, pha c¸cbid g¾n ch¾c trªn nÒn kim lo¹i vµ biÕn ®æi
tuú thuéc vµo hµm l−îng hîp kim ®−a vµo. Qu¸ tr×nh nhiÖt luyÖn sÏ t¹o ra sù
c©n b»ng ®Æc biÖt gi÷a kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn vµ tÝnh dÎo cÇn thiÕt cho kh¶
n¨ng liªn tôc chÞu va ®Ëp .
Trong khi vËt ®óc tõ gang tr¾ng hîp kim thÊp cã hµm l−îng hîp kim d−íi
4%, ®é cøng chØ trong kho¶ng 350 – 550 HB trong khi gang hîp kim cao cã d¶i
®é cøng tõ 450 – 800 HB.
Tiªu chuÈn ASTM A552 ®−a ra thµnh phÇn vµ ®é cøng cña nhiÒu m¸c gang
tr¾ng chÞu mµi mßn. RÊt nhiÒu vËt ®óc ®−îc chÕ t¹o theo m¸c gang cña tiªu
chuÈn nµy.
Tuy nhiªn mét sè l−îng lín vËt ®óc ®−îc s¶n xuÊt cã sù thay ®æi vÒ thµnh
phÇn ho¸ häc tuú theo tõng øng dông riªng. §iÒu cÇn nãi lµ c¸c chuyªn gia thiÕt
kÕ, kü s− luyÖn kim vµ thî ®óc cÇn hîp t¸c víi nhau ®Ó ®−a ra ®−îc c¸c m¸c
gang cã thµnh phÇn, ph−¬ng ph¸p nhiÖt luyÖn vµ quy tr×nh ®óc hîp lý cho tõng
øng dông ®Æc biÖt.
Gang tr¾ng hîp kim cao ®−îc ph©n ra c¸c nhãm chÝnh nh− sau:
- Gang niken-cr«m (Ni-hard) : Chøa 3-5 % Ni vµ 1-4 % Cr , Ngoµi ra cã
mét lo¹i hîp kim víi thµnh phÇn biÕn ®æi, chøa 7-11 % Cr.
- Gang cr«m – molip®en: Chøa 11-23 % Cr vµ ®Õn 3 % Mo, th«ng th−êng
nã ®−îc hîp kim ho¸ víi niken vµ ®ång.
- Gang cao cr«m: hµm l−îng Cr tõ 25-28 % vµ chøa c¸c nguyªn tè hîp kim
ho¸ kh¸c nh− Mo hoÆc Ni tíi 1,5 %.
6
B¶ng 1. Thµnh phÇn ho¸ häc cña gang Ni-hard lo¹i IA (C cao, chÞu mµi mßn lín)
ChiÒu dµy vËt ®óc (mm)
Khu«n c¸t
50
Khu«n kim loại
Nguyªn tè
12
25
75
100
12
25
50
75
100
0,4
Thµnh phÇn ho¸ häc (%)
C
Si
3,2 - 3,6
0,5
3,2 – 3,6
0,6
0,7
0,6
0,4
0,4
0,8
0,7
0,5
Mn
Ni
0,3 – 0,5
4,2
0,3 – 0,5
4,0
3,8
1,6
4,0
1,8
4,5
2,2
4,8
2,5
3,3
1,5
3,6
1,7
4,4
2,2
4,7
2,5
Cr
2,0
1,9
Trong ®iÒu kiÖn va ®Ëp liªn tôc, hîp kim lo¹i IB (Ni-Hard 2) lµ thÝch hîp v×
chóng cã Ýt cacbon h¬n vµ ®é dÎo cao h¬n. Mét m¸c ®Æc biÖt kh¸c, lo¹i I C ®·
®−îc t¹o ra ®Ó s¶n xuÊt bi, ®¹n nghiÒn. ë ®©y thµnh phÇn hîp kim cr«m – niken
®−îc ®iÒu chØnh thÝch hîp cho ph−¬ng ph¸p ®óc – nhiÖt luyÖn còng nh− c«ng
nghÖ ®óc ®Æc biÖt b»ng c¸t (xem b¶ng 2).
B¶ng 2. Thµnh phÇn ho¸ häc cña gang Nihard lo¹i II (C thÊp, ®é bÒn cao).
ChiÒu dµy vËt ®óc (mm)
Khu«n c¸t
50
Khu«n kim loại
Nguyªn tè
12
25
75
100
12
25
50
75
100
0,5
Thµnh phÇn ho¸ häc (%)
C
Si
2,7 - 3,2
0,6
2,7 -3,2
0,7
0,9
0,7
0,5
0,4
1,0
0,8
0,6
Mn
Ni
0,3 – 0,5
4,5
0,3 – 0,5
4,2
4,0
1,5
4,2
1,7
4,8
2,2
5,0
2,5
3,5
1,4
3,8
1,6
4,5
2,0
4,8
2,3
Cr
1,9
1,8
- Hîp kim lo¹i ID (Ni-hard 4) lµ lo¹i gang niken - cr«m biÕn ®æi, nã chøa
hµm l−îng cr«m cao h¬n, trong kho¶ng tõ 7 – 11% vµ hµm l−îng niken t¨ng dÇn
theo trong kho¶ng 5 – 7%. Cacbon thay ®æi tuú theo tÝnh chÊt yªu cÇu cho ®iÒu
kiÖn lµm viÖc. Hµm l−îng cacbon trong kho¶ng 3,2 – 3,6 % ®−îc quy ®Þnh khi
8
®é bÒn chÞu mµi mßn ®−îc yªu cÇu lín nhÊt. Cßn khi kh¶ n¨ng chÞu va ®Ëp ®−îc
−u tiªn th× hµm l−îng cacbon ph¶i ®−îc khèng chÕ trong kho¶ng 2,7 – 3,2 %
(B¶ng 3)
B¶ng 3. Thµnh phÇn ho¸ häc cña gang Ni-Hard cã øng dông ®Æc biÖt
Thµnh phÇn ho¸ häc (%)
M¸c gang
C
Si
Mn
Cr
Ni
Mo
S
P
Tip III
1,0-1,6 0,4 - 0,7 0,4 – 0,7 1,4 - 1,6 4,0 -4,75
-
≤0,05
≤0,05
≤0,40
≤0,40
HK 3-2-1
Ni-Hard4
3,3 - 3,6 0,3 - 0,6 0,5 – 0,8 1,5 - 2,0 2,75 -3,75 0,7 – 1,1 ≤0,15
2,6 - 3,2 1,7 - 2,0 0,4 – 0,6 7,5 - 9,0 5,5 -6,5
≤0,15
-
1.2.1 TÝnh chÊt vËt lý cña gang Ni-hard
- Tû träng
:
7,6 ÷ 7,8 g/cm3
- HÖ sè d·n në v× nhiÖt
• 10 -100 oC
• 10 -260 oC
• 10 -430 oC
:
:
:
4,5 ÷ 5,0 .10-6
6,3 ÷ 6,6 .10-6
6,8 ÷ 7,1 .10-6
- §iÖn trë suÊt ρ ë 25 oC : 80 µΩ.cm.
- Modul ®µn håi
(16,8 ÷ 19,6).103 kG/mm2
1.2.2 TÝnh chÊt c¬ häc cña gang Ni-hard
:
Nhê sù hîp kim ho¸ b»ng niken mµ chóng cã c¸c ®Æc tÝnh t−¬ng øng v−ît
tréi so víi gang tr¾ng kh«ng hîp kim. §é cøng cao ®i ®«i víi viÖc gi¶m trÞ sè
giíi h¹n bÒn khi uèn vµ kÐo. C¸c chi tiÕt chÕ t¹o tõ gang Ni-hard cÇn ®−îc sö
dông trong c¸c ®iÒu kiÖn chÞu va ®Ëp vµ cã t¶i träng.
B¶ng 4 . TÝnh chÊt c¬ häc cña gang Nihard
§é vâng f khi
uèn tÝnh b»ng
mm
HB
σB
σU
Lo¹i gang
Ph−¬ng ph¸p lµm khu«n
kG/mm2
- C¸t
28-35
35-42
32-38
42-52
550-650
600-725
525-625
575-675
325-375
400-600
48-60
54-82
54-66
66-85
I
2,0 – 2,8
- Kim loại
- C¸t
II
2,5 – 3,0
- Kim loại
- C¸t
III
-
-
-
-
-
-
- Sau nhiÖt luyÖn
HK 3-2-1 - C¸t
550-650
9
1.2.3 §Æc tÝnh ®óc cña gang Ni-hard
- §é ch¶y lo·ng cña gang Ni-hard thÊp h¬n mét chót so víi gang x¸m.
- §é co ngãt: trong kho¶ng 2-2,15 %
§Ëu ngãt vµ ®Ëu h¬i cÇn ph¶i dÔ lo¹i bá, viÖc c¾t b»ng hµn h¬i lµ kh«ng
nªn v× dÔ t¹o thµnh vÕt nøt. C¸c chi tiÕt tõ gang Ni-hard cã xu thÕ xuÊt hiÖn vÕt
nøt khi gÆp nãng l¹nh ®ét ngét, nh¹y c¶m do co ngãt ngoµi vµ d·n në nhiÖt (øng
suÊt nhiÖt).
Nh÷ng ®Æc ®iÓm nµy cÇn ®−îc c¸c nhµ thiÕt kÕ nghiªn cøu kü cÊu h×nh vËt
®óc, tr−íc hÕt lµ c¸c vËt ®óc tõ gang Ni-had, cÇn l−u ý nhiÒu ®Õn ®Æc tÝnh c«ng
nghÖ cña nã. Tèt nhÊt lµ ®óc b»ng khu«n kim lo¹i, nh−ng ®iÒu muèn nhÊn m¹nh
lµ cÊu h×nh vËt ®óc cÇn ®−îc thùc hiÖn nghiªm ngÆt vÒ mäi yªu cÇu, ®¶m b¶o
viÖc ®«ng cøng cã ®Þnh h−íng. C¸c chi tiÕt lµm tÊm lãt hoÆc trôc c¸n th−êng
®−îc chÕ t¹o hai líp. Líp bÒ mÆt lµm viÖc b»ng gang Ni-hard, mÆt ®Öm d−íi hay
lâi trôc b»ng gang x¸m hîp kim hay gang cÇu.
1.2.4 TÝnh gia c«ng cña gang Ni-hard
C¸c vËt ®óc tõ gang Ni-hard kh«ng thÓ gia c«ng b»ng dông cô c¾t gät mµ
chØ nªn hoµn thiÖn b»ng ph−¬ng ph¸p mµi. NÕu viÖc gia c«ng lµ b¾t buéc, th× ë
n¬i cÇn gia c«ng c¬ khÝ cña vËt ®óc, nªn bæ sung b»ng c¸ch ®óc phô thªm gang
x¸m hay thÐp cacbon. §iÒu nµy rÊt cã lîi khi thiÕt kÕ c¸c chi tiÕt tõ gang chÞu
mµi mßn hîp kim ho¸ cao.
1.2.5 ChÕ ®é nhiÖt luyÖn
ChÕ ®é nhiÖt luyÖn vËt ®óc tõ gang Ni-hard cã môc ®Ých lµ lo¹i bá øng suÊt
vµ gi¶m nhá l−îng austenit d−.
ViÖc ram mactensit vËt ®óc vµ chuyÓn ho¸ austenit d− thµnh bainit hay
mactensit khi nhiÖt luyÖn lµ lo¹i trõ nh÷ng thay ®æi m¹nh vÒ thÓ tÝch austenit
trong qu¸ tr×nh vËn hµnh vµ c¶i thiÖn c¸c chØ tiªu vÒ ®é mái cña chi tiÕt gang Ni-
hard, ®Æc biÖt lµ lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn va ®Ëp cã t¶i träng vÝ dô nh− cèi nghiÒn
o
bi . Víi môc ®Ých nµy ng−êi ta dïng nhiÖt luyÖn ®¬n gi¶n: ram ë 250-275 C
trong kho¶ng 4-6 giê hay nhiÖt luyÖn kÐp c¸c chi tiÕt chÞu va ®Ëp nÆng : nung tíi
475 oC hay 700-780 oC trong 4 giê lµm nguéi ngoµi kh«ng khÝ vµ ram thÊp ë 275
10
o
oC trong 4 giê. Gang Ni-hard-4 cã thÓ nhiÖt luyÖn ë 750 C trong 8 giê vµ lµm
nguéi ngoµi kh«ng khÝ.
1.2.6 Kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn cña gang Ni-hard
Kh¸i niÖm vÒ kh¶ n¨ng chÞu mµi abrasive
- C¬ chÕ mµi abrasive
§èi víi phÇn lín c¸c hÖ tribology, nh÷ng c¬ chÕ mµi chÝnh kh«ng tån t¹i
riªng lÎ mµ cã thÓ xuÊt hiÖn ®ång thêi . Trong c¸c c¬ chÕ mµi th× qu¸ tr×nh mµi
abrasive chiÕm vÞ trÝ quan träng nhÊt. H¬n mét nöa sè l−îng chi tiÕt m¸y vµ phô
tïng háng hãc lµ do mµi abrasive g©y ra. Cã 4 c¬ chÕ mµi vi m« dÉn ®Õn sù tæn
hao khèi l−îng trong hÖ mµi abrasive lµ: BiÕn d¹ng vi m« bÒ mÆt mµi, gÉy vi m«
bÒ mÆt, c¾t vi m« bÒ mÆt, mái vi m« bÒ mÆt. C¸c c¬ chÕ mµi vi m« abrasive ®−îc
m« t¶ trong h×nh 2 .
Hai c¬ chÕ biÕn d¹ng vi m« vµ c¾t vi m« th−êng ®i ®«i víi nhau vµ ®−îc gäi
theo mét kh¸i niÖm kh¸c lµ bµo r·nh vi m«.
§èi víi nh÷ng lo¹i vËt liÖu mÒm vµ cã kh¶ n¨ng biÕn d¹ng dÎo lín, qu¸
tr×nh bµo r·nh vi m« sÏ lµm biÕn d¹ng mét phÇn vËt liÖu trong khu vùc r·nh bµo
sang hai bªn thµnh r·nh vµ hÊt phÇn vËt liÖu cßn l¹i ra khái bÒ mÆt chi tiÕt bÞ
mµi. Tû lÖ gi÷a phÇn vËt liÖu biÕn d¹ng vµ phÇn bÞ bµo ®i phô thuéc vµo kÝch
th−íc h¹t mµi vµ b¶n chÊt vËt liÖu bÞ mµi.
Nh÷ng lo¹i vËt liÖu gißn, khi mµi sÏ x¶y ra hiÖn t−îng nøt tÕ vi bÒ mÆt, nÕu
øng suÊt bÒ mÆt sinh ra do mµi mßn lín h¬n giíi h¹n bÒn cña vËt liÖu th× vÕt nøt
sÏ ph¸t triÓn vµ lan truyÒn. Khi c¸c vÕt nøt bÒ mÆt liªn kÕt víi nhau sÏ dÉn ®Õn
bong bÒ mÆt vµ lµm gi¶m khèi l−îng chi tiÕt bÞ mµi. Qu¸ tr×nh nµy ®−îc gäi lµ c¬
chÕ gÉy vi m«. KÕt qu¶ nhiÒu ®Ò tµi nghiªn cøu vµ thÝ nghiÖm vÒ mµi abrasive
cho thÊy, qu¸ tr×nh biÕn d¹ng dÎo líp vËt liÖu bÒ mÆt vµ gÉy vi m« th−êng x¶y ra
®ång thêi. §èi víi vËt liÖu ®a pha (kh«ng ®ång nhÊt), c¸c c¬ chÕ mµi vi m« tham
gia ®ång thêi vµo qu¸ tr×nh mµi. Trong khi nh÷ng phÇn mÒm (vËt liÖu nÒn) cã tæ
chøc bÒ mÆt bÞ bµo r·nh vi m« th× ë nh÷ng phÇn cøng (pha gißn) sÏ x¶y ra qu¸
tr×nh gÉy vi m«. Nh÷ng pha cøng cã t¸c dông t¨ng ®é cøng tæng thÓ cña vËt liÖu
nh−ng l¹i lµm gi¶m ®é dai. ¶nh h−ëng tæng hîp cña pha cøng ®èi víi kh¶ n¨ng
11
Kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn cao cña gang Ni-hard trong ®iÒu kiÖn cã t¸c ®éng
mµi mßn ®−îc lý gi¶i bëi cã mét l−îng lín cr«m hîp kim ho¸ d−íi d¹ng
xementit (Fe,Cr)3C cã vi ®é cøng HV 950-1100 kG/mm2 vµ nÒn mactensit-
austenit còng kh«ng thua kÐm cacbid vÒ vi ®é cøng (HV 670-840 kG/mm2).
trong ®iÒu kiÖn mµi mßn −ít, hÖ sè mµi mßn t−¬ng ®èi cña gang Ni-hard so víi
thÐp CT20 lµ 5,0-5,7. ng−êi ta ®· thiÕt lËp ®−îc b¶ng so s¸nh ®é bÒn chÞu mµi
mßn cña gang Ni-hard vµ cña gang hîp kim kh¸c (b¶ng 5 )
B¶ng 5 : Tèc ®é mµi mßn cña gang Ni-hard vµ lo¹i gang hîp kim kh¸c
§é mµi mßn t−¬ng ®èi
Thµnh phÇn ho¸ häc
C
Si
Mn Cr
Ni
Mo
S
P
HB
M¸c gang
Peclit
3,3 0,5 0,5 1,0
-
444 100 100 100 100
Ni-hard
3,2 0,5 0,6 2,0 4,5
-
0,12 0,2 601
-
55
49
44
80
48
41
-
Mactensit
cao Cr
-
-
-
27
-
-
0,5
-
-
653 70
27
-
Cr15M3
2,75 0,7 0,7 15,0
3,0 0,03 0,06 712 51
ViÖc kiÓm tra vËt ®óc gang Ni-hard cã thÓ dïng m¾t th−êng nh−ng viÖc
kiÓm tra tæ chøc tÕ vi còng cÇn thiÕt. Khi ®¹t ®−îc thµnh phÇn yªu cÇu vµ chÕ ®é
nhiÖt luyÖn ®¶m b¶o, trong tæ chøc tÕ vi kh«ng cßn graphit, l−îng austenit d−
ph¶i ë giíi h¹n thÊp nhÊt vµ ®é cøng sau nhiÖt luyÖn ph¶i ®¹t c¸c gÝa trÞ nh− nªu
trong b¶ng 4.
1.3 ¶nh h−ëng cña nguyªn tè hîp kim ®èi víi gang Ni-hard
1.3.1 ¶nh h−ëng cña niken:
Hµm l−îng niken t¨ng cïng víi kÝch th−íc mÆt c¾t hoÆc thêi gian lµm
nguéi sÏ h¹n chÕ viÖc chuyÓn ®æi peclit. §èi víi vËt ®óc cã chiÒu dµy 38 - 50
mm hµm l−îng niken 3,4 – 4,2 % lµ ®ñ ®Ó c¶n trë viÖc t¹o thµnh peclit khi lµm
nguéi khu«n. Nh÷ng tiÕt diÖn lín h¬n cã thÓ cÇn hµm l−îng niken ®Õn 5,5 % ®Ó
lo¹i bá viÖc t¹o thµnh peclit. §iÒu quan träng lµ lµm sao cã thÓ giíi h¹n hµm
13
l−îng niken ®Õn kho¶ng cÇn thiÕt ®Ó khèng chÕ peclit. ViÖc d− thõa niken sÏ lµm
t¨ng l−îng austenit d− vµ ®é cøng gi¶m thÊp h¬n.
1.3.2 ¶nh h−ëng cña silic
Silic rÊt cÇn thiÕt v× hai lý do: Mét l−îng tèi thiÓu silic cÇn thiÕt ®Ó t¨ng
c−êng tÝnh ch¶y lo·ng cña mÎ luyÖn vµ t¹o ra xØ láng, nh−ng mét ®iÒu quan
träng kh«ng kÐm lµ t¸c dông cña nã tíi ®é cøng cña vËt ®óc. Hµm l−îng cña
silic t¨ng lªn kho¶ng tõ 1 – 1,5 % sÏ thÊy ngay sù t¨ng sè l−îng mactensit vµ kÕt
qu¶ lµ t¨ng ®é cøng cña hîp kim. ViÖc thªm fer«-silic vµo sau cïng (0,2% khi
dïng lo¹i FeSi75) ®· cho thÊy ®é dÎo t¨ng lªn. §iÒu cÇn ghi nhí lµ víi hµm
l−îng silic cao h¬n sÏ thóc ®Èy viÖc t¹o thµnh peclit vµ yªu cÇu cÇn ph¶i t¨ng
niken.
1.3.3 ¶nh h−ëng cña cr«m
Cr«m lµ nguyªn tè ®Çu tiªn ®−îc cho vµo ®Ó bï ®¾p t¸c dông graphit ho¸
cña niken vµ silic trong hîp kim d¹ng A, B vµ C víi hµm l−îng Cr kho¶ng 1,4-
3,5%.
Hµm l−îng cr«m cÇn ph¶i t¨ng thªm cïng víi viÖc t¨ng kÝch th−íc mÆt c¾t.
ë hîp kim type D, hµm l−îng cr«m trong kho¶ng 7-11 % (®iÓn h×nh 9%) ®Ó t¹o
ra cacbid cïng tinh víi d¹ng cacbid cr«m M7C3, lo¹i nµy r¾n h¬n vµ cã ¶nh
h−ëng kh«ng lín ®èi víi ®é dai.
1.3.4 ¶nh h−ëng cña mangan
Mangan ®−îc gi÷ cùc ®¹i tíi 0,8% ngay c¶ khi cho phÐp 1,3 % nh− trong
tiªu chuÈn ASTM A532. Mangan lµm t¨ng ®é cøng, lo¹i trõ sù t¹o thµnh peclit.
Nã lµ chÊt æn ®Þnh austenit m¹nh h¬n so víi niken vµ t¨ng c−êng l−îng austenit
d− còng nh− lµm ®é cøng vËt ®óc thÊp h¬n. V× lý do trªn hµm l−îng mangan cao
h¬n lµ kh«ng mong muèn. Khi tÝnh to¸n hµm l−îng niken cÇn thiÕt ®Ó lo¹i bá
pha peclit trong mét s¶n phÈm ®óc ®Þnh s½n, th× hµm l−îng mangan cã mÆt ph¶i
lµ mét hÖ sè phô thuéc.
1.3.5 ¶nh h−ëng cña ®ång
§ång lµm t¨ng ®é cøng còng nh− duy tr× ®−îc pha austenit, do ®ã ph¶i
khèng chÕ nã v× cïng nguyªn nh©n ®ã mµ ph¶i h¹n chÕ mangan. §ång ph¶i
14
®−îc xem nh− chÊt thay thÕ niken vµ nã ph¶i ®−îc tÝnh vµo l−îng niken cÇn thiªt
®Ó h¹n chÕ peclit, nã lµm gi¶m l−îng niken yªu cÇu ®ã.
1.3.6 ¶nh h−ëng cña molip®en
Molip®en lµ mét t¸c nh©n t¨ng ®é cøng trong c¸c lo¹i gang hîp kim nµy vµ
nã ®−îc dïng trong vËt ®óc cã tiÕt diÖn lín ®Ó lµm t¨ng thªm ®é cøng vµ h¹n chÕ
peclit.
1.4 Lùa chän m¸c gang nghiªn cøu
Gang hîp kim chÞu va ®Ëp vµ chÞu mµi mßn nh− gang Ni-hard lµ lo¹i vËt
liÖu ®−îc c¸c quèc gia cã nÒn c«ng nghiÖp luyÖn kim tiªn tiÕn nh− Mü, Nga,
§øc, NhËt... nghiªn cøu vµ ¸p dông vµo thùc tÕ s¶n xuÊt tõ rÊt sím. Mét trong
c¸c m¸c gang phæ biÕn lµ GX330NiCr42 theo tiªu chuÈn DIN1695-81 cña §øc.
Thµnh phÇn ho¸ häc cña gang GX330NiCr42 vµ mét sè m¸c kh¸c ®−îc nªu
trong b¶ng 6
B¶ng 6 : Thµnh phÇn ho¸ häc cña m¸c gang GX330NiCr42 vµ t−¬ng øng
Thµnh phÇn ho¸ häc (%)
M¸c gang
C
Si
Mn
Cr
Ni
Mo
S
P
GX330NiCr42
DIN1695-81
3,0 - 3,6 0,2 - 0,8 0,3 - 0,7 1,4 - 2,4 3,3 – 5,0
≤ 0,5
≤0,05
≤0,10
≤0,30
-
≤0,05
≤0,10
≤0,15
-
KmTBNi4Cr2-GT
GB8491-78
3,2 - 3,6 0,3 - 0,8 0,3 - 0,8 2,0 - 3,0 3,0 – 5,0 0 - 1,0
1ANi-Cr-HC
A352/A352M-93a
2,8 - 3,6
1,4 - 4,0 3,3 – 5,0
≤ 0,8
≤ 2,0
≤ 1,0
FBNi4Cr2HC
NF A32-401
3,2 - 3,6 0,2 - 0,8 0,3 - 0,7 1,5 - 2,5 3,0 – 5,0 0 - 1,0
3,2 - 3,6 0,3 - 0,6 0,3 - 0,6 1,5 - 2,5 3,0 – 5,5 0 - 1,0
14-0513-0
SS14
≤0,30
≤0,15
M¸c gang GX330NiCr42 t−¬ng ®−¬ng víi m¸c KmTBNi4Cr2-GT theo tiªu
chuÈn GB8491-78 cña Trung Quèc, m¸c 1ANi-Cr-HC theo tiªu chuÈn ASTM
15
A352/A352M-93a cña Mü, m¸c FBNi4Cr2HC theo tiªu chuÈn NF A32-401
(1988) cña Ph¸p, m¸c 0513-00 theo tiªu chuÈn SS14 cña Thuþ §iÓn ....
TÝnh chÊt c¬ häc cña gang hîp kim m¸c GX330NiCr42 vµ c¸c m¸c gang
nªu trªn ®Òu t−¬ng tù nh− nhau vµ cã gi¸ trÞ nh− sau:
+ §é bÒn kÐo 280 – 350 Mpa,
+ §é cøng sau t«i, ram ®¹t 520 - 580 HV.
Víi ®Æc tÝnh nªu trªn, ®Ò tµi chän m¸c gang hîp kim GX330NiCr42 lµm ®èi
t−îng nghiªn cøu v× nã ®¹i diÖn cho nhãm gang chÞu mµi mßn Ni-hard. §Ò tµi sÏ
tiÕn hµnh nghiªn cøu x¸c ®Þnh c«ng nghÖ chÕ t¹o vµ dùa trªn trang thiÕt bÞ s½n cã
cña ViÖn LuyÖn kim §en còng nh− cña c¸c c¬ së phèi hîp, thùc hiÖn viÖc nÊu
luyÖn vµ chÕ t¹o s¶n phÈm. §ång thêi, tiÕn hµnh ph©n tÝch, kiÓm tra vµ ®¸nh gi¸
c¸c ®Æc tÝnh cña vËt liÖu .
16
2. Néi dông nghiªn cøu vµ phu¬ng ph¸p thùc nghiÖm
2.1. Néi dung nghiªn cøu
Dùa trªn tiªu chuÈn DIN 1695-81 cña §øc vµ c¸c tiªu chuÈn n−íc ngoµi kh¸c
®Ó lùa chän m¸c gang hîp kim phï hîp cho viÖc chÕ t¹o c¸c chi tiÕt ®é bÒn cao,
chÞu mµi mßn øng dông trong c¸c ngµnh gia c«ng vËt liÖu.
1) X©y dùng ®Ò c−¬ng kÕ ho¹ch nghiªn cøu: tæng qu¸t vµ chi tiÕt.
2) Nghiªn cøu c¸c tµi liÖu vÒ : c«ng nghÖ chÕ t¹o, øng dông cña gang vµ s¶n
phÈm dù kiÕn chÕ t¹o, tiªu chuÈn vËt liÖu vµ tiªu chuÈn s¶n phÈm. X©y dùng b¸o
c¸o tæng quan.
3) Nghiªn cøu x©y dùng quy tr×nh c«ng nghÖ, thiÕt bÞ ®Ó chÕ t¹o m¸c gang hîp
kim GX330NiCr42 theo tiªu chuÈn DIN 1695-81. Dùa trªn c¬ së vËt chÊt, thiÕt
bÞ s½n cã tiÕn hµnh nghiªn cøu thùc nghiÖm ®Ó x¸c ®Þnh c«ng nghÖ gåm c¸c
kh©u:
• C«ng nghÖ nÊu luyÖn,
• C«ng nghÖ ®óc,
• C«ng nghÖ nhiÖt luyÖn.
4) §¸nh gi¸ chÊt l−îng vËt liÖu:
• Thµnh phÇn ho¸ häc
• TÝnh chÊt c¬ lý: §é bÒn kÐo, ®é cøng, uèn
• Kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn
• CÊu tróc pha.
5) ChÕ t¹o thö 6-8 dao nghiÒn ®Üa cã chÊt l−îng tèt. X©y dùng kÕ ho¹ch vµ vµ
tæ chøc dïng thö t¹i mét s¶n xuÊt. Theo dâi vµ ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ thö nghiÖm vµ
kh¶ n¨ng sö dông.
2.2. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu
§Ó ®¶m b¶o kÕt qu¶ nghiªn cøu cã ®é tin cËy chÝnh x¸c cao, ®Ò tµi ®· sö
dông c¸c ph−¬ng ph¸p vµ thiÕt bÞ nghiªn cøu nh− sau:
- Trªn c¬ së t×m hiÓu thùc tÕ s¶n xuÊt vµ c¸c tµi liÖu trong vµ ngoµi n−íc vÒ
gang chÞu mµi mßn, ph©n tÝch ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña dao ®Üa nghiÒn ®Ó lùa chän
m¸c thÐp nghiªn cøu.
17
- Sö dông lß c¶m øng trung tÇn 300 kg/mÎ ®Ó thùc hiÖn c«ng nghÖ nÊu
luyÖn, khu«n mÉu s¶n phÈm, hßm khu«n, m¸y trén hçn hîp lµm khu«n...®Ó thùc
hiÖn c«ng nghÖ ®óc, sö dông c¸c lo¹i lß nung c¸c lo¹i ®Ó thùc hiÖn c«ng nghÖ
nhiÖt luyÖn..
- Sö dông ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch ho¸ häc truyÒn thèng vµ thiÕt bÞ ph©n tÝch
quang phæ ARL 3460 cña h·ng FISONS, Thuþ Sü ®Ó x¸c ®Þnh thµnh phÇn ho¸
häc cña nguyªn liÖu vµ s¶n phÈm gang nÊu luyÖn
- Sö dông m¸y kÐo v¹n n¨ng YMM-50, m¸y kÐo WE60 cña Trung Quèc,
m¸y ®o ®é cøng TK2M vµ m¸y ®o ®é cøng cÇm tay Computest cña Thuþ Sü ®Ó
x¸c ®Þnh c¬ tÝnh cña gang.
- Sö dông kÝnh hiÓn vi quang häc Axiovert (CHLB §øc) ®Ó nghiªn cøu
tæ chøc tÕ vi vµ cÊu tróc pha.
- Sö dông thiÕt bÞ Pin on disc TRIBOtester ®Ó x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng chÞu mµi
mßn.
18
3. KÕt qu¶ thùc nghiÖm
3.1. C«ng nghÖ nÊu luyÖn gang GX330NiCr42
Trong thµnh phÇn ho¸ häc cña gang GX330NiCr42 cã nhiÒu nguyªn tè
hîp kim ho¸ tham gia nh− Cr = 1,4 ÷ 2,4%; Ni = 3,,3÷5 %; Mo : 0,5-1,0 %.. .
C¸c nguyªn tè hîp kim ho¸ ®−a vµo ®Òu cã nh÷ng ¶nh h−ëng nhÊt ®Þnh ®Õn
tÝnh chÊt cña gang. Do ®ã, viÖc nÊu luyÖn gang vµ hîp kim ho¸ kh«ng thÓ thùc
hiÖn trong c¸c thiÕt bÞ luyÖn gang th«ng th−êng mµ ph¶i luyÖn trong c¸c thiÕt bÞ
chuyªn dïng. ViÖc sö dông lß tÇn sè còng lµ mét gi¶i ph¸p cã hiÖu qu¶ ®Ó luyÖn
lo¹i gang hîp kim nªu trªn.
Víi quy m« ®Ò tµi yªu cÇu, chóng t«i sö dông lß trung tÇn c«ng suÊt 300
kg/mÎ. Nguyªn liÖu ®Ó nÊu luyÖn lµ gang thái, gang lèc m¸y, c¸c lo¹i fer« cã
s½n trong n−íc. Trong viÖc sö dông lß c¶m øng ®Ó nÊu luyÖn, th× viÖc tÝnh to¸n
phèi liÖu chÝnh x¸c lµ yÕu tè quan träng. §Ó thùc hiÖn tèt viÖc nµy, c¸c nguyªn
liÖu ®Çu cÇn biÕt râ thµnh phÇn ho¸ häc, sau ®ã tiÕn hµnh chän läc vµ ph©n lo¹i.
NÕu nguyªn liÖu gåm nhiÒu chñng lo¹i kh¸c nhau, cÇn thùc hiÖn nÊu c« nguyªn
liÖu vµ tõ kÕt qu¶ thµnh phÇn ho¸ häc cña mÎ nÊu c«, viÖc tÝnh to¸n phèi liÖu
c¸c mÎ luyÖn chÝnh thøc sÏ ®¹t ®−îc kÕt qu¶ chÝnh x¸c h¬n rÊt nhiÒu. Thµnh
phÇn ho¸ häc cña c¸c nguyªn liÖu ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 7 .
B¶ng 7: Thµnh phÇn ho¸ häc c¸c nguyªn liÖu dïng ®Ó luyÖn gang hîp kim
Thµnh phÇn ho¸ häc
Nguyªn liÖu
C
Mn
Si
Cr
Ni
Mo
P
S
Gang thái
3,85 0,45 0,85
3,43 0,50 1,20
0,20
0,052 0,045
0,062 0,048
Gang lèc m¸y
FeMo
0,08
58,6
FeCr (C cao)
Niken kim lo¹i
PhÕ inox 316 L
PhÕ HK cao Ni
7,45
62,50
99,56
0,06 1,45 0,56 17,8 13,64 2,45 0,021 0,018
0,08 1,42 0,82 18,85 76,42
0,021 0,016
19
§Ó tÝnh phèi liÖu mÎ luyÖn, chóng t«i sö dông b¶ng hÖ sè ch¸y hao c¸c
nguyªn tè hîp kim (b¶ng 8). ë ®©y, hÖ sè ch¸y hao c¸c nguyªn tè hîp kim ho¸
khi nÊu luyÖn b»ng lß c¶m øng ®−îc x©y dùng dùa trªn sè liÖu thèng kª t¹i
X−ëng ThÐp - RÌn -ViÖn LuyÖn kim §en vµ mét sè c¬ së kh¸c.
B¶ng 8: HÖ sè ch¸y hao cña c¸c nguyªn tè hîp kim
Nguyªn tè hîp kim
HÖ sè ch¸y hao, %
Si
Mn
Cr
6 ÷ 10
3 ÷ 6
2 ÷ 3
∼ 1
Ni
Mo
C
1 ÷ 2
6 – 10
Dùa vµo thµnh phÇn ho¸ häc cña nguyªn liÖu ®Çu vµo (b¶ng 7), hÖ sè ch¸y hao
c¸c nguyªn tè hîp kim (b¶ng 8), chóng t«i ®· tÝnh to¸n phèi liÖu cho 3 mÎ luyÖn,
mçi mÎ cã khèi l−îng 300 kg víi nguyªn liÖu ®Çu vµo kh¸c nhau (b¶ng 9).
B¶ng 9: Phèi liÖu c¸c mÎ nÊu (tÝnh b»ng kg)
TT
1
Nguyªn liÖu
Gang thái
MÎ1
100,0
MÎ 2
275,0
13,5
2,20
9,8
MÎ 3
140,0
2
Niken kim lo¹i
FeMo
4,5
3
2,0
3,6
4
FeCr (C cao)
Gang lèc m¸y
PhÕ thÐp 316 L
PhÕ HK cao Ni
Céng
5
156,0
40,3
140,0
6
7
18,0
300,8
300,5
303,6
20
Quy tr×nh thao t¸c nÊu luyÖn nh− sau:
+ XÕp liÖu : Cho chÊt t¹o xØ (hçn hîp CaO+CaF2 ®· nghiÒn nhá vµ sÊy
kh«) vµo lãt ®¸y lß, tiÕp theo xÕp Fe-Cr, Fe-Mo, Ni kim lo¹i, phÕ inox 316L vµ
gang c¸c lo¹i.
+ §ãng ®iÖn cho lß ho¹t ®éng, n©ng dÇn c«ng suÊt ®Ó nung ch¶y mÎ liÖu.
Khi kim lo¹i ®· nãng ch¶y hoµn toµn th× vít xØ ra vµ cho chÊt t¹o xØ míi vµo.
o
+ Khi xØ ch¶y hÕt, nhiÖt ®é n−íc gang 1450-1480 C ®Ó lÆng n−íc gang
5÷7 phót, vít hÕt xØ vµ rãt gang vµo nåi rãt d−íi ®¸y ®· cã s½n nh«m kim lo¹i ë
d¹ng vôn nhá (0,4-0,6 kg cho mÎ 300 kg).
+ Rãt gang vµo khu«n ®óc ®· chuÈn bÞ s½n.
+ LÊy mÉu ph©n tÝch : Mçi mÎ gang lÊy 2 mÉu ®óc: b¾t ®Çu rãt vµ gi÷a
mÎ. KÕt qu¶ ph©n tÝch thµnh phÇn ho¸ häc cña 3 mÎ thÝ nghiÖm t¹i Phßng Ph©n
tÝch ho¸ ViÖn LuyÖn kim §en ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 10
B¶ng 10: Thµnh phÇn ho¸ häc cña c¸c mÎ gang GX330NiCr42
Thµnh phÇn ho¸ häc
MÎ
C
Mn
0,65
0,58
0,61
Si
Cr
Ni
3,3
4,3
4,5
Mo
0,35
0,42
0,39
P
S
1
2
3
3,09
3,32
3,45
0,92
0,72
0,79
2,36
1,96
1,86
0,039 0,044
0,043 0,041
0,050 0,048
3.2 C«ng nghÖ ®óc gang GX330NiCr42 .
3.2.1 Mét sè ®Æc ®iÓm vÒ tÝnh ®óc cña gang hîp kim GX330NiCr42
Gang hîp kim GX330NiCr42 cã nhiÒu tÝnh chÊt ®Æc biÖt. Do ®ã c«ng
nghÖ ®óc lo¹i gang nµy cã nhiÒu ®iÓm cÇn chó ý:
- §é co ngãt 1,9-2,5 %, øng suÊt bÒ mÆt lín, dÔ g©y nøt.
- Chi tiÕt ®óc tù t«i trong qu¸ tr×nh lµm nguéi, nÕu tèc ®é lµm nguéi chËm,
c¬ tÝnh gi¶m (®é mµi mßn gi¶m)
21
- H¹n chÕ gia c«ng s¶n phÈm ®óc b»ng l−ìi c¾t hay hµn mµ chØ nªn mµi
nh½n.
Víi yªu cÇu ®ã, khu«n mÉu vµ quy tr×nh ®óc ph¶i ®−îc thùc hiÖn chÆt chÏ.
3.2.2 Lùa chän c«ng nghÖ vµ thiÕt bÞ ®óc
Dao nghiÒn ®Üa, mét chi tiÕt kh«ng lín, nh−ng cã cÊu h×nh phøc t¹p (bÒ mÆt
gåm nhiÒu r¨ng, r·nh nhá vµ s©u...). Do ®ã viÖc chÕ t¹o mÉu ®óc t−¬ng ®èi phøc
t¹p v× c¸c chi tiÕt nhá vµ cÇn cã ®é chÝnh x¸c cao. MÉu ph¶i ®−îc chÕ t¹o chÝnh
x¸c vµ nh½n bãng ®Ó khi chi tiÕt ®óc xong cã thÓ gi¶m tèi thiÓu c«ng viÖc hoµn
thiÖn b»ng gia c«ng c¾t.
Chóng t«i ®· chÕ t¹o 2 bé khu«n dao ®Üa nghiÒn (theo thiÕt kÕ th× mét bé
®Üa dao cã 2 chiÕc: mét cã r¨ng theo chiÒu kim ®ång hå, mét cã r¨ng ng−îc l¹i).
Tõ nh÷ng ®Æc ®iÓm vÒ tÝnh ®óc cña gang hîp kim GX330NiCr42 vµ h×nh
d¹ng phøc t¹p cña chi tiÕt ®óc, chóng t«i chän c«ng nghÖ ®óc sö dông khu«n c¸t
®«ng cøng nhanh nh− sau:
1) Hçn hîp lµm khu«n: C¸t + n−íc thuû tinh + khÝ CO2.
Víi hçn hîp nµy, khu«n cã ®é v÷ng ch¾c tèt, chÞu ®−îc c¸c t¸c ®éng cña
t¸c dông c¬ häc, nhiÖt häc, lý häc, ho¸ häc do c¸c t¸c ®éng tõ bªn ngoµi trong
qu¸ tr×nh lµm khu«n, ®óc rãt. Sö dông hçn hîp s¬n khu«n (graphit + nhùa th«ng
vµ cån c«ng nghiÖp) ®Ó ®¶m b¶o s¶n phÈm ®óc ®−îc chÝnh x¸c.
2) NhiÖt ®é rãt:
NhiÖt ®é rãt cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn ®é lín cña rç co v× ®é co tr−íc khi
®«ng ®Æc phô thuéc vµo nhiÖt ®é rãt. Kim lo¹i nÕu rãt ë nhiÖt ®é cao th× sÏ co
nhiÒu trong khu«n ®óc, nÕu rãt ë nhiÖt ®é thÊp th× tr−íc khi rãt vµo khu«n nã ®·
co l¹i phÇn nµo, do ®ã ®é co cña nã ë trong khu«n sÏ Ýt h¬n mét l−îng b»ng
l−îng ®· co tr−íc khi rãt. §èi víi gang hîp kim GX330NiCr42, chóng t«i nhËn
thÊy nhiÖt ®é rãt thÝch hîp lµ: 1420 oC.
3) Ph−¬ng ph¸p rãt:
§Ò tµi lùa chän ph−¬ng ph¸p ®óc rãt xi-ph«ng . Nh− chóng ta ®· biÕt, rç
co bao giê còng sinh ra ë n¬i mµ kim lo¹i ®«ng ®Æc sau cïng. Khi ®óc nÕu rãt
®ïn tõ d−íi lªn th× kim lo¹i láng n»m phÝa d−íi sÏ ®«ng ®Æc sau cïng vµ rç co
®−îc t¹o ra ë phÝa ®ã. §Ó kh¾c phôc hiÖn t−îng nµy, ph−¬ng ph¸p th−êng dïng
lµ ®Ëu ngãt.
22
§Ò tµi ®· thùc hiÖn ®óc theo c«ng nghÖ nªu trªn vµ ®· ®óc thµnh c«ng dao
nghiÒn ®Üa b»ng gang GX330NiCr42. Sau khi s¶n phÈm ®−îc lµm s¹ch, qua kiÓm
tra s¬ bé b»ng m¾t th−êng, chóng t«i ®· chän 6 dao nghiÒn ®Üa cã chÊt l−îng tèt
nhÊt. C¸c dao nghiÒn ®Üa nµy ®−îc gia c«ng hoµn thiÖn vµ nhiÖt luyÖn ®Ó ®¹t c¸c
chØ tiªu mµ c¬ së s¶n xuÊt nªu ra.
3.3 C«ng nghÖ nhiÖt luyÖn gang GX330NiCr42
3.3.1 ñ mÒm gang GX330NiCr42
CÊu tróc cña gang GX330NiCr42 sau kÐt tinh vµ nguéi chËm trong khu«n
c¸t bao gåm cacbid, peclit, mactensit vµ austenit d− víi ®é cøng cao 45-52 HRC.
§Ó cã thÓ gia c«ng c¾t gät (mÆc dï rÊt h·n h÷u), s¶n phÈm cÇn ®−îc ñ mÒm ®Ó h¹
®é cøng xuèng cßn 30-34 HRC. B¶n chÊt cña qu¸ tr×nh ñ mÒm cña gang Ni-hard
lµ thay ®æi nÒn austenit-mactensit thµnh nÒn peclit.
Qu¸ tr×nh ñ mÒm thùc hiÖn nh− sau:
S¶n phÈm gang GX330NiCr42 ®−îc cho vµo lß tõ nhiÖt ®é phßng vµ n©ng
nhiÖt chËm, khi ®¹t 950 – 980 oC gi÷ ®¼ng nhiÖt trong thêi gian 4-6 giê. Sau ®ã
lµm nguéi chËm theo lß (15 oC/h) ®Õn 800 oC, t¹i nhiÖt ®é nµy gi÷ trong 5-12 giê
vµ sau ®ã lµm nguéi chËm theo lß.
3.3.2 T«i, ram gang hîp kim GX330NiCr42
Môc ®Ých cña qu¸ tr×nh t«i lµ biÕn ®æi nÒn austenit-mactensit-peclit thµnh
nÒn mactensit cã ®é cøng cao, ®¶m b¶o c¬ tÝnh vµ kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn cña
vËt liÖu.
C«ng nghÖ vµ chÊt l−îng t«i phô thuéc vµo tÝnh æn ®Þnh austenit trong nÒn
vËt liÖu. tÝnh æn ®Þnh austenit l¹i phô thuéc vµo l−îng cacbon hoµ tan . Khi nung
nãng chi tiÕt cã austenit d−, tõ austenit sÏ tiÕt ra cacbid thø cÊp vµ qua ®ã l−îng
cacbon hoµ tan trong austenit gi¶m. Sù nghÌo ho¸ cacbon trong austenit sÏ lµm
gi¶m tÝnh æn ®Þnh cña austenit vµ t¨ng nhiÖt ®é b¾t ®Çu còng nh− kÕt thóc
chuyÓn biÕn mactensit.
Kh¶ n¨ng hoµ tan cacbon trong austenit phô thuéc vµo nhiÖt ®é austenit
ho¸. NhiÖt ®é chuyÓn biÕn mactensit chñ yÕu phô thuéc vµo hµm l−îng cacbon
trong austenit. Nh− vËy víi mét lo¹i vËt liÖu nhÊt ®Þnh sÏ cã mét nhiÖt ®é t«i tèi
−u. Nõu nhiÖt ®é t«i thÊp h¬n nhiÖt ®é t«i tèi −u th× l−îng cacbid tiÕt ra sÏ nhiÒu
23
h¬n vµ tÝnh æn ®inh austenit sÏ gi¶m ®i. §iÒu nµy sÏ t¹o ®iÒu kiÖn thuËn tiÖn cho
qu¸ tr×nh chuyÓn biÕn mactensit nh−ng ®é cøng cña mactensit lo¹i nµy l¹i thÊp v×
l−îng cacbon hoµ tan trong austenit thÊp h¬n. nÕu nhiÖt ®é t«i cao h¬n nhiÖt ®é
t«i tèi −u th× l−îng mactensit t¹o ra trong qu¸ tr×nh t«i Ýt h¬n vµ trong tæ chøc khi
t«i cã austenit d−. Tuy vËy ®é cøng mactensit nµy l¹i cao h¬n. V× vËy, viÖc tèi −u
ho¸ nhiÖt ®é t«i, tèc ®é nung , thêi gian gi÷ nhiÖt vµ tèc ®é lµm nguéi lµ nh÷ng
vÊn ®Ò liªn quan tíi kü thuËt, kinh tÕ còng nh− t×nh tr¹ng thiÕt bÞ hiÖn cã.
S¶n phÈm gang cr«m-niken cÇn ®−îc nhiÖt luyÖn khö øng suÊt bÒ mÆt bëi
v× nã ®−îc chÕ t¹o theo mét c¸ch ®Æc biÖt, ë thÓ ®óc chóng cã tæ chøc mactensit.
ViÖc ram ®−îc thùc hiÖn trong kho¶ng 250-300 oC trong vßng 4h. §iÒu nµy
gióp æn ®Þnh mactensit vµ lo¹i bá ®−îc mét sè chuyÓn ®æi øng suÊt vµ lµm t¨ng
®é bÒn còng nh− ®é dai va ®Ëp kho¶ng 50-80%. mét l−îng nhá mactensit cã thÓ
®−îc t¹o thµnh khi lµm nguéi tõ nhiÖt ®é nµy. ViÖc nhiÖt luyÖn nµy kh«ng lµm
gi¶m ®é cøng hoÆc kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn cña vËt liÖu.
Trong qu¸ tr×nh nhiÖt luyÖn bÊt kú mét lo¹i gang Ni-hard nµo, ®iÒu cÇn chó
ý lµ tr¸nh t¹o ra vÕt nøt do sèc nhiÖt, do ®ã kh«ng bao giê ®−îc ®Æt vËt ®óc vµo
trong lß cßn ®ang nãng hoÆc nung nãng hay lµm nguéi qu¸ nhanh. VËt ®óc víi
h×nh d¸ng phøc t¹p vµ qu¸ máng rÊt dÔ nøt vì.
Qu¸ tr×nh t«i gang GX330NiCr42 ®−îc miªu t¶ trong h×nh 2 .
+ NhiÖt ®é t«i
:
:
:
860-880 o C
2- 4 giê
+Thêi gian ®¼ng nhiÖt
+ M«i tr−êng t«i
kh«ng khÝ
Qu¸ tr×nh ram gang GX330NiCr42 ®−îc miªu t¶ trong h×nh 3
+ NhiÖt ®é
:
250-300 o C
4 -6 giê
+ Thêi gian ®¼ng nhiÖt :
+ M«i tr−êng lµm nguéi :
Kh«ng khÝ
24
o C
1100
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
2
4
6
8
10 12
14 16
18 20
Thêi gian, h
H×nh 2: S¬ ®å c«ng nghÖ t«i gang GX330NiCr42
o C
600
500
400
300
200
100
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Thêi gian, h
H×nh 3: S¬ ®å c«ng nghÖ ram gang GX330NiCr42
25
3.4 C¸c tÝnh chÊt cña gang GX330NiCr42
3.4.1 Thµnh phÇn ho¸ häc
KÕt qu¶ ph©n tÝch b»ng ph−¬ng ph¸p ho¸ häc t¹i Phßng ph©n tÝch ViÖn
LuyÖn kim §en cho thÊy thµnh phÇn ho¸ häc cña gang hîp kim do ®Ò tµi chÕ t¹o
®Òu ®¹t yªu cÇu (b¶ng11)
B¶ng 11: Thµnh phÇn ho¸ häc cña gang GX330NiCr do ®Ò tµi chÕ t¹o
Thµnh phÇn ho¸ häc
MÉu
C
Mn
Si
Cr
Ni
Mo
P
S
Gang
§Ò tµi
3,45
0,61
0,79
1,86
4,5
0,39
0,050
0,048
Tiªu chuÈn
DIN1695-81
3,0 - 3,6 0,3 - 0,7 0,2 - 0,8 1,4 - 2,4 3,3 – 5,0
≤ 0,5
≤0,05
≤0,05
3.4.2 TÝnh chÊt c¬ lý
TÝnh chÊt c¬ lý cña gang GX330NiCr42 (®é bÒn kÐo, ®é cøng) ®−îc x¸c
o
®Þnh ë tr¹ng th¸i sau t«i + ram (t«i 860°C/2h/nguéi kh«ng khÝ, ram 280 C/4h
nguéi kh«ng khÝ). C¸c phÐp thö ®−îc x¸c ®Þnh trªn 3 mÉu song song vµ thùc hiÖn
tai 2 c¬ së ®Òu cho kÕt qu¶ t−¬ng ®−¬ng (b¶ng 12).
B¶ng 12: TÝnh chÊt c¬ lý cña gang hîp kim GX330NiCr42
Rm
MPa
§é cøng
HV
C¬ së thö nghiÖm
Trung t©m §o l−êng ViÖt Nam
Phßng TN C¬ lý-ViÖn LK §en
Tiªu chuÈn DIN1695-81
299
292
518
535
280 – 350
520 - 580
KÕt qu¶ nªu trªn cho thÊy c¬ tÝnh cña gang ®Ò tµi chÕ t¹o ®¹t yªu cÇu vµ
t−¬ng ®−¬ng c¬ tÝnh cña gang GX330NiCr42 theo tiªu chuÈn DIN 1695-81.
3.4.3 CÊu tróc pha
KÕt qu¶ chôp kim t−¬ng cho thÊy:
- Trªn h×nh 10: tæ chøc tÕ vi cña gang ë tr¹ng th¸i ñ mÒm lµ peclit +
mactensit + austenit d−; trªn h×nh 11: tæ chøc tÕ vi sau t«i ram lµ: mactensit +
lªbª®«rit vµ mét l−îng nhá austenit d−.
26
3.4.4 Kh¶ n¨ng chÞu mµi abrasive
Tèc ®é mµi mßn ®−îc tÝnh theo C«ng thøc Archard:
w = K x W /H
Trong ®ã: w = Tèc ®é mµi mßn.
K = HÖ sè mµi mßn
W = T¶i träng
H = DiÖn tÝch tiÕp xóc gi÷a mÉu thö vµ ®Üa mµi
Kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn abrasive cña mÉu gang GX330NiCr42 ë tr¹ng th¸i
®óc ®−îc ®o trªn thiÕt bÞ mµi kiÓu Pin-on disc TRIBOtester theo tiªu chuÈn ISSO
7148 vµ ASTM G99-95a.
Th«ng sè: Pin - ∅6 x L15 mm
Disc- abrasive paper, 240 grit(60µm)
T¶i träng: 15, 25 vµ 30 N; Tèc ®é tr−ît: 0,5 m/s.
Kho¶ng c¸ch tr−ît: 80 m
B¶ng 13: KÕt qu¶ thö mµi mßn cña gang GX330NiCr 42 do ®Ò tµi nghiªn cøu
Khèi l−îng mßn (g)
§é dµi tr−ît
15 N
25 N
35 N
Gang GX
330NiCr42
(m)
Gang GX
330NiCr42
ThÐp
CT20
Gang GX
330NiCr42
ThÐp
CT20
ThÐp
CT20
20
40
60
80
0,0042
0,0103
0,0191
0,0238
0,0376
0,0058
0,0146
0,0335
0,0488
0,0676
0,0076
0,0176
0,0381
0,0588
0,084
0,0074
0,011
0,0108
0,0160
0,0233
0,0146
0,0219
0,0267
0,0144
§é mßn (g/m) 4,62x10-4 11,9 x10-4 6,86 x10-4 20,56 x10-4 8,85 x10-4 24,8 x10-4
Nh− vËy ë tr¹ng th¸i ®óc, ®é bÒn chÞu mµi mßn cña gang GX330NiCr42 ®·
v−ît 3 lÇn so víi ®é bÒn mµi mßn cña thÐp CT20.
28
3.5 ChÕ t¹o s¶n phÈm vµ kÕt qu¶ dïng thö
3.5.1 ChÕ t¹o dao nghiÒn ®Üa
S¶n phÈm øng dông cña ®Ò tµi lµ dao nghiÒn bét giÊy. §©y lµ chi tiÕt ph¶i
lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn chÞu va ®Ëp vµ chÞu mµi mßn abrasive.
Dao nghiÒn ®Üa ®−îc chÕ t¹o theo b¶n thiÕt kÕ cña C«ng ty GiÊy Hoµng V¨n
Thô, Th¸i Nguyªn (h×nh 6 ). §©y lµ bé dao sè 4 l¾p ®Æt trong d©y chuyÒn nghiÒn
bét giÊy vôn ®Ó s¶n xuÊt giÊy lµm vá bao xim¨ng. Mçi bé dao gåm 2 chiÕc cã
r¨ng ng−îc chiÒu nhau.
§Ó chÕ t¹o lo¹i dao nµy, ®Ò tµi ®· sö dông ph−¬ng ph¸p ®óc trùc tiÕp thµnh
chi tiÕt. Sau khi nghiªn cøu b¶n vÏ vµ tÝnh chÊt cña m¸c gang, chóng t«i ®· tiÕn
hµnh thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o khu«n mÉu. C«ng viÖc nµy cÇn sù tÝnh to¸n tû mØ cña
c¸c kü s− luyÖn kim, thî thiÕt kÕ khu«n mÉu còng nh− kinh nghiÖm cña thî ®óc
gang ®Ó lµm sao khi ®óc xong, kh«ng cÇn gia c«ng c¾t gät nhiÒu trong viÖc hoµn
thiÖn s¶n phÈm.
Qu¸ tr×nh chÕ t¹o ®Üa dao nghiÒn ®−îc m« t¶ trong h×nh 7 vµ s¶n phÈm ®Üa
dao nghiÒn bét giÊy cña ®Ò tµi ®−a ®i dïng thö ®−îc ghi trªn h×nh 8 .
3.5.2 Dïng thö vµ ®¸nh gi¸ chÊt l−îng s¶n phÈm
Thùc hiÖn ch−¬ng tr×nh nghiªn cøu cña ®Ò tµi, C«ng ty CP GiÊy Hoµng V¨n
Thô, Th¸i Nguyªn ®· nhËn dïng thö s¶n phÈm “dao nghiÒn ®Üa” do ®Ò tµi chÕ t¹o
Sau mét thêi gian dïng thö , C«ng ty ®· cã nh÷ng nhËn xÐt nh− sau:
- Dao nghiÒn ®Üa do ®Ò tµi chÕ t¹o cã kÝch th−íc ®¹t c¸c yªu cÇu. Dao nghiÒn
®−îc chÕ t¹o tõ gang hîp kim chÞu mµi mßn vµ ®−îc hoµn thiÖn tèt, r¨ng dao
ch¾c ch¾n vµ cøng s¾c.
- Sau mét thêi gian lµm viÖc dao bÞ mµi mßn kh«ng ®¸ng kÓ so víi dao ®èi
chøng
- Dao cã kh¶ n¨ng chèng gØ tèt, ®¸p øng ®−îc c¸c yªu cÇu kh¾c nghiÖt cña
m«i tr−êng
29
Tải về để xem bản đầy đủ
35 trang
11/03/2024
2180
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Báo cáo Nghiên cứu chế tạo gang hợp kim độ bền cao mác GX330NiCr42 làm đĩa nghiền phục vụ công nghiệp sản xuất giấy", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- de_tai_nghien_cuu_che_tao_gang_hop_kim_do_ben_cao_mac_gx330n.pdf
