Nâng cao cơ tính tổng hợp của gang cầu bằng xử lý nhiệt tạo nền ferit và ausferit

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NÂNG CAO CƠ TÍNH TỔNG HỢP CỦA GANG CẦU BẰNG XỬ LÝ NHIỆT TẠO NỀN FERIT VÀ AUSFERIT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU Hà Nội – 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NÂNG CAO CƠ TÍNH TỔNG HỢP CỦA GANG CẦU BẰNG XỬ LÝ NHIỆT TẠO NỀN FERIT VÀ AUSFERIT Ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã số: 9520309 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN HỮU DŨNG TS NGUYỄN HỒNG HẢI Hà Nội – 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận án trung thực, không vi phạm điều luật sở hữu trí tuệ pháp luật Việt Nam Các kết luận án chưa công bố công trình Hà Nội, ngày 16 tháng 03 năm 2022 Giáo hƣớng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh i LỜI CẢM ƠN Qua luận án Tôi xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình chu đáo PGS TS Nguyễn Hữu Dũng, TS Nguyễn Hồng Hải, giúp đỡ thầy Bộ môn Vật liệu Cơng nghệ Đúc, giúp đỡ phịng thí nghiệm trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Phịng thí nghiệm Trung tâm Đo lường/Viện Cơng nghệ - Tổng cục Cơng nghiệp Quốc phịng/Bộ Quốc phịng, quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi phòng Đào tạo - trường Đại học Bách khoa Hà Nội bạn đồng nghiệp Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành, sâu sắc tới Thủ trưởng đơn vị, anh chị em đồng nghiệp Trung tâm Đo lường/Viện Công nghệ - Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng/Bộ Quốc phòng, tạo điều kiện tốt để thục luận án Cuối xin gửi lời cám ơn đến gia đình, người thân bạn bè cổ vũ, động viên tơi hồn thành luạn án Hà Nội, ngày 16 tháng 03 năm 2022 Tác giả ii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ x MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1 Gang cầu đẳng nhiệt ADI Gang cầu có tổ chức ferit thứ cấp ausferit Tình hình nghiên cứu gang cầu tơi đẳng nhiệt 10 Tình hình nghiên cứu gang cầu đẳng nhiệt giới 10 Tình hình nghiên cứu gang cầu tơi đẳng nhiệt nước 13 Sự hình thành graphit cầu gang 15 Ảnh hƣởng thành phần hóa học đến tính chất gang cầu 17 Carbon silic 17 Mangan 17 Lưu huỳnh phốt 18 Nguyên tố cầu hóa 18 5 Các nguyên tố hợp kim hoá 19 56 Các nguyên tố hình thành cacbit nguyên tố cản cầu 20 Tính chất ứng dụng gang cầu 20 Cơ tính gang cầu ADI đa pha 21 Lĩnh vực sử dụng gang cầu ADI đa pha 25 Các phƣơng pháp nâng cao tính tổng hợp gang cầu 27 Nâng cao chất lượng cầu hoá 27 Hợp kim hoá 27 Kết hợp hợp kim hóa nhiệt luyện 27 Các phương án nhiệt luyện 28 Chuyển pha gang cầu đẳng nhiệt đa pha Q trình austenit hóa 30 30 iii T austenit Sự lớn lên mầm austenit Hành vi cacbon trình austenit hố Chuyển biến austenit thành ferit thứ cấp Chuyển biến ausferit Cơ chế chuyển biến 30 31 33 Độ hạt austenit graphit 37 3 Ảnh hưởng thời gian nhiệt độ đẳng nhiệt 41 CHƢƠNG NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 41 Gang cầu ban đầu 43 2 Đánh giá tổ chức tế vi 45 Phƣơng pháp tính tỷ phần pha austenit sau phản ứng giai đoạn I 47 Xác định tính thành phần hố học 47 Chế độ nhiệt luyện 48 Phƣơng pháp nghiên cứu chuyển biến tỉ phần pha đẳng 49 nhiệt 50 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 52 Thành phần, tổ chức gang cầu trạng thái đúc 53 Xác định vùng nhiệt độ tới hạn Xác định nhiệt độ tới hạn giản đồ pha 57 2 Xác định vùng nhiệt độ tới hạn phương pháp đo giãn nở 57 3 Q trình austenit hóa hàm lƣợng cacbon austenit 58 3 Nhiệt độ thời gian austenite hóa 58 3 Hàm lượng cacbon austenit 60 Sự hình thành ferit thứ cấp 62 Chuyển biến đẳng nhiệt (chuyển biến ausferit) 62 Xác định chế độ đẳng nhiệt 62 Sự hình thành tổ chức ausferit gang cầu ADI đa pha 70 Xác định cửa sổ trình 81 Động học chuyển biến giai đoạn I 81 81 86 93 iv N lượng hoạt hóa chuyển biến ausferit Tổ chức tế vi gang cầu ADI đa pha Ảnh hưởng nhiệt độ austenit hóa Ảnh hưởng nhiệt độ ủ vùng ba pha 96 Ảnh hưởng nhiệt độ đẳng nhiệt 97 Ảnh hưởng thời gian tơi đẳng nhiệt 98 Cơ tính gang cầu ADI đa pha 99 Độ cứng gang cầu ADI đa pha 100 Độ bền gang cầu ADI đa pha 101 KẾT LUẬN 103 KIẾN NGHỊ 103 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 119 PHỤ LỤC 120 121 122 129 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ADI (Austempered Ductile Iron) = Gang cầu đẳng nhiệt WTO (World Trade Organization) = Tổ chức thương mại giới T- T –T (Transformation – Temperature – Time ) = chuyển biến – nhiệt độ - thời gian GĐP = Giản đồ pha HKTG = Hợp kim trung gian Công ty TNHH NN MTV = Công ty trách nhiệm hữu hạn nhà nước thành viên F = Ferit P = Peclit Af = Ausferit C = Cacbon NTĐH = Nguyên tố đất γC, γHC = Austenit cacbon cao γ = Austenit PAI, PAII, PAIII, PAIV, PAV, PAVI = Phương án I, II, III, IV, V, VI (FeS) = Sunfua sắt xỉ lỏng [FeS] = Sunfua sắt hợp kim lỏng Ms = Nhiệt độ bắt đầu chuyển biến mactensit Mf = Nhiệt độ kết thúc chuyển biến mactensit Cđl = Cacbon đương lượng N = Thường hóa nhiệt độ cho vi NT = Thường hóa ram nhiệt độ cho Fu = Ủ ferit hóa CC = Từ 900 OC làm nguội có điều khiển E = Giữ vùng chuyển biến tích nhiệt độ cho làm nguội nhanh vii DANH MỤC CÁC BẢNG TT viii DANH MỤC CÁC BẢNG TRANG Bảng 1 Các mác gang ADI với nhiệt độ chuyển biến đẳng nhiệt Bảng Kết phân tích tỷ phần pha gang cầu ADI ADI song pha 11 Bảng Kết thử tính gang cầu ADI ADI song pha 12 Bảng Hàm lượng nguyên tố biến tính hợp kim trung gian 19 Bảng Cơ tính gang cầu ADI song pha mác gang cầu khác 21 Bảng So sánh tính loại gang khác 25 Bảng Tính chất học, hàm lượng nguyên tố hợp kim chế độ nhiệt luyện gang cầu hợp kim thấp 28 Bảng Hệ số khuếch tán C austenit thép Ni 34 Bảng Thành phần gang cầu nghiên cứu 57 10 Bảng Cơ tính mẫu gang cầu nghiên cứu trạng thái đúc 58 11 Bảng 3 Thành phần cacbon nhiệt độ số điểm tới hạn mác gang nghiên cứu 59 12 Bảng Hàm lượng C austenit theo EDX, nung 930 C 120 phút 13 Bảng Hàm lượng C austenit 65 14 Bảng Khoảng cách khuếch tán C austenit 67 15 Bảng Hàm lượng C austenit tính theo phương pháp 69 o 64 PHỤ LỤC Kết thử tính gang cầu ADI đa pha Nhiệt độ austenite o hóa, C 870 Thời gian giữ nhiệt austenite hóa, 2h Nhiệt độ vùng pha, o C 770 Thời gian giữ nhiệt vùng pha, 2h Nhiệt độ đẳng o nhiệt, C 360 760 900 2h 2h 770 134 360 Thời gian đẳng nhiệt, phút Kết thử tính Độ cứng, HB Giới hạn bền kéo, MPa Giới hạn chảy, MPa Giới hạn đàn hồi, MPa Độ giãn dài tương đối, % Độ dai va đập, J/cm 30 668 540 512 15,2 24,1 245 60 650 513 476 16,3 34,2 226 90 621 486 455 17,2 39,8 221 120 651 517 480 16,1 34,5 219 150 180 651 649 534 537 502 504 15,8 15,6 33,6 32,8 223 229 30 647 524 491 15,8 25,5 248 60 629 502 468 16,8 35,8 232 90 609 468 434 17,6 42,3 229 120 638 508 472 17,0 36,5 228 150 642 517 481 16,8 35,2 231 180 648 523 485 16,5 34,8 236 30 702 556 522 14,3 20,1 258 60 682 538 506 15,4 29,5 241 90 655 502 470 16,4 35,5 236 120 682 535 503 15,5 30,1 235 150 691 550 519 15,1 28,8 237 Nhiệt độ austenite o hóa, C Thời gian giữ nhiệt austenite hóa, Nhiệt độ vùng pha, o C Thời gian giữ nhiệt vùng pha, Nhiệt độ đẳng o nhiệt, C 780 900 2h 2h 360 790 930 135 2h 770 2h 360 Thời gian đẳng nhiệt, phút Kết thử tính Độ cứng, HB Giới hạn bền kéo, MPa Giới hạn chảy, MPa Giới hạn đàn hồi, MPa Độ giãn dài tương đối, % Độ dai va đập, J/cm 180 693 554 523 15 28,2 242 30 742 596 562 13,6 14,5 270 60 718 572 543 14,5 22,6 255 90 689 545 516 15,4 27 245 120 712 573 544 14,6 22,5 240 150 725 578 556 14,1 21,5 243 180 731 585 557 13,8 21,1 249 30 821 675 650 10,5 7,3 278 60 788 659 619 11,1 13,1 262 90 760 631 604 12,2 17,5 254 120 767 635 609 11,5 13,3 248 150 779 653 614 11,3 12,7 251 180 30 60 90 120 150 180 784 748 730 708 715 727 730 658 585 579 555 572 588 591 618 560 558 521 542 561 570 11 12,5 13,8 14,6 13,9 13,5 13,3 12,2 15,1 23,2 28,3 23,3 22,4 21,7 255 272 252 245 243 242 248 Kết xác định tỷ phần ferit thứ cấp Thời gian Thời gian Nhiệt độ Nhiệt độ giữ nhiệt giữ nhiệt austenite vùng pha, austenite vùng pha, o o hóa, C C hóa, giờ 870 2h 770 Nhiệt độ đẳng o nhiệt, C 2h 360 2h 360 2h 360 760 770 900 2h 780 790 930 136 2h 770 Thời gian đẳng nhiệt, Phút Tỷ phần pha ferit thứ cấp,% 30 60 90 120 150 180 30 60 90 120 150 180 30 60 90 120 150 180 30 60 90 120 150 180 30 60 90 120 150 180 30 60 90 120 150 180 74,6 74,6 74,6 74,6 74,6 74,6 73,7 73,7 73,7 73,7 73,7 73,7 61,3 61,3 61,3 61,3 61,3 61,3 40,6 40,6 40,6 40,6 40,6 40,6 15,3 15,3 15,3 15,3 15,3 15,3 47,7 47,7 47,7 47,7 47,7 47,7 ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NÂNG CAO CƠ TÍNH TỔNG HỢP CỦA GANG CẦU BẰNG XỬ LÝ NHIỆT TẠO NỀN FERIT VÀ AUSFERIT Ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã số:... dụng gang cầu 20 Cơ tính gang cầu ADI đa pha 21 Lĩnh vực sử dụng gang cầu ADI đa pha 25 Các phƣơng pháp nâng cao tính tổng hợp gang cầu 27 Nâng cao chất lượng cầu hoá 27 Hợp kim hoá 27 Kết hợp hợp... chí luận án Tiến sĩ kỹ thuật ? ?Nâng cao tính tổng hợp gang cầu xử lý nhiệt tạo ferit ausferit? ?? Tính cấp thiết đề tài: Nâng cao chất lượng sàn phẩm tạo vật liêu có tính chất nhằm làm giảm giá thành