Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước đến tổ chức và cơ tính bi đúc từ gang cr cao

Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước đến tổ chức và cơ tính bi đúc từ gang Cr cao TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU BỘ MÔN KỸ THUẬT GANG THÉP Hà Nội, 06/2

Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước đến

tổ chức và cơ tính bi đúc từ gang Cr cao

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU

BỘ MÔN KỸ THUẬT GANG THÉP

Hà Nội, 06/2011

NỘI DUNG THUYẾT TRÌNH

Kết quả và thảo luận Quá trình thực nghiệm

Cơ sở lý thuyết Tổng quan

Nhu cầu sản xuất xi măng phục vụ xây dựng và công nghiệp ngày càng lớn.

Gang mài mòn với hàm lượng Crôm cao có độ bền và khả năng chịu mài mòn cao được sử dụng làm chi tiết trong ngành xi măng như bi nghiền, tấm lót, hàm nghiền, vành nghiền…

MỞ ĐẦU

Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước đến tổ chức và cơ tính bi đúc từ gang Cr cao ” nhằm giải quyết vấn

đề khó khăn của công ty trách nhiệm hữu hạn Thắng Lợi (VICO Ltd.) Nam Định đang gặp phải: đó là bi đúc có đường kính trên D70 từ mác gang 12%Cr theo tiêu chuẩn ASTM – A

352 M Class II Type A cơ tính kém, hay bị nứt vỡ Đây là vấn

đề quan trọng đem lại hiệu quả kinh tế, kỹ thuật cao cho sản xuất cũng như tiêu dùng sản phẩm bi nghiền phục vụ sản xuất

xi măng.

TỔNG QUAN

Gang Crôm là gì?

Gang Crôm là gì?

Hợp kim gang Crôm cao là hợp kim cơ sở Fe

có chứa 11-30% Cr và 1.8-3.6% C, có thể chứa

Mo, Mn, Cu, và đôi khi cả Ni.

Tổ chức vi mô điển hình của hợp kim này bao gồm chủ yếu là cacbit sơ cấp hoặc cùng tinh cứng trong nền austenit hoặc là dạng sản phẩm chuyển biến của nó.

6

Ứng dụng của gang Crôm

Tình hình nghiên cứu sử dụng gang chịu mài mòn trong nước

Tình hình nghiên cứu sử dụng gang chịu mài mòn trong nước

Từ những năm 1990 cho đến nay, nước ta đã nghiên cứu

và sản xuất các hợp kim chống mài mòn và chống va đập Đối tượng chủ yếu nghiên cứu và sản xuất là hệ gang crôm

Công ty TNHH Thắng Lợi (VICO Ltd.) Nam Định, hàng năm xuất tới 6000-7000 tấn bi nghiền và tấm lót với lượng crôm từ 1,5 - 30%

Mục tiêu của đề tài

Trên cơ sở khảo sát nhu cầu thực tiễn sản xuất tại Công ty TNHH đúc thép Thắng Lợi và tình hình nghiên cứu sử dụng gang trắng crôm cao, chúng em chọn hướng nghiên cứu công nghệ nấu luyện gang Cr bằng lò trung tần, tiến hành xử lý nhiệt và khảo sát tổ chức tế vi, cở tính của mẫu đúc và nhiệt luyện nhằm “tìm cách cải thiện chất lượng sản phẩm bi đúc từ gang Crôm cao”

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Các bước sản xuất mác gang 12%Cr

Ảnh hưởng của các nguyên tố

 là nguyên tố mở rộng vùng .

 kết hợp với C tạo cacbit dạng (Fe, Mn)3C có độ cứng

cao

 làm tăng tính chảy loãng của gang và giúp khả năng

điền đầy khuôn

 Mangan có tác dụng thấm tôi tốt

 Thúc đẩy tinh thể lớn nhanh khi nung

 Tăng tính giòn ram

 Giảm độ dẻo và độ dai

 Mangan

cải thiện độ chảy loãng của gang lỏng và xỉ.

làm tăng độ cứng của vật đúc

%Si trong gang ≤1% khi đó mactenxit xuất hiện

và độ cứng tăng lên

Si cao hơn làm tăng sự hình thành peclit và giảm

độ thấm tôi, giảm độ bền và khả năng chịu mài mòn, chịu va đập của bi

 Do đó khống chế lượng Si không quá 1%

 Silic

 Ni không tạo cácbít

austenit và graphit

 Ni còn có tác dụng giữ cho hạt nhỏ mịn

 Với lượng 4,5% thì loại trừ việc tạo ra peclit

cacbit trong hợp kim

 dễ gây hiện tượng thoát

các bon

 Niken

Gây bở nguội hay

hàm lượng S phải được khống chế chặt chẽ

Ảnh hưởng của tổ chức pha

 Khi làm việc austenit có thể chuyển thành mactenxit gây ứng suất nên gây nứt, giảm độ dai va đập.

THỰC NGHIỆM

Đối tượng nghiên cứu

Bi đúc kich thước D40, D70 từ mác gang 12%Cr (theo tiêu chuẩn ASTM – A 352 M Class II Type A) Thành phần hóa học mác gang như bảng dưới đây (tra trong sở tay thép thế giới).

Nội dung nghiên cứu

Thiết bị nghiên cứu

Quá trình nấu luyện gang

Cr12 được tiến hành trên lò

- Điện áp vào: 380 V, 3 pha.

 Thiết bị nấu luyện:

độ cứng thô đại và chụp ảnh tổ chức tế vi.

 Máy phân tích quang phổ phát xạ: Sử dụng để phân tích thành phần hóa học các nguyên tố

 Máy phổ kế rơnghen: Sử để xác định các pha trong gang sau khi đúc và nhiệt luyện

Quy trình thực nghiệm sản xuất mác gang Cr12

23

Phương pháp nghiên cứu

Nguyên vật liệu sử dụng trong quá trình nấu luyện gồm có:

- Thép: thép vụn, thép phế trắng đóng bánh

- Hồi liệu từ trong quá trình đúc: các loại đậu ngót, rãnh ngót, nước gang thừa và các sản phẩm lỗi

- Các chi tiết đã qua sử dụng như: Bi nghiền, tấm lót…

- Chất hợp kim hóa: FeMn, FeSi, FeCr, FeMo …

- Các loại vật liệu tạo xỉ: vôi, huỳnh thạch

- Chất bù các bon: Than antraxit

- Chất khử oxy: Al

24

 Chuẩn bị nguyên liệu:

Thành phần (%) C Mn Si Cr Al Thép trắng đóng bánh 0,2÷0,3 0,6 0,6 16 -

Nguyên tố Dạng vật liệu Thời điểm nạp liệu Tỷ lệ cháy hao Ghi chú

C

Si

Mn

Trong gang, thép vụn phối liệu

Trước khi ra lò 10 phút

Cùng lúc nạp liệu

3÷7 10÷15 3÷5 0

Cho nếu cần

Cho nếu cần

Trong quá trình nấu luyện các nguyên tố sẽ bị cháy hao một lượng Tỷ lệ cháy hao của các nguyên tố kim loại khi nấu luyện trong lò trung tần được nêu trong bảng

- MA là khối lượng nguyên tố cần luyện.

- gkl là khối lượng kim loại lỏng có trong lò

- %Amac là hàm lượng các nguyên tố trong mác gang cần nấu luyện

* Khối lượng hợp kim cần sử dụng được tính theo

- No là hàm lượng nguyên tố X trong gang lỏng, %

- là hiệu suất thu hồi nguyên tố X, %

- là hàm lượng nguyên tố X có trong chất hợp kim hoá, %

- là khối lượng của gang lỏng, (kg)

Khối lượng nguyên liệu cho mẻ nấu( dung lượng mẻ nấu 1000kg gang lỏng) được nêu trong bảng dưới đây

Nguyên liệu Khối lượng(kg) %

 Chuẩn bị thiết bị nấu luyện

Title in here

Gầu rót gang

Thiết bị lò

Kiểm tra nồi lò

Kiểm tra hệ thống nước làm mát, hệ thống điện cấp…

đó dùng chổi phết đều lên mẫu đạt chiều dày 0,5-1 mm.

Mẫu sơn xong được đưa vào buồng sấy Nhiệt

độ buồng sấy khoảng 50÷60 O C.

Đặt mẫu xốp vào hòm khuôn, sau

đó phủ cát và rung nhẹ hòm khuôn để cát dồn giữ chặt mẫu.

 Chuẩn bị mẫu và khuôn đúc

Thao tác nấu luyện

Khử oxy

Điều chỉnh thành phần

Tạo xỉ Nấu chảy

 Quá trình nấu luyện

Sự cố khi nấu luyện

Quá nhiệt

 Quá trình nấu luyện

kim loại

 xử lý nhiệt

 xử lý nhiệt a) Chế độ tôi

- Nung sơ bộ lò đến 400 o C - đưa chi tiết vào lò.

- Nung đến 700 o C - giữ nhiệt 2h

- Nung đến 950 o C - giữ nhiệt 2h

- Mẫu được tôi bằng dầu, nhiệt độ dầu khoảng 70 o C

- Nhiệt độ ram 500oC.

- Thời gian giữ nhiệt

là1giờ để mẫu đồng đều

nhiệt độ

- Mẫu được để nguội tự

nhiên trong không khí

35

Thời gian (h)

b) Chế độ ram

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Trong quá trình thực tập chúng em đã trực tiếp tham gia nấu luyện thành công rất nhiều mẻ Mẻ chọn làm mẫu nghiên cứu có thành phần hóa học được nêu ở bảng dưới đây

36

Nguyên

% 83.8 1.99 0.166 0.68 0.051 0.038 12.7 0.066 0.148 0.215

 Tổ chức tế vi mẫu D40 sau

nhiệt luyện (hình a)

 Mẫu có thành phần tương tự

trong công trình nghiên cứu của

tác giả J Asensio được biểu

diễn trong (hình b).

 Kết quả tổ chức tế vi có cấu

trúc tương tự nhau: cacbit trên

nền mactenxit và austenite dư.

a

b

Tổ chức tế vi

Giản đồ pha của mác gang 12%Cr xây dựng bằng phần mềm Thermol-Calc.

kết quả nhiễu xạ Rơnghen của mẫu gang 12%Cr – 1,99% C

Tổ chức tế vi mẫu D40 và D70 sau đúc

ở trạng thái đúc tổ chức mẫu D40 và D70 giống nhau Các dải cacbit màu trắng sáng trên nền peclit và xêmentit Cacbit ledeburit đều ở dạng lưới hoặc nhánh cây

Điều đó phù hợp với kết quả đo độ cứng

Độ cứng (HRC)

Tổ chức tế vi mẫu D40 và D70 sau nhiệt luyện

500X

Biên

200X

Tâm

b mẫu

D70

 Cacbít: Đa số cacbit sơ cấp và một phần nhỏ cacbit mới tạo và có tổ chức cùng tinh.

 Cacbit tồn tại dạng lưới.

 Nền: mactensite và có lượng nhỏ austenite dư.

Ảnh tổ chức tế vi ở biên

Ảnh tổ chức tế vi ở tâm

 Cacbit: ít phân tán, tạo lưới

 Nền: Nền mactensite và austenite dư nhiều

So sánh ảnh tổ chức giữa biên và tâm

 Cacbit: Ở ngoài biên, Cacbit phân tán nhiều và nhỏ hơn trong tâm nhưng tổ chức cacbit phân bố không đều, đặc biệt trong tổ chức vẫn còn tồn tại tổ chức cacbit dạng lưới gây

ra hiện tượng giòn không tốt khi

bi làm việc.

 Nền: Trong tâm lượng austenit dư còn nhiều hơn ngoài biên

200X

200X

Biên

Tâm

So sánh tổ chức tế vi mẫu D40 và D70

•Mẫu D40: cacbit cùng tinh nhỏ mịn tách rời nhau, không tạo lưới, một số phân tán vào trong nền nên độ cứng cao, theo khảo sát ở nhà máy, bi D40 có độ mài mòn cao.

Mẫu D70: Có cacbit phân tán nhưng rất ít và không đều, cacbit tạo lưới liên tục trên nền mactenxit và austenit dư Ngoài ra còn có nhiều đám ledeburit Tổ chức cacbit tạo lưới.

200X

200X

Kết quả độ cứng

* Trạng thái đúc: Độ cứng mẫu D40 và D70 khá đồng đều nhau và dao động trong khoảng 42 ÷ 43 HRC.

* Sau nhiệt luyện: Austenit chuyển thành mactenxit làm tăng độ cứng.

- Mẫu D40 độ cứng khá đồng đều từ tâm ra tới biên

- Mẫu D70 thì độ cứng trong tâm thấp hơn so với biên khoảng 3HRC

Độ cứng mẫu D40, D70 sau đúc

38.5 39 39.5 40 40.5 41 41.5 42 42.5 43 43.5

Độ cứng mẫu D40, D70 sau tôi

55 56 57 58 59 60 61

51.5 52 52.5 53 53.5 54 54.5 55 55.5 56

55 56 57 58 59 60 61 62

51.5 52 52.5 53 53.5 54 54.5 55 55.5 56 56.5

 Mẫu D70: Cacbit phân tán nhưng rất ít và không đều từ tâm ra biên, cacbit tạo lưới liên tục trên nền mactenxit và austenit dư Cấu trúc tổ chức bề mặt cacbit dạng lưới là cấu trúc không mong muốn, gây ra hiện tượng giòn không tốt khi bi làm việc Chính vì thế bi dễ bị sứt mẻ, tuổi thọ kém.

51

KIẾN NGHỊ

 Cần thời gian để nghiên cứu độ bền mài mòn, độ bền

va đập của các mẫu thí nghiệm trên để có đủ cơ sở khoa học đánh giá cơ tính của các mẫu bi

 Mẫu D70 tồn tại cacbit dạng lưới do đó cơ tính kém, hay bị nứt vỡ Để khắc phục thì sử dụng chất biến tính( hỗn hợp biến tính Ti- đất hiếm) để tạo tổ chức cacbit cùng tinh nhỏ mịn tách rời nhau, không tạo lưới, một số phân tán vào trong nền

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

53