Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép mác 25XTT dùng trong ngành chế tạo máy nông nghiệp

Mục tiêu của đề tài là xác định được công nghệ sản xuất mác thép 25ХГТ đạt chất lượng cao bằng nguyên liệu và thiết bị sẵn có trong nước, đáp ứng được yêu cầu dùng trong ngành chế tạo má

BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN LUYỆN KIM ĐEN

BÁO CÁO TỔNG HỢP ĐỀ TÀI CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP MÁC

25 XGT DÙNG TRONG NGÀNH CHẾ TẠO MÁY

NÔNG NGHIỆP Chủ nhiệm đề tài: PHẠM THỊ MAI PHƯƠNG

7686

05/02/2010

Hà Nội - 2009

1.3 Giới thiệu quá trình nhiệt luyện thép 25ХГТ 13

Việt Nam hiện nay có khoảng 550.000 máy phục vụ sản xuất nông nghiệp, chủ yếu là máy nổ và máy phát điện, còn máy cày, máy gặt đập và các dòng máy chuyên dùng khác không đáng kể…Theo các chuyên gia thì chúng ta mới chỉ đáp ứng được 30 % số máy móc dùng trong nông nghiệp, số còn lại là nhập khẩu Nguyên nhân chính khiến thị trường máy móc, thiết bị nông nghiệp của nước ta bị máy móc nhập ngoại áp đảo trong cuộc cạnh tranh là do ngành công nghệ chế tạo máy nông nghiệp chưa phát triển Tỷ trọng nguyên liệu phục vụ cho việc chế tạo máy nông nghiệp đa phần là nhập khẩu, nguyên vật liệu trong nước chỉ chiếm từ 10-12% Công nghệ biến dạng dẻo kim loại (cán, rèn dập) hoặc luyện bột kim loại cũng yếu, chất lượng phôi không đảm bảo Sản phẩm quy chuẩn như bulông, đai ốc vừa thiếu về chủng loại vừa chưa đảm bảo chất lượng

Theo Quyết định của Thủ tướng Chính phủ “ Phê duyệt Chiến lược

phát triển ngành cơ khí Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn tới 2020”,

trong phần “Định hướng chiến lược phát triển một số chuyên ngành và nhóm sản phẩm cơ khí quan trọng” có đề cập rất chi tiết về mục tiêu phát triển máy kéo và máy nông nghiệp:

“Về máy nông nghiệp: Tập trung đầu tư, xây dựng chuyên ngành chế tạo máy nông nghiệp đủ mạnh, bao gồm máy canh tác, máy chế biến và thiết bị bảo quản các sản phẩm nông nghiệp, nhằm đáp ứng nhu cầu trong nước, từng bước xuất khẩu Khuyến khích các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ, cơ khí các địa phương tham gia chế tạo thiết bị máy móc phục vụ nông nghiệp và công

Từ những định hướng nêu trên, năm 2009 Bộ Công Thương đã giao cho Viện Luyện kim Đen thực hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép mác 25ХГТ dùng trong ngành chế tạo máy nông nghiệp” Mục tiêu của đề tài

là xác định được công nghệ sản xuất mác thép 25ХГТ đạt chất lượng cao bằng nguyên liệu và thiết bị sẵn có trong nước, đáp ứng được yêu cầu dùng trong ngành chế tạo máy nông nghiệp và phục vụ nhu cầu trong nước

Sau một thời gian triển khai thực hiện, đề tài đã hoàn thành các mục tiêu

đề ra Các kết quả thử nghiệm và sản phẩm của đề tài được đánh giá tốt Trong bản báo cáo tổng kết đề tài, chúng tôi trình bày các nội dung chính như sau :

1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu thép kết cấu hợp kim

a) Phân loại thép kết cấu

Trong ngành cơ khí chế tạo, thép kết cấu hợp kim được sử dụng rất rộng rãi vì chúng có cơ tính tổng hợp cao (độ bền cao, tính dẻo tốt, độ bền chống phá huỷ cao, có thể làm việc bền lâu trong các điều kiện tải trọng phức tạp ) Thép kết cấu hợp kim là thép có hàm lượng các bon trung bình ( C = 0,20 – 0,50% ) và được nhiệt luyện tôi và ram cao hoặc thấp tuỳ mục đích sử dụng [1] Tuỳ thuộc vào các nguyên tố hợp kim hoá trong thép có thể chia thép kết cấu thành các nhóm như: Thép crôm, thép mangan, thép crôm-mangan, thép crôm-mangan-titan, thép crôm-silic, thép crôm-molipđen, thép crôm-molipđen-vanaddi, thép crôm-vanađi, thép niken-molipđen, thép crôm-niken, thép crôm-niken-bor, thép crôm-silic-mangan-niken…[2]

Nhờ có hàm lượng các bon trung bình và các nguyên tố hợp kim nên các loại thép kết cấu hợp kim có độ thấm tôi cao Cũng nhờ có thành phần hoá học như vậy mà thép kết cấu hợp kim sau khi ram cao sẽ tiết ra các loại cácbíd hợp kim nhỏ mịn làm cho thép có độ hạt nhỏ mịn, đạt cơ tính tổng hợp cao

b) Thép dùng trong ngành chế tạo máy nông nghiệp

Thép dùng trong chế tạo máy nông nghiệp phải có cơ tính tốt vì các chi tiết phải làm việc trong điều kiện có tải trọng, chịu mài mòn và va đập liên tục

Do đó thép phải có độ bền tốt, độ cứng cao, khả năng chịu mài mòn đảm bảo Thép phải có tính thấm tôi cao để khi chế tạo chi tiết lớn mới đảm bảo cơ tính vượt trội Ngoài ra lợi ích kinh tế và khả năng sản xuất lớn cũng cần quan tâm

- Thép kết cấu mangan như 15г, 20 г, 30 г , 40 г, 50 г có cấu trúc nhỏ mịn, độ bền, độ đàn hồi, độ cứng vượt trội so với thép cacbon Thép

mangan cú độ thấm tụi tốt, cỏc chi tiết do đú cú độ bền, độ dẻo và chịu mài mũn cao

Khuyết điểm: Cú khuynh hướng tạo ứng suất lớn phớa trong sau khi tụi

và gõy nứt hoặc cong vờnh Nhược điểm nữa là cú hiện tượng giũn ram

- Thộp kột cấu crụm như cỏc mỏc: 20X, 30X, 40X Loại thộp này cú

độ bền, độ cứng cao , ớt bị thoỏt cacbon bề mặt, cú thể tăng cao cacbon bề mặt khi xementit hoỏ Do cú độ bền austenit, thộp kết cấu crụm được tụi trong dầu để tạo ra cấu trỳc mactensit (cú tớnh thấm tụi tốt) Cỏc loại thộp này được dựng làm bỏnh răng, trục truyền động và nhiều chi tiết

- Thộp kết cấu crụmmangan: cú tớnh thấm tụi vượt trội , nếu hợp kim hoỏ một lượng nhỏ titan thỡ cấu trỳc hạt rất mịn Chớnh cấu trỳc cacbit titan bền vững tạo khả năng duy trỡ hạt austenit nhỏ mịn Cỏc mỏc thộp thường dựng là 18хгт, 25 хгт, 30 хгт Cỏc mỏc thộp này thường được dựng để chế tạo cỏc chi tiết như hộp số, trục truyền động và cầu sau của mỏy kộo Ở thộp này, pha austenit cú tớnh ổn định cao và cú độ thấm tụi tốt

c) Thộp kết cấu hợp kim đề tài lựa chọn nghiờn cứu

Một trong những yêu cầu quan trọng trong chế tạo máy là giới hạn bền và giới hạn chảy của vật liệu phải cao Đặc biệt để nâng cao tuổi thọ của các chi tiết máy, giới hạn chảy phải của vật liệu phải cao Trong công nghiệp chế tạo máy nông nghiệp, yêu cầu này càng được chú trọng Thép 25XГT hoàn toàn thoả mãn điều kiện trên, ta hóy thử so sỏnh một vài mỏc thộp hợp kim:

Trong các loại thép kết cấu hợp kim thì thép 25ХГТ theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ ГOCT 4543 – 71 là loại thép kết cấu hợp kim đa nguyên tố Thép này được hợp kim hoá với lượng nhỏ các nguyên tố như crôm, mangan, titan Thép có hàm lượng các bon trung bình ( C = 0,22 – 0,29% ) kết hợp với các nguyên tố hợp kim nêu trên đã làm cho mác thép này có cơ tính tổng hợp rất cao, đặc biệt giới hạn bền và giới hạn chảy được tăng cao đáp ứng được yêu cầu của các chi tiết máy làm việc lâu dài trong các điều kiện chịu liên tục va đập và chịu tải trọng nặng Do vậy mác thép 25ХГТ có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực chế tạo máy, nó được sử dụng rất phổ biến ở nước ta, đặc biệt là trong ngành chế tạo máy nông nghiệp Ở Trung Quốc có mác thép 30CrMnTi theo tiêu chuẩn GB 3077 – 88 [3] với thành phần hoá học và các tính chất tương tự như mác thép 25ХГТ Ở Đức có mác thép 30MnCrTi4 có thành phần tương tự (bảng 1)

Bảng 1 : Thành phần hoá học của thép 25ХГТ và các mác tương đương

Thành phần hóa học (%) Mác thép

25ХГТ

(ГOCT4543-71)

0,29

0,22-0,37

0,17-1,10

0,80-1,30

1,00-0,09

0,03-0,035 0,03-0,035

30CrMnTi

(GB 3077-88)

0,32

0,24-0,37

0,17-1,10

0,80-1,30

1,00-0,10

0,04-0,035 0,04-0,035

30MnCrTi4

(W-Nr 18401)

0,33

0,22-0,37

0,17-1,15

0,85-1,25

1,00-0,10

0,04-0,035 0,04-0,035

Trong các mác thép trên, hàm lượng các tạp chất lưu huỳnh và phốt pho đều nhỏ hơn 0,035%

Bảng 2 : Cơ tớnh của mỏc thộp 25ХГТ(ГOCT4543-71)

Độ cứng Giới hạn chảy

(Mpa)

Giới hạn bền (Mpa) Thường hoỏ

(HB)

Sau tụi (HRC)

Độ dai va đập (J/cm2)

Những nghiờn cứu nhiều năm và thực tế tại cỏc nhà mỏy ở Liờn Xụ cũ cho thấy cỏc chi tiết mỏy được chế tạo từ thộp được hợp kim hoỏ một lượng nhỏ cỏc nguyờn tố quý hiếm (khụng dựng đến niken hay vanađi), cú độ bền

và tuổi thọ rất cao và cú nhiều lợi ớch kinh tế [4] Mỏc thộp 25ХГТ là một trong cỏc loại thộp đú (chỉ hợp kim hoỏ 3 nguyờn tố là Cr, Mn, Ti ) sau khi được nhiệt luyện (tụi và ram ) sẽ cú độ bền, độ chịu mài mũn và tớnh dẻo cao

Do vậy việc nghiên cứu và sản xuất thép hợp kim chất lượng cao 25XГT dùng chế tạo bán trục phải trong máy gặt đập liên hợp là việc làm cần thiết nhằm đáp ứng yêu cầu sản xuất, tăng tỷ lệ nội địa hoá trong ngành sản xuất máy nông nghiệp

1.2 Ảnh hưởng của cỏc nguyờn tố hợp kim lờn cấu trỳc và tớnh chất của thộp 25ХГТ

Như trờn đó nờu, mỏc thộp 25ХГТ là loại thộp hợp kim phức hợp với hàm lượng cỏc bon trung bỡnh với 3 nguyờn tố hợp kim Cr, Mn và Ti Sự kết hợp ảnh hưởng của cỏc nguyờn tố này, đặc biệt là cacbit titan bền vững tạo khả năng duy trỡ pha austenit nhỏ mịn, đó tạo ra cho thộp 25ХГТ sau khi được nhiệt luyện cú cơ tớnh tổng hợp rất cao, đỏp ứng được yờu cầu của cỏc chi tiết mỏy múc làm việc trong điều kiện chịu tải lớn và ứng suất thay đổi do va đập liờn tục, cú hiệu ứng mài mũn cao [5-7] Sau đõy chỳng ta sẽ xem xột ảnh hưởng của cỏc nguyờn tố hợp kim lờn cấu trỳc và tớnh chất của thộp hợp kim kết cấu núi chung và mỏc 25ХГТ núi riờng

- Ảnh hưởng của cácbon:

Cácbon là nguyên tố mở rộng vùng , tức là nguyên tố tăng độ ổn định của pha austenit Do có khả năng mở rộng vùng dung dịch rắn  và tạo thành pha cacbit có độ cứng cao nên cácbon là nguyên tố tăng bền rất tốt các hợp kim trên cơ sở sắt Khi tăng nhiệt độ thì khả năng tăng bền của cácbon giảm

đi do có sự thay đổi cấu hình của cácbíd Khi có các nguyên tố tạo cácbíd mạnh trong hợp kim thì cácbon tập trung chủ yếu vào những vị trí hình thành cacbit Vì vậy, khi tăng hàm lượng cácbon sẽ làm thay đổi sự phân bố các nguyên tố hợp kim giữa các pha dung dịch rắn và pha cacbit Điều này dẫn đến làm nghèo dung dịch rắn, ảnh hưởng đến tính chất hợp kim (ví dụ, sự tạo thành Mo2C sẽ làm nghèo Mo trong dung dịch rắn, dẫn tới làm giảm tính bền nóng của hợp kim) Cácbon cũng có ảnh hưởng âm đến tính dẻo, giảm khả năng chống lại sự phát triển của vết nứt và giảm tính hàn của hợp kim Vì vậy, hầu hết các loại thép hợp kim đều chứa hàm lượng cácbon tương đối ít Đặc biệt là các loại thép không gỉ làm việc trong các môi trường xâm thực mạnh cần có tính chống gỉ rất cao thường chứa cácbon ở hàm lượng cực thấp

(<0,03%) a) Ảnh hưởng của Crôm

Crôm là nguyên tố rất quan trọng nâng cao độ thấm tôi, độ bền và tính chống gỉ của thép Crôm là nguyên tố mở rộng vùng ferit Giản đồ trạng thái

hệ Fe-Cr được nêu trong hình 1

Hình 1 : Giản đồ trạng thái Fe – Cr

Crôm là nguyên tố mở rộng vùng  và làm thu hẹp vùng , làm tăng nhiệt độ Ac3 và làm giảm nhiệt độ Ac1 Ở khoảng nhiệt độ 600oC – 800oC với hàm lượng Cr khoảng 45% sẽ tạo thành pha  có công thức FeCr Khi giảm nhiệt độ thì vùng tồn tại của pha  mở rộng ra về cả hai phía Fe và Cr Pha 

là pha rất cứng và dòn Pha  trong hệ Fe – Cr được tiết ra ở nhiệt độ cao và cần thời gian dài Ở nhiệt độ thấp thì không thể tiết ra pha  Sự có mặt của các nguyên tố Si, Mn, Mo làm tăng nhanh quá trình tiết pha  Trong thép chứa 17 –20% Cr thì pha  sẽ tiết ra khi giữ lâu ở nhiệt độ 600 – 700 oC Niken nâng cao nhiệt độ để tạo thành pha  từ 815  925 oC

Crôm là nguyên tố tạo cacbit khá mạnh Vì vậy, cácbon liên kết với crôm tạo thành cacbit đã làm giảm khả năng tiết pha  trong thép Crôm Crôm có 3 loại cacbit: Cr3C ,Cr7C3 và Cr23C6 cacbit Cr23C6 có mạng tinh thể lập phương diện tâm với thông số mạng 0,64Ao nhiệt độ nóng chảy là

1520 – 1550oC

cacbit Cr7C3 có mạng tinh thể ba nghiêng ( trigonal) với thông số mạng

a = 3,89Ao và c = 41,323Ao, nhiệt độ nóng chảy là 1630 – 1670o C Đối với thép được hợp kim nhiều nguyên tố Cr thường tạo ra cacbit phức dạng

(Fe,Cr)3C, (Cr ,Fe)7C3 và ( Cr,Fe)23C6 Điều này được thể hiện trên giản đồ trạng thái hệ Fe-Cr-C ( hình 2 )

Chính nhờ việc tạo thành cácbid trên mà thép crôm có độ bền chịu mài mòn cao, chịu nóng cao Hàm lượng crôm càng lớn thì các đặc tính này càng cao

Hình 2 : Ảnh hưởng của C và Cr lên sự tạo thành cacbit

Ảnh hưởng của mangan

Mangan được cho vào thép khi nóng chảy để khử ô-xy cũng như làm giảm tác dụng độc hại của lưu huỳnh Mangan được coi là nguyên tố hợp kim hoá nếu hàm lượng trong thép lớn hơn 1% Mangan tạo cacbit (FeMn)3C và hoà tan rất nhiều vào pha ferit

Trên giản đồ trạng thái cho thấy, mangan là nguyên tố mở rộng vùng

(hình 3) Cũng giống niken, mangan làm tăng điểm A4, giảm điểm A3, do

đó có thể thay niken quý hiếm bằng mangan rẻ tiền [4]

Mangan làm tăng mạnh tính ổn định của pha austenit và tính thấm tôi của thép, ngoài ra người ta thấy cứ 1% mangan có tác dụng bằng 4 % Ni

Thép có hàm lượng Mn 1% và cao hơn, thường được tôi trong dầu để có cấu trúc mactenxit Tuy nhiên khi hàm lượng mangan vượt quá 1,5 % ferit bắt đầu trở nên giòn, do đó trong thép kết cấu, hàm lượng mangan không nên vượt quá 2 %

Khi hàm lượng mangan tới 12%, pha mactenxit được tạo thành

So với các nguyên tố hợp kim hoá khác, mangan có khả năng làm hạt

austenit lớn nhanh khi nung [4]

Hình 3 : Giản đồ trạng thái Fe-Mn Ảnh hưởng của titan

Ở nhiệt độ 1100o

C và hàm lượng 0,65% Titan có tác dụng mạnh làm hẹp vùng hình 4; khi hàm lượng titan đạt 0,75% ở nhiệt độ này xuất hiện vùng  +  Hợp chất Ti giàu Fe trước đây (Titanid) được viết theo thành phần Fe3Ti chính là biểu thị pha Laves có thành phần Fe2Ti, mạng lục giác Ngoài Fe2Ti () còn có các loại titanid FeTi( ) và FeTi2

Khi nhiệt độ giảm, tính hoà tan của titan cũng giảm theo, do đó hợp kim sắt –titan 3-7% Ti có thể biến cứng do khuyếch tán

Trên hình chiếu của giản đồ trạng thái Fe-Ti-C các vùng được giới hạn bởi titanid sắt (Fe2Ti), cacbit titan (TiC), xêmentit và sắt Titan là nguyên tố

tạo cacbit đặc biệt mạnh Thậm chí khi hàm lượng titan tương đối thấp, cùng với pha xêmentit cũng tạo nên TiC Khả năng tạo cacbit của titan giảm khi có mặt của vanađi Do việc nghiên cứu chưa được sâu sắc nên, các đường biên giới pha của các vùng có dung dịch  và hỗn hợp dung dịch  + Fe3C ở hình trên chỉ là ước lệ Tuy nhiên, trong việc nâng cao chất lượng thép bằng cách hợp kim hoá với titan, trong khâu tôi ram cần ghi nhớ là cacbit titan được tạo thành cùng với pha xêmentit ngay cả khi hàm lượng titan rất nhỏ[8]

Hình 4: Giản đồ trạng thái hệ Fe-Ti

1.3 Giới thiệu quá trình nhiệt luyện thép 25ХГТ

Thường hoá:

Đối với thép kết cấu người ta thường áp dụng khâu ủ thường hoá thay cho khâu ủ mềm trước khi gia công cơ khí nhằm đạt được cấu trúc xoocbit mịn hơn cấu trúc peclit sau ủ mềm Nhiệm vụ của khâu thường hoá là tạo ra dung dịch rắn  đồng đều rồi làm nguội trong không khí để làm giảm ứng suất dư, giảm độ cứng và tạo ra cấu trúc xoocbit nhỏ mịn để chuẩn bị cho khâu nhiệt luyện cuối cùng (tôi và ram cao) Vì vậy, nhiệt độ thường hoá là phải cao hơn nhiệt độ Ac3 để các nguyên tố hợp kim có thể hoà tan hoàn toàn vào các dung dịch rắn Ngoài yếu tố nhiệt độ thì cần phải có thời gian giữ nhiệt đủ để cho quá trình khuyếch tán các nguyên tố hợp kim xẩy ra được hoàn toàn Thông thường, nhiệt độ thường hóa ở nhiệt độ Ac3 + 50oC Thời gian giữ nhiệt tuỳ thuộc vào thành phần hóa học của thép và kích thước của sản phẩm

- Tôi:

Tôi là khâu làm nguội nhanh dung dịch rắn  từ nhiệt độ austenit hoá xuống dưới nhiệt độ bắt đầu chuyển biến mactensit Ms Tốc độ làm nguội để chuyển biến austenit – mactensit xẩy ra hoàn toàn phụ thuộc vào thành phần hoá học của thép Thông thường, các loại thép hợp kim được làm nguội khi tôi bằng dầu

Nhiệt độ bắt đầu chuyển biến mactensit Ms là một thông số rất quan trọng trong công nghệ tôi thép Nhiệt độ này cũng do thành phần hoá học của thép quyết định Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu xác định mối liên quan giữa hàm lượng các nguyên tố hợp kim và nhiệt độ Ms Các kết quả thu được

là những công thức thực nghiệm chỉ chính xác với một khoảng thành phần nhất định Chẳng hạn trong  đã đưa ra công thức tính nhiệt độ Ms theo hàm lượng các nguyên tố hợp kim như sau:

Ms = 1302 – 42(%Cr) – 61(%Ni) – 33(%Mn) – 28(%Si) – 1667(%C + %N)

Như vậy, để đảm bảo nhận được cấu trúc mactensit thì khâu tôi phải thoả mãn các điều kiện chính như sau:

- Tốc độ làm nguội phải lớn hơn tốc độ làm nguội tới hạn của thép Tốc

độ làm nguội tới hạn của từng loại thép thông thường được xác định bằng thực nghiệm Để điều chỉnh tốc độ làm nguội người ta thường sử dụng các môi trường tôi khác nhau như không khí nén, dầu, nước, các loại dung dịch khác nhau…

Đối với thép hợp kim thấp thường dùng môi trường tôi là dầu hoặc nước

- Nhiệt độ làm nguội phải nhỏ hơn nhiệt độ bắt đầu chuyển biến austenit - mactensit Ms Nhiệt độ Ms của các thép được xác định bằng thực nghiệm hoặc bằng các công thức gần đúng

Sau khi tôi ta nhận được cấu trúc mactensit với mạng tinh thể lập phương thể tâm Vì tôi là một quá trình xẩy ra rất nhanh nên không đủ thời gian cho các nguyên tố khuyếch tán Vì vậy, mactensit là một dung dịch rắn quá bão hoà, có độ cứng rất cao và dòn Bên cạnh mactensit trong cấu trúc của thép còn có thể có một lượng nhỏ  - pherit Trong trường hợp tôi không hợp lí (ví

dụ tốc độ làm nguội không đủ nhanh) thì có thể còn một ít austenit dư, làm giảm độ cứng của thép

- Ram:

Mactensit nhận được sau khi tôi là một dung dịch rắn quá bão hoà, có độ cứng cao nhưng tính dẻo rất thấp Vì vậy để thép có những tính năng sử dụng tốt như yêu cầu thì sau khi tôi cần phải tiến hành ram Trong quá trình ram xảy ra các hiện tượng phân huỷ austenit dư ở khoảng nhiệt độ 220 – 260oC Kết quả của hiện tượng này là austenit dư chuyển biến thành máctensit và làm cho độ cứng và tính chịu mài mòn của thép tăng lên Hiện tượng phân huỷ dung dịch rắn xảy ra ở nhiệt độ 320 – 430oC Trong giai đoạn này xảy ra quá trình phân huỷ dung dịch rắn làm cho hàm lượng cácbon tiến gần tới giá trị cân bằng Độ cứng của thép giảm đi, đồng thời tính dẻo tăng lên

Hiện tượng hình thành cacbit trong quá trình ram thép hợp kim có chứa các nguyên tố tạo cacbit xảy ra khá phức tạp.Trong ram, ở giai đoạn đầu (từ

1700C  2000C ) xảy ra quá trình tiết cacbon từ mactenxit dưới dạng cacbit nhỏ mịn Khi nhiệt độ cao hơn (từ 2200C  2600C ) xảy ra quá trình phân hủy austenit dư, chuyển thành mactenxit ram, làm cho độ cứng và tính chịu mài mòn của thép tăng lên Nếu ram thép ở nhiệt độ này thì có độ cứng, giới hạn bền và giới hạn chảy cao (độ cứng có thể đạt 50 -55 HRC, giới hạn bền có thể đạt 1300 – 1350Mpa) Theo  sự tạo thành các loại cacbit phụ thuộc vào nhiệt độ như sau :

 300 – 350oC: Tạo thành cacbit phức loại Xêmentit: ( Fe, Cr)3C

 400 – 450oC: Tạo thành M2X và M3C7 Loại M2X là Cr2C, Mo2C và (Cr,Mo)2C Còn M7C3 là (Cr,Fe)7C3

 >500oC: tạo thành cacbit loại (Cr,Fe)23C6

Như vậy quá trình tiết cacbit trong khi ram diễn ra theo sơ đồ:

M3C M7C3 M23C6

Ngoài ra khi có mặt Mo thì có thể tạo thành Mo2C và (Cr,Mo)2C

Kết quả của quá trình ram là cấu trúc hợp kim ở trạng thái ổn định, độ cứng giảm đi ít chút và tính dẻo tăng lên Các tính chất khác như tính chống

gỉ cũng được cải thiện

Những điều cần chú ý khi chê tạo thép 25ХГТ

Thép kết cấu hợp kim 25ХГТ được hợp kim hoá một lượng nhỏ titan nên

có cấu trúc nhỏ mịn

Trong thời gian gần đây, thép 18XГT và 25XГT được sử dụng rộng rãi cho các chi tiết cần xêmentit hoá, đặc biệt cho hộp số truyền động, trục khuỷu và cầu sau ô tô

Trên giản đồ đẳng nhiệt chuyển hoá austenit - xêmentit và sau xêmentit hoá của thép này cho thấy tính ổn định tương đối cao của pha austenit Tuy nhiên vì có hàm lượng mangan cao nên các thép này có khuynh hướng tạo

cấu trúc dạng dải dẫn đến các sản phẩm cán ngang có độ dai va đập giảm nhiều

Để lựa chọn thép cho ngành chế tạo máy nông nghiệp cần chú ý các điểm sau:

Đối với thép chế tạo bánh răng, hộp giảm tốc, trục truyền động cần :

- Thép sau khi nhiệt luyện có biến dạng nhỏ, giới hạn bền mỏi cao, độ thấm tôi tốt, đảm bảo đủ độ bền cho tâm chi tiết (không tồn tại ferit tự do), bề mặt chi tiết không còn một loại cacbit nào hoặc austenit dư, có

độ cứng và độ bền chịu mài mòn cao

- Thép không có cấu trúc dạng dải, lượng tạp chất phi kim nằm trong giới hạn cho phép, trong điều kiện sản xuât lớn thép phải dễ gia công bằng dụng cụ cắt gọt

2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nội dung nghiên cứu

Đề tài sẽ tiến hành các nội dung nghiên cứu như sau:

- Nghiên cứu tổng quan về thép kết cấu hợp kim và mác thép 25ХГТ dùng

để chế tạo các chi tiết quan trọng cho máy nông nghiệp trên cơ sở các tài liệu và tiêu chuẩn trong và ngoài nước;

- Nghiên cứu xác định công nghệ sản xuất thép hợp kim mác 25ХГТ bao gồm các khâu:

 Công nghệ luyện thép

 Công nghệ tinh luyện

 Công nghệ gia công áp lực

 Công nghệ nhiệt luyện

- Đánh gía chất lượng vật liệu: thành phần hoá học, tính chất cơ lí, tổ chức

tế vi và cấu trúc pha;

- Chế tạo một số sản phẩm dùng trong máy nông nghiệp như máy kéo, máy

nổ để đánh giá chất lượng cũng như khả năng sử dụng

2.2 Phương pháp nghiên cứu

Để đảm bảo kết quả nghiên cứu có độ tin cậy và chính xác cao, đề tài đã

sử dụng các phương pháp và thiết bị nghiên cứu sau:

- Trên cơ sở tìm hiểu nhu cầu của thị trường trong nước cũng như yêu cầu của các cơ sở sản xuất máy nông nghiệp trong nước đồng thời tham khảo tài liệu và tiêu chuẩn về thép hợp kim của các nước tiên tiến để lựa chọn mác thép

- Sử dụng lò cảm ứng trung tần Radyne 300kg/mẻ để nghiên cứu xác định công nghệ luyện thép, thiết bị tinh luyện điện xỉ 100KVA để xác định công nghệ tinh luyện, búa rèn 750kg và 150 kg để xác định công nghệ rèn và sử dụng lò nung bằng thanh C-Si để xác định công nghệ nhiệt luyện thép hợp kim mác 25ХГТ

- Sử dụng phương pháp phân tích hoá học truyền thống và phương pháp phân tích quang phổ phát xạ trên thiết bị FISONS ARL 3460 của Thuỵ

Sĩ để xác định thành phần hoá học của thép

- Sử dụng máy kéo vạn năng YMM – 50 và HO11-MATEST -Italy để xác định độ bền và tính dẻo, máy đo độ cứng HPO 250 và TK2M để đo

độ cứng của vật liệu, thiết bị MK30 để đo độ dai va đập

- Sử dụng kính hiển vi quang học AXIOVERT (CHLB Đức) để nghiên cứu tổ chức tế vi

- Dùng thử sản phẩm chế tạo từ thép của đề tài tại một số cơ sở sản xuất

để đánh giá chất lượng thép

- Tổng kết các kết quả nghiên cứu và nêu được quy trình sản xuất theo điều kiện trong nước

Để mẻ luyện đạt chất lượng cao, có thành phần hoá học ổn định, chúng tôi lựa chọn thép nền có hàm lượng các bon gần giống mác thép nghiên cứu

và có hàm lượng lưu huỳnh và phốt pho thấp

Ở các nước phát triển, thép 25ХГТ được nấu luyện phổ biến nhất là trong

lò điện hồ quang rồi tinh luyện trong các thiết bị tinh luyện ngoài lò Trong các điều kiện đặc biệt cũng có thể đựơc nấu luyện trong các thiết bị chuyên dụng như lò hồ quang chân không, lò cảm ứng chân không ….Trong điều kiện thiết bị của nước ta cũng như trong khuôn khổ thí nghiệm của đề tài, chúng tôi chọn lò cảm ứng trung tần để nghiên cứu xác định công nghệ luyện thép mác 25ХГТ Loại lò này có nhiều dung tích khác nhau, chúng tôi sử dụng lò Radyne (Anh) có dung tích 300 kg/mẻ của Viện Luyện kim đen để thực hiện nấu luyện

Trên cơ sở yêu cầu về thành phần hoá học của mác thép và các đặc tính của thiết bị công nghệ, đề tài đã sử dụng các loại nguyên liệu sau:

- Thép Ct3 có hàm lượng cácbon trung bình và sạch tạp chất;

- Ferocrôm cácbon cao

- Feromangan 80

- Ferosilic 75

- Ferotitan