Nghiên cứu chếtạo gang hợp kim độ bền cao mác GX330NiCr42 làm đĩa nghiền phục vụ công nghiệp sản xuất giấy

Bộ công THƯƠNG TổNG CÔNG TY THéP VIệT NAM Viện Luyện kim Đen -------------------- Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển CÔNG NGHệ cấp bộ Tên đề tài: “NGHIấN CỨU CHẾ TẠO GANG HỢP KIM ĐỘ BỀN CAO MÁC GX330NiCr42 LÀM ĐĨA NGHIỀN PHỤC VỤ CễNG NGHIỆP SẢN XUẤT GIẤY” DFGEDFGEDFGE Cơ quan chủ quản: tổng công ty thép vN Cơ quan chủ trì: Viện Luyện kim Đen Chủ nhiệm đề tài: NGUYỄN VĂN SƯA 6829 27/4/2008 Tháng 12/2007 những ng−ời thực hiện chính TT Họ và tên Học vị Đơn vị công tác 1 Nguyễn văn S−a Tiến sĩ Viện Luyện kim Đen 2 Nguyễn văn Ngũ Kĩ s− Viện Luyện kim Đen 3 Nguyễn hồng Phúc Kĩ s− Viện Luyện kim Đen 4 Vũ Thái Sơn Kĩ s− Cty CP Giấy Hoàng Văn Thụ 5 Bùi Quang Sơn Kĩ s− Cty CP Giấy Hoàng Văn Thụ 2 Mục lục Mở đầu 3 1. Tổng quan về gang hợp kim chịu mài mòn 5 1.1 Phân loại gang hợp kim chịu mài mòn 5 1.2 Gang trắng crôm –niken (Ni-hard) 7 1.2.1 Tính chất vật lý của gang Ni-hard 9 1.2.2 Tính chất cơ học của gang Ni-hard 9 1.2.3 Đặc tính đúc của gang Ni-hard 10 1.2.4 Tính gia công của gang Ni-hard 10 1.2.5 Chế độ nhiệt luyện 10 1.2.6 Khả năng chịu mài mòn của gang Ni-hard 11 1.3 ảnh h−ởng các nguyên tố hợp kim đối với gang Ni-hard 13 1.3.1 ảnh h−ởng của niken 13 1.3.2 ảnh h−ởng của silic 14 1.3.3 ảnh h−ởng của crôm 14 1.3.4 ảnh h−ởng của mangan 14 1.3.5 ảnh h−ởng của đồng 14 1.3.6 ảnh h−ởng của molipđen 15 1.4 Lựa chọn mác gang nghiên cứu 15 2. Nội dụng nghiên cứu và phuơng pháp thực nghiệm 17 2.1. Nội dung nghiên cứu 17 2.2. Ph−ơng pháp nghiên cứu 17 3. Kết quả thực nghiệm 19 3.1 Công nghệ nấu luyện gang GX330NiCr42 19 3.2 Công nghệ đúc gang GX330NiCr42 21 3.2.1 Một số đặc điểm về công nghệ đúc 21 3.2.2 Lựa chọn công nghệ và thiết bị đúc 22 3.3. Công nghệ nhiệt luyện gang GX330NiCr42 23 3.3.1 ủ mềm gang GX330NiCr42 23 3.3.2 Tôi và ram gang GX330NiCr42 23 3.4 Các tính chất của gang GX330NiCr42 26 3.4.1 Thành phần hoá học 26 3.4.2 Tính chất cơ lý 26 3.4.3 Cấu trúc pha 26 3.4.4 Khả năng chịu mài mòn abrasive 28 3.5 Chế tạo sản phẩm và kết quả dùng thử 29 3.5.1 Chế tạo dao nghiền đĩa 39 3.5.2 Dùng thử và đánh giá chất l−ợng sản phẩm 39 4. Kết luận và kiến nghị 33 5.Tài liệu tham khảo 34 6. Phụ lục 35 3 Mở đầu Trong công nghiệp sản xuất giấy, có nhiều chi tiết trong thiết bị dùng sơ chế nguyên liệu th−ờng xuyên phải thay thế vì phải làm việc liên tục trong điều kiện va đập, chịu mài mòn nh− dao nghiền đĩa, quả lô khuấy trộn... ở n−ớc ta, phần lớn các cơ sở sản xuất giấy đ−ợc lắp đặt thiết bị n−ớc ngoài, hoạt động đã nhiều năm, thiết bị dự phòng không còn, do đó việc thay thế gặp nhiều khó khăn... Sau khi tìm hiểu tình hình ở một số cơ sở sản xuất lớn nh− Công ty Giấy Bãi Bằng, Công ty Giấy Hoàng Văn Thụ … Chúng tôi nhận thấy dao nghiền đĩa là một trong những chi tiết phải làm việc trong điều kiện chịu va đập và mài mòn, nên cần thay thế liên tục. Hiện nay, dao nghiền đĩa đ−ợc cung cấp từ nhiều nguồn: nhập từ Trung Quốc, sản xuất trong n−ớc... Tuy nhiên, vật liệu chế tạo đều là gang xám không hợp kim, độ bền thấp, khả năng chịu mài mòn kém. Từ thực tế trên, chúng tôi cho rằng nên chế tạo dao nghiền đĩa bằng gang hợp kim chịu mài mòn. Trong nhóm gang hợp kim này, mác GX330NiCr42 theo tiêu chuẩn DIN 1695-81 của Đức có nhiều đặc tính tốt, phù hợp cho việc chế tạo các chi tiết chịu va đập và mài mòn nêu trên. Viện Luyện kim Đen đã đề xuất và đ−ợc Bộ Công nghiệp (nay là Bộ Công Th−ơng) giao cho thực hiện đề tài “ Nghiên cứu chế tạo gang hợp kim độ bền cao mác GX330NiCr42 làm đĩa nghiền phục vụ công nghiệp sản xuất giấy”. Qua một thời gian triển khai, đề tài đã hoàn thành các nội dung nghiên cứu. Trong báo cáo tổng kết đề tài chúng tôi xin trình bày các phần sau: - Mở đầu - Tổng quan về gang hợp kim chịu mài mòn abrasive. - Ph−ơng pháp nghiên cứu - Kết quả đạt đ−ợc - Kết luận và kiến nghị - Tài liệu tham khảo - Phụ lục 4 Nhân dịp này, Ban chủ nhiệm đề tài xin chân thành cảm ơn sự quan tâm và chỉ đạo sát sao của Vụ Khoa học & Công nghệ- Bộ Công Th−ơng, sự hợp tác giúp đỡ tận tình của Công ty Giấy Hoàng Văn Thụ Thái Nguyên, các cơ sở nghiên cứu nh− Tr−ờng ĐHBK Hà Nội, Trung tâm Đo l−ờng Việt nam và một cơ sở nghiên cứu khác đã giúp chúng tôi thực hiện thành công đề tài. 5 1.Tổng quan về Gang chịu mài mòn 1.1 Phân loại gang chịu mài mòn Khả năng chịu mài mòn của gang khi chịu tác động mài abrasive tuỳ thuộc vào tổ chức tế vi (vi độ cứng, hình dạng, sự tác dụng t−ơng hỗ cũng nh− số l−ợng cấu trúc hợp thành). Thành phần tổ chức cơ bản của gang đ−ợc sắp xếp theo chiều tăng của vi độ cứng với trật tự sau: graphit, ferit, peclit, austenit, mactensit, xementit, xementit hợp kim, các cacbid của crôm, wolfram, vanađi và của các nguyên tố khác, các borid. Khả năng chịu mài mòn phụ thuộc rất phức tạp vào số l−ợng cũng nh− sự phân bố của các pha rắn, giòn so với kim loại nền có tính mềm và dẻo. Kim loại nền phải là giá đỡ vững chắc cho các độ cứng thành phần nhằm ngăn ngừa sự phá huỷ giòn. Có nhiều loại gang chịu mài mòn khác nhau đ−ợc đem vào sử dụng trong điều kiện làm việc có tác động mài mòn. Theo cấu trúc và thành phần hoá học có thể phân chia gang chịu mài mòn thành các nhóm sau: - Gang xám hợp kim - Gang biến trắng hợp kim Gang trắng hợp kim bao gồm: + Gang trắng hợp kim thấp, + Gang niken - crôm (Ni-hard), + Gang hợp kim cao crôm. Gang hợp kim cao là nhóm vật liệu quan trọng của mà sản phẩm của chúng cần đ−ợc quan tâm đặc biệt so với loại gang thông th−ờng. Trong gang hợp kim cao, hàm l−ợng các nguyên tố hợp kim hoá trên 4%, do vậy không thể nấu luyện chúng đạt thành phần tiêu chuẩn chỉ bằng cách hợp kim hoá ngay tại gầu rót. Chúng th−ờng đ−ợc sản xuất ở các cơ sở có trang bị máy móc đặc biệt chỉ dùng riêng để nấu luyện loại gang này. 6 Gang hợp kim là loại gang chủ yếu dùng làm vật liệu chịu mài mòn và đúc thành những chi tiết cần thiết trong việc chế tạo máy đập, nghiền và nhiều loại dụng cụ chịu mài mòn khác. Trong gang trắng hợp kim cao, l−ợng Cr cao làm tăng khả năng chịu ăn mòn của gang. Phần thể tích lớn của kim loại nền và cácbid cùng tinh trong tổ chức tế vi sẽ tạo nên độ cứng lớn cần thiết cho tác động va đập, nghiền nhỏ các vật liệu khác. Trong gang này, pha cácbid gắn chắc trên nền kim loại và biến đổi tuỳ thuộc vào hàm l−ợng hợp kim đ−a vào. Quá trình nhiệt luyện sẽ tạo ra sự cân bằng đặc biệt giữa khả năng chịu mài mòn và tính dẻo cần thiết cho khả năng liên tục chịu va đập . Trong khi vật đúc từ gang trắng hợp kim thấp có hàm l−ợng hợp kim d−ới 4%, độ cứng chỉ trong khoảng 350 – 550 HB trong khi gang hợp kim cao có dải độ cứng từ 450 – 800 HB. Tiêu chuẩn ASTM A552 đ−a ra thành phần và độ cứng của nhiều mác gang trắng chịu mài mòn. Rất nhiều vật đúc đ−ợc chế tạo theo mác gang của tiêu chuẩn này. Tuy nhiên một số l−ợng lớn vật đúc đ−ợc sản xuất có sự thay đổi về thành phần hoá học tuỳ theo từng ứng dụng riêng. Điều cần nói là các chuyên gia thiết kế, kỹ s− luyện kim và thợ đúc cần hợp tác với nhau để đ−a ra đ−ợc các mác gang có thành phần, ph−ơng pháp nhiệt luyện và quy trình đúc hợp lý cho từng ứng dụng đặc biệt. Gang trắng hợp kim cao đ−ợc phân ra các nhóm chính nh− sau: - Gang niken-crôm (Ni-hard) : Chứa 3-5 % Ni và 1-4 % Cr , Ngoài ra có một loại hợp kim với thành phần biến đổi, chứa 7-11 % Cr. - Gang crôm – molipđen: Chứa 11-23 % Cr và đến 3 % Mo, thông th−ờng nó đ−ợc hợp kim hoá với niken và đồng. - Gang cao crôm: hàm l−ợng Cr từ 25-28 % và chứa các nguyên tố hợp kim hoá khác nh− Mo hoặc Ni tới 1,5 %. 8 Bảng 1. Thành phần hoá học của gang Ni-hard loại IA (C cao, chịu mài mòn lớn) Chiều dày vật đúc (mm) Khuôn cát Khuôn kim loại 12 25 50 75 100 12 25 50 75 100 Nguyên tố Thành phần hoá học (%) C 3,2 - 3,6 3,2 – 3,6 Si 0,7 0,6 0,5 0,4 0,4 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 Mn 0,3 – 0,5 0,3 – 0,5 Ni 3,8 4,0 4,2 4,5 4,8 3,3 3,6 4,0 4,4 4,7 Cr 1,6 1,8 2,0 2,2 2,5 1,5 1,7 1,9 2,2 2,5 Trong điều kiện va đập liên tục, hợp kim loại IB (Ni-Hard 2) là thích hợp vì chúng có ít cacbon hơn và độ dẻo cao hơn. Một mác đặc biệt khác, loại I C đã đ−ợc tạo ra để sản xuất bi, đạn nghiền. ở đây thành phần hợp kim crôm – niken đ−ợc điều chỉnh thích hợp cho ph−ơng pháp đúc – nhiệt luyện cũng nh− công nghệ đúc đặc biệt bằng cát (xem bảng 2). Bảng 2. Thành phần hoá học của gang Nihard loại II (C thấp, độ bền cao). Chiều dày vật đúc (mm) Khuôn cát Khuôn kim loại 12 25 50 75 100 12 25 50 75 100 Nguyên tố Thành phần hoá học (%) C 2,7 - 3,2 2,7 -3,2 Si 0,9 0,7 0,6 0,5 0,4 1,0 0,8 0,7 0,6 0,5 Mn 0,3 – 0,5 0,3 – 0,5 Ni 4,0 4,2 4,5 4,8 5,0 3,5 3,8 4,2 4,5 4,8 Cr 1,5 1,7 1,9 2,2 2,5 1,4 1,6 1,8 2,0 2,3 - Hợp kim loại ID (Ni-hard 4) là loại gang niken - crôm biến đổi, nó chứa hàm l−ợng crôm cao hơn, trong khoảng từ 7 – 11% và hàm l−ợng niken tăng dần theo trong khoảng 5 – 7%. Cacbon thay đổi tuỳ theo tính chất yêu cầu cho điều kiện làm việc. Hàm l−ợng cacbon trong khoảng 3,2 – 3,6 % đ−ợc quy định khi 9 độ bền chịu mài mòn đ−ợc yêu cầu lớn nhất. Còn khi khả năng chịu va đập đ−ợc −u tiên thì hàm l−ợng cacbon phải đ−ợc khống chế trong khoảng 2,7 – 3,2 % (Bảng 3) Bảng 3. Thành phần hoá học của gang Ni-Hard có ứng dụng đặc biệt Thành phần hoá học (%) Mác 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 HK 3-2-1 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 ≤0,40 Ni-Hard4 2,6 - 3,2 1,7 - 2,0 0,4 – 0,6 7,5 - 9,0 5,5 -6,5 - ≤0,15 ≤0,40 1.2.1 Tính chất vật lý của gang Ni-hard - Tỷ trọng : 7,6 ữ 7,8 g/cm3 - Hệ số dãn nở vì nhiệt • 10 -100 oC : 4,5 ữ 5,0 .10-6 • 10 -260 oC : 6,3 ữ 6,6 .10-6 • 10 -430 oC : 6,8 ữ 7,1 .10-6 - Điện trở suất ρ ở 25 oC : 80 àΩ.cm. - Modul đàn hồi : (16,8 ữ 19,6).103 kG/mm2 1.2.2 Tính chất cơ học của gang Ni-hard Nhờ sự hợp kim hoá bằng niken mà chúng có các đặc tính t−ơng ứng v−ợt trội so với gang trắng không hợp kim. Độ cứng cao đi đôi với việc giảm trị số giới hạn bền khi uốn và kéo. Các chi tiết chế tạo từ gang Ni-hard cần đ−ợc sử dụng trong các điều kiện chịu va đập và có tải trọng. Bảng 4 . Tính chất cơ học của gang Nihard σB HB σU Loại gang Ph−ơng pháp làm khuôn kG/mm2 Độ võng f khi uốn tính bằng mm I - Cát - Kim loại 28-35 35-42 550-650 600-725 48-60 54-82 2,0 – 2,8 II - Cát - Kim loại 32-38 42-52 525-625 575-675 54-66 66-85 2,5 – 3,0 III - Cát - Sau nhiệt luyện - 325-375 400-600 - - HK 3-2-1 - Cát - 550-650 - - 10 1.2.3 Đặc tính đúc của gang Ni-hard - Độ chảy loãng của gang Ni-hard thấp hơn một chút so với gang xám. - Độ co ngót: trong khoảng 2-2,15 % Đậu ngót và đậu hơi cần phải dễ loại bỏ, việc cắt bằng hàn hơi là không nên vì dễ tạo thành vết nứt. Các chi tiết từ gang Ni-hard có xu thế xuất hiện vết nứt khi gặp nóng lạnh đột ngột, nhạy cảm do co ngót ngoài và dãn nở nhiệt (ứng suất nhiệt). Những đặc điểm này cần đ−ợc các nhà thiết kế nghiên cứu kỹ cấu hình vật đúc, tr−ớc hết là các vật đúc từ gang Ni-had, cần l−u ý nhiều đến đặc tính công nghệ của nó. Tốt nhất là đúc bằng khuôn kim loại, nh−ng điều muốn nhấn mạnh là cấu hình vật đúc cần đ−ợc thực hiện nghiêm ngặt về mọi yêu cầu, đảm bảo việc đông cứng có định h−ớng. Các chi tiết làm tấm lót hoặc trục cán th−ờng đ−ợc chế tạo hai lớp. Lớp bề mặt làm việc bằng gang Ni-hard, mặt đệm d−ới hay lõi trục bằng gang xám hợp kim hay gang cầu. 1.2.4 Tính gia công của gang Ni-hard Các vật đúc từ gang Ni-hard không thể gia công bằng dụng cụ cắt gọt mà chỉ nên hoàn thiện bằng ph−ơng pháp mài. Nếu việc gia công là bắt buộc, thì ở nơi cần gia công cơ khí của vật đúc, nên bổ sung bằng cách đúc phụ thêm gang xám hay thép cacbon. Điều này rất có lợi khi thiết kế các chi tiết từ gang chịu mài mòn hợp kim hoá cao. 1.2.5 Chế độ nhiệt luyện Chế độ nhiệt luyện vật đúc từ gang Ni-hard có mục đích là loại bỏ ứng suất và giảm nhỏ l−ợng austenit d−. Việc ram mactensit vật đúc và chuyển hoá austenit d− thành bainit hay mactensit khi nhiệt luyện là loại trừ những thay đổi mạnh về thể tích austenit trong quá trình vận hành và cải thiện các chỉ tiêu về độ mỏi của chi tiết gang Ni- hard, đặc biệt là làm việc trong điều kiện va đập có tải trọng ví dụ nh− cối nghiền bi . Với mục đích này ng−ời ta dùng nhiệt luyện đơn giản: ram ở 250-275 oC trong khoảng 4-6 giờ hay nhiệt luyện kép các chi tiết chịu va đập nặng : nung tới 475 oC hay 700-780 oC trong 4 giờ làm nguội ngoài không khí và ram thấp ở 275 11 oC trong 4 giờ. Gang Ni-hard-4 có thể nhiệt luyện ở 750 oC trong 8 giờ và làm nguội ngoài không khí. 1.2.6 Khả năng chịu mài mòn của gang Ni-hard Khái niệm về khả năng chịu mài abrasive - Cơ chế mài abrasive Đối với phần lớn các hệ tribology, những cơ chế mài chính không tồn tại riêng lẻ mà có thể xuất hiện đồng thời . Trong các cơ chế mài thì quá trình mài abrasive chiếm vị trí quan trọng nhất. Hơn một nửa số l−ợng chi tiết máy và phụ tùng hỏng hóc là do mài abrasive gây ra. Có 4 cơ chế mài vi mô dẫn đến sự tổn hao khối l−ợng trong hệ mài abrasive là: Biến dạng vi mô bề mặt mài, gẫy vi mô bề mặt, cắt vi mô bề mặt, mỏi vi mô bề mặt. Các cơ chế mài vi mô abrasive đ−ợc mô tả trong hình 2 . Hai cơ chế biến dạng vi mô và cắt vi mô th−ờng đi đôi với nhau và đ−ợc gọi theo một khái niệm khác là bào rãnh vi mô. Đối với những loại vật liệu mềm và có khả năng biến dạng dẻo lớn, quá trình bào rãnh vi mô sẽ làm biến dạng một phần vật liệu trong khu vực rãnh bào sang hai bên thành rãnh và hất phần vật liệu còn lại ra khỏi bề mặt chi tiết bị mài. Tỷ lệ giữa phần vật liệu biến dạng và phần bị bào đi phụ thuộc vào kích th−ớc hạt mài và bản chất vật liệu bị mài. Những loại vật liệu giòn, khi mài sẽ xảy ra hiện t−ợng nứt tế vi bề mặt, nếu ứng suất bề mặt sinh ra do mài mòn lớn hơn giới hạn bền của vật liệu thì vết nứt sẽ phát triển và lan truyền. Khi các vết nứt bề mặt liên kết với nhau sẽ dẫn đến bong bề mặt và làm giảm khối l−ợng chi tiết bị mài. Quá trình này đ−ợc gọi là cơ chế gẫy vi mô. Kết quả nhiều đề tài nghiên cứu và thí nghiệm về mài abrasive cho thấy, quá trình biến dạng dẻo lớp vật liệu bề mặt và gẫy vi mô th−ờng xảy ra đồng thời. Đối với vật liệu đa pha (không đồng nhất), các cơ chế mài vi mô tham gia đồng thời vào quá trình mài. Trong khi những phần mềm (vật liệu nền) có tổ chức bề mặt bị bào rãnh vi mô thì ở những phần cứng (pha giòn) sẽ xảy ra quá trình gẫy vi mô. Những pha cứng có tác dụng tăng độ cứng tổng thể của vật liệu nh−ng lại làm giảm độ dai. ảnh h−ởng tổng hợp của pha cứng đối với khả năng 13 Khả năng chịu mài mòn cao của gang Ni-hard trong điều kiện có tác động mài mòn đ−ợc lý giải bởi có một l−ợng lớn crôm hợp kim hoá d−ới dạng xementit (Fe,Cr)3C có vi độ cứng HV 950-1100 kG/mm 2 và nền mactensit- austenit cũng không thua kém cacbid về vi độ cứng (HV 670-840 kG/mm2). trong điều kiện mài mòn −ớt, hệ số mài mòn t−ơng đối của gang Ni-hard so với thép CT20 là 5,0-5,7. ng−ời ta đã thiết lập đ−ợc bảng so sánh độ bền chịu mài mòn của gang Ni-hard và của gang hợp kim khác (bảng 5 ) Bảng 5 : Tốc độ mài mòn của gang Ni-hard và loại gang hợp kim khác Thành phần hoá học Độ mài mòn t−ơng đối Mác gang C Si Mn Cr Ni Mo S P HB Lớ p ló t r ãn h th áo qu ạn g và m án g Lớ p tro ng c ùn g m áy n gh iề n bi Đ ầu m áy p hâ n lo ại C án h qu ạt m áy tu yể n nổ i 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 80 - Mactensit cao Cr - - - 27 - 0,5 - - 653 70 49 48 27 Cr15M3 2,75 0,7 0,7 15,0 - 3,0 0,03 0,06 712 51 44 41 - Việc kiểm tra vật đúc gang Ni-hard có thể dùng mắt th−ờng nh−ng việc kiểm tra tổ chức tế vi cũng cần thiết. Khi đạt đ−ợc thành phần yêu cầu và chế độ nhiệt luyện đảm bảo, trong tổ chức tế vi không còn graphit, l−ợng austenit d− phải ở giới hạn thấp nhất và độ cứng sau nhiệt luyện phải đạt các gía trị nh− nêu trong bảng 4. 1.3 ảnh h−ởng của nguyên tố hợp kim đối với gang Ni-hard 1.3.1 ảnh h−ởng của niken: Hàm l−ợng niken tăng cùng với kích th−ớc mặt cắt hoặc thời gian làm nguội sẽ hạn chế việc chuyển đổi peclit. Đối với vật đúc có chiều dày 38 - 50 mm hàm l−ợng niken 3,4 – 4,2 % là đủ để cản trở việc tạo thành peclit khi làm nguội khuôn. Những tiết diện lớn hơn có thể cần hàm l−ợng niken đến 5,5 % để loại bỏ việc tạo thành peclit. Điều quan trọng là làm sao có thể giới hạn hàm 14 l−ợng niken đến khoảng cần thiết để khống chế peclit. Việc d− thừa niken sẽ làm tăng l−ợng austenit d− và độ cứng giảm thấp hơn. 1.3.2 ảnh h−ởng của silic Silic rất cần thiết vì hai lý do: Một l−ợng tối thiểu silic cần thiết để tăng c−ờng tính chảy loãng của mẻ luyện và tạo ra xỉ lỏng, nh−ng một điều quan trọng không kém là tác dụng của nó tới độ cứng của vật đúc. Hàm l−ợng của silic tăng lên khoảng từ 1 – 1,5 % sẽ thấy ngay sự tăng số l−ợng mactensit và kết quả là tăng độ cứng của hợp kim. Việc thêm ferô-silic vào sau cùng (0,2% khi dùng loại FeSi75) đã cho thấy độ dẻo tăng lên. Điều cần ghi nhớ là với hàm l−ợng silic cao hơn sẽ thúc đẩy việc tạo thành peclit và yêu cầu cần phải tăng niken. 1.3.3 ảnh h−ởng của crôm Crôm là nguyên tố đầu tiên đ−ợc cho vào để bù đắp tác dụng graphit hoá của niken và silic trong hợp kim dạng A, B và C với hàm l−ợng Cr khoảng 1,4- 3,5%. Hàm l−ợng crôm cần phải tăng thêm cùng với việc tăng kích th−ớc mặt cắt. ở hợp kim type D, hàm l−ợng crôm trong khoảng 7-11 % (điển hình 9%) để tạo ra cacbid cùng tinh với dạng cacbid crôm M7C3, loại này rắn hơn và có ảnh h−ởng không lớn đối với độ dai. 1.3.4 ảnh h−ởng của mangan Mangan đ−ợc giữ cực đại tới 0,8% ngay cả khi cho phép 1,3 % nh− trong tiêu chuẩn ASTM A532. Mangan làm tăng độ cứng, loại trừ sự tạo thành peclit. Nó là chất ổn định austenit mạnh hơn so với niken và tăng c−ờng l−ợng austenit d− cũng nh− làm độ cứng vật đúc thấp hơn. Vì lý do trên hàm l−ợng mangan cao hơn là không mong muốn. Khi tính toán hàm l−ợng niken cần thiết để loại bỏ pha peclit trong một sản phẩm đúc định sẵn, thì hàm l−ợng mangan có mặt phải là một hệ số phụ thuộc. 1.3.5 ảnh h−ởng của đồng Đồng làm tăng độ cứng cũng nh− duy trì đ−ợc pha austenit, do đó phải khống chế nó vì cùng nguyên nhân đó mà phải hạn chế mangan. Đồng phải 15 đ−ợc xem nh− chất thay thế niken và nó phải đ−ợc tính vào l−ợng niken cần thiêt để hạn chế peclit, nó làm giảm l−ợng niken yêu cầu đó. 1.3.6 ảnh h−ởng của molipđen Molipđen là một tác nhân tăng độ cứng trong các loại gang hợp kim này và nó đ−ợc dùng trong vật đúc có tiết diện lớn để làm tăng thêm độ cứng và hạn chế peclit. 1.4 Lựa chọn mác gang nghiên cứu Gang hợp kim chịu va đập và chịu mài mòn nh− gang Ni-hard là loại vật liệu đ−ợc các quốc gia có nền công nghiệp luyện kim tiên tiến nh− Mỹ, Nga, Đức, Nhật... nghiên cứu và áp dụng vào thực tế sản xuất từ rất sớm. Một trong các mác gang phổ biến là GX330NiCr42 theo tiêu chuẩn DIN1695-81 của Đức. Thành phần hoá học của gang GX330NiCr42 và một số mác khác đ−ợc nêu trong bảng 6 Bảng 6 : Thành phần hoá học của mác gang GX330NiCr42 và t−ơng ứng Thành phần hoá học (%) Mác 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 ≤0,05 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 ≤0,10 ≤0,10 1ANi-Cr-HC A352/A352M-93a 2,8 - 3,6 ≤ 0,8 ≤ 2,0 1,4 - 4,0 3,3 – 5,0 ≤ 1,0 ≤0,30 ≤0,15 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 - - 14-0513-0 SS14 3,2 - 3,6 0,3 - 0,6 0,3 - 0,6 1,5 - 2,5 3,0 – 5,5 0 - 1,0 ≤0,30 ≤0,15 Mác gang GX330NiCr42 t−ơng đ−ơng với mác KmTBNi4Cr2-GT theo tiêu chuẩn GB8491-78 của Trung Quốc, mác 1ANi-Cr-HC theo tiêu chuẩn ASTM 16 A352/A352M-93a của Mỹ, mác FBNi4Cr2HC theo tiêu chuẩn NF A32-401 (1988) của Pháp, mác 0513-00 theo tiêu chuẩn SS14 của Thuỵ Điển .... Tính chất cơ học của gang hợp kim mác GX330NiCr42 và các mác gang nêu trên đều t−ơng tự nh− nhau và có giá trị nh− sau: + Độ bền kéo 280 – 350 Mpa, + Độ cứng sau tôi, ram đạt 520 - 580 HV. Với đặc tính nêu trên, đề tài chọn mác gang hợp kim GX330NiCr42 làm đối t−ợng nghiên cứu vì nó đại diện cho nhóm gang chịu mài mòn Ni-hard. Đề tài sẽ tiến hành nghiên cứu xác định công nghệ chế tạo và dựa trên trang thiết bị sẵn có của Viện Luyện kim Đen cũng nh− của các cơ sở phối hợp, thực hiện việc nấu luyện và chế tạo sản phẩm. Đồng thời, tiến hành phân tích, kiểm tra và đánh giá các đặc tính của vật liệu . 17 2. Nội dụng nghiên cứu và phuơng pháp thực nghiệm 2.1. Nội dung nghiên cứu Dựa trên tiêu chuẩn DIN 1695-81 của Đức và các tiêu chuẩn n−ớc ngoài khác để lựa chọn mác gang hợp kim phù hợp cho việc chế tạo các chi tiết độ bền cao, chịu mài mòn ứng dụng trong các ngành gia công vật liệu. 1) Xây dựng đề c−ơng kế hoạch nghiên cứu: tổng quát và chi tiết. 2) Nghiên cứu các tài liệu về : công nghệ chế tạo, ứng dụng của gang và sản phẩm dự kiến chế tạo, tiêu chuẩn vật liệu và tiêu chuẩn sản phẩm. Xây dựng báo cáo tổng quan. 3) Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ, thiết bị để chế tạo mác gang hợp kim GX330NiCr42 theo tiêu chuẩn DIN 1695-81. Dựa trên cơ sở vật chất, thiết bị sẵn có tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để xác định công nghệ gồm các khâu: • Công nghệ nấu luyện, • Công nghệ đúc, • Công nghệ nhiệt luyện. 4) Đánh giá chất l−ợng vật liệu: • Thành phần hoá học • Tính chất cơ lý: Độ bền kéo, độ cứng, uốn • Khả năng chịu mài mòn • Cấu trúc pha. 5) Chế tạo thử 6-8 dao nghiền đĩa có chất l−ợng tốt. Xây dựng kế hoạch và và tổ chức dùng thử tại một sản xuất. Theo dõi và đánh giá kết quả thử nghiệm và khả năng sử dụng. 2.2. Ph−ơng pháp nghiên cứu Để đảm bảo kết quả nghiên cứu có độ tin cậy chính xác cao, đề tài đã sử dụng các ph−ơng pháp và thiết bị nghiên cứu nh− sau: - Trên cơ sở tìm hiểu thực tế sản xuất và các tài liệu trong và ngoài n−ớc về gang chịu mài mòn, phân tích điều kiện làm việc của dao đĩa nghiền để lựa chọn mác thép nghiên cứu. 18 - Sử dụng lò cảm ứng trung tần 300 kg/mẻ để thực hiện công nghệ nấu luyện, khuôn mẫu sản phẩm, hòm khuôn, máy trộn hỗn hợp làm khuôn...để thực hiện công nghệ đúc, sử dụng các loại lò nung các loại để thực hiện công nghệ nhiệt luyện.. - Sử dụng ph−ơng pháp phân tích hoá học truyền thống và thiết bị phân tích quang phổ ARL 3460 của hãng FISONS, Thuỵ Sỹ để xác định thành phần hoá học của nguyên liệu và sản phẩm gang nấu luyện - Sử dụng máy kéo vạn năng YMM-50, máy kéo WE60 của Trung Quốc, máy đo độ cứng TK2M và máy đo độ cứng cầm tay Computest của Thuỵ Sỹ để xác định cơ tính của gang. - Sử dụng kính hiển vi quang học Axiovert (CHLB Đức) để nghiên cứu tổ chức tế vi và cấu trúc pha. - Sử dụng thiết bị Pin on disc TRIBOtester để xác định khả năng chịu mài mòn. 19 3. Kết quả thực nghiệm 3.1. Công nghệ nấu luyện gang GX330NiCr42 Trong thành phần hoá học của gang GX330NiCr42 có nhiều nguyên tố hợp kim hoá tham gia nh− Cr = 1,4 ữ 2,4%; Ni = 3,,3ữ5 %; Mo : 0,5-1,0 %.. . Các nguyên tố hợp kim hoá đ−a vào đều có những ảnh h−ởng nhất định đến tính chất của gang. Do đó, việc nấu luyện gang và hợp kim hoá không thể thực hiện trong các thiết bị luyện gang thông th−ờng mà phải luyện trong các thiết bị chuyên dùng. Việc sử dụng lò tần số cũng là một giải pháp có hiệu quả để luyện loại gang hợp kim nêu trên. Với quy mô đề tài yêu cầu, chúng tôi sử dụng lò trung tần công suất 300 kg/mẻ. Nguyên liệu để nấu luyện là gang thỏi, gang lốc máy, các loại ferô có sẵn trong n−ớc. Trong việc sử dụng lò cảm ứng để nấu luyện, thì việc tính toán phối liệu chính xác là yếu tố quan trọng. Để thực hiện tốt việc này, các nguyên liệu đầu cần biết rõ thành phần hoá học, sau đó tiến hành chọn lọc và phân loại. Nếu nguyên liệu gồm nhiều chủng loại khác nhau, cần thực hiện nấu cô nguyên liệu và từ kết quả thành phần hoá học của mẻ nấu cô, việc tính toán phối liệu các mẻ luyện chính thức sẽ đạt đ−ợc kết quả chính xác hơn rất nhiều. Thành phần hoá học của các nguyên liệu đ−ợc trình bày trong bảng 7 . Bảng 7: Thành phần hoá học các nguyên liệu dùng để luyện gang hợp kim Thành phần hoá học Nguyên liệu C Mn Si Cr Ni Mo P S Gang thỏi 3,85 0,45 0,85 0,052 0,045 Gang lốc máy 3,43 0,50 1,20 0,08 0,062 0,048 FeMo 0,20 58,6 FeCr (C cao) 7,45 62,50 Niken kim loại 99,56 Phế inox 316 L 0,06 1,45 0,56 17,8 13,64 2,45 0,021 0,018 Phế HK cao Ni 0,08 1,42 0,82 18,85 76,42 0,021 0,016 20 Để tính phối liệu mẻ luyện, chúng tôi sử dụng bảng hệ số cháy hao các nguyên tố hợp kim (bảng 8). ở đây, hệ số cháy hao các nguyên tố hợp kim hoá khi nấu luyện bằng lò cảm ứng đ−ợc xây dựng dựa trên số liệu thống kê tại X−ởng Thép - Rèn -Viện Luyện kim Đen và một số cơ sở khác. Bảng 8: Hệ số cháy hao của các nguyên tố hợp kim Nguyên tố hợp kim Hệ số cháy hao, % Si 6 ữ 10 Mn 3 ữ 6 Cr 2 ữ 3 Ni ∼ 1 Mo 1 ữ 2 C 6 – 10 Dựa vào thành phần hoá học của nguyên liệu đầu vào (bảng 7), hệ số cháy hao các nguyên tố hợp kim (bảng 8), chúng tôi đã tính toán phối liệu cho 3 mẻ luyện, mỗi mẻ có khối l−ợng 300 kg với nguyên liệu đầu vào khác nhau (bảng 9). Bảng 9: Phối liệu các mẻ nấu (tính bằng kg) TT Nguyên liệu Mẻ1 Mẻ 2 Mẻ 3 1 Gang thỏi 100,0 275,0 140,0 2 Niken kim loại 4,5 13,5 3 FeMo 2,20 2,0 4 FeCr (C cao) 9,8 3,6 5 Gang lốc máy 156,0 140,0 6 Phế thép 316 L 40,3 7 Phế HK cao Ni 18,0 Cộng 300,8 300,5 303,6 21 Quy trình thao tác nấu luyện nh− sau: + Xếp liệu : Cho chất tạo xỉ (hỗn hợp CaO+CaF2 đã nghiền nhỏ và sấy khô) vào lót đáy lò, tiếp theo xếp Fe-Cr, Fe-Mo, Ni kim loại, phế inox 316L và gang các loại. + Đóng điện cho lò hoạt động, nâng dần công suất để nung chảy mẻ liệu. Khi kim loại đã nóng chảy hoàn toàn thì vớt xỉ ra và cho chất tạo xỉ mới vào. + Khi xỉ chảy hết, nhiệt độ n−ớc gang 1450-1480 oC để lặng n−ớc gang 5ữ7 phút, vớt hết xỉ và rót gang vào nồi rót d−ới đáy đã có sẵn nhôm kim loại ở dạng vụn nhỏ (0,4-0,6 kg cho mẻ 300 kg). + Rót gang vào khuôn đúc đã chuẩn bị sẵn. + Lấy mẫu phân tích : Mỗi mẻ gang lấy 2 mẫu đúc: bắt đầu rót và giữa mẻ. Kết quả phân tích thành phần hoá học của 3 mẻ thí nghiệm tại Phòng Phân tích hoá Viện Luyện kim Đen đ−ợc trình bày trong bảng 10 Bảng 10: Thành phần hoá học của các mẻ gang GX330NiCr42 Thành phần hoá học Mẻ C Mn Si Cr Ni Mo P S 1 3,09 0,65 0,92 2,36 3,3 0,35 0,039 0,044 2 3,32 0,58 0,72 1,96 4,3 0,42 0,043 0,041 3 3,45 0,61 0,79 1,86 4,5 0,39 0,050 0,048 3.2 Công nghệ đúc gang GX330NiCr42 . 3.2.1 Một số đặc điểm về tính đúc của gang hợp kim GX330NiCr42 Gang hợp kim GX330NiCr42 có nhiều tính chất đặc biệt. Do đó công nghệ đúc loại gang này có nhiều điểm cần chú ý: - Độ co ngót 1,9-2,5 %, ứng suất bề mặt lớn, dễ gây nứt. - Chi tiết đúc tự tôi trong quá trình làm nguội, nếu tốc độ làm nguội chậm, cơ tính giảm (độ mài mòn giảm) 22 - Hạn chế gia công sản phẩm đúc bằng l−ỡi cắt hay hàn mà chỉ nên mài nhẵn. Với yêu cầu đó, khuôn mẫu và quy trình đúc phải đ−ợc thực hiện chặt chẽ. 3.2.2 Lựa chọn công nghệ và thiết bị đúc Dao nghiền đĩa, một chi tiết không lớn, nh−ng có cấu hình phức tạp (bề mặt gồm nhiều răng, rãnh nhỏ và sâu...). Do đó việc chế tạo mẫu đúc t−ơng đối phức tạp vì các chi tiết nhỏ và cần có độ chính xác cao. Mẫu phải đ−ợc chế tạo chính xác và nhẵn bóng để khi chi tiết đúc xong có thể giảm tối thiểu công việc hoàn thiện bằng gia công cắt. Chúng tôi đã chế tạo 2 bộ khuôn dao đĩa nghiền (theo thiết kế thì một bộ đĩa dao có 2 chiếc: một có răng theo chiều kim đồng hồ, một có răng ng−ợc lại). Từ những đặc điểm về tính đúc của gang hợp kim GX330NiCr42 và hình dạng phức tạp của chi tiết đúc, chúng tôi chọn công nghệ đúc sử dụng khuôn cát đông cứng nhanh nh− sau: 1) Hỗn hợp làm khuôn: Cát + n−ớc thuỷ tinh + khí CO2. Với hỗn hợp này, khuôn có độ vững chắc tốt, chịu đ−ợc các tác động của tác dụng cơ học, nhiệt học, lý học, hoá học do các tác động từ bên ngoài trong quá trình làm khuôn, đúc rót. Sử dụng hỗn hợp sơn khuôn (graphit + nhựa thông và cồn công nghiệp) để đảm bảo sản phẩm đúc đ−ợc chính xác. 2) Nhiệt độ rót: Nhiệt độ rót có ảnh h−ởng rất lớn đến độ lớn của rỗ co vì độ co tr−ớc khi đông đặc phụ thuộc vào nhiệt độ rót. Kim loại nếu rót ở nhiệt độ cao thì sẽ co nhiều trong khuôn đúc, nếu rót ở nhiệt độ thấp thì tr−ớc khi rót vào khuôn nó đã co lại phần nào, do đó độ co của nó ở trong khuôn sẽ ít hơn một l−ợng bằng l−ợng đã co tr−ớc khi rót. Đối với gang hợp kim GX330NiCr42, chúng tôi nhận thấy nhiệt độ rót thích hợp là: 1420 oC. 3) Ph−ơng pháp rót: Đề tài lựa chọn ph−ơng pháp đúc rót xi-phông . Nh− chúng ta đã biết, rỗ co bao giờ cũng sinh ra ở nơi mà kim loại đông đặc sau cùng. Khi đúc nếu rót đùn từ d−ới lên thì kim loại lỏng nằm phía d−ới sẽ đông đặc sau cùng và rỗ co đ−ợc tạo ra ở phía đó. Để khắc phục hiện t−ợng này, ph−ơng pháp th−ờng dùng là đậu ngót. 23 Đề tài đã thực hiện đúc theo công nghệ nêu trên và đã đúc thành công dao nghiền đĩa bằng gang GX330NiCr42. Sau khi sản phẩm đ−ợc làm sạch, qua kiểm tra sơ bộ bằng mắt th−ờng, chúng tôi đã chọn 6 dao nghiền đĩa có chất l−ợng tốt nhất. Các dao nghiền đĩa này đ−ợc gia công hoàn thiện và nhiệt luyện để đạt các chỉ tiêu mà cơ sở sản xuất nêu ra. 3.3 Công nghệ nhiệt luyện gang GX330NiCr42 3.3.1 ủ mềm gang GX330NiCr42 Cấu trúc của gang GX330NiCr42 sau két tinh và nguội chậm trong khuôn cát bao gồm cacbid, peclit, mactensit và austenit d− với độ cứng cao 45-52 HRC. Để có thể gia công cắt gọt (mặc dù rất hãn hữu), sản phẩm cần đ−ợc ủ mềm để hạ độ cứng xuống còn 30-34 HRC. Bản chất của quá trình ủ mềm của gang Ni-hard là thay đổi nền austenit-mactensit thành nền peclit. Quá trình ủ mềm thực hiện nh− sau: Sản phẩm gang GX330NiCr42 đ−ợc cho vào lò từ nhiệt độ phòng và nâng nhiệt chậm, khi đạt 950 – 980 oC giữ đẳng nhiệt trong thời gian 4-6 giờ. Sau đó làm nguội chậm theo lò (15 oC/h) đến 800 oC, tại nhiệt độ này giữ trong 5-12 giờ và sau đó làm nguội chậm theo lò. 3.3.2 Tôi, ram gang hợp kim GX330NiCr42 Mục đích của quá trình tôi là biến đổi nền austenit-mactensit-peclit thành nền mactensit có độ cứng cao, đảm bảo cơ tính và khả năng chịu mài mòn của vật liệu. Công nghệ và chất l−ợng tôi phụ thuộc vào tính ổn định austenit trong nền vật liệu. tính ổn định austenit lại phụ thuộc vào l−ợng cacbon hoà tan . Khi nung nóng chi tiết có austenit d−, từ austenit sẽ tiết ra cacbid thứ cấp và qua đó l−ợng cacbon hoà tan trong austenit giảm. Sự nghèo hoá cacbon trong austenit sẽ làm giảm tính ổn định của austenit và tăng nhiệt độ bắt đầu cũng nh− kết thúc chuyển biến mactensit. Khả năng hoà tan cacbon trong austenit phụ thuộc vào nhiệt độ austenit hoá. Nhiệt độ chuyển biến mactensit chủ yếu phụ thuộc vào hàm l−ợng cacbon trong austenit. Nh− vậy với một loại vật liệu nhất định sẽ có một nhiệt độ tôi tối −u. Nừu nhiệt độ tôi thấp hơn nhiệt độ tôi tối −u thì l−ợng cacbid tiết ra sẽ nhiều 24 hơn và tính ổn đinh austenit sẽ giảm đi. Điều này sẽ tạo điều kiện thuận tiện cho quá trình chuyển biến mactensit nh−ng độ cứng của mactensit loại này lại thấp vì l−ợng cacbon hoà tan trong austenit thấp hơn. nếu nhiệt độ tôi cao hơn nhiệt độ tôi tối −u thì l−ợng mactensit tạo ra trong quá trình tôi ít hơn và trong tổ chức khi tôi có austenit d−. Tuy vậy độ cứng mactensit này lại cao hơn. Vì vậy, việc tối −u hoá nhiệt độ tôi, tốc độ nung , thời gian giữ nhiệt và tốc độ làm nguội là những vấn đề liên quan tới kỹ thuật, kinh tế cũng nh− tình trạng thiết bị hiện có. Sản phẩm gang crôm-niken cần đ−ợc nhiệt luyện khử ứng suất bề mặt bởi vì nó đ−ợc chế tạo theo một cách đặc biệt, ở thể đúc chúng có tổ chức mactensit. Việc ram đ−ợc thực hiện trong khoảng 250-300 oC trong vòng 4h. Điều này giúp ổn định mactensit và loại bỏ đ−ợc một số chuyển đổi ứng suất và làm tăng độ bền cũng nh− độ dai va đập khoảng 50-80%. một l−ợng nhỏ mactensit có thể đ−ợc tạo thành khi làm nguội từ nhiệt độ này. Việc nhiệt luyện này không làm giảm độ cứng hoặc khả năng chịu mài mòn của vật liệu. Trong quá trình nhiệt luyện bất kỳ một loại gang Ni-hard nào, điều cần chú ý là tránh tạo ra vết nứt do sốc nhiệt, do đó không bao giờ đ−ợc đặt vật đúc vào trong lò còn đang nóng hoặc nung nóng hay làm nguội quá nhanh. Vật đúc với hình dáng phức tạp và quá mỏng rất dễ nứt vỡ. Quá trình tôi gang GX330NiCr42 đ−ợc miêu tả trong hình 2 . + Nhiệt độ tôi : 860-880 o C +Thời gian đẳng nhiệt : 2- 4 giờ + Môi tr−ờng tôi : không khí Quá trình ram gang GX330NiCr42 đ−ợc miêu tả trong hình 3 + Nhiệt độ : 250-300 o C + Thời gian đẳng nhiệt : 4 -6 giờ + Môi tr−ờng làm nguội : Không khí 25 Hình 2: Sơ đồ công nghệ tôi gang GX330NiCr42 Hình 3: Sơ đồ công nghệ ram gang GX330NiCr42 o C 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Thời gian, h o C 600 500 400 300 200 100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thời gian, h 26 3.4 Các tính chất của gang GX330NiCr42 3.4.1 Thành phần hoá học Kết quả phân tích bằng ph−ơng pháp hoá học tại Phòng phân tích Viện Luyện kim Đen cho thấy thành phần hoá học của gang hợp kim do đề tài chế tạo đều đạt yêu cầu (bảng11) Bảng 11: Thành phần hoá học của gang GX330NiCr do đề tài chế tạo Thành phần hoá học Mẫu C Mn Si Cr Ni Mo P S Gang Đề tài 3,45 0,61 0,79 1,86 4,5 0,39 0,050 0,048 Tiêu chuẩn 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 Tính chất cơ lý Tính chất cơ lý của gang GX330NiCr42 (độ bền kéo, độ cứng) đ−ợc xác định ở trạng thái sau tôi + ram (tôi 860°C/2h/nguội không khí, ram 280 oC/4h nguội không khí). Các phép thử đ−ợc xác định trên 3 mẫu song song và thực hiện tai 2 cơ sở đều cho kết quả t−ơng đ−ơng (bảng 12). Bảng 12: Tính chất cơ lý của gang hợp kim GX330NiCr42 Cơ sở thử nghiệm Rm MPa Độ cứng HV Trung tâm Đo l−ờng Việt Nam 299 518 Phòng TN Cơ lý-Viện LK Đen 292 535 Tiêu chuẩn DIN1695-81 280 – 350 520 - 580 Kết quả nêu trên cho thấy cơ tính của gang đề tài chế tạo đạt yêu cầu và t−ơng đ−ơng cơ tính của gang GX330NiCr42 theo tiêu chuẩn DIN 1695-81. 3.4.3 Cấu trúc pha Kết quả chụp kim t−ơng cho thấy: - Trên hình 10: tổ chức tế vi của gang ở trạng thái ủ mềm là peclit + mactensit + austenit d−; trên hình 11: tổ chức tế vi sau tôi ram là: mactensit + lêbêđôrit và một l−ợng nhỏ austenit d−. 28 3.4.4 Khả năng chịu mài abrasive Tốc độ mài mòn đ−ợc tính theo Công thức Archard: w = K x W /H Trong đó: w = Tốc độ mài mòn. K = Hệ số mài mòn W = Tải trọng H = Diện tích tiếp xúc giữa mẫu thử và đĩa mài Khả năng chịu mài mòn abrasive của mẫu gang GX330NiCr42 ở trạng thái đúc đ−ợc đo trên thiết bị mài kiểu Pin-on disc TRIBOtester theo tiêu chuẩn ISSO 7148 và ASTM G99-95a. Thông số: Pin - ∅6 x L15 mm Disc- abrasive paper, 240 grit(60àm) Tải trọng: 15, 25 và 30 N; Tốc độ tr−ợt: 0,5 m/s. Khoảng cách tr−ợt: 80 m Bảng 13: Kết quả thử mài mòn của gang GX330NiCr 42 do đề tài nghiên cứu Khối l−ợng mòn (g) Độ dài tr−ợt (m) 15 N 25 N 35 N Gang GX 330NiCr42 Thép CT20 Gang GX 330NiCr42 Thép CT20 Gang GX 330NiCr42 Thép CT20 20 0,0042 0,0103 0,0058 0,0146 0,0076 0,0176 40 0,0074 0,0191 0,0108 0,0335 0,0146 0,0381 60 0,011 0,0238 0,0160 0,0488 0,0219 0,0588 80 0,0144 0,0376 0,0233 0,0676 0,0267 0,084 Độ mòn (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− vậy ở trạng thái đúc, độ bền chịu mài mòn của gang GX330NiCr42 đã v−ợt 3 lần so với độ bền mài mòn của thép CT20. 29 3.5 Chế tạo sản phẩm và kết quả dùng thử 3.5.1 Chế tạo dao nghiền đĩa Sản phẩm ứng dụng của đề tài là dao nghiền bột giấy. Đây là chi tiết phải làm việc trong điều kiện chịu va đập và chịu mài mòn abrasive. Dao nghiền đĩa đ−ợc chế tạo theo bản thiết kế của Công ty Giấy Hoàng Văn Thụ, Thái Nguyên (hình 6 ). Đây là bộ dao số 4 lắp đặt trong dây chuyền nghiền bột giấy vụn để sản xuất giấy làm vỏ bao ximăng. Mỗi bộ dao gồm 2 chiếc có răng ng−ợc chiều nhau. Để chế tạo loại dao này, đề tài đã sử dụng ph−ơng pháp đúc trực tiếp thành chi tiết. Sau khi nghiên cứu bản vẽ và tính chất của mác gang, chúng tôi đã tiến hành thiết kế và chế tạo khuôn mẫu. Công việc này cần sự tính toán tỷ mỉ của các kỹ s− luyện kim, thợ thiết kế khuôn mẫu cũng nh− kinh nghiệm của thợ đúc gang để làm sao khi đúc xong, không cần gia công cắt gọt nhiều trong việc hoàn thiện sản phẩm. Quá trình chế tạo đĩa dao nghiền đ−ợc mô tả trong hình 7 và sản phẩm đĩa dao nghiền bột giấy của đề tài đ−a đi dùng thử đ−ợc ghi trên hình 8 . 3.5.2 Dùng thử và đánh giá chất l−ợng sản phẩm Thực hiện ch−ơng trình nghiên cứu của đề tài, Công ty CP Giấy Hoàng Văn Thụ, Thái Nguyên đã nhận dùng thử sản phẩm “dao nghiền đĩa” do đề tài chế tạo Sau một thời gian dùng thử , Công ty đã có những nhận xét nh− sau: - Dao nghiền đĩa do đề tài chế tạo có kích th−ớc đạt các yêu cầu. Dao nghiền đ−ợc chế tạo từ gang hợp kim chịu mài mòn và đ−ợc hoàn thiện tốt, răng dao chắc chắn và cứng sắc. - Sau một thời gian làm việc dao bị mài mòn không đáng kể so với dao đối chứng - Dao có khả năng chống gỉ tốt, đáp ứng đ−ợc các yêu cầu khắc nghiệt của môi tr−ờng 31 Hình 7: L−u trình công nghệ chế tạo dao nghiền đĩa nấu luyện đúc chi tiết làm sạch ủ mềm gia công cơ khí nhiệt luyện hoàn thiện sản phẩm 32 Hình 8: Dao nghiền đĩa chế tạo từ gang GX330NiCr42 của đề tài. 33 4. Kết luận và kiến nghị 4.1 Kết luận Sau một thời gian nghiên cứu, đề tài đã thực hiện đ−ợc các nội dung sau: + Lựa chọn mác gang phù hợp để chế tạo dao nghiền đĩa dùng trong công nghiệp sản xuất bột giấy. + Xác định đ−ợc công nghệ chế tạo gang hợp kim GX330NiCr42 bao gồm công nghệ nấu luyện, đúc chi tiết và nhiệt luyện. + Gang hợp kim chịu mài mòn do đề tài chế tạo có thành phần hoá học, cơ tính, cấu trúc, khả năng chịu mài mòn abrasive đạt các chỉ tiêu đề ra. + Sản phẩm “dao nghiền đĩa” do đề tài chế tạo đ−ợc dùng thử tại Công ty Cổ phần Giấy Hoàng Văn Thụ, Thái Nguyên đ−ợc đánh giá có chất l−ợng tốt. 4.2 Kiến nghị Hiện nay ở n−ớc ta, nhu cầu gang hợp kim chịu mài mòn dùng cho ngành công nghiệp nh− cơ khí chế tạo, khai thác khoáng sản, xi măng ... là rất lớn. Để có thể mau chóng áp dụng vào sản xuất loại vật liệu này, đề nghị các cơ quan quản lý cấp trên tiếp tục cho phép nghiên cứu đề tài ở quy mô lớn để hoàn thiện quy trình công nghệ, mau chóng đ−a vào sản xuất phục vụ đất n−ớc một cách có hiệu quả. 34 5. Tài liệu tham khảo 1. ЖУКОВА А. А. и ШЕРМАНА А. Д.: Натералы в Mашиностроений том 4. ЧУГУН. Издательтво машиностроении, Москва 1969. 2. Справочник: Металловедение и термическая обработка Металлургиздат -1961. 3. Tiêu chuẩn DIN1695-81 của Đức. 4. Raluca Ripan, Ion Ceteanu: Chimia metalelor , Vol. II. Ed. didac. & Ped. Bucureşti – 1969. 5. Phan Tử Phùng: Sách tra cứu kỹ thuật đúc thép, NXBKH&KT – Hội Đúc - Luyện kim Việt Nam, Hà Nội - 1991 6. Nguyễn Văn Ch−ơng: Ph−ơng pháp xác định tính chịu mài abrasive của hệ hợp kim chịu mài Fe-Cr-C. Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học, Hà Nội 12/2000. 7 .Ngô Trí Phúc, Trần văn Địch : Sổ tay sử dụng thép thế giới; NXB Khoa học kỹ thuật.Hà Nội 2003. 8. Một số bài báo trên Internet.