Báo cáo Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép Mác SAE4161 dùng để sản xuất dụng cụ y tế

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 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP MÁC SAE4161

DÙNG ĐỂ SẢN XUẤT DỤNG CỤ Y TẾ”

DFGEDFGEDFGE

C¬ quan chñ qu¶n:

C¬ quan chñ tr×:

tæng c«ng ty thÐp vN

ViÖn LuyÖn kim §en

Chñ nhiÖm ®Ò tµi:

KS. PHẠM THỊ MAI PHƯƠNG

6827

27/4/2008

Th¸ng 12/2007

Môc lôc

Më ®Çu^{………………………………………………………………...................................................................................................}2

1. Tæng quan^{………………………………………………………………................................................................................}4

1.1 Tæng quan chung vÒ thÐp kÕt cÊu hîp kim^{…………………………......................................................}4

1.1.1 Tæng quan chung ^{…………………………............................................................................................................}4

1.1.2 Ph©n lo¹i thÐp kÕt cÊu chÕ t¹o m¸y^{………………………………………………………………………….}5

1.2 ¶nh h−ëng cña c¸c nguyªn tè hîp kim lªn tÝnh chÊt cña thÐp^{………….................................}6

1.2.1 ¶nh h−ëng cña cacbon^{……………………………………………….........................................................................}6

1.2.2 ¶nh h−ëng cña cr«m^{…………………………………………………..........................................................................}7

1.2.3 ¶nh h−ëng cña m«lip®en^{…………………………………………….......................................................................}9

1.2.4 ¶nh h−ëng cña silic…………………………………………………..........................................................................10

1.2.5 ¶nh h−ëng cña mangan^{……………………………………………........................................................................}10

1.3 Lùa chän m¸c thÐp lµm dông cô phÉu thuËt^{………………………….....................................................}11

2. Néi dung vµ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu^{…………………………….................................}13

2.1 Néi dung nghiªn cøu^{…………………………………………………............................................................................}13

2.2 Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu^{………………………………………………......................................................................}13

3. KÕt qu¶ ®¹t ®−îc^{……………………………………………………...................................................................}14

3.1 C«ng nghÖ s¶n xuÊt thÐp SAE4161 ^{……………………………….................................................................}14

3.1.1 C«ng nghÖ nÊu luyÖn^{………………………………………………...........................................................................}14

3.1.2 C«ng nghÖ tinh luyÖn^{………………………………………………..........................................................................}18

3.1.3 C«ng nghÖ rÌn^{……………………………………………………….................................................................................}19

3.1.4 C«ng nghÖ nhiÖt luyÖn^{………………………...........................................................................................................}20

3.1.4.1 C«ng nghÖ ñ^{……………………………………………………….................................................................................}20

3.1.4.2 C«ng nghÖ t«i^{……………………………………………………….............................................................................}22

3.1.4.3 C«ng nghÖ ram^{………………………………………………………..........................................................................}23

3.2 C¸c tÝnh chÊt cña thÐp SAE4161 ^{……………………………………................................................................}25

3.2.1 Thµnh phÇn hãa häc^{………………………………………………….........................................................................}25

3.2.2 C¸c tÝnh chÊt c¬ lý^{………………………………………………….............................................................................}25

3.2.3 CÊu tróc pha^{…………………………………………………………..................................................................................}25

3.3 ChÕ t¹o thÐp dông cô phÉu thuËt^{…………………………...................................................................................}29

3.4 Dïng thö s¶n phÈm………………………….....................................................................................................................29

4. KÕt luËn, kiÕn nghÞ^{…………………………………………………..................................................................}30

Tµi liÖu tham kh¶o^{……………………………………………………….....................................................................................}31

PhÇn phô lôc

1

Më ®Çu

Trong vòng 10 năm trở lại đây, nền kinh tế Việt Nam không ngừng phát triển.

Thu nhập bình quân theo đầu người ngày một tăng. Người dân có điều kiện chăm lo

đến sức khỏe của mình hơn. Điều kiện chăm sóc y tế được cải thiện hơn. Mạng lưới

các bệnh viện phát triển ở tất cả các huyện thị trong cả nước. Đồng thời các cơ sở

khám chữa bệnh tư nhân cũng xuất hiện ở hầu khắp các thành phố, thị xã. Do ®ã

nhu cÇu vÒ dông cô y tÕ, ®Æc biÖt lµ dông cô phÉu thuËt t¨ng lªn.

Trong c«ng nghiÖp chÕ t¹o dông cô phÉu thuËt thÐp vÉn lµ vËt liÖu chñ yÕu.

ThÐp cã nhiÒu tÝnh n¨ng −u viÖt nh− ; cã ®é cøng cao, ®é chÞu mµi mßn tèt, dÔ gia

c«ng c¬ khÝ, ®¸p øng ®−îc ®ßi hái kh¾t khe vÒ dông cô y tÕ. ë ViÖt Nam ®· cã nhµ

m¸y chuyªn s¶n xuÊt dông cô y tÕ, nguyªn liÖu dïng ®Ó s¶n xuÊt phÇn lín lµ nhËp

ngo¹i, nh−ng còng chØ tháa m·n mét phÇn nhu cÇu, phÇn lín dông cô y tÕ ®Òu ph¶i

nhËp tõ n−íc ngoµi. §Ó t¨ng néi lùc s¶n xuÊt trong n−íc, ®¸p øng mét phÇn nhu cÇu

cña x· héi, ViÖn luyÖn kim ®en ®¨ng ký vµ ®−îc Bé c«ng th−¬ng giao ®Ò tµi

“Nghiªn cøu c«ng nghÖ s¶n xuÊt thÐp m¸c SAE4161 dïng ®Ó s¶n xuÊt dông cô

y tÕ”

H−íng cña ®Ò tµi lµ sö dông tèi ®a nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu vµ s¶n xuÊt ®· ¸p

dông thµnh c«ng ë nh÷ng n−íc ph¸t triÓn ®Ó x¸c lËp ®−îc quy tr×nh c«ng nghÖ thÝch

hîp s¶n xuÊt ®−îc m¸c thÐp ®· chän. M¸c thÐp s¶n xuÊt theo quy tr×nh ®· chän ph¶i

cã c¸c th«ng sè vÒ thµnh phÇn hãa häc, tÝnh chÊt c¬ lý, kim t−¬ng… t−¬ng ®−¬ng

víi vËt liÖu cña n−íc ngoµi. tõ m¸c thÐp s¶n xuÊt chÕ t¹o thµnh dông cô phÉu thuËt

t¹i C«ng ty cæ phÇn MEINFA, ®¹t Tiªu chuÈn ViÖt Nam hiÖn hµnh.

Néi dung cña b¸o c¸o ®Ò tµi gåm c¸c phÇn chÝnh sau:

- Tæng quan chung

- Néi dung nghiªn cøu vµ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu

- KÕt qu¶ ®¹t ®−îc

- KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ

- Tài liÖu tham kh¶o

- Phô lôc

2

Trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn nhãm ®Ò tµi nhËn ®−îc sù chØ ®¹o s¸t sao cña Vô

Khoa häc vµ C«ng nghÖ, Bé C«ng th−¬ng vµ sù céng t¸c hiÖu qu¶ cña c«ng ty Cæ

phÇn MEINFA, khoa ngoại bệnh viện huyện Thường Tín, c«ng ty c¬ khÝ 79, c¸c

c¸n bé cña ViÖn LuyÖn Kim §en. Nh©n dÞp nµy chóng t«i còng xin c¸m ¬n c¸c quý

c¬ quan vµ c¸c c¸ nh©n ®· gióp chóng t«i hoµn thµnh ®Ò tµi ®−îc giao.

3

1. tæng quan

1.1. Tæng quan chung vÒ thÐp kÕt cÊu hîp kim

1.1.1 Giíi thiÖu chung

ThÐp kÕt cÊu chÕ t¹o m¸y lµ c¸c lo¹i thÐp ®−îc dïng lµm chi tiÕt m¸y, trong ®ã

cã rÊt nhiÒu chi tiÕt l¾p ghÐp víi nhau, ®ßi hái cã c¬ tÝnh tæng hîp cao c¶ vÒ ®é bÒn,

®é dÎo, ®é dai…. Ngoµi ra thÐp chÕ t¹o m¸y còng lµ lo¹i thÐp ®a d¹ng vÒ c¬ tÝnh víi

nh÷ng yªu cÇu nhiÒu khi kh¸c h¼n nhau: tõ cÇn mÒm, dÎo ®Ó dËp s©u cho ®Õn cøng,

®µn håi nh− lß xo, nhÝp; tõ ®é bÒn th«ng th−êng cho tíi ®é bÒn cao nh− trôc truyÒn,

b¸nh r¨ng v.v…; tõ yªu cÇu ®é cøng, tÝnh chèng mµi mßn th«ng th−êng cho ®Õn

lo¹i cÇn ®é cøng, tÝnh chèng mµi mßn cao.

Nh÷ng nguyªn tè hîp kim ®−a vµo thÐp chÕ t¹o m¸y cã t¸c dông chñ yÕu lµm

t¨ng ®é thÊm t«i ®Ó ®¹t ®−îc c¬ tÝnh cao, ®ång nhÊt trªn tiÕt diÖn. Hîp kim ho¸ thÐp

chÕ t¹o m¸y còng ph¶i ®¹t ®−îc yªu cÇu lµ kh«ng lµm t¨ng qu¸ nhiÒu gi¸ thµnh s¶n

phÈm v× l−îng thÐp ®−îc sö dông kh¸ lín. Gi¶i ph¸p hîp lý lµ dïng c¸c nguyªn tè

hîp kim víi hµm l−îng kh«ng cao vµ rÎ tiÒn. Nh×n chung c¸c lo¹i thÐp chÕ t¹o m¸y

®−îc hîp kim ho¸ th−êng lµ hîp kim thÊp, sè m¸c thÐp hîp kim ho¸ trung b×nh ®Õn

5-6% chiÕm tû lÖ kh«ng cao. C¸c nguyªn tè hîp kim th−êng dïng lµ Mn, Si lµ c¸c

nguyªn tè hîp kim rÎ tiÒn, dÔ kiÕm. Ngoµi ra cßn hay dïng nguyªn tè Cr v× cã t¸c

dông tèt vµ gi¸ thµnh kh«ng qu¸ cao. Niken tuy kh¸ ®¾t nh−ng cã t¸c dông rÊt tèt

®Õn ®é thÊm t«i khi ®−îc dïng kÌm víi Cr vµ b¶o ®¶m cã ®é dai cao nªn ®−îc dïng

cho c¸c chi tiÕt víi yªu cÇu cao vÒ c¬ tÝnh vµ ®é tin cËy khi lµm viÖc. Ng−êi ta cßn

dïng Bo, N víi l−îng nhá (vi l−îng) cã t¸c dông tèt ®Õn c¬ tÝnh. Molip®en th−êng

®−îc dïng víi l−îng kh«ng lín (0,20-0,50%, nhiÒu khi nhá h¬n) ®Ó t¨ng ®é thÊm

t«i vµ tr¸nh ®−îc dßn ram II.

Khi dïng thÐp chÕ t¹o m¸y lµ thÐp hîp kim cÇn theo c¸c nguyªn t¾c sau:

• ChØ dïng cho c¸c chi tiÕt cã ®−êng kÝnh, chiÒu dµy lín h¬n 20 mm ®Ó b¶o

®¶m t«i thÊu, lo¹i ®−êng kÝnh nhá h¬n chØ cÇn dïng thÐp c¸cbon v× ®· b¶o

®¶m t«i thÊu.

4

• §Ó b¶o ®¶m t«i thÊu vµ c¬ tÝnh ®ång nhÊt, chi tiÕt cã tiÕt diÖn cµng lín ph¶i

dïng thÐp hîp kim cã thµnh phÇn hîp kim ho¸ cµng cao.

1.1.2 Ph©n lo¹i thÐp hîp kim chÕ t¹o m¸y.

C¨n cø vµo c¬ tÝnh vµ c«ng dông, ng−êi ta chia thÐp kÕt cÊu chÕ t¹o m¸y thµnh

ba nhãm:

a, ThÐp cã hµm l−îng c¸cbon thÊp, C≤ 0,25% hay thÐp thÊm C.

ë tr¹ng th¸i ñ thÐp nµy cã ®é dÎo, ®é dai cao song ®é bÒn thÊp. V× vËy chóng rÊt

dÔ dËp nguéi. Nh×n chung c¸c thÐp cã hµm l−îng C thÊp cã tÝnh dËp nguéi kh¸c

nhau.

Trong c«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y th−êng gÆp c¸c chi tiÕt dËp nguéi, nãi chung c¸c

thÐp cã hµm l−îng C thÊp ®Òu tho¶ m·n tÝnh c«ng nghÖ nµy. §Æc ®iÓm chung n÷a

cña nhãm thÐp nµy lµ cã tÝnh gia c«ng rÊt kÐm, tuy mÒm song phoi qu¸ dÎo, khã

gÉy vôn, quÊn lÊy dao vµ bÒ mÆt kh«ng nh½n bãng.

b, ThÐp cã hµm l−îng C trung b×nh, 0,30-0,50 %, hay thÐp ho¸ tèt (t«i + ram

cao).

Nhãm thÐp nµy so víi nhãm thÐp trªn ë tr¹ng th¸i ñ cã ®é bÒn, ®é cøng cao

h¬n; cßn ®é dÎo, ®é dai tuy cã gi¶m ®i nh−ng vÉn tèt. Do ®ã c¸c m¸c thÐp nµy vÉn

®¸p øng tèt h¬n c¸c yªu cÇu cña chi tiÕt m¸y chÞu t¶i. Tuy nhiªn ®Ó ®¹t ®−îc ®é bÒn

®Æc biÖt lµ giíi h¹n ch¶y cao h¬n mµ vÉn b¶o ®¶m tèt ®é dÎo, ®é dai c¸c thÐp nµy

®−îc qua nhiÖt luyÖn ho¸ tèt (t«i + ram cao), chÝnh v× thÕ nhãm thÐp nµy ®−îc gäi

lµ thÐp ho¸ tèt.

ThÐp ho¸ tèt tøc lµ t«i vµ ram cao ë nhiÖt ®é ngay d−íi A1, ®Ó b¶o ®¶m cã tÝnh

dai cao h¬n, tøc lµ cã ®é gia c«ng dÎo tèt h¬n. Ho¸ tèt thÐp ta nhËn ®−îc cÊu tróc

h¹t mÞn h¬n. C¸c tÝnh chÊt c¬ häc: §é dÉn nhiÖt vµ dÉn ®iÖn cña thÐp ho¸ tèt gi¶m

dÇn theo chiÒu t¨ng cña c¸c thµnh phÇn hîp kim ho¸ trong thÐp. TÊt c¶ c¸c m¸c

thÐp ho¸ tèt ®Òu rÊt thuËn lîi cho viÖc hµn d−íi ¸p lùc.

C¸c thÐp chÕ t¹o m¸y ho¸ tèt ®−îc chia lµm nhiÒu nhãm:

- ThÐp kh«ng hîp kim ho¸ (thÐp c¸cbon);

- ThÐp hîp kim ho¸ cã c¸c nhãm: thÐp Mn-Si, thÐp Cr, thÐp Cr-Mo-V, thÐp

Cr-Mo, thÐp Cr-Ni-Mo, thÐp Cr-Mn.

5

Trong tr−êng hîp võa chÞu t¶i träng tÜnh vµ va ®Ëp cao võa cÇn chèng mµi mßn

ë bÒ mÆt lµm viÖc, sau khi nhiÖt luyÖn ho¸ tèt thÐp ®−îc sö lý qua t«i bÒ mÆt ®Ó cã

tÝnh chèng mµi mßn t−¬ng ®èi cao.

So víi nhãm thÐp trªn nhãm thÐp nµy cã tÝnh dËp nguéi kÐm h¬n. TÝnh hµn

cña nhãm thÐp nµy thÊp do l−îng C ®· v−ît qu¸ 0,25%. VÒ tÝnh gia c«ng c¾t gät,

nãi chung thÐp nµy cã −u viÖt h¬n. Tuy cøng h¬n song phoi thÐp dÔ g·y lµm cho

c¾t gät ®−îc dÔ dµng h¬n. Ngay ë tr¹ng th¸i ho¸ tèt cã ®é cøng cao vµo kho¶ng

250-265 HB tuy h¬i khã c¾t song l¹i t¹o nªn bÒ mÆt bãng, nh½n h¬n rÊt thÝch hîp

cho gia c«ng tinh.

Trong khu«n khæ cña ®Ò tµi, chóng t«i chØ chó träng tíi lo¹i thÐp kÕt cÊu hîp

kim cã hµm l−îng c¸c bon t−¬ng ®èi cao, ®Æc biÖt lµ hÖ thÐp Cr-Mo.

Cho thªm Mo vµo thÐp Cr«m lµm cho thÐp nhá h¹t, t¨ng ®é thÊm t«i, n©ng cao

®é bÒn vµ kh¾c phôc khuynh h−íng gißn ram vµ lín lªn cña h¹t khi nung nãng. Mo

cã ¶nh h−ëng ®Æc biÖt ®Õn viÖc n©ng cao tÝnh chÊt cña thÐp ë nhiÖt ®é cao.

ThÐp ®−îc dïng sau t«i vµ ram (®«i khi th−êng hãa vµ ram) ®Ó lµm c¸c chi tiÕt

quan träng vµ cì lín nh− c¸c lo¹i trôc, c¸c chi tiÕt cña tuabin (r«to, trôc, ®Üa) còng

nh− c¸c chi tiÕt kÑp chÆt lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao. Do cã ®é bÒn vµ tÝnh hµn tèt, thÐp

Cr-Mo ®−îc sö dông réng r·i ®Ó lµm c¸c chi tiÕt kÕt cÊu hµn quan träng .

c, ThÐp cã hµm l−îng C t−¬ng ®èi cao, 0,55-0,65%, hay thÐp ®µn håi.

Nhãm thÐp nµy ë tr¹ng th¸i ñ ®· kh¸ cøng, bÒn; cßn ®é dÎo, ®é dai t−¬ng ®èi

thÊp, kh«ng thÝch hîp víi c¸c chi tiÕt m¸y nãi chung. TÝnh chÊt næi bËt cña nhãm

thÐp nµy lµ cã giíi h¹n ®µn håi cao nhÊt sau khi nhiÖt luyÖn t«i + ram trung b×nh ®¹t

®é cøng trong kho¶ng HRC 35-45 hay HB 350-450. V× vËy c«ng dông chñ yÕu cña

thÐp nµy lµ lµm lß xo, nhÝp còng nh− c¸c chi tiÕt cã tÝnh ®µn håi cao.

V× cã ®é bÒn ®Æc biÖt lµ tÝnh ®µn håi cao nªn nhãm thÐp nµy rÊt khã dËp nguéi

vµ th−êng chØ ®−îc gia c«ng nãng. TÝnh hµn cña thÐp nµy kÐm. TÝnh gia c«ng c¾t

gät kh«ng cao.

1.2 ¶nh h−ëng cña c¸c nguyªn tè hîp kim lªn tÝnh chÊt cña thÐp.

1.2.1 ¶nh h−ëng cña Cacbon.

6

Cacbon lµ nguyªn tè më réng vïng γ, k×m h·m sù chuyÓn biÕn Mactenxit vµ

do ®ã lµm t¨ng ®é æn ®Þnh cña pha Austenit. Do cã kh¶ n¨ng t¹o thµnh C¸cbit cã ®é

cøng cao nªn cacbon lµ nguyªn tè t¨ng bÒn rÊt tèt. Khi t¨ng nhiÖt ®é th× kh¶ n¨ng

t¨ng bÒn cña cacbon gi¶m do cã sù thay ®æi cÊu h×nh cña cacbit. NÕu cã c¸c nguyªn

tè t¹o cacbit m¹nh trong hîp kim th× cacbon chñ yÕu tËp trung ë nh÷ng vÞ trÝ h×nh

thµnh cacbit, do ®ã khi t¨ng hµm l−îng C sÏ lµm thay ®æi sù ph©n bè c¸c nguyªn tè

hîp kim gi÷a c¸c pha dung dÞch r¾n vµ pha cacbit, dÉn ®Õn lµm nghÌo dung dÞch r¾n

vµ lµm thay ®æi tÝnh chÊt cña hîp kim. Cacbon lµm gi¶m tÝnh dÎo, gi¶m kh¶ n¨ng

chèng l¹i sù ph¸t triÓn cña vÕt nøt vµ gi¶m tÝnh hµn cña hîp kim. V× vËy hÇu hÕt c¸c

lo¹i thÐp hîp kim ®Òu chøa cacbon ë l−îng t−¬ng ®èi Ýt, ®Æc biÖt lµ ®èi víi nh÷ng

lo¹i thÐp lµm viÖc trong m«i tr−êng x©m thùc m¹nh (c¸c bon th−êng ≤ 0,03%).

1.2.2 ¶nh h−ëng cña Cr«m.

Cr«m lµ nguyªn tè quan träng nhÊt quyÕt ®Þnh tÝnh chèng gØ cña thÐp kh«ng

gØ. §Ó b¶o ®¶m tÝnh chèng gØ trong m«i tr−êng x©m thùc yÕu vµ trong kh«ng khÝ

Èm, hµm l−îng Cr«m ph¶i ≥12%.

Hîp kim FeCr ë tr¹ng th¸i r¾n t¹o ra mét sè dung dÞch r¾n γ, γ+α vµ α(xem

h×nh 1) (1). Cr lµ nguyªn tè më réng vïng Fe - α, víi bÊt kú nång ®é Cr nµo còng

cã thÓ t¹o ra tæ chøc mét pha cña ferit, lµ dung dÞch r¾n gi÷a Fe- α vµ Cr.

H×nh 1 : Gi¶n ®å tr¹ng th¸i Fe- Cr (1)

7

ë hµm l−îng 1 - 2% Cr hßa tan hoµn toµn trong s¾t. do b¸n kÝnh nguyªn tö cña

Cr gÇn b»ng cña Fe nªn trong m¹ng tinh thÓ Fe - α, c¸c nguyªn tö Cr n»m trong c¸c

nót m¹ng thay thÕ c¸c nguyªn tö Fe t¹o nªn dung dÞch r¾n thay thÕ cã c¸c tÝnh c¬

häc cao h¬n. Nguyªn tè Cr cßn n©ng cao tÝnh chèng gØ cña thÐp. §Æc biÖt khi hµm

l−îng Cr ≥12%.

Khi hµm l−îng Cr trong thÐp t¨ng lªn 2% th× sÏ t¹o ra c¸c lo¹i cacbit Cr«m

®Æc biÖt, cã c«ng thøc hãa häc lµ (Cr, Fe)₇C₃. Lo¹i cacbit nµy rÊt æn ®Þnh vµ chØ hßa

tan trong austenit khi nung ë 1040 ÷ 1070⁰C.

Khi hµm l−îng Cr tõ 10 ÷ 12% trë lªn sÏ t¹o thµnh lo¹i cacbit phøc t¹p. Sù

h×nh thµnh c¸c lo¹i cacbit nµy phô thuéc vµo hµm l−îng cr«m vµ cacbon (h×nh

2)(2). Nhê cã c¸c lo¹i cacbit nµy mµ thÐp cã ®é cøng cao vµ chÞu mµi mßn tèt.

Cr«m ¶nh h−ëng ®Õn chuyÓn biÕn γ↔α , ¶nh h−ëng ®Õn nhiÖt ®é chuyÓn biÕn vµ

®iÒu kiÖn tiÕt cacbit tõ dung dÞch r¾n.

H×nh 2. ¶nh h−ëng cña cacbon vµ Cr«m lªn sù t¹o thµnh c¸c bÝt

8

Ta ®· biÕt r»ng, khi trªn bÒ mÆt kim lo¹i vµ hîp kim t¹o ®−îc mét líp mµng

oxÝt cã kh¶ n¨ng ng¨n ngõa kh«ng cho c¸c ion thÊm qua vµ b¸m chÆt vµo kim lo¹i

nÒn. ChÝnh líp mµng nµy ®· ng¨n c¶n sù oxy ho¸ tiÕp theo, t¹o cho kim lo¹i vµ hîp

kim ë vµo tr¹ng th¸i thô ®éng. §ã lµ líp mµng thô ®éng. Kh¶ n¨ng chèng gØ cña

hîp kim phô thuéc vµo tÝnh chÊt vËt ly vµ ho¸ häc cña líp mµng b¶o vÖ nµy. Trong

c¸c nguyªn tè hîp kim th× cr«m cã vai trß quan träng trong viÖc lµm bÒn v÷ng líp

mµng thô ®éng, v× nã cã ¸i lùc ho¸ häc víi oxy cao h¬n s¾t.

1.2.3 ¶nh h−ëng cña Mo

Molipdden có dạng lập phương thể tâm, thông số mạng 3.14A^o, thông số

mạng của Mo lớn hơn thông số mạng của sắt nhiều, do đó cản trở sự hình thành

một loạt các dung dịch đặc liên tục. Hợp kim hóa thêm molipđen vào thép có hàm

lượng các bon trung bình làm cho thép có cấu trúc nhỏ hạt, tăng độ thấm tôi, làm

tăng độ bền, khắc phục khuynh hướng giòn ram và lớn lên của hạt khi nung nóng.

Khi hàm lượng molipđen là 3,5 thì nó làm cho vùng γ khép kín hoàn toàn. Độ hòa

tan của molipden trong sắt ở 20^oC xấp xỉ 6%, còn ở 1450⁰C là 38% (hình 3). Đôi

với hệ hợp kim Fe-Mo thì sự chênh lệch độ hòa tan ở nhiệt độ thường và nhiệt độ

cao nhiều như vậy cho phép tôi có kèm theo hóa già tiếp theo. Do hóa già các tinh

thể của hợp chất liên kim loại Fe₃Mo_{2 (}Molipdenit) thoát ra khỏi dung dich đặc quá

bão hòa làm thay đổi tính chất của nó đi rất nhiêu. Molip®en lµ nguyªn tè t¹o cacbit

rÊt m¹nh. Cacbit molip®en cã tÝnh æn ®Þnh cao, khã hßa tan vµo austenit khi nung.

Molip®en cßn lµm t¨ng m¹nh ®é thÊm t«i cña thÐp, c¶i thiÖn tÝnh chèng ram, do Mo

t¹o ra ®é cøng thø cÊp khi ram (do t¹o thµnh Mo₂C ), lµm gi¶m sù nh¹y c¶m ®èi víi

hiÖn t−îng dßn ram.

Trong thÐp lµm dông cô y tÕ, Mo lµm t¨ng ®é thÊm t«i, t¨ng ®é cøng, t¨ng

tÝnh chèng gØ vµ t¨ng tÝnh chèng mµi mßn. Hµm l−îng Mo trong thÐp nµy n»m

trong kho¶ng 0,25 ÷ 0,75.

9

H×nh 3. Gi¶n ®å tr¹ng th¸i Fe – Mo.

1.2.4 ¶nh h−ëng cña Si

Si lµm t¨ng nhiÖt ®é AC₃lªn 70 ÷ 90⁰C, lµm h¹ tèc ®é t«i tíi h¹n. Sù chuyÓn

biÕn γ→α x¶y ra ë trong thÐp chøa 0,36%Si ë 215⁰C, trong thÐp chøa 1,2%Si ë

190⁰C. Hµm l−îng Si trong thÐp t¨ng lµm gi¶m ®é bÒn sau t«i ë nhiÖt ®é cao. §èi

víi thÐp cã hµm l−îng Si cµng cao, ®é dai va ®Ëp sau ram ë 700⁰C cµng gi¶m, thÐp

cã 1,2%Si ®é dai va ®Ëp gi¶m ®Õn 5,5kg.m/cm², thÐp cã 1,95%Si ®é dai va ®Ëp

gi¶m ®Õn 1,3kg.m/cm². Sù gi¶m ®é dai va ®Ëp ë 700⁰C liªn quan ®Õn sù t¹o thµnh

Silicua . Khi t¨ng hµm l−îng Si, ®é bÒn ¨n mßn trong axit nitric bÞ gi¶m nhiÒu.

1.2.5 ¶nh h−ëng cña Mn.

Mn lµm t¨ng ®é dai va ®Ëp cña thÐp. Khi hµm l−îng Mn trong thÐp cao, ®é

bÒn trong axit HNO₃xÊu ®i rÊt nhiÒu, nh−ng l¹i t¨ng lªn rÊt nhiÒu trong axit

Photphoric. Mn lµ nguyªn tè hîp kim më réng vïng γ. §èi víi C, Mn còng t¹o

thµnh cacbit d¹ng (Mn, Fe)₃C . Cacbit mangan dÔ hßa tan vµo dung dÞch r¾n vµ

còng dÔ tiÕt ra tõ dung dÞch r¾n khi ram. Mn lµm t¨ng m¹nh ®é cøng vµ ®é bÒn cña

ferit. Mn còng lµm t¨ng m¹nh ®é cøng cña austenit. Khi nung ®Ó t«i hîp kim chøa

C cao th× cacbit mangan dÔ hßa tan vµo austenit, ®é b·o hßa Mn trong dung dÞch

10

r¾n t¨ng lªn. Do ®ã sù ph©n hñy austenit khi lµm nguéi thÐp Fe- Cr-C chøa 1%Mn

x¶y ra rÊt chËm. Tèc ®é lµm nguéi khi t«i nhá tÝnh thÊm t«i cao, nªn cã thÓ t«i trong

m«i tr−êng yÕu (nh− dÇu). ¦u ®iÓm cña thÐp chøa Mn lµ gi¶m chiÒu h−íng biÕn

d¹ng vµ t¨ng tÝnh thÊm t«i.

1.3 Lùa chän m¸c thÐp lµm dông cô phÉu thuËt

Nh÷ng yªu cÇu ®èi víi dông cô phÉu thuËt:

- Kh«ng g©y ra c¸c yÕu tè ®éc h¹i cho c¬ thÓ ng−êi.

- Ph¶i bÒn trong m«i tr−êng ¨n mßn vµ x©m thùc ®Æc biÖt.

- Ph¶i b¶o ®¶m tÝnh chÊt c¬ lý:

+ Ph¶i b¶o ®¶m ®ñ ®é cøng vµ ®é bÒn c¬ häc ®Ó chèng ®−îc sù cä s¸t mµi

mßn vµ chÞu ®−îc lùc kÐo nÐn.

+ Kh«ng bÞ thay ®æi tÝnh chÊt vËt liÖu khi khö trïng ë nhiÖt ®é cao.

+ Cã kh¶ n¨ng gia c«ng c¬ khÝ thµnh c¸c chi tiÕt cã h×nh d¹ng kh¸c nhau.

V× vËy c¸c dông cô phÉu thuËt ph¶i ®−îc chÕ t¹o tõ mét lo¹i vËt liÖu cã ®é bÒn

cao, ®é cøng cao, ®é ®µn håi tèt, cã kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn, gia c«ng t¹o h×nh, gia

c«ng c¬ khÝ vµ gia c«ng nhiÖt tèt. ThÐp hîp kim Cr tr−íc cïng tÝch tháa m·n c¸c

yªu cÇu trªn. ThÐp nµy cã hµm l−îng C cao (0,56-0,64%), b¶o ®¶m sau t«i thÐp cã

®é cøng vµ tÝnh chÞu mµi mßn cao. L−îng Cr ph¶i ®ñ lín ®Ó b¶o ®¶m ®é thÊm t«i tèt

vµ ®ñ t¹o ra mét l−îng cacbit ®Ó ®¶m b¶o ®é cøng vµ tÝnh chÞu mµi mßn cao. §Ó

n©ng cao tÝnh chèng gØ, ng−êi ta cßn hîp kim hãa thªm Ni, Mo, Cu…Ngoài ra ®èi

víi dông cô y tÕ ®−îc chÕ t¹o kh«ng ph¶i b»ng thÐp kh«ng gØ th× cÇn tiÕn hµnh m¹

ni ken ®Ó t¨ng kh¶ n¨ng chèng gØ cña dông cô. §iÒu quan träng lµ thÐp ph¶i s¹ch

c¸c t¹p chÊt phi kim (S, P nªn nhá h¬n 0,025 ®Ó kh«ng t¹o ra c¸c ®iÓm mÒm lµm

gi¶m kh¶ n¨ng lµm viÖc cña dông cô y tÕ).

Dùa vµo ®iÒu kiÖn thùc tÕ vµ c¸c ph©n tÝch nªu trªn, chóng t«i lùa chän m¸c

thÐp SAE 4161 ®Ó lµm dông cô phÉu thuËt. M¸c thÐp nµy cã hµm l−îng cacbon ®ñ

lín (0,56- 0,62%), Cr: 0,6-0,9; Mo: 0,15-0,30 b¶o ®¶m tho¶ m·n c¸c yªu cÇu vÒ vËt

liÖu chÕ t¹o dông cô phÉu thuËt, nhÊt lµ ®èi víi dông cô dïng ®Ó ®ôc x−¬ng, dao

mæ.

Thµnh phÇn ho¸ häc vµ tÝnh chÊt c¬ lý cña thÐp SAE4161 vµ c¸c m¸c thÐp

t−¬ng ®−¬ng ®−îc nªu trong b¶ng 1 vµ 2.(3)

B¶ng1: Thµnh phÇn ho¸ häc cña thÐp SAE4161 vµ c¸c m¸c thÐp t−¬ng ®−¬ng

11

Thµnh phÇn ho¸ häc (%)

M¸c

50CrMo4

ISO 683 118:1996

C

Si

Mn

P

S

Cr

Mo

0,46-

0,54

0,10-

0,40

0,50-

0,80

0,90-

1,20

0,15-

0,30

≤0,035 ≤0,035

≤0,035 ≤0,04

0.56-

0.64

0.15-

0.35

0.75-

1.00

0.70-

0.90

0.25-

0.35

SAE4161 (Mü)

42CrMo

0,30-

0,45

0,17-

0,37

0,50-

0,80

0,90-

1,20

0,15-

0,25

GB 3077-88

(Trung Quèc)

50CrMo4 (sè hiÖu

1.7228) (§øc)

≤0,035 ≤0,035

0,46-

0,54

0,50-

0,80

0,90-

1,20

0,15-

0,30

≤0,40

B¶ng 2: TÝnh chÊt c¬ lý cña thÐp SAE4161

A_kv

®é cøng sau ñ

(HRs)

σ_b

σ_ch

δ

M¸c

(J.cm²)

(MPa)

≥900

(%)

≥9

SAE4161 1100-1300

≥30

≥248

12

2. Néi dung vµ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu

2.1 Néi dung nghiªn cøu

- Nghiªn cøu tµi liÖu, lùa chän m¸c thÐp thÝch hîp ®Ó chÕ t¹o dông cô phÉu

thuËt

- X¸c lËp quy tr×nh c«ng nghÖ chÕ t¹o thÐp SAE4161 gåm c¸c b−íc:

• C«ng nghÖ nÊu luyÖn

• C«ng nghÖ tinh luyÖn

• C«ng nghÖ rÌn

• C«ng nghÖ nhiÖt luyÖn

- X¸c ®Þnh c¸c tÝnh chÊt: §é bÒn, ®é cøng, thµnh phÇn ho¸ häc, cÊu tróc cña vËt

liÖu.

- Tõ m¸c thÐp nghiªn cøu chÕ t¹o ®−îc mét sè bé dông cô phÉu thuËt. Dïng thö

s¶n phÈm ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt l−îng.

- B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi.

2.2. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu:

- Dùa trªn tiªu chuÈn trong n−íc vµ c¸c tiªu chuÈn n−íc ngoµi kh¸c ®Ó lùa chän

m¸c thÐp phï hîp cho viÖc chÕ t¹o dông cô phÉu thuËt.

- Sö dông lß trung tÇn Radyne, (Anh) ®Ó nghiªn cøu x¸c ®Þnh c«ng nghÖ nÊu

luyÖn, lß GH100 cã c«ng suÊt 100KVA ®Ó tinh luyÖn thÐp.

- Nung ph«i b»ng lß ph¶n x¹, rÌn b»ng bóa 400kg vµ bóa 150kg t¹i c«ng ty c¬

khÝ 79. NhiÖt luyÖn mÉu thÝ nghiÖm b»ng lß d©y ®iÖn trë CΗOΛ-1,6.2,5.I/II-

MIY.4.2 cña ViÖn LuyÖn Kim §en

- Sö dông ph−¬ng ph¸p ho¸ häc vµ quang phæ ph¸t x¹ (m¸y quang phæ ARL

3460, Thuþ sÜ) ®Ó x¸c ®Þnh thµnh phÇn ho¸ häc. Sö dông c¸c thiÕt bÞ thö hiÖn ®¹i

cña c¸c c¬ së nghiªn cøu ®Ó x¸c ®Þnh ®é cøng (m¸y ®o ®é cøng HPO 250 vµ TK

2M , Liªn x« cò). §Ó x¸c ®Þnh cÊu tróc cña thÐp sö dông kÝnh hiÓn vi AXIOVERT,

§øc.

13

3. kÕt qu¶ ®¹t ®−îc

3.1 C«ng nghÖ s¶n xuÊt thÐp SAE4161

Thµnh phÇn ho¸ häc (%) cña thÐp SAE4161 nh− sau:

C: 0.56-0.64; Si: 0.15 -0.35: Mn : 0.75 -1.00; Cr : 0.70 – 0.90; Mo: 0.25 -0.35; P

≤0,035 ; S ≤0,04.

TÝnh chÊt c¬ lÝ tÝnh cña thÐp SAE4161 nh− sau:

Giíi h¹n bÒn: 1100 -1300 MPa, giíi h¹n ch¶y : 900MPa (min); ®é d·n dµi :

9%(min); ®é dai va ®Ëp : 30J.cm^-2(min); ®é cøng sau ñ: 248HBs(min).

3.1.1 C«ng nghÖ nÊu luyÖn.

ThÐp SAE4161 lµ thÐp cã hµm l−îng C t−¬ng ®èi cao (tõ 0.56-0.64), viÖc ®−a

c¸cbon vµo thÐp cÇn ®Æc biÖt chó ý. V× ®©y lµ nguyªn tè rÊt dÔ ch¸y hao. Cã thÓ sö

dông than grafit ®Ó n©ng cao hµm l−îng c¸c bon, hoÆc lµ sö dông c¸c lo¹i thÐp phÕ

cã hµm l−îng C cao. §Ò tµi ®· lùa chän c¸c nguyªn liÖu nh− trong b¶ng 3, dùa vµo

hÖ sè ch¸y hao thùc tÕ cña ViÖn LuyÖn kim ®en (b¶ng 4) nhãm ®Ò tµi ®· tÝnh to¸n

phèi liÖu mÎ nÊu sè 1 nh− trong b¶ng 5:

B¶ng 3: Thµnh phÇn c¸c nguyªn liÖu chÝnh dïng ®Ó luyÖn thÐp SAE4161

Thµnh phÇn ho¸ häc

Nguyªn liÖu

C

Mn

0.51

0.79

80.0

-

Si

0.23

0.24

-

Cr

Ni

-

Mo

1) PhÕ thÐp Ct3

2) PhÕ thÐp C50

3)FeMn

0.27

0.55

1.0

-

63.0

-

4) FeCr (C Cao)

5) FeSi (75)

7.8

0.70

-

70.0

0.90

-

6) FeMo

55.0

-

7) ThÐp phÕ Cr17

0.70

0.85

17.0

14

B¶ng 4. HÖ sè ch¸y hao cña c¸c nguyªn tè hîp kim

Nguyªn tè hîp kim

HÖ sè ch¸y hao, %

6 ÷ 10

Si

Mn

Cr

4 ÷ 6

2 ÷ 3

C d¹ng grafit

Mo

30 – 35

2 - 3

B¶ng 5: Phèi liÖu mÎ 1 (tÝnh b»ng kg)

TT

1

Nguyªn liÖu

PhÕ thÐp CT3

MÎ1

247.0

-

2

PhÕ thÐp C50

FeMn

3

1.5

4

FeSi

0.5

5

FeMo

1.40

3.65

-

6

FeCr c¸c bon cao

PhÕ thÐp Cr17

Than grafit

Al kim lo¹i

7

8

1.20

0.5

7

255.75

Céng

Quy tr×nh nÊu luyÖn ®−îc tiÕn hµnh nh− sau:

•

Thø tù xÕp liÖu: Cho chÊt t¹o xØ (CaO + CaF₂= 2 : 1 ) (1% mÎ liÖu) ®·

®−îc xÊy kh« ë 200^oC, xÕp mét l−ît thÐp phÕ, FeCr c¸c bon cao, FeMo (®·

®−îc sÊy kh«), than graphÝt ®−îc cho vµo hép s¾t vµ xÕp vµo gi÷a lß, sau ®ã

tiÕp tôc xÕp thÐp phÕ.

15

•

§ãng ®iÖn, ch¹y 60% c«ng suÊt trong 6 – 8 phót. Sau ®ã tõ tõ n©ng lªn cùc

®¹i. Khi liÖu ë d−íi nåi ®· ch¶y th× chäc liÖu vµ cho thªm liÖu míi ®Õn hÕt

mÎ liÖu.

•

Sau khi liÖu ch¶y hoµn toµn, vít hÕt xØ cò vµ t¹o xØ míi. XØ cÇn cã ®é kiÒm

lín h¬n hoÆc b»ng 2.

Cho ferrosilic75, ferromangan, sau 2-3 phót cho d©y nh«m kim lo¹i

o

(1kg/tÊn).NhiÖt ®é ra thÐp 1620 C. Rãt thÐp vµo nåi rãt ®· ®−îc xÊy kh«

tíi nhiÖt ®é 800-900 ^oC vµ cã s½n phoi nh«m kim lo¹i (1kg/tÊn) ®Ó khö «xy

trong thÐp láng.

•

Rãt thÐp tõ nåi rãt vµo khu«n cã φ60mm ®Ó t¹o ph«i ®iÖn xØ.

TiÕn hµnh lÊy mÉu ph©n tÝch thµnh phÇn ho¸ häc cña mÎ luyÖn, kÕt qu¶

®−îc nªu trong b¶ng 8.

Tõ kÕt qu¶ ph©n tÝch chóng t«i nhËn thÊy thµnh phÇn hãa häc cña mÎ luyÖn ®·

®¹t tiªu chÝ ®Ò ra, nh−ng ®Ó tËn dông thÐp phÕ chóng t«i tiÕn hµnh luyÖn tiÕp mÎ sè

2, tËn dông tèi ®a hµm l−îng cr«m cã s½n trong thÐp phÕ. Phèi liÖu mÎ sè 2 vµ thµnh

phÇn ho¸ häc ®−îc ghi ë b¶ng 6 vµ b¶ng 8.

B¶ng 6: Phèi liÖu mÎ nÊu sè 2(tÝnh b»ng kg)

TT

1

Nguyªn liÖu

PhÕ thÐp CT3

PhÕ thÐp C50

FeMn

MÎ 2

233

-

2

3

1.5

4

FeSi

0.5

5

FeMo

1.35

-

6

FeCr c¸c bon cao

PhÕ thÐp Cr17

Than grafit

Al kim lo¹i

7

14.0

1.20

0.5

8

7

251.75

Céng

16

V× nhiÒu lý do, cã thÓ do thµnh phÇn thÐp phÕ ch−a thËt ®ång ®Òu nªn thµnh

phÇn ho¸ häc cña mÎ sè 2 ch−a ®¹t, hµm l−îng C trong thÐp cßn thÊp h¬n thµnh

phÇn cho phÐp. Chóng t«i quyÕt ®Þnh luyÖn mÎ sè 3 sö dông l−îng thÐp phÕ cã hµm

l−îng c¸c bon cao h¬n. Phèi liÖu mÎ sè 3 ®−îc ghi ë b¶ng 7, thµnh phÇn ho¸ häc

c¸c mÎ luyÖn ®−îc ghi ë b¶ng 8.

B¶ng 7: Phèi liÖu mÎ nÊu sè 3 (tÝnh b»ng kg)

TT

1

Nguyªn liÖu

PhÕ thÐp CT3

PhÕ thÐp C50

FeMn

MÎ 3

-

2

239.0

1.0

3

4

FeSi

0.5

5

FeMo

1.30

-

6

FeCr c¸c bon cao

PhÕ thÐp Cr17

Than grafit

Al kim lo¹i

7

14.0

0.7

8

7

0.5

257.0

Céng

B¶ng 8: Thµnh phÇn ho¸ häc cña c¸c mÎ thÝ nghiÖm

Thµnh phÇn ho¸ häc

MÎ

C

Mn

0.75

0.78

0.80

0.74

Si

Cr

Mo

0.33

0.30

0.29

0.30

P

S

1

2

0.58

0.50

0.59

0.56

0.17

0.2

0.91

0.90

0.92

0.90

0.017

0.018

0.02

0.019

0.02

0.016

3

0.35

0.37

3*

0.018

17

Thµnh phÇn ho¸ häc cña m¸c thÐp ®−îc tiÕn hµnh ph©n tÝch t¹i phßng thÝ

nghiÖm ViÖn LuyÖn kim ®en. Ngoµi ra, chóng t«i cßn kiÓm tra t¹i ViÖn C«ng nghÖ,

kÕt qu¶ ph©n tÝch ®−îc thÓ hiÖn trªn b¶ng 8 (phÇn 3^*).

Tõ c¸c kÕt qu¶ ph©n tÝch nhËn ®−îc, chóng t«i thÊy r»ng tiÕn hµnh nÊu luyÖn

víi 2 c¸ch phèi liÖu kh¸c nhau vÉn cã ®−îc m¸c thÐp ®¹t yªu cÇu ®Ò ra. Nh− vËy tËn

dông c¸c phÕ liÖu thÐp sÏ ®−a l¹i nhiÒu lîi Ých vÒ kinh tÕ mµ c¸c yªu cÇu ®èi víi

m¸c thÐp vÉn ®¶m b¶o. Tuy nhiªn cÇn ph¶i chän läc vµ ph©n tÝch chÝnh x¸c thµnh

phÇn ho¸ häc cña nguyªn liÖu ban ®Çu.

3.1.2 C«ng nghÖ tinh luyÖn

§Ó b¶o ®¶m yªu cÇu ®èi víi thÐp lµm dông cô phÉu thuËt, thÐp ph¶i cã hµm

l−îng phèt pho, l−u huúnh thÊp, ph¶i s¹ch khÝ, hµm l−îng «xy, nit¬ vµ hy®r« ph¶i

thÊp h¬n giíi h¹n cho phÐp. CÊu tróc thái ®óc ph¶i lµ cÊu tróc h¹t mÞn vµ ®ång ®Òu,

dùa vµo ®iÒu kiÖn thùc tÕ chóng t«i tiÕn hµnh tinh luyÖn thÐp trªn thiÕt bÞ tinh luyÖn

®iÖn xØ c«ng suÊt 100 KVA cña ViÖn LuyÖn kim ®en.

C¸c th«ng sè kü thuËt c¬ b¶n lß GH100 vµ chÕ ®é tinh luyÖn nh− sau:

1. C«ng xuÊt biÕn thÕ

100KVA

45 – 48V

1400-1500A

∅60mm

2. §iÖn ¸p s¬ cÊp

3. C−êng ®é dßng

4. §−êng kÝnh ®iÖn cùc

5. Tiªu hao n−íc lµm l¹nh (Min)

6. Tèc ®é chuyÓn dÞch ®iÖn cùc

7. ChiÒu dµi lµm viÖc cña ®iÖn cùc

8. XØ tinh luyÖn

5m³/giê

33-35 mm/phót

2000mm

ANF-6

9. Tiªu hao xØ ANF-6

50- 60 kg/tÊn s¶n phÈm

∅110x350-400

10, KÝch th−íc thái thÐp

Chóng t«i chän hÖ xØ tinh luyÖn lµ lo¹i ANF-6 (70% CaF₂+ 30%Al₂O₃) lµ

lo¹i xØ dÔ kiÕm, rÎ tiÒn vµ khö S tèt. XØ cÇn ®−îc xÊy kh« tr−íc khi dïng. Quy tr×nh

tinh luyÖn ®−îc tiÕn hµnh nh− sau:

- KiÓm tra hép kÕt tinh: mÆt trong hép ph¶i s¹ch, hép ph¶i kÝn n−íc

18

- Cho l−îng xØ cÇn thiÕt cho mét thái (2 – 2,5kg cho 1 thái 40 – 50 kg) vµo hép

kÕt tinh. H¹ ®iÖn cùc tõ tõ xuèng sao cho t¹o ®−îc hå quang lµm nãng ch¶y xØ r¾n

hîp lý ®Ó t¹o ra c¸c giät kim lo¹i láng ë ®Çu ®iÖn cùc. Giät kim lo¹i nµy lín dÇn vµ

d−íi t¸c dông cña trong lùc sÏ t¸ch khái ®Çu ®iÖn cùc ®i qua líp xØ láng råi l¾ng

xuèng ®¸y hép kÕt tinh t¹o thµnh bÓ kim lo¹i láng. Khi ®i qua líp xØ láng giät kim

lo¹i sÏ ®−îc tinh luyÖn theo c¸c ph¶n øng t−¬ng t¸c gi÷a kim lo¹i láng vµ xØ láng.

D−íi t¸c dông lµm nguéi nhanh cña dßng n−íc ch¶y quanh hép kÕt tinh bÓ kim lo¹i

láng kÕt tinh thµnh thái ®iÖn xØ theo h−íng tõ d−íi lªn. Do kim lo¹i láng kÕt tinh

d−íi líp xØ b¶o vÖ nªn rÊt s¹ch khÝ vµ ®−îc lµm nguéi nhanh nªn thái ®iÖn xØ cã cÊu

chÊt l−îng tèt: dãc xØ, kh«ng bÞ co lâm, kÝch th−íc ®ång ®Òu, bÒ mÆt s¸ng bãng.

Thµnh phÇn ho¸ häc cña c¸c mÎ thÝ nghiÖm sau ®iÖn xØ ®−îc nªu trong b¶ng 9:

B¶ng 9: Thµnh phÇn ho¸ häc cña thÐp sau ®iÖn xØ

Thµnh phÇn ho¸ häc

MÎ

C

Mn

0.75

0.79

Si

Cr

Mo

0.33

0.28

P

S

1

3

0.58

0.59

0.18

0.35

0.91

0.92

0.017

0.02

0.018

0.017

3.1.3 C«ng nghÖ rÌn.

RÌn thÐp nh»m môc ®Ých t¹o h×nh d¸ng cÇn thiÕt, khö ®é lín cña h¹t, khö c¸c

bät khÝ, lç kim, vÕt nøt vµ c¸c khuyÕt tËt kh¸c trong thÐp ®óc; c¶i thiÖn tæ chøc vµ

c¬ tÝnh.

NhiÖt ®é b¾t ®Çu rÌn: lµ nhiÖt ®é b¶o ®¶m cho sù hßa tan hoµn toµn l−îng

cacbit vµo nÒn austenit mµ vÉn kh«ng cã sù ph¸t triÓn m¹nh vÒ kÝch th−íc h¹t. §èi

víi thÐp SAE4161, nhiÖt ®é b¾t ®Çu rÌn lµ 1050⁰C. §Ó b¶o ®¶m nhiÖt ®é ph«i rÌn

®ång ®Òu, ®èi víi kÝch th−íc cña thÐp nghiªn cøu cÇn gi÷ ë nhiÖt ®é rÌn tõ 1-2giê.

19

NhiÖt ®é kÕt thóc rÌn: lµ nhiÖt ®é t¹i ®ã thÐp vÉn cßn ®ñ tÝnh dÎo cÇn thiÕt cho

thao t¸c rÌn, kh«ng t¹o ra vÕt nøt tÕ vi. §èi víi thÐp SAE4161, nhiÖt ®é kÕt thóc rÌn

lµ 850⁰C.

BiÕn d¹ng khi rÌn: thÐp SAE4161 ®−îc rÌn trong kho¶ng nhiÖt ®é 1050⁰C ÷

850⁰C. ë giai ®o¹n ®Çu cÇn biÕn d¹ng tõ tõ vµ khi rÌn ph¶i liªn tôc chuyÓn vÞ trÝ ®Ó

tr¸nh t¹o ra vÕt nøt. Ngõng rÌn khi nhiÖt ®é xuèng d−íi 850⁰C.

Quy tr×nh rÌn thÐp SAE4161 ®−îc thùc hiÖn nh− sau:

C¸c thái thÐp ®iÖn xØ Φ110 sau ñ ®−îc tiÖn hÕt líp vá «xit xuèng cßn Φ104 -

Φ107, c−a bá mét ®o¹n l = 50 – 60mm (phÇn ®Çu cña thái ®iÖn xØ) ®Ó lo¹i bá hÕt

lµ 100-150⁰C/h, gi÷ ë nhiÖt ®é rÌn 1-2 giê. NhiÖt ®é rÌn lµ 1000⁰C - 1050⁰C, nhiÖt

®é kÕt thóc rÌn: 850⁰C.

C¸c b−íc rÌn:

RÌn b−íc 1: RÌn ®¹t vu«ng 40.

RÌn b−íc 2: RÌn ®¹t xuèng vu«ng 30→ vu«ng 20 (RÌn ph«i φ25 x

250 ®Ó chÕ t¹o mÉu thÝ nghiÖm)

3.1.4 C«ng nghÖ nhiÖt luyÖn

NhiÖt luyÖn lµ qu¸ tr×nh thay ®æi cÊu t¹o bªn trong cña kim lo¹i (hoÆc hîp

kim) khi nhiÖt ®é thay ®æi. Do ®ã tÝnh chÊt cña kim lo¹i còng thay ®æi. Dùa vµo

chuyÓn biÕn xÈy ra khi nung nãng thÐp ®Õn nhiÖt ®é x¸c ®Þnh , gi÷ nhiÖt vµ lµm

nguéi víi tèc ®é kh¸c nhau mµ ng−êi ta chia thµnh c¸c lo¹i nhiÖt luyÖn kh¸c nhau

nh− sau: ñ, th−êng hãa, t«i, ram, hãa giµ, gia c«ng l¹nh.

3.1.4.1 C«ng nghÖ ñ

hãa ostenit theo thêi gian lµm nguéi tõ nhiÖt ®é nung nãng nhÊt ®Þnhtrong kho¶ng

chuyÓn biÕn hay lín h¬n. ñ ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸ch nung nãng chi tiÕt thÐp ®Õn

nhiÖt ®é nhá hay lín h¬n kho¶ng chuyÓn biÕn. G÷i ë nhiÖt ®é nµy vµ lµm nguéi tiÕp

20

cøng gi¶m ®i, ®é dÎo vµ ®é dai t¨ng lªn. ñ th−êng sö dông cho c¸c vËt ®óc, vËt c¸n

vµ vËt rÌn. Môc ®Ých cña ñ lµ khö bá øng suÊt bªn trong, c¸c thiªn tÝch gia c«ng c¾t

gät, lo¹i bá sù kh«ng ®ång nhÊt vÒ tæ chøc, chuÈn bÞ tæ chøc cho viÖc gia c«ng tiÕp

theo. §Æc biÖt ®èi víi c¸c lo¹i thÐp dïng lµm dông cô y tÕ th× yªu cÇu vÒ chÊt l−îng

cµng kh¾t khe h¬n. Do ®ã c¸c thái thÐp sau ®iÖn xØ tr−íc khi rÌn ph¶i ®−îc tiÖn

bãc vá ®Ó lo¹i bá hÕt líp vá oxit, vÕt nøt. ThÐp SAE4161 rÊt nh¹y víi øng suÊt nhiÖt

nªn sau khi ®óc ®iÖn xØ, thÐp cã ®é cøng cao. Tr−íc khi tiÖn vá ta ph¶i tiÕn hµnh ñ

thÐp ®Ó cã ®−îc cÊu tróc peclit h¹t ®ång ®Òu, ®é cøng võa ph¶i viÖc gia c«ng thÐp

míi thùc hiÖn ®−îc dÔ dµng.

Th«ng th−êng nhiÖt ®é ñ thÐp thÊp h¬n ®iÓm AC₁. Khi ñ Cacbon cña cacbit

hßa tan, khuÕch t¸n vµ kÕt tinh t¹o ra c¸c h¹t cacbit d¹ng cÇu, cã n¨ng l−îng bÒ mÆt

thÊp nªn t¹o ra tr¹ng th¸i æn ®Þnh h¬n. Tèc ®é qu¸ tr×nh cÇu hãa phô thuéc vµo nhiÖt

®é ñ. NhiÖt ®é ñ cµng cao th× qu¸ tr×nh cÇu hãa x¶y ra cµng nhanh. V× vËy ñ cÇu hãa

th−êng ë gÇn nhiÖt ®é AC₁. Do ®ã ñ thÐp hîp kim tr−íc cïng tÝch nh− thÐp

SAE4161ph¶i tiÕn hµnh gÇn ®iÓm AC₁, tøc lµ ë nhiÖt ®é kho¶ng 720÷730⁰C . NÕu ñ

ë nhiÖt ®é cao h¬n th× hÇu hÕt cacbit sÏ hßa tan vµo austenit vµ khi lµm nguéi sÏ t¹o

thµnh cacbit tÊm lµ ®iÒu rÊt cÇn ph¶i tr¸nh.

Thêi gian gi÷ nhiÖt:

Khi nung ®¹t nhiÖt ®é ñ (720÷730⁰C) ph¶i gi÷ nhiÖt mét thêi gian ®Ó b¶o ®¶m

c¸c qu¸ tr×nh chuyÓn biÕn α→γ, khuÕch t¸n C vµ Cr vµo γ… §èi víi kÝch th−íc thái

®óc ®iÖn xØ, thêi gian gi÷ nhiÖt lµ 3-4 giê.

Tèc ®é lµm nguéi:

H×nh d¹ng cacbit sau ñ phô thuéc vµo tr¹ng th¸i cña dung dÞch r¾n vµ nhiÖt ®é

®é lín (200÷300⁰C/h) sÏ t¹o ra mét l−îng lín c¸c h¹t cacbit nhá mÞn do kh«ng ®ñ

thêi gian ®Ó khuÕch t¸n C vµ Cr, cÊu tróc c¸c h¹t nhá mÞn sÏ t¹o ra vËt liÖu cã ®é

cøng vµ ®é bÒn cao, khã gia c«ng c¬ khÝ. V× vËy khi ñ cÇn lµm nguéi chËm ®Ó C, Cr

cã ®ñ thêi gian khuÕch t¸n t¹o ra c¸c h¹t cacbit h×nh cÇu cã kÝch th−íc võa ph¶i lµm

gi¶m ®é cøng. Tèc ®é lµm nguéi tõ 70⁰C – 80⁰C/h, ®Õn 600⁰C ®Ó nguéi theo lß. Dùa

21

lµm nguéi 70 – 80⁰C/h ®Õn 600⁰C ®Ó nguéi theo lß. S¬ ®å c«ng nghÖ ñ ®−îc thÓ hiÖn

trªn h×nh 3. CÊu tróc cña thÐp sau ñ ®−îc thÓ hiÖn rÊt râ trªn ¶nh kim t−¬ng sau ñ

nÒn kim lo¹i, ®é cøng ®¹t 228 ÷ 233 HRB. Víi cÊu tróc vµ ®é cøng nh− vËy, viÖc

gia c«ng c¬ khÝ sÏ ®−îc thùc hiÖn dÔ dµng.

T⁰C

1200

720⁰C

800

700

400

Nguéi

cïng

lß

0

6

9

t,h

H×nh 4: ChÕ ®é ñ thÐp SAE4161

3.1.4.2 C«ng nghÖ t«i:

T«i ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸ch nung nãng chi tiÕt ®Õn nhiÖt ®é trong kho¶ng chuyÓn

biÕn hay lín h¬n, gi÷ ë nhiÖt ®é nµy vµ lµm nguéi tiÕp theo víi tèc ®é lín h¬n tèc

®é tíi h¹n. Môc ®Ých cña t«i lµ nhËn ®−îc ®é cøng cao vµ c¬ tÝnh mong muèn.

Th«ng th−êng thÐp sau cïng tÝch t«i ë nhiÖt ®é AC₃+ 20⁰C.

NÕu t«i ë nhiÖt ®é cao qu¸ hay gi÷ nhiÖt trong thêi gian qu¸ dµi th× sÏ lµm cho

austenit ph¸t triÓn m¹nh, sau t«i sÏ nhËn ®−îc cÊu tróc mactenxit th«, mactenxit th«

dßn h¬n mactenxit mÞn.

§èi víi thÐp tr−íc cïng tÝch, nhiÖt ®é t«i thÝch hîp vµ thêi gian gi÷ nhiÖt hîp

lý sÏ t¹o ra mét l−îng cacbit thÝch hîp kh«ng bÞ hßa tan vµo dung dÞch r¾n, sau t«i

22

sÏ cã cÊu tróc mactenxit + cacbit cã ®é cøng cao, tÝnh chèng mµi mßn tèt. KÝch

t«i quyÕt ®Þnh. Do ®ã thÐp sau cïng tÝch tr−íc khi t«i ph¶i ®−îc ñ. NÕu ®em t«i trùc

tiÕp tõ ph«i rÌn hay c¸n th× cacbit sÏ tiÕt ra ë d¹ng l−íi trªn biªn giíi h¹t. L−íi

cacbit nµy vÉn cßn l¹i sau t«i lµm cho mÆt g·y cña thÐp bÞ th« nh− ®èi víi thÐp bÞ

t«i ë tr¹ng th¸i qu¸ nhiÖt. CÊu tróc tr−íc khi t«i phï hîp nhÊt lµ cÊu tróc h¹t mÞn.

CÊu tróc nµy cã ®−îc sau khi chóng ta tiÕn hµnh ñ thÐp nh− ®· nªu ë phÇn trªn.

§èi víi thÐp SAE4161 th× nhiÖt ®é t«i phï hîp lµ 820⁰C ÷ 850⁰C. Do thÐp cã

hµm l−îng C cao (0,5% - 0,6%C), l¹i thªm c¶ Mo, nªn tÝnh t«i cña thÐp cao, nh¹y

chóng t«i ®· tiÕn hµnh t«i thÐp SAE4161 theo chÕ ®é sau: T«i ë 850⁰C/1h /DÇu. Tèc

T⁰C

1200

850⁰C

800

400

Nguéi

trong

dÇu

0

5

6

t,h

H×nh 5: ChÕ ®é t«i thÐp SAE4161

Sau t«i thÐp cã cÊu tróc mactenxit h×nh kim (xem h×nh 9,10)

3.1.4.3 C«ng nghÖ ram.

Ram lµ qu¸ tr×nh nhiÖt luyÖn ®Ó chuyÓn tõ tæ chøc kÐm æn ®Þnh ë tr¹ng th¸i

t«i thµnh tæ chøc æn ®Þnh h¬n. Ram tiÕn hµnh b»ng c¸ch nung nãng chi tiÕt ®Õn

nhiÖt ®é chuyÓn biÕn , gi÷ ë nhiÖt ®é nµy vµ sau ®ã lµm nguéi. CÊu tróc mactenxit

sau t«i lµ dung dÞch r¾n qu¸ b·o hßa C, chøa øng suÊt d− nªn kh«ng æn ®Þnh.

23

Mactenxit sau t«i cã ®é cøng cao l¹i dßn. V× vËy thÐp SAE4161 sau t«i ph¶i tiÕn

hµnh ram.

Trong ram, ë giai ®o¹n ®Çu (tõ 170⁰C ÷ 200⁰C ) x¶y ra qu¸ tr×nh tiÕt Cacbon

tõ mactenxit d−íi d¹ng cacbit nhá mÞn. Khi nhiÖt ®é cao h¬n (tõ 220⁰C ÷ 260⁰C )

cøng vµ tÝnh chÞu mµi mßn cña thÐp t¨ng lªn. Khi t¨ng nhiÖt ®é cao h¬n (tõ 300⁰C ÷

gi¶m ®i nh−ng ®é dÎo l¹i t¨ng lªn. ë nhiÖt ®é trªn 400⁰C xementit kÕt tô vµ t¹o

thµnh xoocbit, thÐp cã cÊu tróc xoocbit th× cã ®é dai vµ ®é dÎo cao, ®é bÒn võa

ph¶i..

§èi víi thÐp SAE4161 dïng lµm dông cô phÉu thuËt yªu cÇu ph¶i cã ®é cøng

t−¬ng ®èi cao (40 – 45HRC) nh−ng vÉn b¶o ®¶m ®é dÎo nªn chóng t«i chän chÕ ®é

ram ë nhiÖt ®é 550⁰C. S¬ ®å c«ng nghÖ ram ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh 6.

CÊu tróc cña thÐp SAE4161 sau t«i ë 850⁰C/1h /DÇu vµ ram ë 550⁰C/2h/n−íc

t«i, ram ®−îc thÓ hiÖn ë h×nh 11,12.

T⁰C

800

550⁰C

600

400

4

6

t,h

H×nh 6: ChÕ ®é ram thÐp SAE4161

3.2. C¸c tÝnh chÊt cña thÐp SAE4161

24

3.2.1. Thµnh phÇn ho¸ häc

Thµnh phÇn ho¸ häc cña thÐp SAE4161 theo tiªu chuÈn Mü ®−îc nªu ë môc

Thµnh phÇn ho¸ häc cña thÐp SAE4161 ®−îc nÊu luyÖn vµ tinh luyÖn t¹i ViÖn

LuyÖn kim ®en ®−îc nªu trong b¶ng 9.

Tõ kÕt qu¶ nhËn thÊy r»ng thÐp SAE4161 nÊu luyÖn t¹i ViÖn luyÖn kim ®en ®¹t

thµnh phÇn ho¸ häc ®· nªu.

3.2.2. C¸c tÝnh chÊt c¬ lý

§é cøng cña thÐp ®−îc x¸c ®Þnh ë tr¹ng th¸i ñ, sau t«i ram, kÕt qu¶ cã ®−îc lµ

gi¸ trÞ trung b×nh céng cña nhiÒu mÉu. C¸c chØ tiªu c¬ ly sau t«i ram ®Òu ®¹t yªu

cÇu ®Ò ra.

§é cøng sau ñ, t«i ram ; ®é bªn kÐo, ®é dai va ®Ëp sau t«i, ram ®−îc thÓ hiÖn ë

b¶ng 10

B¶ng 10: TÝnh chÊt c¬ lý cña thÐp SAE4161

ChÕ ®é

nhiÖt luyÖn

§é bªn kÐo

(MPa)

§é bÒn

ch¶y

(MPa)

§é gi·n

dµi

(%)

§é cøng

§é dai va

®Ëp

(J.cm^-2)

-

228 – 233

HB

ñ

T«i + ram

1100

910MPa

10..5

40 HRC

39.8

Tõ kÕt qu¶ nhËn ®−îc nh−: ®é cøng sau ñ, t«i ram, ®é bÒn kÐo, ®é dai va ®Ëp

®Òu ®¹t c¸c chØ tiªu c¬ lý ®Ò ra. Chóng t«i nhËn thÊy r»ng víi c«ng nghÖ ram nµy

hñy austenit d−. Do ®ã thÐp cã ®é cøng ®¹t yªu cÇu, tÝnh chÞu mµi mßn cao,cã ®é

dai va ®Ëp cao, kÝch th−íc æn ®Þnh trong suèt qu¸ tr×nh sö dông.

3.2.3 CÊu tróc pha

§Ò tµi tiÕn hµnh x¸c ®Þnh cÊu tróc pha cña thÐp ë c¸c tr¹ng th¸i nhiÖt luyÖn

kh¸c nhau trªn kÝnh hiÓn vi quang häc AXIOVERT.

ë tr¹ng th¸i ñ thÐp cã cÊu tróc peclit h¹t. Víi cÊu tróc nµy thÐp rÊt dÔ gia c«ng

c¬ khÝ (H×nh 7 vµ h×nh 8). Khi t«i thÐp ë nhiÖt ®é 850⁰C, lµm nguéi trong dÇu thÐp

25

cã cÊu tróc mactenxit h×nh kim (h×nh 9 vµ h×nh 10), tr¹ng th¸i sau t«i, ram ë 550⁰C,

nguéi trong n−íc, thÐp cã cÊu tróc xoocbit (h×nh 11 vµ h×nh 12).

H×nh 7 : CÊu tróc cña thÐp SAE4161 sau ñ(x200)

H×nh 8: CÊu tróc cña thÐp SAE4161 sau ñ(x500)

26

H×nh 9 : CÊu tróc cña thÐp SAE4161 sau t«i (x500)

H×nh 10 : CÊu tróc cña thÐp SAE4161 sau t«i (x1000)

27

H×nh 11: CÊu tróc cña thÐp SAE4161 sau t«i ram (x500)

H×nh 12: CÊu tróc cña thÐp SAE4161 sau t«i ram (x1000)

28

3.3. chÕ t¹o dông cô phÉu thuËt.

Dùa vµo n¨ng lùc s¶n xuÊt trong n−íc, cô thÓ lµ C«ng ty cæ phÇn MEINFA,

trong khu«n khæ cña ®Ò tµi nµy chóng t«i ®· tiÕn hµnh s¶n xuÊt mét sè bé dông cô y

tÕ tõ thÐp nghiªn cøu t¹i c«ng ty cæ phÇn MEIFA , s¶n phÈm do ®Ò tµi chÕ t¹o ®−îc

thÓ hiÖn trªn h×nh 13.

H×nh 13. Dông cô ®ôc x−¬ng.

3.4 Dïng thö s¶n phÈm.

S¶n phÈm sau khi ®−îc chÕ t¹o nh− h×nh 12, ®−îc ®em dïng thö t¹i khoa

ngo¹i cña bÖnh viÖn huyÖn Th−êng TÝn. Sau mét thêi gian dïng thö, kho¶ng h¬n

mét th¸ng, nhãm dïng thö cã mét sè nhËn xÐt sau:

• Dông cô ®−îc chÕ t¹o tõ thÐp cña ViÖn LuyÖn Kim Den cã ®é cøng

v÷ng, ®é s¾c t−¬ng ®−¬ng víi dông cô ®ang sö dông t¹i Khoa.

• Dông cô kh«ng bÞ cong vªnh, nøt gÉy trong qu¸ tr×nh sö dông.

Nh− vËy s¶n phÈm do ®Ò tµi chÕ t¹o hoµn toµn cã thÓ ®¸p øng ®−îc yªu cÇu

sö dông trong ngµnh y tÕ

29