Nghiên ứu hế tạo vật liệu làm bánh răng ôn xoắn má 20crni3a

Nguyễn thị Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội - Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành: kỹ thuật vật liệu Kỹ thuật vậtliệu Hà Nội 2006 Nghiên cứu chế tạo vật liệu làm bánh côn xoắn mác 20CrNi3A Nguyễn thị h»ng Hµ néi 2006 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131674911000000 Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội - LuËn văn thạc sỹ khoa học Nghiên cứu chế tạo vật liệu làm bánh côn xoắn mác 20CrNi3A Ngành: kỹ tht vËt liƯu M· sè: Ngun thÞ h»ng Ngêi híng dẫn khoa học: TS.Ngô Quốc long Hà nội 2006 Mục lục Trang Mở đầu 01 Chơng - tổng quan 1.1 Vật liệu thép 04 1.2 Bánh côn yêu cầu kỹ thuật 07 1.3 Thép kết cấu hợp kim 08 Chơng lý thuyết 2.1 Độ bền tính dòn thép kết cấu 15 2.1.1 Cơ tính thép vấn đề cần giải 15 2.1.2 Vấn đề phá huỷ giòn thép kết cấu 16 2.1.3 Vấn đề phá huỷ mỏi thép kết cấu 18 Phơng pháp hoá bền thép kết cấu 19 2.2.1 Hoá bền biến dạng dẻo 20 2.2.2 Hoá bền hiệu ứng làm nhỏ hạt tinh thể 21 2.2.3 Hoá bền hiệu dung dịch rắn 22 2.2.4 Hoá bền pha phân tán 23 2.2.5 Hoá bền chuyển biến mactenxit 24 2.2 2.3 Độ thÊm t«i cđa thÐp kÕt cÊu 27 2.3.1 ý nghÜa độ thấm 27 2.3.2 ứng dụng đờng cong thử độ thấm đầu mút 29 2.3.3 ảnh hởng nguyên tố hợp kim tới độ thấm thép 30 2.4 Cơ sở để lựa chọn nguyên tố hoá học thép 37 2.5 Sơ lợc công nghệ điện xỉ 40 Chơng Thiết bị thí nghiệm phơng pháp nghiên cứu 3.1 Thiết bị 44 3.1.1 ThiÕt bÞ nÊu lun 44 3.1.2 ThiÕt bÞ tính luyện 44 3.1.3 Thiết bị phân tích 44 3.1.4 Thiết bị gia công biến dạng, tạo hình 45 3.1.5 ThiÕt bÞ nhiƯt lun 45 3.1.6 ThiÕt bÞ kiĨm tra tính 45 3.2 Phơng pháp nghiên cứu 46 3.2.1 Phơng pháp nghiên cứu tài liệu 46 3.2.2 Phơng pháp thực nghiệm 46 Chơng Kết nghiên cứu thảo luận 4.1 Công nghệ sản xuất thép 20CrNi3A 48 4.1.1 C«ng nghƯ lun thÐp 48 4.1.2 C«ng nghƯ tinh lun 54 4.1.3 C«ng nghƯ rÌn 58 4.1.4 C«ng nghệ gia công 59 4.1.5 Công nghệ nhiệt 60 4.2 Các tính chất thép 20CrNi3A 62 4.2.1 Độ cøng 62 4.2.2 §é bỊn 63 4.2.3 CÊu tróc tÕ vi 64 4.3 Chế thử bánh côn xoắn từ thép nghiên cứu 66 Chơng : Kết luận kiến nghị 69 Tài liệu tham khảo 70 Phụ lục Mở Đầu Trong hầu hết loại động cơ, đặc biệt loại động dùng ngành giao thông vận tải có chi tiết bánh trục Có hai phơng truyền động động truyền động trục song song truyền động trục cắt Bánh côn dạng bánh sử dụng để truyền động trục cắt dới góc thực tế thờng góc vuông Sở dĩ ngời ta dùng truyền động bánh côn có trục không vuông góc công nghệ chế tạo lắp ghép phức tạp Trong thép làm bánh côn xoắn hai tính chất đặc biệt quan trọng tính tính công nghệ Bánh làm việc điều kiện khắc nghiệt vừa chịu mài mòn, va đập lại vừa chịu uốn nên thép để chế tạo bánh phải loại thép có tính tốt (có độ bền cao, độ dẻo, độ dai cao), đồng thời có tính công nghệ tốt Trong mác thép thoả mÃn yêu cầu có thép 20CrNi3A theo ГOCT5781 cđa Céng hoµ Liên Bang Nga lµ thÐp đợc sử dụng rộng rÃi nhiều nớc giới, đặc biệt quan trọng nớc ta Vì đà tiến hành nghiên cứu đề tài là:Nghiên cứu chế tạo vật liệu làm bánh côn xoắn thép mác 20CrNi3A Mục tiêu chủ yếu đề tài nghiên cứu sản xuất mác thép 20CrNi3A đảm bảo thành phần hoá học, tính, cấu trúc dựa sở lý thuyết luyện kim tiêu chuẩn đà có giới Sau tiến hành chế tạo bánh côn xoắn dùng xe ôtô tải belaz loại 30 - 32 để đánh giá chất lợng bánh răng, nh chất lợng thép Theo số liệu điều tra Viện Luyện kim Đen thuộc Tổng công ty Thép Việt Nam, nhu cầu thép làm bánh côn xoắn nớc ta giai đoạn khoảng 1500 tấn/năm Trong số nhu cầu phục vụ quốc phòng khoảng 500 tấn/năm Từ trớc đến thép để chế tạo bánh côn xoắn nớc ta phải nhập ngoại, chủ yếu thép Liên Xô cũ Các mác thép nhập để làm bánh nói chung bánh côn xoắn thờng lµ: 12XH3A, 20XH3A, 24XH3A, 18XГГ, … Ngoµi thÐp cđa Liên Xô, nớc ta nhập thêm thép chế tạo bánh số nớc khác nh Trung Quốc, Pháp, Hàn Quốc, Công hoà Liên Bang Đức, Đài Loan Thép chế tạo bánh côn xoắn đợc nhập từ Nga theo tiªu chuÈn ГOCT 5781, tõ Trung Quèc theo tiêu chuẩn GB 3077 88, từ Pháp theo tiêu chuẩn NF A 35 556 Mặc dù nhu cầu thép để chế tạo bánh côn xoắn nớc ta lớn, việc nhập đòi hỏi phải có thời gian ngoại tệ đà gây không khó khăn cho nhà sản xuất, nhng cha có kết nghiên cứu đầy đủ nh cha có nhà máy sản xuất loại thép Sản xuất thành công mác thép 20CrNi3A giúp ngành công nghiệp chế tạo máy có nguồn thép nớc để sản xuất loại bánh răng, thay thép nhập ngoại, chủ động điều kiện sản xuất, giá thành rẻ dùng đến ngoại tệ, góp phần thực nghiệp công nghiệp hóa, đại hóa đất nớc Trong giai đoạn 2006 2010 thực nghị Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ X Đảng Cộng sản Việt Nam Đẩy mạnh toàn diện công đổi mới, sớm đa nớc ta khỏi tình trạng phát triển, thực dân giầu, nớc mạnh, xà hội công bằng, dân chủ, văn minh, ngành công nghiệp nớc ta có bớc tăng trởng, đặc biệt ngành giao thông vận tải huyết mạch kinh tế quốc gia có điều kiện phát triển lớn Do việc sản xuất động cơ, có loại bánh côn xoắn cần nhiều Chúng ta cần phải tự sản xuất loại thép chất lợng phục vụ ngành chế tạo máy, xây dựng, hoá chất, điện lực, giao thông vận tải Vì việc nghiên cứu chế tạo thép làm bánh côn xoắn cÇn thiÕt, võa cã ý nghÜa khoa häc võa cã ý nghĩa thực tiễn cao Luận văn đợc hoàn thành Viện Luyện kim Đen Trờng Đại học Bách khoa với hớng dẫn khoa học TS Ngô Quốc Long Trong trình thực hiện, tác giả đà đợc giúp đỡ tận tình GS, PGS Khoa Khoa học Công nghệ vật liệu môn Kỹ thuật gang thép Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội KS Lê Văn Nguyên, TS Nguyễn Văn Sa, cán Viện Luyện kim Đen Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS Ngô Quốc Long thầy cô, đồng nghiệp đà tận tình giúp đỡ trình thực luận văn Chơng 1: Tổng Quan 1.1 Vật liệu thép Thép loại vật liệu quan trọng ngành chế tạo máy, xây dựng, giao thông vận tải, điện lực, dầu khí, vũ khí khí tài quân Những năm gần vật liệu đà đợc nghiên cứu sản xuất nh chất dẻo, vật liệu composit , song với nhiều lí mà cha có loại vật liệu hoàn toàn thay đợc thép Vật liệu kim loại nói chung thép nói riêng đà có tốc độ phát triển nhanh Về sản lợng thép, tốc độ tăng trởng nhanh rõ rệt tăng nhanh nớc khu vực ASEAN nh Trung Quốc, Hàn Quốc Sản lợng thép toàn giới giai đoạn 2000 - 2005 đợc nêu bảng 1.1 Các công nghệ sản xt thÐp chđ u gåm: lun thÐp b»ng lß thỉi ôxy (BOF) lò điện hồ quang (EAF) Bảng 1.1 - Sản lợng thép giới giai đoạn 2000-2005, triệu Năm Sản lợng 2000 2001 2002 2003 2004 2005 789 848 850 963 1.035 1.129 Nguån nguyên liệu kim loại dùng cho luyện thép có nhiều biến đổi Lúc đầu, phát triển nguyên liệu kim loại dùng cho luyện thép gang (luyện từ lò cao) Gang đợc sử dụng dới dạng lỏng thỏi tuỳ thuộc vào qui mô trình độ công nghệ nhà máy Khi ngành công nghiệp phát triển nhiều chủng loại sản phẩm hàng hóa, đồ dùng sinh hoạt, công trình xây dựng, cầu cống, phơng tiện vận tảira đời Trong trình gia công chế tạo sản phẩm, nh sau thời gian sử dụng, lợng sắt thép phế thu hồi đợc ngày nhiều việc sử dụng sắt thép phế bắt đầu làm nguyên liệu luyện thép thay cho gang Gần để tận dụng nguồn tài nguyên sẵn có số vùng lÃnh thổ quốc gia giàu quặng sắt, có khí thiên nhiên nhng kh«ng cã ngn than mì lun than cèc phơc vơ công nghệ lò cao sản xuất gang, công nghệ sản xuất sắt xốp không dùng than cốc đà đời Các công nghệ sản xuất phải kể đến là: Công nghệ Midrex, Hill, lò quay SL/RL sản xuất sắt xốp, công nghệ Corex, Romelt sản xuất gang lỏng Tuy đời nhng sản phẩm thuộc công nghệ luyện kim phi cốc đà đóng góp đáng kể vào nghiệp phát triển ngành thép Theo A.CHATTERJEE chuyªn gia lun kim cđa ViƯn nghiªn cøu Gang thÐp giới (IISI), sản lợng ba loại nguyên liệu năm gần đợc nêu bảng 1.2 Bảng 1.2 Sản lợng loại nguyên liệu kim loại dùng cho luyện thép Đơn vị tính: triệu Nguyên liệu Thời gian sử dụng, năm 1990 1995 2000 2005 Gang 474 429 512 526 ThÐp phÕ 367 315 337 368 Các sản phẩm phi cốc 17 28 46 64 Song song với tăng sản lợng thay đổi tỷ lệ nguồn nguyên liệu kim loại nh bảng 1.2, nhiều công nghệ tinh luyện thép đà đợc phát triển sử dụng cho mác thép đáp ứng đợc nhu cầu ngày cao thị trờng nh công nghệ tinh luyện lò Sử dụng công nghệ tinh luyện lò có nhiều u điểm: - Đồng hoá nhiệt độ thành phần hoá học bể kim loại lỏng - Hợp kim hoá điều chỉnh xác thành phần thép theo yêu cầu - Khử khí (ôxy, hyđrô, nitơ) tạp chất đợc triệt để - Tận thu đợc nguyên tố hợp kim khử triệt ®Ĩ cacbon - Khèng chÕ, ®iỊu chØnh ®ỵc nhiƯt ®é Hiện lu trình công nghệ nhà máy luyện kim có khác nhau, song sau luyện thép có khâu tinh luyện đúc thỏi Dới hai dây chuyền điển hình: dây chuyền công nghệ nhà máy Georgsmarienhutte Cộng hoà Liên bang Đức (hình 1.1) dây chuyền công nghệ nhà máy Sollac-Fos Pháp (hình 1.2.) Hình 1.1: Sơ đồ lu trình công nghệ nhà máy Georgsmarienhutte 1: Lò luyện thép 2: Lò thùng tinh luyện 3: Thiết bị khử khí chân không 4: Hợp kim hoá dây hợp kim 5: Thiết bị khuấy trộn 6: Máy đúc liên tục Hình 1.2: Sơ đồ lu trình công nghệ nhà máy Sollac-Fos Pháp 1: Thùng chứa nớc gang ổn định nhiệt khử sơ lu huỳnh 2: Lß lun thÐp 3: Lß thïng khư lu hnh 4: Thiết bị tinh luyện kiểu CAS-OB: gồm thổi ôxy, hợp kim ho¸ Si, Mn, Al …, khuÊy trén b»ng khÝ 5: Máy đúc liên tục