Microsoft Word 6861 doc Bé c«ng th−¬ng ViÖn khoa häc vµ c«ng nghÖ Má LuyÖn kim BÁO CÁO ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc vµ ph¸t triÓn cÊp bé §Ò tµi Nghiªn cøu n©ng cao chÊt l−îng gang cÇu pherit trong c«ng[.]
Bộ công thơng Viện khoa học công nghệ Mỏ-Luyện kim BO CO đề tài nghiên cứu khoa học phát triển cấp Đề tài: Nghiên cứu nâng cao chất lợng gang cầu pherit công nghệ chế tạo chi tiÕt tay quay van xt khÈu Chđ nhiƯm ®Ị tài: Nguyễn Văn Chiến Đồng chủ nhiệm: Nguyễn Hữu Dũng Cơ quan quản lý đề tài: Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim 6861 15/5/2008 Hà nội 2007 Báo cáo kết nghiên cứu quan phối hợp thực Đại học Bách khoa HN Công ty Cơ khí Hà nội Công ty khí Đông anh Danh sách cá nhân tham gia đề tài TT Họ tên Nghề nghiệp Đơn vị Nguyễn Văn Chiến Tiến sỹ Viện KHCN Mỏ Luyện kim Nguyễn Hữu Dũng PGS TS Đại học Bách khoa HN Nguyễn Hồng Hải ThS Đại học Bách khoa HN Văn Ngọc Hồng Kỹ s Đại học KTCN Thái nguyên Nguyễn Mạnh Đạt Kỹ s Viện KHCN Má Lun kim Ngun Tn Kü s− ViƯn KHCN Má Lun kim ViƯn khoa häc c«ng nghƯ má-lun kim Báo cáo kết nghiên cứu mục lục Lời nói đầu Chơng tổng quan Gang cầu 1.1 Khái quát gang cầu 1.1.1 Tæ chøc gang cÇu 1.1.2 Mối quan hệ tổ chức tính chÊt 11 1.2 C¸c yÕu tố ảnh hởng tới hình thành tổ chức tÝnh chÊt gang cÇu 11 1.2.1 Hình dạng graphit 12 1.2.2 Thành phần hóa học 12 1.2.3 Các phơng pháp nhiệt luyện gang cầu 16 1.2.4 ảnh h−ëng cđa tèc ®é ngi 1.3 Tình hình sản xuất gang cầu nớc nớc 18 Chơng Công nghệ chế tạo gang cầu 2.1 Các phơng pháp chế tạo gang cầu 20 2.1.1 Phơng án trình 20 2.1.2 Phơng pháp có trình hóa học 21 2.1.3 Mét sè c«ng nghƯ biÕn tÝnh sư dụng Mg hợp kim trung gian Mg 22 2.2 Tác dụng magiê làm chất biến tÝnh cÇu hãa 23 2.2.1 Khư khÝ vµ tinh lun 23 2.2.2 T¸c dơng khư l−u hnh 24 2.2.3 Hàm lợng Mg d− sau biÕn tÝnh 27 2.2.4 Sự cháy hao nguyên tố biÕn tÝnh 28 2.3 Gang cÇu pherit 29 Chơng Nội dung phơng pháp nghiên cứu 3.1 Nội dung nghiên cứu 36 3.1.1 ảnh hởng thành phần phối liệu đến việc hình Viện khoa học công nghệ mỏ-luyện kim Báo cáo kết nghiên cứu thành tổ chức pherit 36 3.1.2 ¶nh hởng hàm lợng cacbon, silic, mangan đến việc hình thµnh tỉ chøc pherit 36 3.1.3 ảnh hởng chiều dày thành vật đúc đến tính gang cầu pherit trạng thái đúc 37 3.1.4 ThiÕt kế công nghệ đúc thử cho chi tiết van tay quay công nghệ khuôn cát tơi 38 3.2 Phơng pháp nghiên cứu 3.2.1 Thiết bị nguyên liệu thí nghiệm 39 3.2.2 Qui trình công nghệ: 41 3.2.3 Các điều kiện ban đầu 43 3.2.4 NhiƯt lun gang cÇu 44 Chơng Kết thảo luận 4.1 Khảo sát đánh giá thực tế công nghệ sản xuất gang cầu pherit 45 4.2 ảnh hởng hàm lợng mangan đến tính chất gang cầu pherit trạng thái đúc 51 4.3 ¶nh h−ëng cđa chiều dày thành vật đúc đến tính chất gang cầu trạng thái đúc 53 4.4 ảnh hởng Cu đến tính chất gang cầu trạng thái đúc 56 4.5 ảnh hởng đồng đến tính chất gang cầu sau nhiệt luyện 59 4.6 ảnh hởng hàm lợng Mg d 61 4.7 áp dụng kết vào sản xuÊt 64 4.8 Tính toán sơ giá thành sản phẩm 68 KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 70 Viện khoa học công nghệ mỏ-luyện kim Báo cáo kết nghiên cứu Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình 1.1 Tổ chức gang cầu ferit + peclit Hình 1.2 Độ bền độ dÃn dài gang cầu phụ thuộc hàm lợng Si kim loại Hình 1.3 Hình dạng graphit tính gang Hình 1.4 ảnh hởng hàm lợng Mn đến tính gang cầu Hình 1.5 ảnh hởng lu huỳnh đến độ dÃn dài gang cầu Hình 1.6 Ngỡng giòn gang cầu phụ thuộc vào hàm lợng photpho Hình 2.1 Phơng pháp biến tính a) nhúng b) nồi autoclap Hình 2.2 Phơng pháp biến tính bằg dây nhồi Hình 2.3 Phơng pháp biến tính thùng quay Hình 2.4 Phơng pháp biến tính liên tục dòng chảy Hình 2.5 Phơng pháp gầu Tundish Hình 2.6 Cân Mg-S nhiệt độ 15000C Hình 2.7 Giản đồ trạng thái Fe Mg Hinh 2.8 nh hưởng tổ chức đến độ dai va đập gang cầu pherit Hình 2.9 ¶nh h−ëng cđa Si tíi tÝnh chÊt cđa gang cÇu pherÝt Hình 2.10 Ảnh hưởng hàm lượng P đến độ dai va đập ca gang cu pherit Hình 3.1 Mẫu thí nghiệm xác định tính Hình 4.1 Tổ chức kim loại mẫu Hình 4.2 ảnh hởng tỉ lệ C/Si đến tính gang cầu Hỡnh 4.3 Hm lng Mn độ bền kéo gang cầu Hình 4.4 Hàm lượng Mn độ d·n dµi gang cầu trạng thái đúc Viện khoa học công nghệ mỏ-luyện kim Báo cáo kết nghiên cứu Hỡnh 4.5 Chiều dày vật đúc v bn kộo ca gang cu trạng thái đúc Hình 4.6 Chiều dày vật đúc độ dÃn dài gang cầu trạng thái đúc Hình 4.7 ảnh hởng Cu đến độ bền kéo gang cầu trạng thái đúc Hình 4.8 ảnh hởng Cu đến độ dÃn dài gang cầu trạng thái đúc Hình 4.9 Gang cầu 0,5% Cu trạng thái đúc Hình 4.10 ảnh hởng Cu đến độ bền kéo gang cầu Hình 4.11 ảnh hởng Cu đến độ dÃn dài gang cầu Hình 4.12 Gang cầu 0,5% Cu sau nhiệt luyện Hình 4.13 ảnh hởng hàm lợng Mg d đến độ bền Hình 4.14 ảnh hởng hàm lợng Mg d đến độ dÃn dài Hình 4.15 Công nghệ đúc tay quay gang cầu pherit trạng thái đúc Hình 4.16 Bản vẽ chi tiết tay quay Hình 4.17 Chi tiết tay van Hình 4.18 Vật đúc chi tiết tay van Hình 4.19 Công nghệ đúc mũ sứ gang cầu Hình 4.20 Chi tiết đúc mũ sứ gang cầu Viện khoa học công nghệ mỏ-luyện kim Báo cáo kết nghiên cứu danh mục bảng biểu Bảng 1.1 Tính chất gang cầu hợp kim theo tiêu chuẩn DIN1693, Bảng 2.1 Sự thay đổi hàm lợng khí gang biÕn tÝnh b»ng FeSiMg5 B¶ng 2 Kh¶ khử S nguyên tố đất phụ thuộc vào nhiệt độ Bảng 2.3 Đặc tính chủ yếu số chất biến tính cầu hoá để sản xuất gang graphit cầu Bảng 2.4 Thành phần số loại chất biến tính cầu hoá chứa đất Bảng 2.5 Tính chất gang cầu pherit Bảng 2.6 Thành phần nguyên tố thờng gặp gang cầu graphit Bảng 4.1 Tính chất gang cầu không dùng gang thỏi mẻ liệu Bảng 4.2 Tính chất gang cầu dùng 20% gang thỏi mẻ liệu, hàm lợng Mn thấp Bảng 4.3 Tính chất gang cầu dùng Cđl > 4,5% Bảng 4.4 Độ bền kéo hàm lợng Mn gang cầu Bảng 4.5 Độ dÃn dài hàm lợng Mn gang cầu trạng thái đúc Bảng 4.6 Chiều dày vật đúc Độ bền kéo trạng thái đúc Bảng 4.7 Chiều dày vật đúc Độ dÃn dài gang cầu trạng thái đúc Bảng 4.8 ảnh hởng Cu đến tính gang cầu trạng thái đúc Viện khoa học công nghệ mỏ-luyện kim Báo cáo kết nghiên cứu Mở đầu Trong năm gần đây, gang cầu đà trở thành loại vật liệu quan trọng ngành chế tạo máy u việt vật liệu nh: tính đúc tốt, tính chất học cao, gía thành vừa phải Bằng công nghệ biến tính thay đổi thành phần vật liệu, tạo mác gang cầu thoả mÃn nhiều nhu cầu sản xuất mở viễn cảnh rộng lớn cho việc áp dụng gang cầu việc chế tạo chi tiết ngành ôtô, xây dựng, nông nghiệp, mỏ, quân ngành đờng sắt mà trớc thờng chế tạo phơng pháp rèn đúc thép Tính chất gang cầu phụ thuộc vào cấu trúc nền, hình dạng, kích thớc phân bố graphit gang Nền hạt graphit lại phụ thuộc vào thành phần hoá học gang lỏng, phơng pháp khử lu huỳnh phơng pháp tạo xỉ gầu rót nh nào, chúng phụ thuộc vào phơng pháp biến tính, khoảng thời gian kiện phụ thuộc vào hình dáng chi tiết đúc khuôn Đối với gang cầu pherit trạng thái đúc, có mặt nguyên tố nh mangan crôm nguyên tố có ảnh hởng mạnh đến tính chất học gang Với lý thành phần chúng phải đợc khống chế chặt chẽ Mangan crôm vào gang lỏng từ sắt thép vụn, gang hồi liệu Các thí nghiệm đà r»ng, sư dơng s¾t thÐp vơn cho gang láng chứa 0,1%Cr, hàm lợng Mn khoảng 0,2-0,3% chất lợng gang cầu dễ khống chế Trong sắt thép vụn hàm lợng mangan cao, đa số chứa đến 0,5% khống chế hàm lợng Mn việc cần thiết Lợng sắt thép vụn cần phải khống chế mức cho vật đúc chứa cacbit tốt Điều đặc biệt quan trọng công nghệ chế tạo gang cầu pherit Cấu trúc graphit gang cầu chịu ảnh hởng hàm lợng cacbon cacbon đơng lợng nh tØ lƯ C/Si NhiỊu thÝ nghiƯm cịng ®· chØ rằng, thành phần mẻ liệu có ảnh hởng lớn đến tính chất gang cầu pherit trạng thái đúc Các nguyên tố phản cầu cần phải khống chế chặt chẽ Viện khoa học công nghệ mỏ-luyện kim Báo cáo kết nghiên cứu là: Sn 0,01%; As ≤ 0,02%; (V+Mo)≤ 0,01%; Cr≤ 0,04%; Sn≤ 0,02%; P≤0,05% Mục đích đề tài: ti ny nhằm giải số vấn đề sau đây: ảnh hởng thành phần phối liệu đến chất lợng gang cầu pherit trạng thái đúc ảnh hởng hàm lợng mangan đến chất lợng gang cầu pherit trạng thái đúc ảnh hởng chiều dày thành vật đúc đến chất lợng gang cầu pherit trạng thái đúc Thiết lập đợc công nghệ sản xuất gang cầu pherit trạng thái đúc ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: Khi đà giải đợc vấn đề nêu trên, đề tài góp phần vào việc hoàn chỉnh sở lý thuyết gang cầu pherit trạng thái đúc Kết đề tài giúp cho sở sản xuất đúc không bị động nhận đơn hàng gang cầu pherit Khi kết đề tài ổn định, áp dụng để sản xuất chi tiết tay quay gang cầu dùng cho xuất Đề tài sở cho việc thực luận án Thạc sỹ ngành Khoa học Công nghệ vật liệu Viện khoa học công nghệ mỏ-luyện kim Báo cáo kết nghiên cứu Chơng Tổng quan gang cầu 1.1 Khái quát gang cầu: Gang graphit cầu, gọi tắt gang cầu, có lý tính cao hẳn gang xám thờng Gang cầu có độ bền cao, mô đun đàn hồi lớn độ dẻo cao Về tÝnh cã thĨ s¸nh ngang víi thÐp c¸cbon nh−ng dƠ đúc nhiều, gang cầu đợc dùng thay thép làm chi tiết quan trọng nh trục khỷu ô tô, biên, trục cán Chính vấn đề cầu hoá graphit đà đợc nhiều nhà nghiên cứu quan tâm 1.1.1 Tổ chức gang cầu: Tổ chức gang cầu bao gồm graphit hình cầu kim loại Tổ chức kim loại gang cầu giống thép Về bản, trạng thái đúc, gang cầu có loại tổ chức nền: peclit, peclit+pherit pherit Các hạt graphit hình cầu phân bố kim loại Hình 1.1 giới thiệu tổ chức gang cầu peclit+pherit - Graphít dạng cầu tròn, hình dáng kích thớc hạt graphit cầu định độ bền kéo vàđộ dẻo cao gang cầu so với gang xám Hình 1: Tổ chøc gang cÇu nỊn ferit + peclit viƯn khoa häc công nghệ mỏ-luyện kim Báo cáo kết nghiên cứu 4.7 Các chi tiết áp dụng kết nghiên cứu 4.7.1 Tay quay Hình 4.15 Công nghệ đúc tay quay gang cầu pherit trạng thái đúc 63 Viện khoa học công nghệ mỏ-luyện kim Báo cáo kết nghiên cứu Chi tiết có chiều dày lớn lµ 30 mm vµ nhá nhÊt lµ 20 mm Dùa theo đồ thị 4.5 4.6 lựa chọn thành phần Mn=0,25-0,35%, tỉ lệ C/Si=1,8; hàm lợng Si giới hạn dới Hình 4.16 Chi tiết tay quay thực Đà tiến hành đúc với phơng án công nghệ, có đậu ngót đậu ngót Phơng án thiết kế thêm đậu ngót cho công nghệ đúc, chi tiết đúc đà khắc phục hết khuyết tật nh bị rỗ ngót, co Sản phẩm đúc phơng án thiết kế công nghệ thứ ba đà đợc chấp nhận đa vào sản xuất 64 Viện khoa học công nghệ mỏ-luyện kim Báo cáo kết nghiên cứu 4.7.2 Tay van Đây chi tiết có chiều dày nhỏ Tiêu chuẩn tính phải đạt mác gang cầu FCD 450 Nhật Để đạt đợc yêu cầu trên, Cđl phải lấy giới hạn trên, thành phần Si không vợt 2,5% T D 10 25 15 10 22 30 12 25 110 Hình 4.17 Bản vẽ chi tiết tay van Công nghệ đúc nh hình 4.17 Kết quả: Các chi tiết đạt yêu cầu kỹ thuật đà tiến hành sản xuất loạt lớn Hình 4.18 Vật đúc chi tiÕt tay van 65 ViƯn khoa häc c«ng nghƯ mỏ-luyện kim Báo cáo kết nghiên cứu 4.7.3 Mũ sứ gang cầu Hình 4.19 Công nghệ đúc mũ sứ gang cầu Công nghệ đúc khuôn cát tơi, ruột cát nhựa Kết quả: Trong số 20 chi tiết kÐo thư trùc tiÕp cho c¶ chi tiÕt, cã mẫu không đạt yêu cầu độ bền, nguyên nhân chủ yếu sai lệch kích thớc Còn lại 16 chi tiết đạt yêu cầu Sau sửa chữa lại kích thớc ruột cách ráp hòm, tất 500 chi tiết đà Hình 4.20 Chi tiết đúc mũ sứ gang cầu đạt yêu cầu 66 Viện khoa học công nghệ mỏ-luyện kim Báo cáo kết nghiên cứu 4.8 Tính tóan sơ giá thành sản phẩm Việc tính toán hiệu kinh tế mang tính sơ dựa vào tiêu thực tế nấu gang Tính cho mẻ nấu 1000 kg từ sắt thép vụn Đơn giá thép lỏng công ty 16 000đ/kg kể thuế VAT Bổ sung nguyên tố cần thiết cho 1000 kg thép biến tính cầu hóa Lợng dïng chÊt biÕn tÝnh cÇu hãa 2,5%, tÊn gang lỏng cần 25 kg Hàm lợng Si thép vụ 0,5%, gang cầu có 2,5%Si, phải bổ sung thêm 2% tức 20 kg silic cho 1000 kg gang lỏng Lợng FeSi75 cần mua: x= 20:0,75 = 26,6 kg C¸c chi phÝ cho 1000 kg gang láng biÕn tính cầu hóa: Vật liệu Đơn giá Mua gang xám lỏng 1000kg x 16 000đ Chất biến tính cầu hóa 25 kg x 50 000đ Than điện cùc 60 kg x 10 000® :80% 75 000 FeSi 26kg x 15 000đ: 80% 490 000 Tổng Thành tiỊn (®) 16 000 000 250 000 18 490 000 Tỉ lệ phế phẩm đúc + rơi vÃi biến tính: 20% Giá thành toàn bộ: 18 490 000 đ :80% = 23 112 000đ Giá thành cho kg vËt ®óc: 23 112 ®/kg 67 ViƯn khoa häc công nghệ mỏ-luyện kim Báo cáo kết nghiên cứu Kết luận Đối chiếu với nội dung đà đăng ký, kết đà đạt đợc đề tài đà chứng tỏ, đề tài đà hoàn thành nhiệm vụ mục tiêu đà đặt Các kết nh sau Cã thĨ nÊu gang biÕn tÝnh cÇu hãa từ hai nguồn: từ gang thỏi từ sắt thép vơn+gang thái MỴ liƯu nÊu tõ gang thái, gang biÕn tính có tính di truyền nên công nghệ biến tính dễ ổn định Để nâng cao chất lợng gang cầu pherit trạng thái đúc, cần phải tuân thủ số nguyên tắc sau đây: Quá trình biến tính thu đợc pherit trạng thái đúc, tơng quan hai nguyên tố C Si có quan hệ chặt chẽ Quan hệ đợc thể qua tØ sè C/Si Khi mỴ liƯu cã gang thái, tØ số C/Si phải nằm khoảng 1,4-1,8 Giá trị cận dới dùng cho mẻ liệu có gang thỏi, giá trị cận dùng cho mẻ liệu có thép vụn Nếu tăng Si giới hạn đó, 2,6-2,8%; silic tan nhiều vào pherit làm giảm ®é d·n dµi vµ ®é dai va ®Ëp cđa gang Phải dùng gang sau tinh chế tạo đợc gang cầu pherit trạng thái đúc, cacbon đơng lợng khoảng 4,3-4,8 Mangan nguyên tố để điều chỉnh gang Để sản xuất đợc gang cầu pherit trạng thái đúc, mangan phải nhỏ 0,35%, tốt khoảng 0,15-0,25% Việc lựa chọn vật liệu gang cầu pherit trạng thái đúc phải xem xét đến yếu tố: thành phần nguyên tố thờng có, tỉ lệ C/Si %Mn đóng vai trò định, chiều dày vật đúc Các hình từ 4.3 đến 4.6 phơng tiện hữu ích cho phơng pháp lựa chọn 68 Viện khoa học công nghệ mỏ-luyện kim Báo cáo kết nghiên cứu Có thể dùng phơng pháp hợp kim hóa thấp nguyên tố Cu (nhỏ 0,5% Cu) để cải thiện chất lợng gang cầu pherit phơng pháp ủ Các thÝ nghiƯm ®· chøng tá, đ d−íi nhiƯt ®é Ac1 nâng cao độ dẻo gang đủ đạt mác FCD 450 Những kiến nghị: Gang cầu nói chung gang cầu pherit trạng thái đúc với tốc độ nguội lớn (chiều dày thành vật đúc nhỏ, nhỏ 10 mm gang cầu đúc khuôn kim loại) lĩnh vực cần đợc quan tâm giải 69 Viện khoa học công nghệ mỏ-luyện kim Báo cáo kết nghiên cứu tài liệu tham khảo Nguyễn Văn Thái, Malisev Vondrak,V Grusko,V.G Ng H Dung Ng H Dung Ratto.P.J.J Hlousek C Masasek,I 10 Gretman,A.E 11 Cenkevik,J.I 12 Vondrak 13 Vondrak 14 Litovka,V.I 15 Milikov,C.B 16 Caikin, B.A 17 Vondrak.V 18 Kozlov,L.J 19 Pavel Sikora 20 Nghiªm Hïng 21 Ng H Dung 22 Ignaszak.Z Bài giảng Gang cầu, 2003 Liteinoje proizvodstvo, No1,1981, tr Výroba Tv¸rnÐ Litiny, Scriptum VSB Ostrava, 1991 Liteinoje proizvodstvo, No7,1984, tr.4 LuËn ¸n PhãTiÕn sü, Ostrava, 1992 Gang cầu ADI dùng Cu làm nguyên tố hợp kim, Tuyển tập Báo cáo Hội nghị KH 50 năm §HBKHN.2006 Low Temperature Impact Tests in Austempered Ductile Iron and other Spheroidal Graphite Cast Iron Structures http://www.google.com SlÐv¸entvÝ, No12 1963, tr 12-14 SlÐv¸entvÝ, No4 1962, tr 132-137 Liteinoje proizvodstvo, No11,1971, tr.32-33 Liteinoje proizvodstvo, No9,1981, tr.10 Sekundarni metalurgie litin, VSB, Cech Republic.1992 TermodynamickÐ Z¸klady modificace litiny , STRANGER 1991 Liteinoje proizvodstvo, No2,1986, tr.9-12 Liteinoje proizvodstvo, No2,1984, tr.30 Liteinoje proizvodstvo, No1,1984, tr.28-29 SlÐv¸entvÝ, No5 1990, tr 184-189 Liteinoje proizvodstvo, No2,1991, tr.3-5 Vyroba odlitku z tvarne litiny bez tepelneho zpracovanÝ SlevarenstvÝ No5 1985 Sổ tay tra cứu thép gang thông dụng; Trờng ĐHBKHN, 1997 Một số đặc điểm sản xuất gang cầu pherit trạng thái đúc KH&CN trờng ĐH; No62 2007 The Risk of Ductile iron Post-inoculation for Heavy Section Casting Materials Science No3; tr.245-249 2003 70 ViƯn khoa häc c«ng nghƯ má-lun kim Phơ lơc Tỉ chøc nỊn kim loại hình dáng hạt graphit mẫu Phụ lơc tỉ chøc gang cÇu A1-kÝ hiƯu mÉu; 0.15Mn: 0,15%Mn; 10mm: chiều dày mẫu; x50: độ phóng đại A1-0.15Mn; 10mm; x50 A1-0.15Mn; 10mm; x200 A3-0.15Mn; 35mm; x50 A3-0.15Mn; 35mm; x200 A4-0.15Mn; 45mm; x50 A4-0.15Mn; 45mm; x200 B1-0.25Mn; 10mm; x50 B1-0.25Mn; 10mm; x200 B3-0.25Mn; 35mm; x50 B3-0.25Mn; 35mm; x200 B1(1)-0.25Mn; 45mm; x50 B1(1)-0.25Mn; 45mm; x200 C1-0.35Mn; 10mm; x50 C1-0.35Mn; 10mm; x200 C3 -0.35Mn; 25mm; x50 C3 -0.35Mn; 25mm; x200 C3(1) -0.35Mn; 45mm; x50 C3(1) -0.35Mn; 45mm; x200