Báo cáo: Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép Mác SAE4161 dùng để sản xuất dụng cụ y tế pdf

Bộ công THƯƠNG TổNG CÔNG TY THéP VIệT NAM Viện Lun kim §en Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học phát triển CÔNG NGHệ cấp Tên đề tài: NGHIấN CU CễNG NGH SN XUT THÉP MÁC SAE4161 DÙNG ĐỂ SẢN XUẤT DỤNG CỤ Y T Cơ quan chủ quản: Cơ quan chủ trì: Chủ nhiệm đề tài: tổng công ty thép vN Viện Luyện kim Đen KS PHM TH MAI PHNG 6827 27/4/2008 Tháng 12/2007 Mục lục Mở đầu Tæng quan……………………………………………………………… 1.1 Tỉng quan chung vỊ thÐp kÕt cÊu hỵp kim………………………… 1.1.1 Tæng quan chung ………………………… 1.1.2 Phân loại thép kết cấu chế tạo máy.5 1.2 ảnh hởng nguyên tố hợp kim lên tính chất thép .6 1.2.1 ¶nh h−ëng cđa cacbon……………………………………………… .6 1.2.2 ¶nh h−ëng cđa cr«m………………………………………………… 1.2.3 ảnh hởng môlipđen .9 1.2.4 ¶nh h−ëng cña silic………………………………………………… 10 1.2.5 ¶nh h−ëng cđa mangan…………………………………………… 10 1.3 Lùa chän m¸c thÐp lµm dơng phÉu tht………………………… 11 Nội dung phơng pháp nghiên cøu…………………………… .13 2.1 Néi dung nghiªn cøu………………………………………………… 13 2.2 Phơng pháp nghiên cứu 13 Kết đạt đợc 14 3.1 C«ng nghƯ s¶n xt thÐp SAE4161 ……………………………… .14 3.1.1 C«ng nghƯ nÊu lun……………………………………………… 14 3.1.2 C«ng nghƯ tinh lun……………………………………………… 18 3.1.3 C«ng nghƯ rÌn……………………………………………………… .19 3.1.4 C«ng nghÖ nhiÖt luyÖn……………………… 20 3.1.4.1 C«ng nghƯ ñ……………………………………………………… .20 3.1.4.2 C«ng nghƯ t«i……………………………………………………… 22 3.1.4.3 C«ng nghƯ ram……………………………………………………… 23 3.2 C¸c tÝnh chÊt cđa thÐp SAE4161 …………………………………… 25 3.2.1 Thành phần hóa học .25 3.2.2 Các tính chất lý 25 3.2.3 CÊu tróc pha………………………………………………………… 25 3.3 ChÕ t¹o thÐp dơng phÉu tht………………………… 29 3.4 Dïng thư s¶n phÈm………………………… 29 KÕt luËn, kiÕn nghÞ………………………………………………… 30 Tài liệu tham khảo 31 PhÇn phơ lục Mở đầu Trong vũng 10 nm tr li đây, kinh tế Việt Nam không ngừng phát triển Thu nhập bình quân theo đầu người ngày tăng Người dân có điều kiện chăm lo đến sức khỏe Điều kiện chăm sóc y tế cải thiện Mạng lưới bệnh viện phát triển tất huyện thị nước Đồng thời sở khám chữa bệnh tư nhân xuất hầu khắp thành phố, thị xã Do nhu cầu dụng cụ y tế, đặc biệt dụng cụ phẫu thuật tăng lên Trong công nghiệp chế tạo dụng cụ phẫu thuật thép vật liệu chủ yếu Thép có nhiều tính u việt nh ; có độ cứng cao, độ chịu mài mòn tốt, dễ gia công khí, đáp ứng đợc đòi hỏi khắt khe dụng cụ y tế Việt Nam đà có nhà máy chuyên sản xuất dụng cụ y tế, nguyên liệu dùng để sản xuất phần lớn nhập ngoại, nhng thỏa mÃn phần nhu cầu, phần lớn dụng cụ y tế phải nhập từ nớc Để tăng nội lực sản xuất nớc, đáp ứng phần nhu cầu xà hội, Viện luyện kim đen đăng ký đợc Bộ công thơng giao đề tài Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép mác SAE4161 dùng để sản xuất dụng cụ y tế Hớng đề tài sử dụng tối đa kết nghiên cứu sản xuất đà áp dụng thành công nớc phát triển để xác lập đợc quy trình công nghệ thích hợp sản xuất đợc mác thép đà chọn Mác thép sản xuất theo quy trình đà chọn phải có thông số thành phần hóa học, tính chất lý, kim tơng tơng đơng với vật liệu nớc từ mác thép sản xuất chế tạo thành dụng cụ phẫu thuật Công ty cổ phần MEINFA, đạt Tiêu chuẩn Việt Nam hành Nội dung báo cáo đề tài gồm phần sau: - Tổng quan chung - Nội dung nghiên cứu phơng pháp nghiên cứu - Kết đạt đợc - Kết luận kiến nghị - Ti liệu tham khảo - Phụ lục Trong trình thực nhóm đề tài nhận đợc đạo sát Vụ Khoa học Công nghệ, Bộ Công thơng cộng tác hiệu công ty Cổ phần MEINFA, khoa ngoai bnh vin huyn Thng Tớn, công ty khí 79, cán Viện Luyện Kim Đen Nhân dịp xin cám ơn quý quan cá nhân đà giúp hoàn thành đề tài đợc giao tổng quan 1.1 Tỉng quan chung vỊ thÐp kÕt cÊu hỵp kim 1.1.1 Giới thiệu chung Thép kết cấu chế tạo máy loại thép đợc dùng làm chi tiết máy, ®ã cã rÊt nhiỊu chi tiÕt l¾p ghÐp víi nhau, đòi hỏi có tính tổng hợp cao độ bền, độ dẻo, độ dai Ngoài thép chế tạo máy loại thép đa dạng tính với yêu cầu nhiều khác hẳn nhau: từ cần mềm, dẻo để dập sâu cứng, đàn hồi nh lò xo, nhíp; từ độ bền thông thờng độ bền cao nh trục truyền, bánh v.v; từ yêu cầu độ cứng, tính chống mài mòn thông thờng loại cần độ cứng, tính chống mài mòn cao Những nguyên tố hợp kim đa vào thép chế tạo máy có tác dụng chủ yếu làm tăng độ thấm để đạt đợc tính cao, đồng tiết diện Hợp kim hoá thép chế tạo máy phải đạt đợc yêu cầu không làm tăng nhiều giá thành sản phẩm lợng thép đợc sử dụng lớn Giải pháp hợp lý dùng nguyên tố hợp kim với hàm lợng không cao rẻ tiền Nhìn chung loại thép chế tạo máy đợc hợp kim hoá thờng hợp kim thấp, số mác thép hợp kim hoá trung bình đến 5-6% chiếm tỷ lệ không cao Các nguyên tố hợp kim thờng dùng Mn, Si nguyên tố hợp kim rẻ tiền, dễ kiếm Ngoài hay dùng nguyên tố Cr có tác dụng tốt giá thành không cao Niken đắt nhng có tác dụng tốt đến độ thấm đợc dùng kèm với Cr bảo đảm có độ dai cao nên đợc dùng cho chi tiết với yêu cầu cao tính độ tin cậy làm việc Ngời ta dùng Bo, N với lợng nhỏ (vi lợng) có tác dụng tốt đến tính Molipđen thờng đợc dùng với lợng không lớn (0,20-0,50%, nhiều nhỏ hơn) để tăng độ thấm tránh đợc dòn ram II Khi dùng thép chế tạo máy thép hợp kim cần theo nguyên tắc sau: ã Chỉ dùng cho chi tiết có đờng kính, chiều dày lớn 20 mm để bảo đảm thấu, loại đờng kính nhỏ cần dùng thép cácbon đà bảo đảm thấu ã Để bảo đảm thấu tính đồng nhất, chi tiết có tiết diện lớn phải dùng thép hợp kim có thành phần hợp kim hoá cao 1.1.2 Phân loại thép hợp kim chế tạo máy Căn vào tính công dụng, ngời ta chia thép kết cấu chế tạo máy thành ba nhóm: a, Thép có hàm lợng cácbon thấp, C 0,25% hay thép thấm C trạng thái ủ thép có độ dẻo, độ dai cao song độ bền thấp Vì chúng dễ dập nguội Nhìn chung thép có hàm lợng C thấp có tính dập nguội khác Trong công nghệ chế tạo máy thờng gặp c¸c chi tiÕt dËp nguéi, nãi chung c¸c thÐp cã hàm lợng C thấp thoả mÃn tính công nghệ Đặc điểm chung nhóm thép cã tÝnh gia c«ng rÊt kÐm, mỊm song phoi dẻo, khó gẫy vụn, quấn lấy dao bề mặt không nhẵn bóng b, Thép có hàm lợng C trung bình, 0,30-0,50 %, hay thép hoá tốt (tôi + ram cao) Nhóm thép so với nhóm thép trạng thái ủ có độ bền, độ cứng cao hơn; độ dẻo, độ dai có giảm nhng tốt Do mác thép đáp ứng tốt yêu cầu chi tiết máy chịu tải Tuy nhiên để đạt đợc độ bền đặc biệt giới hạn chảy cao mà bảo đảm tốt độ dẻo, độ dai thép đợc qua nhiệt luyện hoá tốt (tôi + ram cao), nhóm thép đợc gọi thép hoá tốt Thép hoá tốt tức ram cao nhiệt độ dới A1, để bảo đảm có tính dai cao hơn, tức có độ gia công dẻo tốt Hoá tốt thép ta nhận đợc cấu trúc hạt mịn Các tính chất học: Độ dẫn nhiệt dẫn điện thép hoá tốt giảm dần theo chiều tăng thành phần hợp kim hoá thép Tất mác thép hoá tốt thuận lợi cho việc hàn dới áp lực Các thép chế tạo máy hoá tốt đợc chia làm nhiều nhóm: - Thép không hợp kim hoá (thép cácbon); - Thép hợp kim hoá có nhóm: thép Mn-Si, thÐp Cr, thÐp Cr-Mo-V, thÐp Cr-Mo, thÐp Cr-Ni-Mo, thÐp Cr-Mn Trong trờng hợp vừa chịu tải trọng tĩnh va đập cao vừa cần chống mài mòn bề mặt làm việc, sau nhiệt luyện hoá tốt thép đợc sử lý qua bề mặt để có tính chống mài mòn tơng đối cao So với nhóm thép nhóm thép có tính dập nguội Tính hàn nhóm thép thấp lợng C đà vợt 0,25% Về tính gia công cắt gọt, nói chung thép có u việt Tuy cứng song phoi thép dễ gÃy làm cho cắt gọt đợc dễ dàng Ngay trạng thái hoá tốt có độ cứng cao vào khoảng 250-265 HB khó cắt song lại tạo nên bề mặt bóng, nhẵn thích hợp cho gia công tinh Trong khuôn khổ đề tài, trọng tới loại thép kết cấu hợp kim có hàm lợng bon tơng đối cao, đặc biệt hệ thép Cr-Mo Cho thêm Mo vào thép Crôm làm cho thép nhỏ hạt, tăng độ thấm tôi, nâng cao độ bền khắc phục khuynh hớng giòn ram lớn lên hạt nung nóng Mo có ảnh hởng đặc biệt đến việc nâng cao tính chất thép nhiệt độ cao Thép đợc dùng sau ram (đôi thờng hóa ram) để làm chi tiết quan trọng cỡ lớn nh loại trục, chi tiết tuabin (rôto, trục, đĩa) nh chi tiết kẹp chặt làm việc nhiệt độ cao Do có độ bền tính hàn tốt, thép Cr-Mo đợc sử dụng rộng rÃi để làm chi tiÕt kÕt cÊu hµn quan träng c, ThÐp cã hàm lợng C tơng đối cao, 0,55-0,65%, hay thép đàn hồi Nhóm thép trạng thái ủ đà cứng, bền; độ dẻo, độ dai tơng đối thấp, không thích hợp với chi tiết máy nói chung TÝnh chÊt nỉi bËt cđa nhãm thÐp nµy lµ cã giới hạn đàn hồi cao sau nhiệt luyện + ram trung bình đạt độ cứng khoảng HRC 35-45 hay HB 350-450 Vì công dụng chủ yếu thép làm lò xo, nhíp nh chi tiết có tính đàn hồi cao Vì có độ bền đặc biệt tính đàn hồi cao nên nhóm thép khó dập nguội thờng đợc gia công nóng Tính hàn thép Tính gia công cắt gọt không cao 1.2 ảnh hởng nguyên tố hợp kim lên tính chất thép 1.2.1 ảnh hởng Cacbon Cacbon nguyên tố mở rộng vùng , kìm hÃm chuyển biến Mactenxit làm tăng độ ổn định pha Austenit Do có khả tạo thành Cácbit có độ cứng cao nên cacbon nguyên tố tăng bền tốt Khi tăng nhiệt độ khả tăng bền cacbon giảm có thay đổi cấu hình cacbit Nếu có nguyên tố tạo cacbit mạnh hợp kim cacbon chủ yếu tập trung vị trí hình thành cacbit, tăng hàm lợng C làm thay đổi phân bố nguyên tố hợp kim pha dung dịch rắn pha cacbit, dẫn đến làm nghèo dung dịch rắn làm thay đổi tính chất hợp kim Cacbon làm giảm tính dẻo, giảm khả chống lại phát triển vết nứt giảm tính hàn hợp kim Vì hầu hết loại thép hợp kim chứa cacbon lợng tơng đối ít, đặc biệt loại thép làm việc môi trờng xâm thực mạnh (các bon thờng 0,03%) 1.2.2 ảnh hởng Crôm Crôm nguyên tố quan trọng định tính chống gỉ thép không gỉ Để bảo đảm tính chống gỉ môi trờng xâm thực yếu không khí ẩm, hàm lợng Crôm phải 12% Hợp kim FeCr trạng thái rắn tạo số dung dịch rắn , + (xem hình 1) (1) Cr nguyên tè më réng vïng Fe - α, víi bÊt kú nồng độ Cr tạo tổ chức pha ferit, dung dịch rắn Fe- Cr Hình : Giản đồ trạng thái Fe- Cr (1) hàm lợng - 2% Cr hòa tan hoàn toàn sắt bán kính nguyên tử Cr gần Fe nên mạng tinh thể Fe - , nguyên tử Cr nằm nút mạng thay nguyên tử Fe tạo nên dung dịch rắn thay có tính học cao Nguyên tố Cr nâng cao tính chống gỉ thép Đặc biệt hàm lợng Cr 12% Khi hàm lợng Cr thép tăng lên 2% tạo loại cacbit Crôm đặc biệt, có công thức hóa học (Cr, Fe)7C3 Loại cacbit ổn định hòa tan austenit nung 1040 ữ 10700C Khi hàm lợng Cr từ 10 ữ 12% trở lên tạo thành loại cacbit phức tạp Sự hình thành loại cacbit phụ thuộc vào hàm lợng crôm cacbon (hình 2)(2) Nhờ có loại cacbit mà thép có độ cứng cao chịu mài mòn tốt Crôm ảnh hởng đến chuyển biến , ảnh hởng đến nhiệt độ chuyển biến điều kiện tiết cacbit từ dung dịch rắn Hình ảnh hởng cacbon Crôm lên tạo thành bít Ta đà biết rằng, bề mặt kim loại hợp kim tạo đợc lớp màng oxít có khả ngăn ngừa không cho ion thấm qua bám chặt vào kim loại Chính lớp màng đà ngăn cản oxy hoá tiếp theo, tạo cho kim loại hợp kim vào trạng thái thụ động Đó lớp màng thụ động Khả chống gỉ hợp kim phụ thuộc vào tính chất vật ly hoá học lớp màng bảo vệ Trong nguyên tố hợp kim crôm có vai trò quan trọng việc làm bền vững lớp màng thụ động, có lực hoá học với oxy cao sắt 1.2.3 ảnh hởng Mo Molipdden có dạng lập phương thể tâm, thơng số mạng 3.14Ao, thông số mạng Mo lớn thông số mạng sắt nhiều, cản trở hình thành loạt dung dịch đặc liên tục Hợp kim hóa thêm molipđen vào thép có hàm lượng bon trung bình làm cho thép có cấu trúc nhỏ hạt, tăng độ thấm tôi, làm tăng độ bền, khắc phục khuynh hướng giòn ram lớn lên hạt nung nóng Khi hàm lượng molipđen 3,5 làm cho vùng γ khép kín hồn tồn Độ hòa tan molipden sắt 20oC xấp xỉ 6%, cịn 14500C 38% (hình 3) Đơi với hệ hợp kim Fe-Mo chênh lệch độ hịa tan nhiệt độ thường nhiệt độ cao nhiều cho phép tơi có kèm theo hóa già Do hóa già tinh thể hợp chất liên kim loại Fe3Mo2 (Molipdenit) thoát khỏi dung dich đặc q bão hịa làm thay đổi tính chất ca nú i rt nhiờu Molipđen nguyên tố tạo cacbit mạnh Cacbit molipđen có tính ổn định cao, khó hòa tan vào austenit nung Molipđen làm tăng mạnh độ thấm thép, cải thiện tính chống ram, Mo tạo độ cứng thứ cấp ram (do tạo thành Mo2C ), làm giảm nhạy cảm tợng dòn ram Trong thép làm dụng cụ y tế, Mo làm tăng độ thấm tôi, tăng độ cứng, tăng tính chống gỉ tăng tính chống mài mòn Hàm lợng Mo thép nằm khoảng 0,25 ữ 0,75 Vì nhiều lý do, thành phần thép phế cha thật đồng nên thành phần hoá học mẻ số cha đạt, hàm lợng C thép thấp thành phần cho phép Chúng định luyện mẻ số sử dụng lợng thép phế có hàm lợng bon cao Phối liệu mẻ số đợc ghi bảng 7, thành phần hoá học mẻ luyện đợc ghi bảng Bảng 7: Phối liệu mẻ nấu số (tính kg) TT Nguyên liƯu MỴ PhÕ thÐp CT3 - PhÕ thÐp C50 239.0 FeMn 1.0 FeSi 0.5 FeMo 1.30 FeCr c¸c bon cao - PhÕ thÐp Cr17 14.0 Than grafit 0.7 Al kim loại 0.5 Cộng 257.0 Bảng 8: Thành phần hoá học mẻ thí nghiệm Thành phần hoá học Mẻ C Mn Si Cr Mo P S 0.58 0.75 0.17 0.91 0.33 0.017 0.02 0.50 0.78 0.2 0.90 0.30 0.018 0.019 0.59 0.80 0.35 0.92 0.29 0.02 0.02 3* 0.56 0.74 0.37 0.90 0.30 0.018 0.016 17 Thành phần hoá học mác thép đợc tiến hành phân tích phòng thí nghiệm Viện Luyện kim đen Ngoài ra, kiểm tra Viện Công nghệ, kết phân tích đợc thể bảng (phần 3*) Từ kết phân tích nhận đợc, thấy tiến hành nấu luyện với cách phối liệu khác có đợc mác thép đạt yêu cầu đề Nh tận dụng phế liệu thép đa lại nhiều lợi ích kinh tế mà yêu cầu mác thép đảm bảo Tuy nhiên cần phải chọn lọc phân tích xác thành phần hoá học nguyên liệu ban đầu 3.1.2 Công nghệ tinh luyện Để bảo đảm yêu cầu thép làm dụng cụ phẫu thuật, thép phải có hàm lợng phốt pho, lu huỳnh thấp, phải khí, hàm lợng ôxy, nitơ hyđrô phải thấp giới hạn cho phép Cấu trúc thỏi đúc phải cấu trúc hạt mịn đồng đều, dựa vào điều kiện thực tế tiến hành tinh luyện thép thiết bị tinh luyện điện xỉ công suất 100 KVA Viện Luyện kim đen Các thông số kỹ thuật lò GH100 chế độ tinh luyện nh sau: Công xuất biến 100KVA Điện áp sơ cấp 45 48V Cờng độ dòng 1400-1500A Đờng kính điện cực 60mm Tiêu hao nớc làm lạnh (Min) 5m3/giờ Tốc độ chuyển dịch điện cực 33-35 mm/phút Chiều dài làm việc điện cực 2000mm Xỉ tinh lun ANF-6 Tiªu hao xØ ANF-6 10, KÝch th−íc thỏi thép 50- 60 kg/tấn sản phẩm 110x350-400 Chúng chọn hệ xỉ tinh luyện loại ANF-6 (70% CaF2 + 30%Al2O3) loại xỉ dễ kiếm, rẻ tiền khử S tốt Xỉ cần đợc xấy khô trớc dùng Quy trình tinh luyện đợc tiến hành nh sau: - Kiểm tra hộp kết tinh: mặt hộp phải sạch, hộp phải kín nớc 18 - Cho lợng xỉ cÇn thiÕt cho mét thái (2 – 2,5kg cho thỏi 40 50 kg) vào hộp kết tinh Hạ điện cực từ từ xuống cho tạo đợc hồ quang làm nóng chảy xỉ rắn tạo thành bể xỉ lỏng Cho điện cực nhúng vào bể xỉ lỏng với độ sâu chế độ điện hợp lý để tạo giọt kim loại lỏng đầu điện cực Giọt kim loại lớn dần dới tác dụng lực tách khỏi đầu điện cực qua lớp xỉ lỏng lắng xuống đáy hộp kết tinh tạo thành bể kim loại lỏng Khi qua lớp xỉ lỏng giọt kim loại đợc tinh luyện theo phản ứng tơng tác kim loại lỏng xỉ lỏng Dới tác dụng làm nguội nhanh dòng nớc chảy quanh hộp kết tinh bể kim loại lỏng kết tinh thành thỏi điện xỉ theo hớng từ dới lên Do kim loại lỏng kết tinh dới lớp xỉ bảo vệ nên khí đợc làm nguội nhanh nên thỏi điện xỉ có cấu trúc hạt mịn, thuận lợi cho khâu rèn Các thỏi thép sau điện xỉ đạt chất lợng tốt: dóc xỉ, không bị co lõm, kích thớc đồng đều, bề mặt sáng bóng Thành phần hoá học mẻ thí nghiệm sau điện xỉ đợc nêu bảng 9: Bảng 9: Thành phần hoá học thép sau điện xỉ Thành phần hoá học Mẻ C Mn Si Cr Mo P S 0.58 0.75 0.18 0.91 0.33 0.017 0.018 0.59 0.79 0.35 0.92 0.28 0.02 0.017 3.1.3 Công nghệ rèn Rèn thép nhằm mục đích tạo hình dáng cần thiết, khử độ lớn hạt, khử bọt khí, lỗ kim, vết nứt khuyết tật khác thép đúc; cải thiện tổ chức tính Nhiệt độ bắt đầu rèn: nhiệt độ bảo đảm cho hòa tan hoàn toàn lợng cacbit vào austenit mà phát triển mạnh kích thớc hạt Đối với thép SAE4161, nhiệt độ bắt đầu rèn 10500C Để bảo đảm nhiệt độ phôi rèn đồng đều, kích thớc thép nghiên cứu cần giữ nhiệt độ rèn từ 1-2giờ 19 Nhiệt độ kết thúc rèn: nhiệt độ thép đủ tính dẻo cần thiết cho thao tác rèn, không tạo vết nứt tế vi Đối với thép SAE4161, nhiệt độ kết thúc rèn 8500C Biến dạng rèn: thép SAE4161 đợc rèn khoảng nhiệt độ 10500C ữ 8500C giai đoạn đầu cần biến dạng từ từ rèn phải liên tục chuyển vị trí để tránh tạo vết nứt Ngừng rèn nhiệt độ xuống dới 8500C Quy trình rèn thép SAE4161 đợc thực nh sau: Các thỏi thép điện xỉ 110 sau ủ đợc tiện hết lớp vỏ ôxit xuống 104 107, ca bỏ đoạn l = 50 60mm (phần đầu thỏi điện xỉ) để loại bỏ hết phần rỗ , xốp Sau xếp thỏi thép vào lò, tốc độ nâng nhiệt nung nóng 100-1500C/h, giữ nhiệt ®é rÌn 1-2 giê NhiƯt ®é rÌn lµ 10000C - 10500C, nhiệt độ kết thúc rèn: 8500C Các bớc rèn: Rèn bớc 1: Rèn đạt vuông 40 Rèn bớc 2: Rèn đạt xuống vuông 30 vuông 20 (Rèn phôi 25 x 250 để chế tạo mẫu thí nghiệm) 3.1.4 Công nghệ nhiệt luyện Nhiệt luyện trình thay đổi cấu tạo bên kim loại (hoặc hợp kim) nhiƯt ®é thay ®ỉi Do ®ã tÝnh chÊt cđa kim loại thay đổi Dựa vào chuyển biến xẩy nung nóng thép đến nhiệt độ xác định , giữ nhiệt làm nguội với tốc độ khác mà ngời ta chia thành loại nhiệt luyện khác nh sau: ủ, thờng hóa, tôi, ram, hóa già, gia công lạnh 3.1.4.1 Công nghệ ủ ủ trình nhiệt luyện để nhận đợc tổ chức cân bằng(ổn định)của phân hóa ostenit theo thời gian làm nguội từ nhiệt độ nung nóng địnhtrong khoảng chuyển biến hay lớn ủ đợc thực cách nung nãng chi tiÕt thÐp ®Õn nhiƯt ®é nhá hay lớn khoảng chuyển biến Gữi nhiệt độ làm nguội với tốc độ cho trớc Trong trình ủ làm thay đổi tính phân tán pha, thay đổi hình dạng kích thớc hạt, kết đợc tổ chức cân bằng, độ 20 cứng giảm đi, độ dẻo độ dai tăng lên ủ thờng sử dụng cho vật đúc, vật cán vật rèn Mục đích ủ khử bỏ ứng suất bên trong, thiên tích gia công cắt gọt, loại bỏ không đồng vỊ tỉ chøc, chn bÞ tỉ chøc cho viƯc gia công Đặc biệt loại thép dùng làm dụng cụ y tế yêu cầu chất lợng khắt khe Do thỏi thép sau điện xỉ trớc rèn phải đợc tiện bóc vỏ để loại bỏ hết lớp vỏ oxit, vết nứt Thép SAE4161 nhạy với ứng suất nhiệt nên sau ®óc ®iƯn xØ, thÐp cã ®é cøng cao Trớc tiện vỏ ta phải tiến hành ủ thép để có đợc cấu trúc peclit hạt đồng đều, độ cứng vừa phải việc gia công thép thực đợc dễ dàng Thông thờng nhiệt độ ủ thép thấp điểm AC1 Khi ủ Cacbon cacbit hòa tan, khuếch tán kết tinh tạo hạt cacbit dạng cầu, có lợng bề mặt thấp nên tạo trạng thái ổn định Tốc độ trình cầu hóa phụ thuộc vào nhiệt độ ủ Nhiệt độ ủ cao trình cầu hóa xảy nhanh Vì ủ cầu hóa thờng gần nhiệt độ AC1 Do ủ thép hợp kim trớc tích nh thép SAE4161phải tiến hành gần điểm AC1, tức nhiệt độ khoảng 720ữ7300C Nếu ủ nhiệt độ cao hầu hết cacbit hòa tan vào austenit làm nguội tạo thành cacbit điều cần phải tránh Thời gian giữ nhiệt: Khi nung đạt nhiệt độ ủ (720ữ7300C) phải giữ nhiệt thời gian để bảo đảm trình chuyển biến , khuếch tán C Cr vào Đối với kích thớc thỏi đúc điện xỉ, thời gian giữ nhiệt 3-4 Tốc độ làm nguội: Hình dạng cacbit sau ủ phụ thuộc vào trạng thái dung dịch rắn nhiệt độ ủ Độ phân tán cacbit lại phụ thuộc vào tốc độ làm nguội Khi làm nguội với tốc độ lớn (200ữ3000C/h) tạo lợng lớn hạt cacbit nhỏ mịn không đủ thời gian để khuếch tán C Cr, cấu trúc hạt nhỏ mịn tạo vật liệu có độ cứng độ bền cao, khó gia công khí Vì ủ cần làm nguội chậm để C, Cr có đủ thời gian khuếch tán tạo hạt cacbit hình cầu có kích thớc vừa phải làm giảm độ cứng Tốc độ làm nguội từ 700C 800C/h, đến 6000C để nguội theo lò Dựa 21 vào phân tích nh chọn chế độ ủ thép đúc điện xØ SAE4161 nh− sau: ñ ë 720 – 7300C, tèc độ nâng nhiệt 70 - 800C/h, giữ đẳng nhiệt Tốc độ làm nguội 70 800C/h đến 6000C để nguội theo lò Sơ đồ công nghệ ủ đợc thể hình Cấu trúc thép sau ủ đợc thể rõ ảnh kim tơng sau ủ (hình 4): cấu trúc sau ủ peclit với hạt cacbit hình cầu phân bố đặn kim loại, độ cứng đạt 228 ữ 233 HRB Với cấu trúc độ cứng nh vậy, việc gia công khí đợc thực hiƯn dƠ dµng T0C 1200 7200C 800 700 400 Ngi lò t,h Hình 4: Chế độ ủ thép SAE4161 3.1.4.2 Công nghệ tôi: Tôi trình nhiệt luyện để nhận đợc tổ chức không cân chuyển biến phân hóa ôstenit nguội lớn với tốc độ lớn tốc độ tới hạn Tôi đợc thực cách nung nóng chi tiết đến nhiệt độ khoảng chuyển biến hay lớn hơn, giữ nhiệt độ làm nguội với tốc độ lớn tốc độ tới hạn Mục đích nhận đợc độ cứng cao tính mong muốn Thông thờng thép sau tích nhiệt độ AC3 + 200C Nếu nhiệt độ cao hay giữ nhiệt thời gian dài làm cho austenit phát triển mạnh, sau nhận đợc cấu trúc mactenxit thô, mactenxit thô dòn mactenxit mịn Đối với thép trớc tích, nhiệt độ thích hợp thời gian giữ nhiệt hợp lý tạo lợng cacbit thích hợp không bị hòa tan vào dung dịch rắn, sau 22 có cấu trúc mactenxit + cacbit có độ cứng cao, tính chống mài mòn tốt Kích thớc, độ lớn phân bố đặn hạt cấu trúc ban đầu trớc định Do thép sau tích trớc phải đợc ủ Nếu đem trực tiếp từ phôi rèn hay cán cacbit tiết dạng lới biên giới hạt Lới cacbit lại sau làm cho mặt gÃy thép bị thô nh thép bị trạng thái nhiệt Cấu trúc trớc phù hợp cấu trúc hạt mịn Cấu trúc có đợc sau tiến hành ủ thép nh đà nêu phần Đối với thép SAE4161 nhiệt độ phù hợp 8200C ữ 8500C Do thép có hàm lợng C cao (0,5% - 0,6%C), lại thêm Mo, nên tính thép cao, nhạy cảm với ứng suất nhiệt nên môi trờng thích hợp dầu Qua phân tích đà tiến hành thép SAE4161 theo chế độ sau: Tôi 8500C/1h /Dầu Tốc độ nâng nhiệt 100-1500C Sơ đồ công nghệ đợc thể hình T0C 1200 8500C 800 400 Nguội dầu t,h Hình 5: Chế độ thép SAE4161 Sau thép có cấu trúc mactenxit hình kim (xem hình 9,10) 3.1.4.3 Công nghệ ram Ram trình nhiệt luyện để chuyển từ tổ chức ổn định trạng thái thành tổ chức ổn định Ram tiến hành cách nung nãng chi tiÕt ®Õn nhiƯt ®é chun biÕn , giữ nhiệt độ sau làm nguội Cấu trúc mactenxit sau dung dịch rắn bÃo hòa C, chứa ứng suất d nên không ổn định 23 Mactenxit sau có độ cứng cao lại dòn Vì thép SAE4161 sau phải tiến hành ram Trong ram, giai đoạn đầu (từ 1700C ữ 2000C ) xảy trình tiết Cacbon từ mactenxit dới dạng cacbit nhỏ mịn Khi nhiệt độ cao (từ 2200C ữ 2600C ) xảy trình phân hủy austenit d, chuyển thành mactenxit ram, làm cho độ cứng tính chịu mài mòn thép tăng lên Khi tăng nhiệt độ cao (từ 3000C ữ 4000C ) xảy trình phân hủy dung dịch rắn, tạo thành trustit, độ cứng thép giảm nhng độ dẻo lại tăng lên nhiệt độ 4000C xementit kết tụ tạo thành xoocbit, thép có cấu trúc xoocbit có độ dai độ dẻo cao, độ bền vừa phải Đối với thép SAE4161 dùng làm dụng cụ phẫu thuật yêu cầu phải có độ cứng tơng đối cao (40 45HRC) nhng bảo đảm độ dẻo nên chọn chế độ ram nhiệt độ 5500C Sơ đồ công nghệ ram đợc thể hình Cấu trúc thép SAE4161 sau 8500C/1h /Dầu ram 5500C/2h/nớc xoocbit nhỏ mịn phân bố đồng Độ cứng sau ram đạt 40HRC Cấu trúc sau tôi, ram đợc thể ë h×nh 11,12 T0C 800 600 5500C 400 t,h Hình 6: Chế độ ram thép SAE4161 3.2 Các tính chất thép SAE4161 24 3.2.1 Thành phần hoá học Thành phần hoá học thép SAE4161 theo tiêu chuẩn Mỹ đợc nêu mục Thành phần hoá học thép SAE4161 đợc nấu luyện tinh luyện Viện Luyện kim đen đợc nêu bảng Từ kết nhận thấy thép SAE4161 nấu luyện Viện luyện kim đen đạt thành phần hoá học đà nêu 3.2.2 Các tính chất lý Độ cứng thép đợc xác định trạng thái ủ, sau ram, kết có đợc giá trị trung bình cộng nhiều mẫu Các tiêu ly sau ram đạt yêu cầu đề Độ cứng sau ủ, ram ; độ bên kéo, độ dai va đập sau tôi, ram đợc thể bảng 10 Bảng 10: Tính chất lý thép SAE4161 Chế độ Độ bên kéo (MPa) nhiệt luyện ủ 1100 Độ giÃn dài (%) - Tôi + ram Độ bền chảy (MPa) Độ cứng Độ dai va đập (J.cm-2) 228 – 233 HB 910MPa 10 40 HRC 39.8 Tõ kết nhận đợc nh: độ cứng sau ủ, ram, độ bền kéo, độ dai va đập đạt tiêu lý đề Chúng nhận thấy với công nghệ ram bảo đảm đợc yêu cầu : khử ứng suất d, tiết cacbit dạng nhỏ mịn phân hủy austenit d Do thép có độ cứng đạt yêu cầu, tính chịu mài mòn cao,có độ dai va đập cao, kích thớc ổn định suốt trình sử dụng 3.2.3 Cấu trúc pha Đề tài tiến hành xác định cấu trúc pha thép trạng thái nhiệt luyện khác kính hiển vi quang học AXIOVERT trạng thái ủ thép có cấu trúc peclit hạt Với cấu trúc thép dễ gia công khí (Hình hình 8) Khi thép nhiệt độ 8500C, làm nguội dầu thép 25 có cấu trúc mactenxit hình kim (hình hình 10), trạng thái sau t«i, ram ë 5500C, ngi n−íc, thÐp cã cấu trúc xoocbit (hình 11 hình 12) Hình : CÊu tróc cđa thÐp SAE4161 sau đ(x200) H×nh 8: CÊu tróc cđa thÐp SAE4161 sau đ(x500) 26 H×nh : Cấu trúc thép SAE4161 sau (x500) Hình 10 : CÊu tróc cđa thÐp SAE4161 sau t«i (x1000) 27 Hình 11: Cấu trúc thép SAE4161 sau ram (x500) H×nh 12: CÊu tróc cđa thÐp SAE4161 sau ram (x1000) 28 3.3 chế tạo dụng cụ phẫu thuật Dựa vào lực sản xuất nớc, cụ thể Công ty cổ phần MEINFA, khuôn khổ đề tài đà tiến hành sản xuÊt mét sè bé dông cô y tÕ tõ thÐp nghiên cứu công ty cổ phần MEIFA , sản phẩm đề tài chế tạo đợc thể hình 13 Hình 13 Dụng cụ đục xơng 3.4 Dùng thử sản phẩm Sản phẩm sau đợc chế tạo nh hình 12, đợc đem dùng thử khoa ngoại cđa bƯnh viƯn hun Th−êng TÝn Sau mét thêi gian dùng thử, khoảng tháng, nhóm dùng thử có số nhận xét sau: ã Dụng cụ đợc chế tạo từ thép Viện Luyện Kim Den có độ cứng vững, độ sắc tơng đơng với dụng cụ sử dụng Khoa ã Dụng cụ không bị cong vênh, nứt gẫy trình sử dụng Nh sản phẩm đề tài chế tạo hoàn toàn đáp ứng đợc yêu cầu sử dụng ngành y tế 29 Kết luận kiến nghị 4.1 Kết luận Qua thời gian thực đề tài, chóng t«i rót mét sè kÕt ln sau: Việc lựa chọn mác thép SAE4161 có độ bền tính chịu mài mòn cao để chế tạo dụng cụ phẫu thuật hoàn toàn hợp lý, có lợi mặt kinh tế Đề tài đà xác định quy trình công nghệ sản xuất thép SAE4161 để chế tạo dụng cụ phẫu thuật gồm bớc: - Công nghệ nấu luyện lò cảm ứng trung tần, - Công nghệ tinh luyện điện xỉ - Công nghệ rèn - Công nghệ nhiệt luyện bao gồm ủ, tôi, ram cao Mác thép đề tài chế tạo đạt yêu cầu thành phần hoá học tính chất lý tơng đơng nớc Đà tạo ®−ỵc mét sè dơng phÉu tht, ®−ỵc dïng thư trung tâm y tế huyện Thờng Tín Trong thời gian dùng thử sản phẩm đợc đánh giá đạt chất lợng tốt 4.2 Kiến nghị Đề nghị Nhà nớc Bộ Công nghiệp tạo điều kiện nâng cấp phòng thí nghiệm cách đồng cho Viện nghiên cứu, có Viện Luyện Kim đen, nhằm nâng cao hiệu nghiên cứu để áp dụng vào bán sản xuất, đặc biệt mặt hµng phơc vơ ngµnh y tÕ nh− dơng phÉu thuật 30 Tài liệu tham khảo Thép không gỉ G.M Borodin E.I Moskevich Nhà xuất luyện kim Matxcơva 1973 Thép không gỉ F.F Kimuxin Nhà xuất luyện kim Matxcơva 1967 Sổ tay sử dụng thÐp thÕ giíi PGS, TS Ng« TRÝ Phóc – GS, TS Trần Văn Địch Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 2003 Nghiên cứu chế tạo chi tiết thép không gỉ dùng lĩnh vực chấn thơng chỉnh hình Nguyễn Thanh Lịch Bộ Công nghiƯp 1994 S¸ch tra cøu vỊ nhiƯt lun dïng cho cán kỹ thuật A.A.Sncov NHà xuất Khoa häc vµ kü thuËt Hµ Néi 1973 31 ... Bộ công thơng giao đề tài Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép mác SAE4161 dùng để sản xuất dụng cụ y tế Hớng đề tài sử dụng tối đa kết nghiên cứu sản xuất đà áp dụng thành công nớc phát triển để. .. mác thép thích hợp để chế tạo dụng cụ phẫu thuật - Xác lập quy trình công nghệ chế tạo thép SAE4161 gồm bớc: ã Công nghệ nấu luyện ã Công nghệ tinh luyện ã Công nghệ rèn ã Công nghệ nhiệt luyện... lựa chọn mác thép phù hợp cho việc chế tạo dụng cụ phẫu thuật - Sử dụng lò trung tần Radyne, (Anh) để nghiên cứu xác định công nghệ nấu luyện, lò GH100 có công suất 100KVA để tinh luyện thép -