Tài liệu Nghiên cứu chế tạo gang hợp kim độ bền cao mác gx330nicr42 làm đĩa nghiền phục vụ công nghiệp sản xuất giấy

Bé c«ng TH¦¥NG TæNG C¤NG TY THÐP VIÖT NAM ViÖn LuyÖn kim §en -------------------- B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc vµ ph¸t triÓn C¤NG NGHÖ cÊp bé Tªn ®Ò tµi: “NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO GANG HỢP KIM ĐỘ BỀN CAO MÁC GX330NiCr42 LÀM ĐĨA NGHIỀN PHỤC VỤ CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT GIẤY” DFGEDFGEDFGE C¬ quan chñ qu¶n: C¬ quan chñ tr×: Chñ nhiÖm ®Ò tµi: tæng c«ng ty thÐp vN ViÖn LuyÖn kim §en NGUYỄN V¡N SƯA 6829 27/4/2008 Th¸ng 12/2007 nh÷ng ng−êi thùc hiÖn chÝnh TT Hä vµ tªn Häc vÞ §¬n vÞ c«ng t¸c 1 NguyÔn v¨n S−a TiÕn sÜ ViÖn LuyÖn kim §en 2 NguyÔn v¨n Ngò KÜ s− ViÖn LuyÖn kim §en 3 NguyÔn hång Phóc KÜ s− ViÖn LuyÖn kim §en 4 Vò Th¸i S¬n KÜ s− Cty CP GiÊy Hoµng V¨n Thô 5 Bïi Quang S¬n KÜ s− Cty CP GiÊy Hoµng V¨n Thô Môc lôc Më ®Çu 3 1. Tæng quan vÒ gang hîp kim chÞu mµi mßn 1.1 Ph©n lo¹i gang hîp kim chÞu mµi mßn 1.2 Gang tr¾ng cr«m –niken (Ni-hard) 1.2.1 TÝnh chÊt vËt lý cña gang Ni-hard 1.2.2 TÝnh chÊt c¬ häc cña gang Ni-hard 1.2.3 §Æc tÝnh ®óc cña gang Ni-hard 1.2.4 TÝnh gia c«ng cña gang Ni-hard 1.2.5 ChÕ ®é nhiÖt luyÖn 1.2.6 Kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn cña gang Ni-hard 1.3 ¶nh h−ëng c¸c nguyªn tè hîp kim ®èi víi gang Ni-hard 1.3.1 ¶nh h−ëng cña niken 1.3.2 ¶nh h−ëng cña silic 1.3.3 ¶nh h−ëng cña cr«m 1.3.4 ¶nh h−ëng cña mangan 1.3.5 ¶nh h−ëng cña ®ång 1.3.6 ¶nh h−ëng cña molip®en 1.4 Lùa chän m¸c gang nghiªn cøu 5 5 7 9 9 10 10 10 11 13 13 14 14 14 14 15 15 2. Néi dông nghiªn cøu vµ phu¬ng ph¸p thùc nghiÖm 2.1. Néi dung nghiªn cøu 2.2. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu 17 17 17 3. KÕt qu¶ thùc nghiÖm 3.1 C«ng nghÖ nÊu luyÖn gang GX330NiCr42 3.2 C«ng nghÖ ®óc gang GX330NiCr42 3.2.1 Mét sè ®Æc ®iÓm vÒ c«ng nghÖ ®óc 3.2.2 Lùa chän c«ng nghÖ vµ thiÕt bÞ ®óc 3.3. C«ng nghÖ nhiÖt luyÖn gang GX330NiCr42 3.3.1 ñ mÒm gang GX330NiCr42 3.3.2 T«i vµ ram gang GX330NiCr42 3.4 C¸c tÝnh chÊt cña gang GX330NiCr42 3.4.1 Thµnh phÇn ho¸ häc 3.4.2 TÝnh chÊt c¬ lý 3.4.3 CÊu tróc pha 3.4.4 Kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn abrasive 3.5 ChÕ t¹o s¶n phÈm vµ kÕt qu¶ dïng thö 3.5.1 ChÕ t¹o dao nghiÒn ®Üa 3.5.2 Dïng thö vµ ®¸nh gi¸ chÊt l−îng s¶n phÈm 4. KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 5.Tµi liÖu tham kh¶o 6. Phô lôc 19 19 21 21 22 23 23 23 26 26 26 26 28 29 39 39 33 34 35 2 Më ®Çu Trong c«ng nghiÖp s¶n xuÊt giÊy, cã nhiÒu chi tiÕt trong thiÕt bÞ dïng s¬ chÕ nguyªn liÖu th−êng xuyªn ph¶i thay thÕ v× ph¶i lµm viÖc liªn tôc trong ®iÒu kiÖn va ®Ëp, chÞu mµi mßn nh− dao nghiÒn ®Üa, qu¶ l« khuÊy trén... ë n−íc ta, phÇn lín c¸c c¬ së s¶n xuÊt giÊy ®−îc l¾p ®Æt thiÕt bÞ n−íc ngoµi, ho¹t ®éng ®· nhiÒu n¨m, thiÕt bÞ dù phßng kh«ng cßn, do ®ã viÖc thay thÕ gÆp nhiÒu khã kh¨n... Sau khi t×m hiÓu t×nh h×nh ë mét sè c¬ së s¶n xuÊt lín nh− C«ng ty GiÊy B·i B»ng, C«ng ty GiÊy Hoµng V¨n Thô … Chóng t«i nhËn thÊy dao nghiÒn ®Üa lµ mét trong nh÷ng chi tiÕt ph¶i lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn chÞu va ®Ëp vµ mµi mßn, nªn cÇn thay thÕ liªn tôc. HiÖn nay, dao nghiÒn ®Üa ®−îc cung cÊp tõ nhiÒu nguån: nhËp tõ Trung Quèc, s¶n xuÊt trong n−íc... Tuy nhiªn, vËt liÖu chÕ t¹o ®Òu lµ gang x¸m kh«ng hîp kim, ®é bÒn thÊp, kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn kÐm. Tõ thùc tÕ trªn, chóng t«i cho r»ng nªn chÕ t¹o dao nghiÒn ®Üa b»ng gang hîp kim chÞu mµi mßn. Trong nhãm gang hîp kim nµy, m¸c GX330NiCr42 theo tiªu chuÈn DIN 1695-81 cña §øc cã nhiÒu ®Æc tÝnh tèt, phï hîp cho viÖc chÕ t¹o c¸c chi tiÕt chÞu va ®Ëp vµ mµi mßn nªu trªn. ViÖn LuyÖn kim §en ®· ®Ò xuÊt vµ ®−îc Bé C«ng nghiÖp (nay lµ Bé C«ng Th−¬ng) giao cho thùc hiÖn ®Ò tµi “ Nghiªn cøu chÕ t¹o gang hîp kim ®é bÒn cao m¸c GX330NiCr42 lµm ®Üa nghiÒn phôc vô c«ng nghiÖp s¶n xuÊt giÊy”. Qua mét thêi gian triÓn khai, ®Ò tµi ®· hoµn thµnh c¸c néi dung nghiªn cøu. Trong b¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi chóng t«i xin tr×nh bµy c¸c phÇn sau: - Më ®Çu - Tæng quan vÒ gang hîp kim chÞu mµi mßn abrasive. - Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu - KÕt qu¶ ®¹t ®−îc - KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ - Tµi liÖu tham kh¶o - Phô lôc 3 Nh©n dÞp nµy, Ban chñ nhiÖm ®Ò tµi xin ch©n thµnh c¶m ¬n sù quan t©m vµ chØ ®¹o s¸t sao cña Vô Khoa häc & C«ng nghÖ- Bé C«ng Th−¬ng, sù hîp t¸c gióp ®ì tËn t×nh cña C«ng ty GiÊy Hoµng V¨n Thô Th¸i Nguyªn, c¸c c¬ së nghiªn cøu nh− Tr−êng §HBK Hµ Néi, Trung t©m §o l−êng ViÖt nam vµ mét c¬ së nghiªn cøu kh¸c ®· gióp chóng t«i thùc hiÖn thµnh c«ng ®Ò tµi. 4 1.Tæng quan vÒ Gang chÞu mµi mßn 1.1 Ph©n lo¹i gang chÞu mµi mßn Kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn cña gang khi chÞu t¸c ®éng mµi abrasive tuú thuéc vµo tæ chøc tÕ vi (vi ®é cøng, h×nh d¹ng, sù t¸c dông t−¬ng hç còng nh− sè l−îng cÊu tróc hîp thµnh). Thµnh phÇn tæ chøc c¬ b¶n cña gang ®−îc s¾p xÕp theo chiÒu t¨ng cña vi ®é cøng víi trËt tù sau: graphit, ferit, peclit, austenit, mactensit, xementit, xementit hîp kim, c¸c cacbid cña cr«m, wolfram, vana®i vµ cña c¸c nguyªn tè kh¸c, c¸c borid. Kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn phô thuéc rÊt phøc t¹p vµo sè l−îng còng nh− sù ph©n bè cña c¸c pha r¾n, gißn so víi kim lo¹i nÒn cã tÝnh mÒm vµ dÎo. Kim lo¹i nÒn ph¶i lµ gi¸ ®ì v÷ng ch¾c cho c¸c ®é cøng thµnh phÇn nh»m ng¨n ngõa sù ph¸ huû gißn. Cã nhiÒu lo¹i gang chÞu mµi mßn kh¸c nhau ®−îc ®em vµo sö dông trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc cã t¸c ®éng mµi mßn. Theo cÊu tróc vµ thµnh phÇn ho¸ häc cã thÓ ph©n chia gang chÞu mµi mßn thµnh c¸c nhãm sau: - Gang x¸m hîp kim - Gang biÕn tr¾ng hîp kim Gang tr¾ng hîp kim bao gåm: + Gang tr¾ng hîp kim thÊp, + Gang niken - cr«m (Ni-hard), + Gang hîp kim cao cr«m. Gang hîp kim cao lµ nhãm vËt liÖu quan träng cña mµ s¶n phÈm cña chóng cÇn ®−îc quan t©m ®Æc biÖt so víi lo¹i gang th«ng th−êng. Trong gang hîp kim cao, hµm l−îng c¸c nguyªn tè hîp kim ho¸ trªn 4%, do vËy kh«ng thÓ nÊu luyÖn chóng ®¹t thµnh phÇn tiªu chuÈn chØ b»ng c¸ch hîp kim ho¸ ngay t¹i gÇu rãt. Chóng th−êng ®−îc s¶n xuÊt ë c¸c c¬ së cã trang bÞ m¸y mãc ®Æc biÖt chØ dïng riªng ®Ó nÊu luyÖn lo¹i gang nµy. 5 Gang hîp kim lµ lo¹i gang chñ yÕu dïng lµm vËt liÖu chÞu mµi mßn vµ ®óc thµnh nh÷ng chi tiÕt cÇn thiÕt trong viÖc chÕ t¹o m¸y ®Ëp, nghiÒn vµ nhiÒu lo¹i dông cô chÞu mµi mßn kh¸c. Trong gang tr¾ng hîp kim cao, l−îng Cr cao lµm t¨ng kh¶ n¨ng chÞu ¨n mßn cña gang. PhÇn thÓ tÝch lín cña kim lo¹i nÒn vµ c¸cbid cïng tinh trong tæ chøc tÕ vi sÏ t¹o nªn ®é cøng lín cÇn thiÕt cho t¸c ®éng va ®Ëp, nghiÒn nhá c¸c vËt liÖu kh¸c. Trong gang nµy, pha c¸cbid g¾n ch¾c trªn nÒn kim lo¹i vµ biÕn ®æi tuú thuéc vµo hµm l−îng hîp kim ®−a vµo. Qu¸ tr×nh nhiÖt luyÖn sÏ t¹o ra sù c©n b»ng ®Æc biÖt gi÷a kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn vµ tÝnh dÎo cÇn thiÕt cho kh¶ n¨ng liªn tôc chÞu va ®Ëp . Trong khi vËt ®óc tõ gang tr¾ng hîp kim thÊp cã hµm l−îng hîp kim d−íi 4%, ®é cøng chØ trong kho¶ng 350 – 550 HB trong khi gang hîp kim cao cã d¶i ®é cøng tõ 450 – 800 HB. Tiªu chuÈn ASTM A552 ®−a ra thµnh phÇn vµ ®é cøng cña nhiÒu m¸c gang tr¾ng chÞu mµi mßn. RÊt nhiÒu vËt ®óc ®−îc chÕ t¹o theo m¸c gang cña tiªu chuÈn nµy. Tuy nhiªn mét sè l−îng lín vËt ®óc ®−îc s¶n xuÊt cã sù thay ®æi vÒ thµnh phÇn ho¸ häc tuú theo tõng øng dông riªng. §iÒu cÇn nãi lµ c¸c chuyªn gia thiÕt kÕ, kü s− luyÖn kim vµ thî ®óc cÇn hîp t¸c víi nhau ®Ó ®−a ra ®−îc c¸c m¸c gang cã thµnh phÇn, ph−¬ng ph¸p nhiÖt luyÖn vµ quy tr×nh ®óc hîp lý cho tõng øng dông ®Æc biÖt. Gang tr¾ng hîp kim cao ®−îc ph©n ra c¸c nhãm chÝnh nh− sau: - Gang niken-cr«m (Ni-hard) : Chøa 3-5 % Ni vµ 1-4 % Cr , Ngoµi ra cã mét lo¹i hîp kim víi thµnh phÇn biÕn ®æi, chøa 7-11 % Cr. - Gang cr«m – molip®en: Chøa 11-23 % Cr vµ ®Õn 3 % Mo, th«ng th−êng nã ®−îc hîp kim ho¸ víi niken vµ ®ång. - Gang cao cr«m: hµm l−îng Cr tõ 25-28 % vµ chøa c¸c nguyªn tè hîp kim ho¸ kh¸c nh− Mo hoÆc Ni tíi 1,5 %. 6 B¶ng 1. Thµnh phÇn ho¸ häc cña gang Ni-hard lo¹i IA (C cao, chÞu mµi mßn lín) ChiÒu dµy vËt ®óc (mm) Khu«n c¸t Nguyªn tè 12 25 50 Khu«n kim loại 75 100 12 25 50 75 100 0,5 0,4 Thµnh phÇn ho¸ häc (%) 3,2 - 3,6 C Si 0,7 0,6 0,5 3,2 – 3,6 0,4 0,4 0,8 0,7 0,3 – 0,5 Mn 0,6 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 ®iÒu kiÖn va ®Ëp liªn tôc, hîp kim lo¹i IB (Ni-Hard 2) lµ thÝch hîp v× chóng cã Ýt cacbon h¬n vµ ®é dÎo cao h¬n. Mét m¸c ®Æc biÖt kh¸c, lo¹i I C ®· ®−îc t¹o ra ®Ó s¶n xuÊt bi, ®¹n nghiÒn. ë ®©y thµnh phÇn hîp kim cr«m – niken ®−îc ®iÒu chØnh thÝch hîp cho ph−¬ng ph¸p ®óc – nhiÖt luyÖn còng nh− c«ng nghÖ ®óc ®Æc biÖt b»ng c¸t (xem b¶ng 2). B¶ng 2. Thµnh phÇn ho¸ häc cña gang Nihard lo¹i II (C thÊp, ®é bÒn cao). ChiÒu dµy vËt ®óc (mm) Khu«n c¸t Nguyªn tè 12 25 50 Khu«n kim loại 75 100 12 25 50 75 100 0,6 0,5 Thµnh phÇn ho¸ häc (%) 2,7 - 3,2 C Si 0,9 0,7 0,6 2,7 -3,2 0,5 0,4 1,0 0,8 0,3 – 0,5 Mn 0,7 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 - Hîp kim lo¹i ID (Ni-hard 4) lµ lo¹i gang niken - cr«m biÕn ®æi, nã chøa hµm l−îng cr«m cao h¬n, trong kho¶ng tõ 7 – 11% vµ hµm l−îng niken t¨ng dÇn theo trong kho¶ng 5 – 7%. Cacbon thay ®æi tuú theo tÝnh chÊt yªu cÇu cho ®iÒu kiÖn lµm viÖc. Hµm l−îng cacbon trong kho¶ng 3,2 – 3,6 % ®−îc quy ®Þnh khi 8 ®é bÒn chÞu mµi mßn ®−îc yªu cÇu lín nhÊt. Cßn khi kh¶ n¨ng chÞu va ®Ëp ®−îc −u tiªn th× hµm l−îng cacbon ph¶i ®−îc khèng chÕ trong kho¶ng 2,7 – 3,2 % (B¶ng 3) B¶ng 3. Thµnh phÇn ho¸ häc cña gang Ni-Hard cã øng dông ®Æc biÖt Thµnh phÇn ho¸ häc (%) M¸c gang C Si Mn Cr Ni Mo S P Tip III 1,0-1,6 0,4 - 0,7 0,4 – 0,7 1,4 - 1,6 4,0 -4,75 - ≤0,05 ≤0,05 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 ≤0,15 ≤0,40 5,5 -6,5 - 1.2.1 TÝnh chÊt vËt lý cña gang Ni-hard - Tû träng : 7,6 ÷ 7,8 g/cm3 - HÖ sè d·n në v× nhiÖt • 10 -100 oC : 4,5 ÷ 5,0 .10-6 • 10 -260 oC : 6,3 ÷ 6,6 .10-6 • 10 -430 oC : 6,8 ÷ 7,1 .10-6 - §iÖn trë suÊt ρ ë 25 oC : 80 µΩ.cm. - Modul ®µn håi : (16,8 ÷ 19,6).103 kG/mm2 1.2.2 TÝnh chÊt c¬ häc cña gang Ni-hard Nhê sù hîp kim ho¸ b»ng niken mµ chóng cã c¸c ®Æc tÝnh t−¬ng øng v−ît tréi so víi gang tr¾ng kh«ng hîp kim. §é cøng cao ®i ®«i víi viÖc gi¶m trÞ sè giíi h¹n bÒn khi uèn vµ kÐo. C¸c chi tiÕt chÕ t¹o tõ gang Ni-hard cÇn ®−îc sö dông trong c¸c ®iÒu kiÖn chÞu va ®Ëp vµ cã t¶i träng. B¶ng 4 . TÝnh chÊt c¬ häc cña gang Nihard Lo¹i gang Ph−¬ng ph¸p lµm khu«n σB HB σU §é vâng f khi uèn tÝnh b»ng mm 2,0 – 2,8 kG/mm2 I II III - C¸t 28-35 550-650 48-60 - Kim loại 35-42 600-725 54-82 - C¸t 32-38 525-625 54-66 - Kim loại 42-52 575-675 66-85 - 325-375 - - - - - C¸t - Sau nhiÖt luyÖn HK 3-2-1 2,5 – 3,0 400-600 - C¸t 9 550-650 1.2.3 §Æc tÝnh ®óc cña gang Ni-hard - §é ch¶y lo·ng cña gang Ni-hard thÊp h¬n mét chót so víi gang x¸m. - §é co ngãt: trong kho¶ng 2-2,15 % §Ëu ngãt vµ ®Ëu h¬i cÇn ph¶i dÔ lo¹i bá, viÖc c¾t b»ng hµn h¬i lµ kh«ng nªn v× dÔ t¹o thµnh vÕt nøt. C¸c chi tiÕt tõ gang Ni-hard cã xu thÕ xuÊt hiÖn vÕt nøt khi gÆp nãng l¹nh ®ét ngét, nh¹y c¶m do co ngãt ngoµi vµ d·n në nhiÖt (øng suÊt nhiÖt). Nh÷ng ®Æc ®iÓm nµy cÇn ®−îc c¸c nhµ thiÕt kÕ nghiªn cøu kü cÊu h×nh vËt ®óc, tr−íc hÕt lµ c¸c vËt ®óc tõ gang Ni-had, cÇn l−u ý nhiÒu ®Õn ®Æc tÝnh c«ng nghÖ cña nã. Tèt nhÊt lµ ®óc b»ng khu«n kim lo¹i, nh−ng ®iÒu muèn nhÊn m¹nh lµ cÊu h×nh vËt ®óc cÇn ®−îc thùc hiÖn nghiªm ngÆt vÒ mäi yªu cÇu, ®¶m b¶o viÖc ®«ng cøng cã ®Þnh h−íng. C¸c chi tiÕt lµm tÊm lãt hoÆc trôc c¸n th−êng ®−îc chÕ t¹o hai líp. Líp bÒ mÆt lµm viÖc b»ng gang Ni-hard, mÆt ®Öm d−íi hay lâi trôc b»ng gang x¸m hîp kim hay gang cÇu. 1.2.4 TÝnh gia c«ng cña gang Ni-hard C¸c vËt ®óc tõ gang Ni-hard kh«ng thÓ gia c«ng b»ng dông cô c¾t gät mµ chØ nªn hoµn thiÖn b»ng ph−¬ng ph¸p mµi. NÕu viÖc gia c«ng lµ b¾t buéc, th× ë n¬i cÇn gia c«ng c¬ khÝ cña vËt ®óc, nªn bæ sung b»ng c¸ch ®óc phô thªm gang x¸m hay thÐp cacbon. §iÒu nµy rÊt cã lîi khi thiÕt kÕ c¸c chi tiÕt tõ gang chÞu mµi mßn hîp kim ho¸ cao. 1.2.5 ChÕ ®é nhiÖt luyÖn ChÕ ®é nhiÖt luyÖn vËt ®óc tõ gang Ni-hard cã môc ®Ých lµ lo¹i bá øng suÊt vµ gi¶m nhá l−îng austenit d−. ViÖc ram mactensit vËt ®óc vµ chuyÓn ho¸ austenit d− thµnh bainit hay mactensit khi nhiÖt luyÖn lµ lo¹i trõ nh÷ng thay ®æi m¹nh vÒ thÓ tÝch austenit trong qu¸ tr×nh vËn hµnh vµ c¶i thiÖn c¸c chØ tiªu vÒ ®é mái cña chi tiÕt gang Nihard, ®Æc biÖt lµ lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn va ®Ëp cã t¶i träng vÝ dô nh− cèi nghiÒn bi . Víi môc ®Ých nµy ng−êi ta dïng nhiÖt luyÖn ®¬n gi¶n: ram ë 250-275 oC trong kho¶ng 4-6 giê hay nhiÖt luyÖn kÐp c¸c chi tiÕt chÞu va ®Ëp nÆng : nung tíi 475 oC hay 700-780 oC trong 4 giê lµm nguéi ngoµi kh«ng khÝ vµ ram thÊp ë 275 10 o C trong 4 giê. Gang Ni-hard-4 cã thÓ nhiÖt luyÖn ë 750 oC trong 8 giê vµ lµm nguéi ngoµi kh«ng khÝ. 1.2.6 Kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn cña gang Ni-hard Kh¸i niÖm vÒ kh¶ n¨ng chÞu mµi abrasive - C¬ chÕ mµi abrasive §èi víi phÇn lín c¸c hÖ tribology, nh÷ng c¬ chÕ mµi chÝnh kh«ng tån t¹i riªng lÎ mµ cã thÓ xuÊt hiÖn ®ång thêi . Trong c¸c c¬ chÕ mµi th× qu¸ tr×nh mµi abrasive chiÕm vÞ trÝ quan träng nhÊt. H¬n mét nöa sè l−îng chi tiÕt m¸y vµ phô tïng háng hãc lµ do mµi abrasive g©y ra. Cã 4 c¬ chÕ mµi vi m« dÉn ®Õn sù tæn hao khèi l−îng trong hÖ mµi abrasive lµ: BiÕn d¹ng vi m« bÒ mÆt mµi, gÉy vi m« bÒ mÆt, c¾t vi m« bÒ mÆt, mái vi m« bÒ mÆt. C¸c c¬ chÕ mµi vi m« abrasive ®−îc m« t¶ trong h×nh 2 . Hai c¬ chÕ biÕn d¹ng vi m« vµ c¾t vi m« th−êng ®i ®«i víi nhau vµ ®−îc gäi theo mét kh¸i niÖm kh¸c lµ bµo r·nh vi m«. §èi víi nh÷ng lo¹i vËt liÖu mÒm vµ cã kh¶ n¨ng biÕn d¹ng dÎo lín, qu¸ tr×nh bµo r·nh vi m« sÏ lµm biÕn d¹ng mét phÇn vËt liÖu trong khu vùc r·nh bµo sang hai bªn thµnh r·nh vµ hÊt phÇn vËt liÖu cßn l¹i ra khái bÒ mÆt chi tiÕt bÞ mµi. Tû lÖ gi÷a phÇn vËt liÖu biÕn d¹ng vµ phÇn bÞ bµo ®i phô thuéc vµo kÝch th−íc h¹t mµi vµ b¶n chÊt vËt liÖu bÞ mµi. Nh÷ng lo¹i vËt liÖu gißn, khi mµi sÏ x¶y ra hiÖn t−îng nøt tÕ vi bÒ mÆt, nÕu øng suÊt bÒ mÆt sinh ra do mµi mßn lín h¬n giíi h¹n bÒn cña vËt liÖu th× vÕt nøt sÏ ph¸t triÓn vµ lan truyÒn. Khi c¸c vÕt nøt bÒ mÆt liªn kÕt víi nhau sÏ dÉn ®Õn bong bÒ mÆt vµ lµm gi¶m khèi l−îng chi tiÕt bÞ mµi. Qu¸ tr×nh nµy ®−îc gäi lµ c¬ chÕ gÉy vi m«. KÕt qu¶ nhiÒu ®Ò tµi nghiªn cøu vµ thÝ nghiÖm vÒ mµi abrasive cho thÊy, qu¸ tr×nh biÕn d¹ng dÎo líp vËt liÖu bÒ mÆt vµ gÉy vi m« th−êng x¶y ra ®ång thêi. §èi víi vËt liÖu ®a pha (kh«ng ®ång nhÊt), c¸c c¬ chÕ mµi vi m« tham gia ®ång thêi vµo qu¸ tr×nh mµi. Trong khi nh÷ng phÇn mÒm (vËt liÖu nÒn) cã tæ chøc bÒ mÆt bÞ bµo r·nh vi m« th× ë nh÷ng phÇn cøng (pha gißn) sÏ x¶y ra qu¸ tr×nh gÉy vi m«. Nh÷ng pha cøng cã t¸c dông t¨ng ®é cøng tæng thÓ cña vËt liÖu nh−ng l¹i lµm gi¶m ®é dai. ¶nh h−ëng tæng hîp cña pha cøng ®èi víi kh¶ n¨ng 11 Kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn cao cña gang Ni-hard trong ®iÒu kiÖn cã t¸c ®éng mµi mßn ®−îc lý gi¶i bëi cã mét l−îng lín cr«m hîp kim ho¸ d−íi d¹ng xementit (Fe,Cr)3C cã vi ®é cøng HV 950-1100 kG/mm2 vµ nÒn mactensitaustenit còng kh«ng thua kÐm cacbid vÒ vi ®é cøng (HV 670-840 kG/mm2). trong ®iÒu kiÖn mµi mßn −ít, hÖ sè mµi mßn t−¬ng ®èi cña gang Ni-hard so víi thÐp CT20 lµ 5,0-5,7. ng−êi ta ®· thiÕt lËp ®−îc b¶ng so s¸nh ®é bÒn chÞu mµi mßn cña gang Ni-hard vµ cña gang hîp kim kh¸c (b¶ng 5 ) B¶ng 5 : Tèc ®é mµi mßn cña gang Ni-hard vµ lo¹i gang hîp kim kh¸c §é mµi mßn t−¬ng ®èi Líp trong cïng m¸y nghiÒn bi §Çu m¸y ph©n lo¹i C¸nh qu¹t m¸y tuyÓn næi Mo Líp lãt r·nh th¸o qu¹ng vµ m¸ng Thµnh phÇn ho¸ häc 444 100 100 100 100 0,2 601 - 55 80 - - - 653 70 49 48 27 0,03 0,06 712 51 44 41 - M¸c gang C Si Mn Cr Ni S Peclit 3,3 0,5 0,5 1,0 - Ni-hard 3,2 0,5 0,6 2,0 4,5 - 0,12 Mactensit cao Cr - - - 27 - 0,5 Cr15M3 2,75 0,7 0,7 15,0 - 3,0 P HB ViÖc kiÓm tra vËt ®óc gang Ni-hard cã thÓ dïng m¾t th−êng nh−ng viÖc kiÓm tra tæ chøc tÕ vi còng cÇn thiÕt. Khi ®¹t ®−îc thµnh phÇn yªu cÇu vµ chÕ ®é nhiÖt luyÖn ®¶m b¶o, trong tæ chøc tÕ vi kh«ng cßn graphit, l−îng austenit d− ph¶i ë giíi h¹n thÊp nhÊt vµ ®é cøng sau nhiÖt luyÖn ph¶i ®¹t c¸c gÝa trÞ nh− nªu trong b¶ng 4. 1.3 ¶nh h−ëng cña nguyªn tè hîp kim ®èi víi gang Ni-hard 1.3.1 ¶nh h−ëng cña niken: Hµm l−îng niken t¨ng cïng víi kÝch th−íc mÆt c¾t hoÆc thêi gian lµm nguéi sÏ h¹n chÕ viÖc chuyÓn ®æi peclit. §èi víi vËt ®óc cã chiÒu dµy 38 - 50 mm hµm l−îng niken 3,4 – 4,2 % lµ ®ñ ®Ó c¶n trë viÖc t¹o thµnh peclit khi lµm nguéi khu«n. Nh÷ng tiÕt diÖn lín h¬n cã thÓ cÇn hµm l−îng niken ®Õn 5,5 % ®Ó lo¹i bá viÖc t¹o thµnh peclit. §iÒu quan träng lµ lµm sao cã thÓ giíi h¹n hµm 13 l−îng niken ®Õn kho¶ng cÇn thiÕt ®Ó khèng chÕ peclit. ViÖc d− thõa niken sÏ lµm t¨ng l−îng austenit d− vµ ®é cøng gi¶m thÊp h¬n. 1.3.2 ¶nh h−ëng cña silic Silic rÊt cÇn thiÕt v× hai lý do: Mét l−îng tèi thiÓu silic cÇn thiÕt ®Ó t¨ng c−êng tÝnh ch¶y lo·ng cña mÎ luyÖn vµ t¹o ra xØ láng, nh−ng mét ®iÒu quan träng kh«ng kÐm lµ t¸c dông cña nã tíi ®é cøng cña vËt ®óc. Hµm l−îng cña silic t¨ng lªn kho¶ng tõ 1 – 1,5 % sÏ thÊy ngay sù t¨ng sè l−îng mactensit vµ kÕt qu¶ lµ t¨ng ®é cøng cña hîp kim. ViÖc thªm fer«-silic vµo sau cïng (0,2% khi dïng lo¹i FeSi75) ®· cho thÊy ®é dÎo t¨ng lªn. §iÒu cÇn ghi nhí lµ víi hµm l−îng silic cao h¬n sÏ thóc ®Èy viÖc t¹o thµnh peclit vµ yªu cÇu cÇn ph¶i t¨ng niken. 1.3.3 ¶nh h−ëng cña cr«m Cr«m lµ nguyªn tè ®Çu tiªn ®−îc cho vµo ®Ó bï ®¾p t¸c dông graphit ho¸ cña niken vµ silic trong hîp kim d¹ng A, B vµ C víi hµm l−îng Cr kho¶ng 1,43,5%. Hµm l−îng cr«m cÇn ph¶i t¨ng thªm cïng víi viÖc t¨ng kÝch th−íc mÆt c¾t. ë hîp kim type D, hµm l−îng cr«m trong kho¶ng 7-11 % (®iÓn h×nh 9%) ®Ó t¹o ra cacbid cïng tinh víi d¹ng cacbid cr«m M7C3, lo¹i nµy r¾n h¬n vµ cã ¶nh h−ëng kh«ng lín ®èi víi ®é dai. 1.3.4 ¶nh h−ëng cña mangan Mangan ®−îc gi÷ cùc ®¹i tíi 0,8% ngay c¶ khi cho phÐp 1,3 % nh− trong tiªu chuÈn ASTM A532. Mangan lµm t¨ng ®é cøng, lo¹i trõ sù t¹o thµnh peclit. Nã lµ chÊt æn ®Þnh austenit m¹nh h¬n so víi niken vµ t¨ng c−êng l−îng austenit d− còng nh− lµm ®é cøng vËt ®óc thÊp h¬n. V× lý do trªn hµm l−îng mangan cao h¬n lµ kh«ng mong muèn. Khi tÝnh to¸n hµm l−îng niken cÇn thiÕt ®Ó lo¹i bá pha peclit trong mét s¶n phÈm ®óc ®Þnh s½n, th× hµm l−îng mangan cã mÆt ph¶i lµ mét hÖ sè phô thuéc. 1.3.5 ¶nh h−ëng cña ®ång §ång lµm t¨ng ®é cøng còng nh− duy tr× ®−îc pha austenit, do ®ã ph¶i khèng chÕ nã v× cïng nguyªn nh©n ®ã mµ ph¶i h¹n chÕ mangan. §ång ph¶i 14 ®−îc xem nh− chÊt thay thÕ niken vµ nã ph¶i ®−îc tÝnh vµo l−îng niken cÇn thiªt ®Ó h¹n chÕ peclit, nã lµm gi¶m l−îng niken yªu cÇu ®ã. 1.3.6 ¶nh h−ëng cña molip®en Molip®en lµ mét t¸c nh©n t¨ng ®é cøng trong c¸c lo¹i gang hîp kim nµy vµ nã ®−îc dïng trong vËt ®óc cã tiÕt diÖn lín ®Ó lµm t¨ng thªm ®é cøng vµ h¹n chÕ peclit. 1.4 Lùa chän m¸c gang nghiªn cøu Gang hîp kim chÞu va ®Ëp vµ chÞu mµi mßn nh− gang Ni-hard lµ lo¹i vËt liÖu ®−îc c¸c quèc gia cã nÒn c«ng nghiÖp luyÖn kim tiªn tiÕn nh− Mü, Nga, §øc, NhËt... nghiªn cøu vµ ¸p dông vµo thùc tÕ s¶n xuÊt tõ rÊt sím. Mét trong c¸c m¸c gang phæ biÕn lµ GX330NiCr42 theo tiªu chuÈn DIN1695-81 cña §øc. Thµnh phÇn ho¸ häc cña gang GX330NiCr42 vµ mét sè m¸c kh¸c ®−îc nªu trong b¶ng 6 B¶ng 6 : Thµnh phÇn ho¸ häc cña m¸c gang GX330NiCr42 vµ t−¬ng øng Thµnh phÇn ho¸ häc (%) M¸c gang GX330NiCr42 DIN1695-81 KmTBNi4Cr2-GT GB8491-78 1ANi-Cr-HC A352/A352M-93a FBNi4Cr2HC NF A32-401 14-0513-0 SS14 C Si Mn Cr Ni Mo S P 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 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 2,8 - 3,6 ≤ 0,8 ≤ 2,0 1,4 - 4,0 3,3 – 5,0 ≤ 1,0 ≤0,30 ≤0,15 3,2 - 3,6 0,2 - 0,8 0,3 - 0,7 1,5 - 2,5 3,0 – 5,0 0 - 1,0 - - 3,2 - 3,6 0,3 - 0,6 0,3 - 0,6 1,5 - 2,5 3,0 – 5,5 0 - 1,0 ≤0,30 ≤0,15 M¸c gang GX330NiCr42 t−¬ng ®−¬ng víi m¸c KmTBNi4Cr2-GT theo tiªu chuÈn GB8491-78 cña Trung Quèc, m¸c 1ANi-Cr-HC theo tiªu chuÈn ASTM 15 A352/A352M-93a cña Mü, m¸c FBNi4Cr2HC theo tiªu chuÈn NF A32-401 (1988) cña Ph¸p, m¸c 0513-00 theo tiªu chuÈn SS14 cña Thuþ §iÓn .... TÝnh chÊt c¬ häc cña gang hîp kim m¸c GX330NiCr42 vµ c¸c m¸c gang nªu trªn ®Òu t−¬ng tù nh− nhau vµ cã gi¸ trÞ nh− sau: + §é bÒn kÐo 280 – 350 Mpa, + §é cøng sau t«i, ram ®¹t 520 - 580 HV. Víi ®Æc tÝnh nªu trªn, ®Ò tµi chän m¸c gang hîp kim GX330NiCr42 lµm ®èi t−îng nghiªn cøu v× nã ®¹i diÖn cho nhãm gang chÞu mµi mßn Ni-hard. §Ò tµi sÏ tiÕn hµnh nghiªn cøu x¸c ®Þnh c«ng nghÖ chÕ t¹o vµ dùa trªn trang thiÕt bÞ s½n cã cña ViÖn LuyÖn kim §en còng nh− cña c¸c c¬ së phèi hîp, thùc hiÖn viÖc nÊu luyÖn vµ chÕ t¹o s¶n phÈm. §ång thêi, tiÕn hµnh ph©n tÝch, kiÓm tra vµ ®¸nh gi¸ c¸c ®Æc tÝnh cña vËt liÖu . 16 2. Néi dông nghiªn cøu vµ phu¬ng ph¸p thùc nghiÖm 2.1. Néi dung nghiªn cøu Dùa trªn tiªu chuÈn DIN 1695-81 cña §øc vµ c¸c tiªu chuÈn n−íc ngoµi kh¸c ®Ó lùa chän m¸c gang hîp kim phï hîp cho viÖc chÕ t¹o c¸c chi tiÕt ®é bÒn cao, chÞu mµi mßn øng dông trong c¸c ngµnh gia c«ng vËt liÖu. 1) X©y dùng ®Ò c−¬ng kÕ ho¹ch nghiªn cøu: tæng qu¸t vµ chi tiÕt. 2) Nghiªn cøu c¸c tµi liÖu vÒ : c«ng nghÖ chÕ t¹o, øng dông cña gang vµ s¶n phÈm dù kiÕn chÕ t¹o, tiªu chuÈn vËt liÖu vµ tiªu chuÈn s¶n phÈm. X©y dùng b¸o c¸o tæng quan. 3) Nghiªn cøu x©y dùng quy tr×nh c«ng nghÖ, thiÕt bÞ ®Ó chÕ t¹o m¸c gang hîp kim GX330NiCr42 theo tiªu chuÈn DIN 1695-81. Dùa trªn c¬ së vËt chÊt, thiÕt bÞ s½n cã tiÕn hµnh nghiªn cøu thùc nghiÖm ®Ó x¸c ®Þnh c«ng nghÖ gåm c¸c kh©u: • C«ng nghÖ nÊu luyÖn, • C«ng nghÖ ®óc, • C«ng nghÖ nhiÖt luyÖn. 4) §¸nh gi¸ chÊt l−îng vËt liÖu: • Thµnh phÇn ho¸ häc • TÝnh chÊt c¬ lý: §é bÒn kÐo, ®é cøng, uèn • Kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn • CÊu tróc pha. 5) ChÕ t¹o thö 6-8 dao nghiÒn ®Üa cã chÊt l−îng tèt. X©y dùng kÕ ho¹ch vµ vµ tæ chøc dïng thö t¹i mét s¶n xuÊt. Theo dâi vµ ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ thö nghiÖm vµ kh¶ n¨ng sö dông. 2.2. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu §Ó ®¶m b¶o kÕt qu¶ nghiªn cøu cã ®é tin cËy chÝnh x¸c cao, ®Ò tµi ®· sö dông c¸c ph−¬ng ph¸p vµ thiÕt bÞ nghiªn cøu nh− sau: - Trªn c¬ së t×m hiÓu thùc tÕ s¶n xuÊt vµ c¸c tµi liÖu trong vµ ngoµi n−íc vÒ gang chÞu mµi mßn, ph©n tÝch ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña dao ®Üa nghiÒn ®Ó lùa chän m¸c thÐp nghiªn cøu. 17 - Sö dông lß c¶m øng trung tÇn 300 kg/mÎ ®Ó thùc hiÖn c«ng nghÖ nÊu luyÖn, khu«n mÉu s¶n phÈm, hßm khu«n, m¸y trén hçn hîp lµm khu«n...®Ó thùc hiÖn c«ng nghÖ ®óc, sö dông c¸c lo¹i lß nung c¸c lo¹i ®Ó thùc hiÖn c«ng nghÖ nhiÖt luyÖn.. - Sö dông ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch ho¸ häc truyÒn thèng vµ thiÕt bÞ ph©n tÝch quang phæ ARL 3460 cña h·ng FISONS, Thuþ Sü ®Ó x¸c ®Þnh thµnh phÇn ho¸ häc cña nguyªn liÖu vµ s¶n phÈm gang nÊu luyÖn - Sö dông m¸y kÐo v¹n n¨ng YMM-50, m¸y kÐo WE60 cña Trung Quèc, m¸y ®o ®é cøng TK2M vµ m¸y ®o ®é cøng cÇm tay Computest cña Thuþ Sü ®Ó x¸c ®Þnh c¬ tÝnh cña gang. - Sö dông kÝnh hiÓn vi quang häc Axiovert (CHLB §øc) ®Ó nghiªn cøu tæ chøc tÕ vi vµ cÊu tróc pha. - Sö dông thiÕt bÞ Pin on disc TRIBOtester ®Ó x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn. 18 3. KÕt qu¶ thùc nghiÖm 3.1. C«ng nghÖ nÊu luyÖn gang GX330NiCr42 Trong thµnh phÇn ho¸ häc cña gang GX330NiCr42 cã nhiÒu nguyªn tè hîp kim ho¸ tham gia nh− Cr = 1,4 ÷ 2,4%; Ni = 3,,3÷5 %; Mo : 0,5-1,0 %.. . C¸c nguyªn tè hîp kim ho¸ ®−a vµo ®Òu cã nh÷ng ¶nh h−ëng nhÊt ®Þnh ®Õn tÝnh chÊt cña gang. Do ®ã, viÖc nÊu luyÖn gang vµ hîp kim ho¸ kh«ng thÓ thùc hiÖn trong c¸c thiÕt bÞ luyÖn gang th«ng th−êng mµ ph¶i luyÖn trong c¸c thiÕt bÞ chuyªn dïng. ViÖc sö dông lß tÇn sè còng lµ mét gi¶i ph¸p cã hiÖu qu¶ ®Ó luyÖn lo¹i gang hîp kim nªu trªn. Víi quy m« ®Ò tµi yªu cÇu, chóng t«i sö dông lß trung tÇn c«ng suÊt 300 kg/mÎ. Nguyªn liÖu ®Ó nÊu luyÖn lµ gang thái, gang lèc m¸y, c¸c lo¹i fer« cã s½n trong n−íc. Trong viÖc sö dông lß c¶m øng ®Ó nÊu luyÖn, th× viÖc tÝnh to¸n phèi liÖu chÝnh x¸c lµ yÕu tè quan träng. §Ó thùc hiÖn tèt viÖc nµy, c¸c nguyªn liÖu ®Çu cÇn biÕt râ thµnh phÇn ho¸ häc, sau ®ã tiÕn hµnh chän läc vµ ph©n lo¹i. NÕu nguyªn liÖu gåm nhiÒu chñng lo¹i kh¸c nhau, cÇn thùc hiÖn nÊu c« nguyªn liÖu vµ tõ kÕt qu¶ thµnh phÇn ho¸ häc cña mÎ nÊu c«, viÖc tÝnh to¸n phèi liÖu c¸c mÎ luyÖn chÝnh thøc sÏ ®¹t ®−îc kÕt qu¶ chÝnh x¸c h¬n rÊt nhiÒu. Thµnh phÇn ho¸ häc cña c¸c nguyªn liÖu ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 7 . B¶ng 7: Thµnh phÇn ho¸ häc c¸c nguyªn liÖu dïng ®Ó luyÖn gang hîp kim Thµnh phÇn ho¸ häc Nguyªn liÖu C Mn Si Cr Gang thái 3,85 0,45 0,85 Gang lèc m¸y 3,43 0,50 1,20 FeMo 0,20 FeCr (C cao) 7,45 Ni Mo P S 0,052 0,045 0,08 0,062 0,048 58,6 62,50 Niken kim lo¹i 99,56 PhÕ inox 316 L 0,06 1,45 0,56 17,8 PhÕ HK cao Ni 0,08 1,42 0,82 18,85 76,42 19 13,64 2,45 0,021 0,018 0,021 0,016