KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Só 06/2022 Nghiên cúu nâng cao chất lượng gang cầu sử dụng chế tạo số chi tiết ô tô ■ ■ PGS.TS NGUYỄN DƯƠNG NAM Trường Đại học Hàng hải Việt Nam ThS HỒNG ANH TUẤN Tổng cục Cơng nghiệp Quốc phịng TĨM TẲT: Trong cơng trình trình bày ảnh hưởng số thông số công nghệ đến nâng cao chất lượng gang cầu sử dụng chế tạo số chi tiết ô tô Các kết nghiên cứu cho thấy, hợp kim hóa, xử lý nhiệt ảnh hưởng đến CO' tính hợp kim Bài báo phân tích xác định ảnh hưởng thơng số đến chất lượng hợp kim nghiên cứu Kết nghiên cứu xác định chế độ xử lý nhiệt hợp lý để nâng cao chất lượng gang cầu việc chế tạo số chi tiết máy tơ TỪ KHĨA: Gang cầu, xủ lý nhiệt, hợp kim hóa, tính ABSTRACT: In this work, the influence of some technological parameters on improving the quality of cast iron used in the manufacture of some automobile parts is presented The research results show that: alloying, heat treatment affects the mechanical properties of the alloy The article analyzed and determined the influence of these parameters on the quality of the alloy studied Research results have determined a reasonable heat treatment regime to improve the quality of cast iron in the manufacture of some automobile machine parts KEYWORDS: Cast iron, heat treatment, alloying, mechanical properties ĐẶTVẤNĐỂ Gang cẩu vật liệu đúc dùng phổ biến để chế tạo máy, xây dựng, ngành điện Do gang cầu phối hợp tốt độ tính dẻo dai, có tính đúc tốt, có hiệu kinh tế cao trở thành vật liệu thay thép đúc, gang dẻo gang xám điểu kiện định Để nâng cao chất lượng gang cầu cần: biến tính cầu hóa graphit hóa, khống chế q trình đơng đặc Một giải pháp để nâng cao chất lượng gang cầu tiến hành nhiệt luyện để chế tạo gang cầu với tổ chức mong muốn bảo đảm cho gang có độ bển, độ dẻo phù hợp với tính chất điểu kiện làm việc chi tiết đúc Việt Nam đất nước phát triển, có số doanh nghiệp đấu tư vào lĩnh vực ô tô Tuy nhiên, việc chủ động nguyên liệu, nâng cao chất lượng chi tiết 138 ô tô với mục tiêu tăng nội địa hóa sản phẩm yêu cầu cấp thiết Hiện nay, gang cầu ứng dụng rộng để chế tạo chi tiết khí, chi tiết để sản xuất tô, cụ thể như: trục khuỷu, tay biên, tay dẫn bánh có nhiều ưu điểm phân tích Để nâng cao chất lượng gang cầu cẩn: biến tính cầu hóa graphit hóa, khống chế q trình đơng đặc Một giải pháp để nâng cao chất lượng gang cầu tiến hành nhiệt luyện để chế tạo gang cầu với tổ chức mong muốn bảo đảm cho gang có độ bền, độ dẻo phù hợp với tính chất điểu kiện làm việc chi tiết đúc [1 -6] Trong cơng trình phân tích ảnh hưởng số nguyên tố hợp kim chế độ xử lý nhiệt đến tính gang cầu PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA NGUYÊN TỐ HỢP KIM Thành phần hóa học ảnh hưởng lớn tới chất lượng gang cẩu trước sau xử lý nhiệt 2.1 Ảnh hưởng mangan [7] Mn ảnh hưởng tới hình dáng đường cong chữ c nhiệt luyện Đối với gang cầu ADI hợp kim Mn điểm kết thúc đường cong giai đoạn xuất hai đường cong chữc riêng biệt Mn gang thiên tích mạnh Nguyên tố tập trung biên giới hạt tinh thề hàm lượng Mn biên giới hạt tinh thường cao từ - lần, từ làm giảm tốc độ tạo mầm tốc độ phát triển mầm chuyển biến tạo thành ferit banit, thời làm tàng thời gian chuyển biến banit so với gang không hợp kim Mn Kết gang giòn làm giảm độ dẻo, đặc biệt vật đúc thành dày Mn nguyên tố gây ảnh hưởng quan trọng tới hình thành tổ chức gang cầu ausferit Khi tăng hàm lượng Mn, vùng cửa sổ bị thu hẹp bị biến đạt giá trị xác định Hình 2.1: Hình 2.1: Nguyên lý hình thành vùng cửa số giữ đẳng nhiệt tác động Mn tới hình thành vùng số KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Só 06/2022 2.2 Ảnh hường Molipden - Mo nguyên tố cacbit hóa mạnh %Mo > 0,2 0,3% tăng tỷ lệ íerit nển (do tạo nhiểu cacbit nên c dẫn đến tăng ferit) Khi %Mo đạt 0,1 - 0,3% Mo làm mịn tổ chức peclit tăng tỷ lệ peclit tổ chức nển, qua làm tăng độ bển, độ cứng gang Nếu hàm lượng Mo vượt 2%, tổ chức gang xuất bainit Mo làm tăng tính ổn định austenit, nguyên tố đẩy đường "C" sang phải mạnh làm tăng độ thấm tơi Để có tổ chức khơng có cacbit, gang cầu hàm lượng Mo khống chế < 0,2% Mo làm tăng mạnh độ thấm 2.3 Ảnh hưởng Đổng [8] Cu làm tăng trình graphit hóa tổ chức tinh cản trở q trình graphit hóa tổ chức tích Cu có tác dụng làm mịn tổ chức peclit tăng lượng peclit gang Khi hợp kim hóa nguyên tố Cu -nở rộng vùng cửa sổ tạo tổ chức ausferit, thuận lợi cho ^uá trình chế tạo gang cẩu, mặt khác tăng tính ổn định lustenit nguội Nguyên tố Cu ảnh hưởng đến co Ìính gang cẩu làm nhỏ mịn, đồng đểu tổ chức nển im loại, ngăn cản hình thành cacbit làm tăng tính ổn lịnh austenit, có nghĩa thuận lợi cho q trình giữ đẳng nhiệt để tạo tổ chức ausferit có tính tổng hợp qao Khi hàm lượng đóng gang tăng từ - 0,5% đọ kéo gang tăng mạnh Hình 3.2: Độ dẻo độ dai va đập gang ADI phụ thuộc vào nhiệt độ chuyển biến đẳng nhiệt nhiệt độ austenit hoá [10] Nhiệt độ đẳng nhiệt phải cao nhiệt độ chuyển biến mactenxit Chuyển biến mactenxit xảy làm nguội với tốc độ lớn tốc độ nguội tới hạn Chuyển biến cần độ nguội lớn xảy đạt nhiệt độ Ms (nhiệt độ bắt đầu chuyển biến mactenxit) kết thúc nhiệt độ Mf (nhiệt độ kết thúc chuyển biến mactenxit) Nhiệt độ chuyển biến (thường khoảng nhiệt độ 250 - 400°C) cao độ bền kéo, độ cứng gang giảm độ dẻo, độ dai va đập chúng lại tăng ngược lại thể rõ Hình 3.1 Hình 3.2 Nhiệt độ thời gian giữ nhiệt tối ưu để đạt tổ chức ausferit (vùng cửa sổ) phối hợp cho tính tổng hợp cao Hi/7/7 2.2: Ảnh huởng hàm lượng đồng đến độ bền kéo gang cẩu xử lý nhiệt không xử lý nhiệt [9] 2.4 Ảnh hưởng Niken Ni thúc đẩy trình graphit hóa chuyển biến tinlị ngăn trở q trình graphit hóa chuyển biến tích làm nhỏ mịn tổ chức peclit tăng tỷ lệ peclit tổ chức Là nguyên tố tăng tính ổn định austenit, có tac dụng mở rộng vùng austenit chuyển dịch vể phía kéo dài thời gian nguội Lượng Ni cao cho tổ chức bainit mactenxit với vật đúc thành dày, làm tăng hàm lượng austenit dư Ni ngun tố cản trở sựíerit hóa, đóng thời có tác dụng ổn định peclit Do đó, Ni dùng chủ ỳếu để điểu chỉnh tỷ lệ tổ chức F p vật đúc Ni làrỴì giảm độ bền kéo làm tăng độ dẻo độ dai Hình 3.3: Ảnh hưởng nhiệt độ thịi gian đẳng nhiệt tới vùng sổ trình chế tạo gang cáu ausferit (austenit hóa 900°C 90 phút) [11] Dựa hình cho thấy: Khi nhiệt độ giữ đẳng nhiệt thấp cao, vùng "cửa sổ" bị thu hẹp lại 3 NHIỆT Độ VÀ THỜI GIAN GIỮ ĐẲNG NHIỆT Hai yếu tố quan trọng công nghệ sản xuất gang cầu At>l nhiệt độ thời gian chuyển biến đẳng nhiệt Ị TbOi «is*n chuvdn toitfn dans mW Hình 3.4: Ảnh hưởng thời gian giữ đẳng nhiệt tới độ bền độ dẻo gang cầu ADI [10] 139 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Só 06/2022 Thời gian giữ đẳng nhiệt định tổ chức tỷ lệ pha đạt Nếu tăng thời gian giữ đẳng nhiệt đến nhiệt độ bắt đầu vùng sổ trình khoảng 100 phút chuyển biến tạo ausferit xảy hoàn toàn hơn, lượng mactenxit tạo thành giảm dần, từ làm tăng độ dẻo độ kéo Nếu kéo dài thời gian giữ đẳng nhiệt thêm nữa, lúc độ dẻo gang giảm.Thời gian chuyển biến đẳng nhiệt từ -1.000 phút [12] PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ĐỘ CỨNG Thời giau tơi đãng nhiệt(phút) Hình 4.1: Độ cúng mẫu theo thời gian đẳng nhiệt độ Dựa vào kết đo độ cứng mẫu Hình 4.1, khoảng thời gian phản ứng giai đoạn I (y -> db + yHC) từ phút đến 120 phút, độ cứng cùa mẫu giảm thời gian đẳng nhiệt tăng Nguyên nhân trình chuyển biến pha làm giảm tỷ phẩn pha mactenxit Mẫu gang đạt độ cứng cao đẳng nhiệt phút ứng với tỷ phẩn pha mactenxit cực đại Trong vùng cửa sổ trình từ 120 phút, tăng thời gian tơi đẳng nhiệt độ cứng mẫu tăng theo Tại vùng không xảy chuyển biến tàng thời gian đẳng nhiệt pha austenit ổn định, giàu cacbon độ cứng pha tăng dẫn đến thay đổi độ cứng mẫu KẾT LUẬN Chế tạo gang cầu có tổ chức song pha chế độ xử lý nhiệt: Austenít hóa 950°C giữ 2h, hạ xuống 820°C giữ 2h, đẳng nhiệt 360°C: 5-180 phút Khi thời gian đẳng nhiệt tăng từ -120 phút, lượng mactenxit tạo giảm dẩn, đồng thời tỷ phần ausferit tăng lên, tổ chức ferit tiết vùng hai pha khơng có thay đổi chuyển biến So với phương pháp chế tạo gang cầu truyền thống, gang cẩu có tổ chức song pha có độ cứng thấp hơn, tổ chức gồm có ferit ausferit Khi nhiệt độ nung vùng nhiệt độ tới hạn tăng độ cứng mactenxit tăng mạnh, nhiệt độ, thời gian giữ nhiệt tăng độ cứng mactenxit tăng Lời cảm ơn: Nghiên cứu tài trợ Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Đề tài mã số DT21 -22.27 Tài liệu tham khảo [1], DrKamlesh KumarSingh (2013), Effectofaustempering process parameters on austempered ductile iron [2] Engineered Casting Solution, Fall 2003, pp.26-29 [3] Sandeep Kumar Sahoo, A study on the effect of austempering temperature, time and copper addition on the 140 mechanical properties ofaustempered ductile iron [4] Alan p Druschitz, Norman Dowling, William Reynolds (2012), Effect of Chemistry on the Transformation of Austenite to Martensite for Intercritically Austempered Ductile Iron [5], A.Rimmer (2004), Giesserei Erfarung Saustauch 7+8 S.6-9 [6] Parejiya pavan (2014), Effect of austempering behaviour of ductile iron [7] M.Nili Ahmadabadi and S.Farjami (2003), Transformation kinetics of unalloyed and high Mn austempered ductile iron [8], Ranjit Kumar Panda (2011), Effect of copper on austempering behavior of ductile iron [9], Anil Kumar and RSuresh (2012), Effect of copper on the properties ofaustempered ductile iron (ADI) [10], M Kaczorowski, A.Krzynska(2007), Mechanical properties and structure ofaustempered ductile iron - ADI [11] Quách Tât Bát (2012), Nghiên cứu công nghệ chế tạo gang câu ADI, Luận án Tiến sĩ [12] J Materials Ingineering and Performance (2001), pp.441 -442 Ngày nhận bài: 01/4/2022 Ngày chấp nhận đăng: 23/5/2022 Người phản biện:TS Lê Thị Nhung TS Nguyễn Tiến Dũng ... chức tích Cu có tác dụng làm mịn tổ chức peclit tăng lượng peclit gang Khi hợp kim hóa nguyên tố Cu -nở rộng vùng cửa sổ tạo tổ chức ausferit, thuận lợi cho ^uá trình chế tạo gang cẩu, mặt khác... lượng mactenxit tạo giảm dẩn, đồng thời tỷ phần ausferit tăng lên, tổ chức ferit tiết vùng hai pha khơng có thay đổi chuyển biến So với phương pháp chế tạo gang cầu truyền thống, gang cẩu có tổ... LUẬN Chế tạo gang cầu có tổ chức song pha chế độ xử lý nhiệt: Austenít hóa 950°C giữ 2h, hạ xuống 820°C giữ 2h, tơi đẳng nhiệt 360°C: 5-180 phút Khi thời gian đẳng nhiệt tăng từ -120 phút, lượng