Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Giáo dục - Đào tạo Cao đẳng - Đại học Nghiên cứu ảnh hưởng của hợp kim hóa cr, v và quá trình xử lý nhiệt tới tổ chức ...

Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của hợp kim hóa cr, v và quá trình xử lý nhiệt tới tổ chức và tính chất của thép 15%mn

.PDF
174
208
120

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Dương Nam NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỢP KIM HÓA Cr, V VÀ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NHIỆT TỚI TỔ CHỨC VÀ TÍNH CHẤT CỦA THÉP 15%Mn LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU Hà Nội – 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Dương Nam NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỢP KIM HÓA Cr, V VÀ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NHIỆT TỚI TỔ CHỨC VÀ TÍNH CHẤT CỦA THÉP 15%Mn Chuyên ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã số: 62520309 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS ĐÀO HỒNG BÁCH 2. PGS. TS LÊ THỊ CHIỀU Hà Nội – 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Vật liệu “Nghiên cứu ảnh hưởng của hợp kim hóa Cr, V và quá trình xử lý nhiệt tới tổ chức và tính chất của thép 15%Mn” là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Các thông tin, kết quả được sử dụng trong luận án này hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác. Tất cả những sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận án đã được ghi rõ nguồn gốc. Giáo viên hướng dẫn PGS.TS Đào Hồng Bách PGS.TS Lê Thị Chiều Tác giả luận án Nguyễn Dương Nam LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến hai thầy cô của tôi là PGS.TS Đào Hồng Bách và PGS.TS Lê Thị Chiều đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi suốt quá trình thực hiện luận án. Những kết quả có được của luận án này là được sự giúp đỡ nhiệt tình, hết mình của TS Phạm Mai Khánh. Tôi xin được chân thành cảm ơn anh và nhóm nghiên cứu về thép Mn cao đã giúp đỡ hỗ trợ tôi trong suốt quá trình làm luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô giáo tại Bộ môn Vật liệu và công nghệ đúc – Viện Khoa học và kỹ thuật Vật liệu – trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm Nghiên cứu sinh. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Viện Khoa học và kỹ thuật Vật liệu – trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã liên tục dạy tôi trong suốt quá trình học Đại học đến khi làm xong nghiên cứu sinh. Tôi xin bày tỏ sự biết ơn của mình đến lãnh đạo Viện Cơ khí, Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam và Bộ môn Công nghệ và Vật liệu đã hỗ trợ, tạo điều kiên tốt nhất cho tôi trong quá trình tôi làm nghiên cứu sinh. Tôi xin chân thành cảm ơn tới anh Phùng Đình Thông và quý công ty TNHH Thắng Lợi – Nam Định đã tạo điều kiện hết sức để tôi được thực nghiệm thực tế tại nhà máy trong suốt thời gian qua. Tôi xin chân thành cảm ơn tới các phòng thí nghiệm, các viện nghiên cứu ở trong và ngoài trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ tôi thực hiện các thí nghiệm của mình. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn sự động viên giúp đỡ của gia đình, người thân, bạn bè và đồng nghiệp trong suốt thời gian qua. Tác giả Nguyễn Dương Nam i MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU PHẦN 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. Đặc điểm của thép austenite mangan cao 1.2. Phân tích điều kiện làm việc và phá hủy của chi tiết búa đập làm bằng thép Mn cao. 1.2.1 Phân tích điều kiện làm việc của chi tiết chế tạo từ thép austenite mangan cao làm việc trong điều kiện cần độ dai va đập và chống mài mòn cao 1.2.2. Các dạng sai hỏng, nguyên nhân và cách khắc phục 1.3. Các dạng thép austenite mangan cao 1.4. Tình hình nghiên cứu thép austenit mangan cao CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Cơ chế hóa bền thép austenit mangan cao 2.1.1. Nguyên lý hóa bền thép austenite mangan cao 2.1.2. Quá trình hóa bền biến dạng của thép austenite mangan cao theo cơ chế song tinh và xô lệch 2.1.3. Ảnh hưởng của cacbit 2.1.4. Cơ chế hóa bền thép austenite mangan cao theo cơ chế chuyển biến mactenxit 2.2. Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến thép austenite mangan cao 2.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng cacbon và mangan 2.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng Crom 2.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng Vanadi 2.2.4. Ảnh hưởng của các nguyên tố khác 2.2.5. Ảnh hưởng của tạp chất 2.2.6. Ảnh hưởng của đất hiếm 2.3. Đặc điểm điều kiện đúc thép austenite mangan cao 2.3.1. Ảnh hưởng của các thông số nhiệt lý tới tổ chức của hợp kim đúc 2.3.2. Ảnh hưởng của công nghệ đúc rót 2.3.3. Nguồn gốc tạp chất trong thép 2.4. Nhiệt luyện thép austenite mangan cao 2.4.1. Mục đích nhiệt luyện 2.4.2. Chuyển biến Austenite trong thép austenit mangan cao khi nung nóng Trang i v vi viii 1 3 3 3 4 4 8 9 12 16 16 18 21 24 27 32 32 34 34 36 38 38 41 41 43 43 44 44 44 ii 2.4.3. Sự hòa tan cacbit và đồng đều hóa austenite trong thép austenit mangan cao. 2.4.4. Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến cơ tính thép austenit mangan cao 2.4.5. Phân tích quy trình xử lý nhiệt PHẦN 2 THỰC NGHIỆM CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THÉP AUSTENIT MANGAN CAO 3.1 Nội dung nghiên cứu 3.2 Chế tạo mẫu nghiên cứu 3.3 Nhiệt luyện các mẫu nghiên cứu 3.4 Phương pháp nghiên cứu. 3.4.1. Xác định thành phần hóa học. 3.4.2. Nghiên cứu tổ chức 3.4.3. Nghiên cứu va đập mẫu 3.4.4. Nghiên cứu, đánh giá quá trình mài mòn. 3.4.5. Nghiên cứu quá trình phá hủy mẫu do va đập. 3.4.6. Xác định độ cứng 3.4.7. Xác định tổng hàm lượng cacbit 3.4.8. Phân tích Rơnghen 3.4.9. Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) 3.4.10. Phương pháp EDS và mapping 3.4.11. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) PHẦN 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN CHƯƠNG 4 ẢNH HƯỞNG CỦA NGUYÊN TỐ CROM VÀ VANADI 4.1. Ảnh hưởng của hàm lượng Cr (0%; 2% và 2.5%) đến tổ chức và cơ tính của thép austenit Mn cao với hàm lượng Mn là khoảng 15%. 4.1.1. Ảnh hưởng của crom đến tổ chức tế vi sau nhiệt luyện của thép 4.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng Crom đến độ cứng và tính chống mài mòn của mẫu 4.1.3. Ảnh hưởng của hàm lượng crom đến độ dai va đập 4.2. Ảnh hưởng của hàm lượng Vanadi đến tổ chức và cơ tính của thép 4.2.1. Ảnh hưởng của vanadi đến tổ chức tế vi 4.2.1.1. Ảnh hưởng đến tổ chức sau đúc 4.2.1.2. Ảnh hưởng của vanadi đến tổ chức tế vi mẫu sau nhiệt luyện dưới kính hiển vi quang học 4.2.1.3. Phân tích SEM, EDS, mapping và TEM 4.2.2. Ảnh hưởng của vanadi đến độ cứng và khả năng chịu mài mòn 46 46 51 53 53 53 54 56 57 57 57 57 58 59 59 60 60 61 61 62 64 64 64 65 68 70 70 72 72 74 75 77 iii 4.2.3. Ảnh hưởng của vanadi đến độ dai va đập 4.3. Ảnh hưởng của đất hiếm đến tổ chức và cơ tính của thép austenit Mn cao 4.3.1. Phân tích tổ chức tế vi 4.3.2. Ảnh hưởng của biến tính đến kết quả độ cứng, độ dai va đập và mài mòn CHƯƠNG 5 ẢNH HƯỞNG CỦA QUY TRÌNH XỬ LÝ NHIỆT ĐỐI VỚI THÉP Mn15Cr2V 5.1 Trạng thái đúc của thép 5.1.1. Thành phần hóa học 5.1.2. Tổ chức tế vi 5.1.3. Phân bố và tỷ phần cacbit 5.2 Sự tiết ra cacbit khi nung mẫu đúc dưới nhiệt độ austenit hóa 5.3 Giới thiệu các quy trình nhiệt luyện 5.3.1. Giản đồ trạng thái 5.3.2. Kết quả nghiên cứu khi xử lý mẫu theo quy trình 1 5.3.3. Kết quả nghiên cứu khi xử lý mẫu theo quy trình 2 5.3.4. Nhiệt luyện theo quy trình 3 5.3.4.1. Lựa chọn nhiệt độ xử lý nhiệt trung gian 5.3.4.2. Lựa chọn nhiệt độ và thời gian austenite hóa 5.3.4.3 Quy trìnhnhiệt luyện 3b:(nung trung gian 6500C, nung tôi ở 11000C ) 5.4. So sánh cơ tính các quy trình nhiệt luyện 5.4.1. So sánh độ cứng 5.4.2. So sánh độ dai va đập CHƯƠNG 6 CƠ CHẾ HÓA BỀN THÉP AUSTENITE MANGAN CAO 15%Mn HỢP KIM HÓA BẰNG Cr, V 6.1. Ảnh hưởng của hàm lượng Crom 6.1.1. Độ cứng của mẫu 6.1.2. Tổ chức tế vi mẫu dưới tác dụng va đập 6.1.3. Phân tích ảnh SEM và EDS 6.1.4. Kết quả quan sát bằng TEM 6.2. Ảnh hưởng của vannadi đến khả năng biến cứng sau va đập và xử lý ở nhiệt độ âm 6.2.1. Ảnh hưởng của vannadi đến khả năng biến cứng sau va đập 6.2.2. Ảnh tổ chức tế vi quang học của mẫu 6.2.3. Phân tích ảnh TEM 6.3. Ảnh hưởng của đất hiếm đến khả năng biến cứng trong thép Mn cao khi chịu va đập và xử lý ở nhiệt độ âm 6.3.1. Ảnh hưởng của đất hiếm đến kết quả độ cứng 6.3.2. Ảnh hưởng của đất hiếm đến tổ chức tế vi sau va đập (quang học) 79 80 80 82 85 85 85 85 86 87 90 90 92 93 95 95 97 100 107 107 107 109 110 110 111 112 113 114 115 116 117 119 119 120 iv 6.3.3. Quan sát ảnh TEM PHẦN 4 KẾT LUẬN CHUNG TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 121 127 128 132 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Mđ – Nhiệt độ bắt đầu chuyển biến Mactenxit Mk – Nhiệt độ kết thúc chuyển biến Mactenxit Ms – Nhiệt độ bắt đầu chuyển biến Mactenxit Mf – Nhiệt độ kết thúc chuyển biến Mactenxit γ – pha austenite α – pha ferit Xe – pha Xementit Cr – nguyên tố Crôm V – nguyên tố Vanadi C – nguyên tố Cacbon Mn – nguyên tố Mangan Ti – nguyên tố Titan Ni – nguyên tố Niken Mo – nguyên tố Molypden Fe – nguyên tố sắt FCC – mạng lập phương tâm mặt BCC – mạng lập phương tâm khối TEM – hiển vi điện tử truyền qua SEM – hiển vi điện tử quét FESEM – hiển vi điện tử quét phân giải cao EDS – phương pháp vi phân tích nguyên tố BSED – hiển vi điện tử tán xạ ngược ASTM – tiêu chuẩn của Hoa Kỳ NL – nhiệt luyện RE – đất hiếm σe – giới hạn đàn hồi Acm – đường giới hạn hòa tan austenite A1 – nhiệt độ tới hạn hòa tan austenite A3 - nhiệt độ tới hạn hòa tan austenite d – là khoảng cách giữa các mặt tinh thể (hkl) θ – là góc nhiễu xạ λ – là chiều dài bước sóng của chùm tia phân tích GM là biến thiên nhiệt động học của chuyển biến từ austenite sang mactenxit ∆Ghh là thành phần nhiệt động học quyết định bởi thành phần hóa học của hợp kim ∆Gchlà thành phần nhiệt động học gây nên do biến dạng cơ học vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Tính đúc của thép austenite mangan cao. Bảng 1.2: Thang độ cứng và phân loại các loại khoáng vật Bảng 1.3: Hệ số khả năng đập nghiền của các loại vật liệu Bảng 1.4: Phân chia các giai đoạn đập và nghiền Bảng 1.5: Thành phần hóa học thép Γ13 (tính theo % nguyên tố) Bảng 1.6: Cơ tính của vật đúc thành dày 30mm bằng mác 110Γ13A sau khi tôi 1050-11000C trong nước Bảng 1.7: Thành phần hóa học (%) của các mác thép austenite mangan cao của Mĩ theo tiêu chuẩn ASTM A128-90 Bảng 1.8: Thành phần hóa học (%) của các mác thép austenite mangan cao của Nhật theo tiêu chuẩn JIS G5131-91 Bảng 1.9: Cơ tính của các mác thép austenite mangan cao ở trạng thái austenite hóa theo JIS G5131-91 Bảng 1.10: Một số mác thép austenite mangan cao của Mỹ có hợp kim hóa Bảng 1.11: Thành phần hóa học (%) của các mác thép austenite mangan cao của Nhật theo tiêu chuẩn JIS G5131-91 Bảng 1.12: Cơ tính của các mác thép austenite mangan cao ở trạng thái austenite hóa theo JIS G5131-91 Bảng 1.13: Thành phần và cơ tính của thép austenite Mn khi có thêm vanađi Bảng 2.1: Các thông số đặc trưng của cácbit Bảng 2.2: Độ cứng một số pha nền Bảng 2.3: Nhiệt độ nóng chảy của các nguyên tố RE và REO Bảng 2.4: Năng lượng tự do của các phản ứng hóa học giữa các nguyên tố đất hiếm với Oxy và S Bảng 2.5: Mối quan hệ giữa các thông số mạng của LaAlO3 với ɣ -Fe Bảng 2.6: Hệ số lệch δ giữa các mặt xếp chặt của oxyt Ce203 , Ce202S và pha ɣ-Fe Bảng 3.1 Thành phần hóa học các mẫu nghiên cứu. Bảng 4.1: Thành phần các mẫu khi thay đổi hàm lượng Cr Bảng 4.2:Giá trị độ cứng của mẫu khi thay đổi hàm lượng Cr Bảng 4.3: Giá trị mài mòn của mẫu Bảng 4.4: Giá trị độ dai va đập khi có và không có Cr Bảng 4.5:Thành phần hóa học của mẫu khi thay đổi hàm lượng Vanadi Bảng 4.6: Kết quả đo độ cứng của mẫu 0%, 1%, 2% sau đúc Bảng 4.7: Kết quả đo độ cứng của mẫu 0%, 1%, 2% V sau nhiệt luyện Bảng 4.8: Kết quả lượng mài mòn của mẫu có và không có hợp kim hóa Vanadi Bảng 4.9: Kết quả đo độ dai va đập của mẫu 0%, 1%, 2% V không biến tính sau nhiệt luyện Bảng 4.10: Thành phần hóa học của mẫu khi thay đổi hàm lượng Vanadi Bảng 4.11: Kết quả độ cứng của mẫu có và không có biến tính Bảng 4.12: Kết quả độ dai va đập của mẫu có và không có biến tính Trang 4 6 6 7 9 9 10 10 10 11 11 11 13 26 27 38 39 40 40 55 65 69 69 70 72 77 77 79 79 80 82 83 vii Bảng 4.13: Kết quả lượng mài mòn của mẫu có và không có biến tính Bảng 5.1: Thành phần hóa học của thép Mn15Cr2V Bảng 5.2 : Giá trị độ cứng của mẫu khi xử lý ở các nhiệt độ trung gian khác nhau Bảng 5.3: Giá trị độ dai va đập của mẫu khi xử lý ở các nhiệt độ trung gian khác nhau Bảng 5.4: Giá trị độ cứng của mẫu ở các quy trình khác nhau Bảng 5.5: Giá trị độ dai va đập của mẫu ở các quy trình khác nhau Bảng 6.1: Giá trị độ cứng của mẫu sau khi xử lý nhiệt Bảng 6.2: Giá độ cứng của mẫu khi thức hiện va đập 1000 lần, tải trọng 100N/cm2 Bảng 6.3: Giá độ cứng tế vi theo khoảng cách từ bề mặt mẫu Bảng 6.4: Thành phần mẫu nghiên cứu Bảng 6.5: Độ cứng tế vi của mẫu sau khi va đập và xử lý ở nhiệt độ âm Bảng 6.6: Giá trị độ cứng tế vi của mẫu sau va đập và xử lý ở các nhiệt độ âm khác nhau 83 85 96 97 107 108 110 110 110 115 115 119 viii DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1: Mặt cắt giản đồ trạng thái Fe – 13Mn –C Hình 1.2: Mô phỏng quá trình làm việc của chi tiết búa đập làm từ thép austenite mangan cao Hình 1.3: Tổ chức tế vi của búa đập có thiên tích và không có thiên tích Hình 1.4: Tổ chức tế vi mẫu búa trong nước (a) và nhập ngoại (b) Hình 1.5: Tổ chức song tinh tạo ra khi biến dạng tốc độ lớn Hình 2.1: Sự thay đổi độ cứng từ bề mặt của thép mangan cao khi chịu tải Hình 2.2: Ảnh hưởng của hàm lượng cacbon đến năng lượng khuyết tật xếp trong vùng hóa bền song tinh (TWIP)và băng trượt (TRIPLEX) Hình 2.3: Sự phụ thuộc của năng lượng khuyết tật vào hàm lượng Mn Hình 2.4: Ảnh hưởng của C và Mn đến năng lượng khuyết tật xếp Hình 2.5: Ảnh hưởng của C và Mn đến nhiệt động học chuyển biến Hình 2.6: Ảnh hưởng của Mn đến sản phẩm chuyển biến Hình 2.7: Sự phụ thuộc của khuyết tật xếp vào nhiệt độ Hình 2.8: Khả năng hóa bền phụ thuộc vào tốc độ biến dạng, thực hiện ở 22oC Hình 2.9: Mô tả quá trình hình thành song tinh từ austenite Hình 2.10: Mô tả song tinh Hình 2.11: Mô tả hóa bền bằng biên giới hạt Hình 2.12: Ảnh hiển vi điện tử truyền qua của thép austenite mangan cao a) song tinh b) Ảnh vi nhiễu xạ nền austenite Hình 2.13: Sơ đồ tạo tổ chức austenite nano Hình 2.14: Ảnh hiển vi phân giải cao của thép austenite mangan cao sau biến dạng Hình 2.15: Ảnh vi nhiễu xạ phân tích vùng xếp lớp của thép austenite mangan cao Hình 2.16: Ảnh phân giải cao quan sát vùng xếp lớp của thép austenite mangan cao Hình 2.17: Tổ chức tế vi sau biến tính và có xử lý nhiệt (a); phân tích phân bố cacbit trên ảnh tổ chức Hình 2.18: Ảnh tổ chức tế vi mẫu Trung Quốc sau khi làm việc Hình 2.19: Tinh thể cấu trúc. (a) Austenite (fcc). (b) Ferit (bcc). (c) Mactenxit (BCT) Hình 2.20: Sơ đồ hình thành pha mactenxit, cho thấy sự trượt và bề mặt nghiêng Hình 2.21: Sơ đồ minh họa các biến dạng cần cho sự tạo thành pha mactenxit. (a) cấu trúc tinh thể pha mẹ. (b) Biến dạng mạng gây ra bởi sự thay đổi trong kiểu mạng tinh thể. (c) loại trượt và (d) loại song tinh biến dạng cần thiết để giữ cho mặt phẳng ứng xử không bị biến dạng Hình 2.22: Mactenxit (a) Lath. (b) Plate. Source Hình 2.23: Ảnh hiển vi quang học kim mactenxit trong hợp kim Fe-0,2% C Hình 2.24: Ảnh chụp hiển vi của tấm mactenxit Fe-32Ni. Lưu ý có sự hiện diện của gân chính ở cả hai tấm. Tấm 1 cho thấy cấu trúc nhỏ mịn gồm cặp song sinh Trang 3 5 8 9 13 17 19 19 19 19 20 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24 25 25 28 28 29 29 29 29 ix Hình 2.25: Tổ chức tế vi của mẫu búa đập từ thép austenite mangan cao Hình 2.26: Ảnh hưởng của hàm lượng cacbon đến đường Acm Hình 2.27: Sự thay đổi cơ tính theo hàm lượng cacbon của thép austenite mangan từ 12,2 đến 13,8%Mn Hình 2.28: Ảnh hưởng của hàm lượng mangan đến cơ tính của thép austenite mangan cao với hàm lượng 1.15%C Hình 2.29: Ảnh hưởng của hàm lượng Crom đến cơ tính của thép mangan đúc Hình 2.30: Giản đồ trạng thái hệ Fe –V Hình 2.31: Giản đồ pha Fe-19.5Mn-2.5Cr-2.2V Hình 2.32: Ảnh tổ chức tế vi mẫu thép Mn cao sau khi xử lý nhiệt Hình 2.33: Giản đồ nhiễu xạ Xray mẫu sau khi xử lý nhiệt Hình 2.34: Ảnh hưởng của hàm lượng molypden đến cơ tính của thép mangan đúc Hình 2.35: Sự lớn lên của M7C3 khi không có chất biến tính (1) và khi có chất biến tính (2) Hình 2.36: Mối quan hệ hình học tinh thể của oxyt Ce2O2S và cácbit M7C3 Hình 2.37: Hệ vật đúc - khuôn đúc Hình 2.38: Sơ đồ chuyển biến tổ chức khi nung nóng thép Hình 2.39: Cấu trúc đặc trưng của thép A 128 (tiêu chuẩn ASTM), mã B-3. Hình 2.40: Đường nguội của thép austenite mangan với các độ dày khác nhau Hình 2.41: Quy trình nhiệt luyện truyền thống Hình 2.42: Quy trình nhiệt luyện truyền thống (quy trình 1) Hình 2.43: Quy trình xử lý nhiệt số 2 Hình 2.44: Quy trình xử lý nhiệt cải tiến Hình 3.1: Quy trình đúc mẫu cháy Hình 3.2: Quá trình điền đầy kim loại và khuôn đúc trong mẫu tự thiêu Hình 3.3: Quy trình xử lý nhiệt Hình 3.4: Máy đánh bóng Struers – Labopol Hình 3.5: Máy hiển vi quang học Leica 4000 Hình 3.6: Hiển vi quang học Axiovert 25A chụp ảnh tổ chức Hình 3.7: Thiết bị đánh giá độ mài mòn Tribotech Hình 3.8: Mẫu thử nghiệm và thiết bị thử va đập Chappy Hình 3.9: Thiết bị xác định độ cứng thô đại Mitutoyo Hình 3.10: Thiết bị phân tích nhiễu xạ Rơnghen D500 Hình 3.11: Máy hiển vi điện tử quét FESEM Jeol 7600 Hình 3.12: Thiết bị phân tích EDS, mapping Hình 3.13: Thiết bị hiển vi điện tử truyền qua Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý chụp ảnh TEM Hình 3.15: Sơ đồ nguyên lý tính d Hình 3.16: Vết nhiễu xạ Hình 4.1: Giản đồ pha Fe-15Mn-2Cr Hình 4.2: Quy trình nhiệt luyện số 3a Hình 4.3: Tổ chức tế vi mẫu khi thay đổi hàm lượng Cr Hình 4.4: Ảnh SEM và phân tích EDS mẫu 2%Cr (sau khi xử lý nhiệt) 31 32 33 33 34 35 35 36 36 37 39 40 42 45 48 49 49 51 51 52 54 55 56 57 57 57 58 59 59 60 61 61 62 63 63 63 64 65 66 67 x Hình 4.5: Phân tích nhiễu xạ Xray mẫu 2 sau nhiệt luyện Hình 4.6: Ảnh TEM mẫu 2%Cr Hình 4.7: Đồ thị giá trị độ cứng trung bình (sau xử lý nhiệt) khi thay đổi hàm lượng Cr Hình 4.8: Mô tả cấu trúc tinh thể cacbit Vanadi (VC) Hình 4.9: Giản đồ pha thép Managn cao Hình 4.10: Quy trình xử lý nhiệt (quy trình 3b) Hình 4.11: Ảnh tổ chức tế vi của mẫu 0%V, 1%V, 2% V sau đúc Hình 4.12: Ảnh tổ chức tế vi của mẫu 0%, 1%V, 2%V sau nhiệt luyện ở chế độ 3b Hình 4.13: Phân tích EDS mẫu 0%V Hình 4.14: Phân tích EDS điểm mẫu 0%V Hình 4.15: Phân tích mapping mẫu 1%V Hình 4.16: Phân tích EDS vùng mẫu 1%V Hình 4.17: Phân tích EDS điểm mẫu 1%V Hình 4.18: Ảnh TEM các hạt phân tán của mẫu 1%V Hình 4.19: Giá trị độ cứng của mẫu sau đúc và sau nhiệt luyện khi thay đổi hàm lượng V Hình 4.20: Ảnh tổ chức tế vi sau đúc của mẫu sau đúc khi có và không biến tính RE Hình 4.21: Tổ chức tế vi sau khi xử lý nhiệt mẫu biến tính và không biến tính Hình 4.22: Ảnh tán xạ ngược sau khi xử lý nhiệt mẫu biến tính và không biến tính Hình 4.23: Ảnh TEM các hạt phân tán của mẫu biến tính (M7) Hình 5.1: Tổ chức tế vi của mẫu sau đúc Hình 5.2: Ảnh SEM (a) và BSED (b) mẫu sau đúc Hình 5.3: Sự phân bố cac bit (5.3.a) và tỷ phần cacbit (5.3.b) sau đúc Hình 5.4: Ảnh tổ chức tế vi mẫu sau khi nung ở 6500C, 2h Hình 5.5: Ảnh SEM và BSED Hình 5.6: Ảnh EDS Line mẫu 1%V ở 6500C Hình 5.7: Phân tích EDS điểm mẫu 1%V xử lý ở 6500C Hình 5.8: Giản đồ pha thép 19 Mn Hình 5.9: Các quy trình xử lý Hình 5.10: Tổ chức tế vi của mẫu sau khi xử lý nhiệt theo quy trình 1 Hình 5.11: Quy trình xử lý nhiệt số 2 Hình 5.12 : Tổ chức tế vi thép sau nhiệt luyện theo quy trình 2 Hình 5.13: Giản đồ nhiễu xạ Xray mẫu M3 Hình 5.14: Kết quả ảnh SEM và BSED Hình 5.15: Phân tích EDS Hình 5.16: Tổ chức tế vi của thép khi xử lý ở các nhiệt độ trung gian khác nhau Hình 5.17 : Tổ chức tế vi mẫu 5 sau nhiệt luyện theo quy trình 3a Hình 5.18: Phân tích cacbit sau nhiệt luyện theo quy trình 3a Hình 5.19: Ảnh SEM và phân tích EDS (hình 4.16) mẫu sau nhiệt luyện theo quy 67 68 69 71 71 72 73 74 75 75 76 76 77 77 78 80 81 81 82 85 86 86 88 88 89 90 91 92 92 93 93 94 94 95 96 98 98 99 xi trình 3a Hình 5.20: Ảnh mapping phân bố các nguyên tố Cr, Fe, Mn và V trong mẫu Hình 5.21: Tổ chức tế vi mẫu 1%V khi thay đổi thời gian giữ nhiệt tại 6500C Hình 5.22: EDS mẫu 1%V theo quy trình 6500C (1h) – 11000C (2h) Hình 5.23: EDS mẫu 1%V theo quy trình 6500C (3h) – 11000C (2h) Hình 5.24: Tẩm thực cacbit với mẫu sau nhiệt luyện quy trình 3b Hình 5.25: Phần trăm cacbit sau quy trình xử lý 3b Hình 5.26: Giản đồ nhiễu xạ Xray mẫu 5 sau khi xử lý theo quy trình 3b Hình 5.27 : Ảnh SEM, BSED và phân tích EDS mẫu sau nhiệt luyện theo quy trình 3b Hình 5.28: Phân tích EDS lines mẫu sau nhiệt luyện theo quy trình 3b Hình 5.29: Phân bố tổng thể các nguyên tố Cr, Fe, Mn và V Hình 5.30: Phân tích EDS điểm mẫu sau nhiệt luyện theo quy trình 3b Hình 5.31: Ảnh TEM mẫu sau nhiệt luyện theo quy trình 3b Hình 5.32: Biểu đồ giá trị độ cứng của mẫu tại các quy trình xử lý khác nhau Hình 6.1: Đồ thị giá trị độ cứng của mẫu sau nhiệt luyện và va đập Hình 6.2: Tổ chức tế vi của mẫu sau va đập 1000 lần tải trọng 100N/cm2 Hình 6.3: Ảnh SEM mẫu 1 và 2 sau nhiệt luyện (a, b) và sau mài mòn (c, d) Hình 6.4: Phân tích EDS mẫu 2 sau khi nhiệt luyện Hình 6.5: Ảnh TEM mẫu 2 sau va đập Hình 6.6: Giá trị độ cứng tế vi của mẫu sau va đập và xử lý ở các nhiệt độ âm Hình 6.7: Tổ chức tế vi của các mẫu không có vanadi (mẫu 4a, 4c) và có vanadi (mẫu 5b, 5d) các mẫu sau khi xử lý nhiệt, va đập và xử lý ở nhiệt độ âm Hình 6.8: Ảnh TEM của các mẫu sau khi xử lý nhiệt, va đập Hình 6.9: Ảnh TEM và vi nhiễu xạ của các mẫu sau khi xử lý nhiệt, va đập và xử lý ở nhiệt độ -800C Hình 6.10: Giá trị độ cứng tế vi của mẫu sau va đập và xử lý ở các nhiệt độ âm khác nhau Hình 6.11: Tổ chức tế vi của mẫu được biến tính (M7) và không biến tính (M5) Hình 6.12:Tổ chức tế vi của mẫu được biến tính (M7) và không biến tính (M5) ở 800 Hình 6.13: Ảnh TEM của mẫu được biến tính (M7) và không biến tính (M5) sau va đập Hình 6.14: Sơ đồ sự tương tác giữa lệch và song tinh, đường trượt. Hình 6.15: Tương tác giữa lệch và tường lệch khi biến dạng Hình 6.16: Vùng tập trung lệch tại các giải trượt Hình 6.17: Ảnh TEM của mẫu không biến tính (M5)và được biến tính (M7) ở -800C 99 100 101 101 102 102 103 104 104 105 105 106 107 110 111 112 113 113 115 116 117 118 119 120 121 121 122 122 123 124 1 MỞ ĐẦU Thép austenite magan cao là thép hợp kim với hàm lượng Mn cao (trên 10%). Sau khi xử lý nhiệt, trước khi chịu tải, thép có tổ chức austenite với độ dai cao và độ cứng thấp. Trong quá trình làm việc, dưới tải trọng va đập, lớp bề mặt của thép bị biến cứng làm tăng khả năng chịu mài mòn cho chi tiết. Đây là đặc điểm rất đặc trưng, riêng biệt của loại thép này. Trong quá trình làm việc, những chi tiết chế tạo từ thép ausenite mangan cao sẽ bị chịu đồng thời hai tác động lớn là va đập theo ứng suất pháp và chà xát theo ứng suất tiếp. Quá trình làm việc ban đầu chi tiết chịu tác động chủ yếu của va đập sau đó sẽ bị chà xát và dẫn đến chi tiết mòn dần. Họ thép austenite mangan cao đã và đang đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp. Nhiều ngành công nghiệp ứng dụng lượng thép austenite mangan rất lớn như ngành sản xuất xi măng, vật liệu xây dựng, ngành khai khoáng, khai thác đất đá, máy xúc và các thiết bị đập nghiền khoáng vật và rất nhiều ngành khác nữa. Tuy nhiên, hiện nay các nhà sản xuất trong nước đang còn nhiều vấn đề vướng mắc là chất lượng sản phẩm còn thấp, mài mòn nhanh, tuổi thọ làm việc thấp. Vì vậy đã có nhiều công trình nghiên cứu và cho đến nay nhiều tác giả vẫn không ngừng nghiên cứu để tìm hiểu bản chất thực sự của quá trình hóa bền nhằm nâng cao chất lượng và mở rộng phạm vi ứng dụng của chúng. Trải qua nhiều năm sử dụng, nhiều quan điểm về cơ chế hóa bền đã được đề cập, từ đó dẫn đến hiện nay trên thế giới đã có nhiều thay đổi trong phương pháp tăng bền cho thép Mn cao như: hợp kim hóa kết hợp với xử lý nhiệt, phương pháp đúc hai lớp, phương pháp cấy thanh cacbit tăng khả năng chống mài mòn. Trong luận án này tác giả nghiên cứu phương pháp tăng bền bằng cách hợp kim hóa kết hợp với quy trình xử lý nhiệt hợp lý. Một quy trình xử lý nhiệt hợp lý cho thép Mn cao đã được hợp kim hóa sẽ góp phần tạo được các cacbit nhỏ mịn phân tán vừa tăng độ dai va đập vừa tăng khả năng chống mài mòn cho thép. Với mong muốn nâng cao chất lượng, tuổi thọ làm việc của thép austenite mangan cao đề tài của luận án được lựa chọn là:“Nghiên cứu ảnh hưởng của hợp kim hóa Cr, V và quá trình xử lý nhiệt tới tổ chức và tính chất của thép 15%Mn”. Mục đích của đề tài luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của Crom, Vanadi và quá trình xử lý nhiệt đến hình thái tổ chức và khả năng hóa bền của thép austenite mangan cao nhằm thay đổi tổ chức, sự phân bố và giảm kích thước hạt pha nền nhằm mục đích thay đổi cơ tính, tăng tuổi thọ làm việc cho hệ thép austenite mangan cao với hàm lượng Mn là 15%. Thăm dò nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến tổ chức và cơ tính của thép austenite mangan cao. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng: Thép austenite mangan cao với thành phần Mn: 15%; thay đổi hàm lượng Cr với sự thay đổi là: 0; 2; 2.5% và thay đổi hàm lượng V với sự thay đổi là 0; 1; 2% sử dụng làm búa đập quặng có độ bền từ kém bền đến bền còn những loại có độ bền rất cao như Corandong hay topa thì không thể sử dụng loại thép này được; và chỉ sử dụng để đập thô đến đập mịn. Luận án tập trung nghiên cứu đối với các mẫu từ sau khi đúc. Đề tài luận án tập trung nghiên cứu làm rõ các vấn đề sau về thép austenite mangan cao: 2 - Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng các nguyên tố Crom và Vanadi đến tổ chức và cơ tính của thép austenite mangan cao sau khi đúc và xử lý nhiệt. Thăm dò nghiên cứu ảnh hưởng của đất hiếm đến thép austenite mangan cao. - Nghiên cứu ảnh hưởng quy trình xử lý nhiệt đến tổ chức và cơ tính của thép austenite mangan cao. - Nghiên cứu ảnh hưởng của va đập đến tổ chức và cơ tính của thép austenite mangan cao. - Phân tích các quan điểm về cơ chế tăng bền đối với thép austenite mangan cao. Về quy trình xử lý nhiệt: khi thay đổi hàm lượng V các mẫu được xử lý theo ba quy trình khác nhau. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án: Ý nghĩa khoa học * Đã phân tích ảnh hưởng các nguyên tố tạo cacbit Cr, V đối với tăng cơ tính cho thép austenite mangan cao. * Trên cơ sở phân tích quá trình trình tiết và hòa tan cacbit, quá trình làm nhỏ hạt austenite, xác định được quy trình nhiệt luyện hợp lý, tăng khả năng chống mài mòn và tăng độ dai va đập cho thép. * Đã nghiên cứu cơ chế biến cứng cơ học của thép austenite mangan cao dưới tác dụng của lực va đập để từ đó tìm ra phương pháp tăng khả năng biến cứng cho thép. Việc làm nhỏ hạt austenite sẽ có tác dụng tạo nhiều định hướng song tinh dưới tác dụng của tải trọng dẫn đến tăng khả năng hóa bền của thép. Cacbit nhỏ mịn hòa tan phân bố trong nền góp phần tăng tính chống mài mòn cho thép; ngăn cản quá trình chuyển động của lệch. * Đã xác định được các phần tử cacbit, austenite trong thép ở kích thước nano và phân tích ảnh hưởng của lớp nano bề mặt trong việc tăng cứng cho thép austenite mangan cao. Ý nghĩa thực tiễn - Đã khẳng định được cơ chế hóa bền thép Mn15Cr2V, đưa ra phương pháp tăng bền cho thép. - Đã xây dựng được quy trình nhiệt luyện tăng bền cho thép Mn15Cr2V và đã được áp dụng có hiệu quả để sản xuất búa đập đá. Phương pháp nghiên cứu: - Tập hợp tài liệu về thép mangan cao trong và ngoài nước. - Sử dụng các phương pháp nghiên cứu như phương pháp tổng hợp, đánh giá phân tích, phương pháp chế tạo mẫu đúc, các phương pháp xử lý kết quả thực nghiệm. Nội dung và bố cục của luận án Luận án được chia làm 04 phần chính và mở đầu: Mở đầu Phần 1: Cơ sở lý thuyết. Phần 2: Thực nghiệm. Phần 3: Kết quả và bàn luận. Phần 4: Kết luận chung 3 PHẦN 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. Đặc điểm của thép austenite mangan cao Từ năm 1878, nhà luyện kim người Anh tên là Robert Hadfield đã bắt tay vào nghiên cứu các hợp kim của sắt với các nguyên tố khác, đặc biệt là với mangan. Năm 1882 Hadfield đã nấu luyện thép với hàm lượng magan cao (gần 13%). Sau đó bốn năm, nhà luyện kim trẻ tuổi của xứ Sepfin này đã ghi trong nhật ký của mình như sau: “Tôi đã bắt đầu những thí nghiệm này vì quan tâm đến việc sản xuất một loại thép vừa cứng, đồng thời lại vừa dai. Các thí nghiệm đã dẫn đến một kết quả đáng chú ý, rất quan trọng và đủ sức làm thay đổi các quan điểm hiện hành của các nhà luyện kim đối với các hợp kim của sắt”. Năm 1883, ông được cấp bằng phát minh đầu tiên của nước Anh về thép mangan sản xuất bằng cách pha feromangan giàu mangan vào sắt. Trong những năm tiếp theo, ông tiếp tục nghiên cứu những vấn đề liên quan với thép mangan. Năm 1883, các công trình của ông “Nghiên cứu về mangan và việc sử dụng nó trong ngành luyện kim”, “Nghiên cứu về một số tính chất mới phát hiện được của sắt và mangan” và “Nghiên cứu về thép mangan” đã ra đời. Các công trình nghiên cứu này đã chỉ ra rằng, nếu được tôi trong nước thì loại thép mangan này có thêm những tính chất mới, rất ưu việt. Sau đó, Hadfield còn nhận được hàng loạt bằng phát minh nữa liên quan với việc nhiệt luyện thép mangan, và đến năm 1901 thì ông được trao bằng phát minh về kết cấu của lò dùng để nung thép mangan trước khi tôi. Thép austenite mangan cao là loại thép có tính chống mài mòn đặc biệt cao khi làm việc trong điều kiện va đập, dưới tác dụng của ứng suất pháp. Dưới tác dụng của ứng suất tiếp (như phun cát) thép này lại bị mài mòn khá nhanh, như các loại thép khác. Sau khi đúc và nhiệt luyện, thép austenite mangan cao có tổ chức austenite, chứa cacbon và mangan cao. Dưới tải trọng va đập, austenite ở bề mặt nơi chịu va đập sẽ bị biến cứng, có độ cứng cao, trong khi đó lõi vẫn giữ nguyên tổ chức austenite dẻo dai. Do cơ chế tự biến cứng khi chịu va đập nên lớp bề mặt cứng luôn tồn tại cho đến khi bị mài mòn hết. Hình 1.1: Mặt cắt giản đồ pha Fe-13Mn-C [28] 4 Thành phần hóa học của thép austenite mangan cao thông thường như sau: Mn = 10 – 14%; C = 1,0 – 1,4%; tỷ lệ Mn : C = 10: 1 Giản đồ hình 1.1 cho thấy rằng với thành phần nguyên tố như thường sử dụng, sau khi nung nóng đồng đều hóa thành phần trên 10000C, các nguyên tố hợp kim hòa tan hoàn toàn vào austenite, khi làm nguội nhanh trong nước, thép có thành phần đồng nhất là γ (austenite). Thép có thành phần khác nhau austenite sẽ chuyển thành mactenxit ở các nhiệt độ khác nhau nhưng nói chung nhiệt độ bắt đầu chuyển biến (Ms) ở nhiệt độ âm. Với thép chứa 13%Mn, 1,2%C nhiệt độ chuyển biến là -1960C [28], vì vậy sau khi đúc nung tôi trên 10000C và làm nguội trong nước thép có tổ chức hoàn toàn austenite. Ở trạng thái đúc khi làm nguội chậm (ví dụ nhiệt độ dỡ khuôn thấp) và khi hóa già thép có tổ chức austenite và cacbit. Về tính chất thép austenite mangan cao có một số tính chất sau: Có độ cứng, dẻo dai đặc biệt khi chịu tải trọng lớn tính chất này càng cao khi tải trọng càng lớn. Tính cơ học: độ bền σb = 800 – 1000Mpa, độ dãn dài σs = 40 – 50%. Có tính đúc rất tốt nhưng tính gia công cơ khí kém. Bảng 1.1: Tính đúc của thép austenite mangan cao [6] Độ ngót khi đông đặc Độ co tuyến tính tự do Nhiệt độ đường lỏng 6,0% 2,4 - 3,0% Khoảng 14000C Thép này có tổ chức hoàn toàn austenite, dễ tiết ra cacbit loại (Fe,Mn)3C. Do đó cần phải có một chế độ nhiệt luyện khắt khe để đảm bảo luôn luôn được tổ chức austenite hoàn toàn không có cacbit tiết ra. 1.2. Phân tích điều kiện làm việc và phá hủy của chi tiết chế tạo từ thép austenite mangan cao 1.2.1. Phân tích điều kiện làm việc của chi tiết chế tạo từ thép austenite mangan cao làm việc trong điều kiện cần độ dai va đập và chống mài mòn cao Thép austenite mangan cao được ứng dụng chính trong chế tạo các chi tiết như búa đập, tấm lót, răng gầu xúc… Các chi tiết này đều làm việc trong điều kiện va đập, chịu mài mòn và bị chà xát. Trong nội dung của luận án, một số vấn đề về điều kiện làm việc có liên quan đến vật liệu đã được đề cập. Để có thể giới thiệu về điều kiện làm việc của các chi tiết được chế tạo từ thép mangan cao, xin viện dẫn búa đập quặng như một ví dụ. Búa đập được lắp trong máy nghiền búa. Các chi tiết trong máy nghiền bao gồm khối quay trục chính, đĩa, trục ống và búa. Phần chính làm việc của máy nghiền búa là roto và búa. Các ổ đĩa của động cơ roto xoay nhanh trong khoang nghiền. Khi nạp nguyên liệu thô vào máy qua cửa cấp liệu do tác động của búa tốc độ cao, kích thước nguyên liệu được nghiền nhỏ. Dưới roto có đĩa sàng để sàng các vật liệu với kích thước nhỏ hơn so với lưới sàng sẽ được ra và giữ lại phần bột chưa đạt tiêu chuẩn cho việc nghiền tiếp cho đến khi đạt đến kích thước chuẩn. Vật liệu được nạp vào máy nghiền từ phía trên của máy, nhờ trọng lượng bản thân rơi hoặc trượt theo máng và vùng ra đập của búa đang quay với tốc độ cao. Sau va đập, vật liệu bị vỡ thành nhiều mảnh và bay với góc phản chiếu khoảng 900, tạo thành một vùng đập nghiền. Khi bay, các mảnh vỡ đập vào các tấm lót (được gắn vào 5 các tấm phản hồi) trên thành vỏ máy, bật ngược trở lại đầu búa để nghiền tiếp, cứ như vậy cho đến khi đủ nhỏ lọt qua mẳt sang ra ngoài. Kích thước của sản phẩm cuối cùng có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi các đĩa sàng. Khoảng cách giữa các roto và các đĩa sàng cũng có thể được điều chỉnh theo yêu cầu khác nhau. Hình 1.2: Mô phỏng quá trình làm việc của chi tiết búa đập làm từ thép austenite mangan cao [9] Phần làm việc chịu mài mòn chính của búa đập là đầu búa. Chiều dài đầu búa được lựa chọn theo kích thước của viên đá nạp lớn nhất. Nếu Dmax ≤ 10 mm thì l = (1,4 -1,8) Dmax Dmax = (100 -400) mm thì l = 0,6 Dmax Trong đó: Dmax: kích thước đá nạp lớn nhất. l: chiều dài đầu búa (thông thường chiều dài đầu búa được chọn bằng 0.5 chiều dài cả búa). Động năng của búa: E = MoV2/2 Trong đó: Mo: là khối lượng búa (kg). V: Tốc độ dài của búa (m/s). Như vậy có thể thấy trong điều kiện làm việc, tốc độ quay của búa rất cao (100m/s), khi nghiền quặng, búa sẽ bị đồng thời hai tác động lớn là va đập theo ứng suất pháp và chà xát theo ứng suất tiếp. Tính toán lực đập lên búa đập quặng ước tính khoảng 78N/cm2. Tải trọng va đập trong quá trình làm thí nghiệm được tính toán lớn hơn rất nhiều so với tải trọng mà viên quặng tác dụng lên đầu búa [23]. Ban đầu, khi quặng thô to, búa chủ yếu bị va đập mạnh. Hạt quặng càng nhỏ, búa sẽ càng bị chà xát nhiều dẫn đến búa sẽ bị mòn dần. Cho đến khi búa mòn nhiều quá thì sẽ phải dừng thiết bị để thay. Từ các phân tích trên có thể thấy, vật liệu làm búa đập phải có thể chịu được tải trọng lớn khi va đập mạnh và có thể chịu được mài mòn trong quá trình bị chà xát. Có nghĩa là vật liệu làm búa đập phải vừa mềm dẻo ở bên trong (để không bị vỡ khi va đập mạnh) lại vừa cứng vững bên ngoài (để ít bị bào mòn bởi hạt quặng). Các vật liệu loại này chỉ có thể có được hóa nhiệt luyện (thấm bề mặt) hoặc sử dụng thép austenite mangan cao [5,6]. Tuy nhiên, việc hóa nhiệt luyện cho chi tiết búa là rất đắt và hiệu quả không cao. Vì vậy, các búa đập quặng thường được chế tạo từ thép austenite mangan cao (thép Hadfield) [6,11]. Trong điều kiện làm việc của búa, thép austenite mangan cao do có mangan cao có tổ chức thuần austenite nên rất dẻo và có thể chịu được va đập với các loại quặng cứng. Khi va đập với lực tác động mạnh, bề mặt thép bị biến cứng do có austenite chuyển biến thành mactenxit hoặc tạo ra các song tinh cùng các xô lệch mạng. Càng va đập nhiều, lớp biến
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan