Nghiên cứu công nghệ cầu hoá gang chịu nhiệt nhằm nâng cao cơ tính của vật liệu

MỤC LỤC Mở đầu NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan chung gang cầu .4 1.1.1 Đặc điểm chung gang cầu 1.1.2 Tính chất vật lý gang cầu .4 1.1.3 Tính chất lý gang cầu 1.1.4 Tính cơng nghệ gang cầu 10 1.1.5 Ảnh hưởng thành phần hóa học đến tính chất gang cầu 12 1.2 Gang Si có grafit dạng cầu 15 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ chế tạo gang cầu 19 1.3.1 Tác dụng chất biến tính cầu hóa gang lỏng 19 1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới q trình cầu hóa 20 1.4 Lựa chọn mác gang nghiên cứu 24 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1.Nội dung nghiên cứu 27 2.2 Phương pháp nghiên cứu 27 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 29 3.1 Công nghệ chế tạo gang cầu silic RQTSi5 29 3.1.1 Công nghệ nấu luyện 29 3.1.2 Công nghệ đúc 34 3.1.3 Công nghệ nhiệt luyện 37 3.2 Các tính chất gang nghiên cứu 38 3.2.1 Thành phần hoá học 38 3.2.2 Các tính chất lý 38 3.2.3 Cấu trúc pha 39 3.3 Chế tạo dùng thử sản phẩm 41 KẾT LUẬN 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 Mở đầu Gang cầu gang có grafit dạng cầu nên có độ bền cao độ dẻo hẳn so với gang xám thông thường Gang cầu sử dụng công nghiệp vật liệu kết cấu mới, thay thép cacbon, gang dẻo gang xám Đặc điểm quan trọng gang thường gang cầu chúng sử dụng để sản xuất chi tiết nhỏ từ vài trăm gam đến chi tiết lớn trọng lượng đến 150 vật đúc; chi tiết thành dày (đến 1000mm); chi tiết thành mỏng (2-5mm) Các chi tiết sử dụng trạng thái đúc sau nhiệt luyện Khi gang cầu có độ bền kéo tương tự thép chúng có độ bền chảy cao nhiều, điều cho phép sử dụng chúng cho chức đặc biệt quan trọng Mặt khác tính chất đúc gang tốt thép nhiều, đặc biệt độ chảy loãng cao nhiều khuynh hướng tạo thành nứt nóng nhỏ Độ chảy loãng gang tốt cho phép đúc từ gang chi tiết thành mỏng mà sản xuất chi tiết từ thép khó khăn Khuynh hướng tạo thành nứt nóng khơng lớn gang rút gọn nhiều quy trình sản xuất vật đúc giảm rõ rệt phế phẩm nứt nóng chi tiết Sử dụng gang cầu độ bền cao thay thép cho phép làm giảm trọng lượng máy móc trọng lượng riêng gang nhỏ (khoảng 8-10%) Trục cán, đế khung máy cán, búa máy máy dập, cánh thiết bị dẫn hướng tuốc bin nước số chi tiết khác ví dụ đặc trưng thay đúc thép đúc từ gang cầu độ bền cao Ngồi cịn sử dụng gang cầu để sản xuất chi tiết làm việc điều kiện nhiệt độ cao; đặc biệt gang cầu hợp kim hóa silic (56%) nhơm (19-24%) Vì tất ưu điểm vừa nêu mà người ta sử dụng ngày nhiều gang cầu thay cho gang xám gang dẻo, thép rèn thép đúc Do mà sản lượng gang cầu ngày tăng Ở nước ta gang cầu nghiên cứu từ năm 60 kỷ trước Bộ Công nghiệp số trường Đại học Sau năm 1975, số sở nghiên cứu Viện Luyện kim đen, Viện Nghiên cứu mỏ luyện kim, Viện Công nghệ, trường Đại học Bách khoa Hà Nội có số đề tài nghiên cứu cấp Nhà nước cấp Bộ nghiên cứu gang cầu chất biến tính cầu hóa Các đề tài tập trung nghiên cứu vấn đề cầu hóa gang áp dụng vào chi có tiết đặc thù khác Trong giai đoạn nay, công nghiệp nước ta xuất nhu cầu chế tạo gang cầu thay phụ tùng nhập ngoại, thay thép vật liệu khác Trong ngành công nghiệp luyện kim chế tạo khí nhu cầu vật liệu chịu nhiệt tăng lên, đặc biệt vật liệu thép gang Để nâng cao tính chịu nhiệt tính vật liệu, tiếp nối nghiên cứu gang chịu nhiệt silic, việc tiếp tục nghiên cứu cơng nghệ cầu hóa gang chịu nhiệt silic hợp lý nhằm tạo sản phẩm có tính chịu nhiệt cao hơn, tính tốt với giá hợp lý, thỏa mãn yêu cầu nước việc làm thiết thực nên làm Nhân dịp xin chân thành gửi lời cảm ơn tới : - Vụ Khoa học Công nghệ - Bộ Công thương giao nhiệm vụ nghiên cứu đạo sát suốt trình thực đề tài - Phân xưởng Thiêu kết, nhà máy Luyện gang, công ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên cho phép tạo điều kiện cho việc dùng thử sản phẩm - Phân xưởng Luyện thép toàn thể cán công nhân viên Viện Luyện kim đen hết lịng ủng hộ giúp đỡ đề tài hồn thành nhiệm vụ giao NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan chung gang cầu 1.1.1 Đặc điểm chung gang cầu Đặc điểm bật gang cầu đặc, grafit dạng cầu có tương quan bề mặt thể tích nhỏ mức độ vật đúc bị suy yếu tiết diện làm việc nhỏ Ngồi graphit dạng cầu khơng phá hủy tính liên tục dạng hiệu ứng tập trung ứng suất nhỏ Do gang cầu loại gang có độ bền độ dai cao nhất, xấp xỉ tính chất thép Đặc điểm bật thứ hai gang cầu có khả thay đổi cấu trúc kim loại giới hạn rộng Khi chọn thành phần tương ứng gang ban đầu, sử dụng kỹ thuật sản xuất thích hợp phương pháp nhiệt luyện tương ứng sản xuất gang cầu có cấu trúc kim loại khác (peclit, peclit-ferit, ferit, xoocbit, mactenxit, austenit) gang có tính chất lý mục đích sử dụng khác Tùy thuộc vào cấu trúc khác mà ta có vật liệu có tính chất lý khác Như gang có cấu trúc peclit có độ bền kéo cao độ dãn dài thấp, độ chịu mài mịn cao Gang có cấu trúc ferit tiêu độ dãn dài tương đối cao độ bền kéo giảm chút Dạng cầu grafit khả thay đổi cấu trúc kim loại giới hạn rộng cho phép làm tăng độ bền tính sử dụng gang lên nhiều Gang cầu có độ bền kéo, độ bền nén uốn cao, giới hạn chảy biểu rõ ràng Độ dai va đập sau nhiệt luyện cao Tính đúc gang cầu tương đối tốt (độ chảy lỗng tốt, độ co ngót thẳng nhỏ, khuynh hướng tạo vết nứt nóng khơng lớn), tính gia cơng tốt, chịu hàn, cắt hơi, có độ chịu mài mịn cao, tính chịu ma sát tốt, chịu nhiệt cao (khi hợp kim hóa nhơm silic) 1.1.2 Tính chất vật lý gang cầu Tỷ trọng Do có mặt grafit nên tỷ trọng gang nhỏ nhiều so với tỷ trọng thép bon (khoảng 8-10%) Khi gang cầu có cấu trúc xementit tự tỷ trọng chúng tương tự tỷ trọng gang xám thường Khi có mặt xementit cấu trúc, tỷ trọng gang tăng lên gần tỷ trọng gang trắng Tỷ trọng gang nhiệt độ phòng 7,1-7,4g/cm3 Tỷ trọng gang thay đổi phụ thuộc vào hàm lượng magie, cacbon silic (bảng 1) cấu trúc kim loại Bảng Sự thay đổi tỷ trọng gang phụ thuộc vào hàm lượng Si, C Mg dư g/cm3 Hàm lượng nguyên tố (%) C Si Mn C+1/3(Si+P) A, Phụ thuộc vào hàm lượng Mg 3,1-3,35 2,7-3,0 0,6-0,7 - P S Mg 0,034 0,075 0,085 0,117 6,81 7,214 7,371 7,392 7,452 - 0,074 0,055 0,066 0,067 0,060 7,381 7,351 7,349 7,200 7,061 - 0,045 0,050 0,058 0,068 0,067 0,064 7,441 7,411 7,353 7,344 7,15 7,061 0,009 0,07-0,1 0,015 B, Phụ thuộc vào hàm lượng cácbon 1,94 2,70 2,96 3,35 3,60 3,27 3,37 3,28 3,35 3,28 - 3,03 3,82 4,05 4,45 4,69 - C, Phụ thuộc vào hàm lượng Si 3,16 3,12 3,23 3,16 2,92 2,96 1,21 2,00 2,57 2,89 3,71 4,40 - 3,56 3,78 4,09 4,12 4,16 4,30 - Hệ số nở nhiệt gang Ở nhiệt độ từ 00C đến 2000C gang cầu có hệ số nở nhiệt lớn gang xám Ở nhiệt độ cao hệ số nở nhiệt chúng khác biệt không nhiều (bảng 2) Bảng Hệ số nở nhiệt gang Hàm lượng nguyên tố (%) Gang a.10-6 nhiệt độ từ 02000C C Si Mn P S Mg Xám 3,79 3,06 0,6-0,9 0,050,14 0,057 - 10,6 Cầu 3,62 3,11 0,49 0,037 0,10 0,054 11,4 Độ dẫn nhiệt gang cầu nhỏ độ dẫn nhiệt gang xám, điều giải thích cắt mạch grafit cầu lớn cắt mạch grafit Độ dẫn nhiệt gang phụ thuộc vào cấu trúc kim loại Ferit gang lớn, độ dẫn nhiệt gang lớn Khi tăng lượng cấu trúc peclit độ dẫn nhiệt gang giảm Độ dẫn nhiệt gang cịn phụ thuộc vào thành phần hóa học nhiệt độ (bảng 3) Bảng Ảnh hưởng thành phần hóa học nhiệt độ lên độ dẫn nhiệt gang cầu λ (Cal/cm.s 0C) nhiệt độ(0C) Hàm lượng nguyên tố (%) C Si Mn S P Ni Mg 100 200 300 400 Cấu trúc ferit 3,53 2,49 0,47 0,006 0,056 0,08 0,096 0,0910 0,0906 0,0902 0,0899 3,11 3,48 0,35 0,027 0,086 1,45 0,075 0,0821 0,0815 0,0809 0,0863 3,32 2,05 0,34 0,013 0,063 0,05 0,066 0,0929 0,0923 0,0917 0,0911 Cấu trúc peclit 3,22 2,44 0,42 0,013 0,063 1,35 0,056 0,0742 0,0734 0,0725 0,0718 Độ dẫn điện gang đại lượng ngược chúng – điện trở phụ thuộc vào dạng phân bố grafit, thành phần hóa học (bảng 4) cấu trúc kim loại gang Bảng Sự phụ thuộc độ dẫn điện gang cầu vào thành phần hóa học Hàm lượng nguyên tố (%) C S P Ni Cu Mg Ce µΩ/cm Si Mn 3,6 2,33 0,84 0,011 0,042 - 2,2 - 0,045 59,0 4,08 2,85 0,64 0,012 0,034 - - - 0,064 66,5 3,04 2,40 0,25 0,014 0,022 0,72 - 0,055 - 50,8 Điện trở gang cầu thấp nhiều so với gang xám cao gang rèn Gang có cấu trúc peclit có điện trở cao nhiều so với gang có cấu trúc ferit Điện trở riêng gang cầu hợp kim sắt – cacbon tăng lên với tăng nhiệt độ Tính chất từ Tính chất từ gang chia thành loại từ (loại có cấu trúc peclit ferit) thuận từ (loại có cấu trúc austenit) Tính từ gang phụ thuộc vào cấu trúc phụ thuộc vào trạng thái cacbon, dạng bon tự (dạng grafit) hay dạng liên kết (dạng xêmntit) Cường độ cảm ứng từ gang cầu có cấu trúc peclit lớn gang xám nhỏ thép bon thường, cịn gang cầu có cấu trúc ferit lại cao thép bon thơng thường Grafit làm giảm cảm ứng, làm giảm lượng kim loại sắt từ, mặt khác tách kim loại grafit khơng từ tính lập nên điểm khử từ Ở dạng cầu tác dụng khử từ grafit nhỏ so với dạng Lượng grafit tăng cảm ứng từ dư độ thẩm từ lớn giảm xuống Gang cầu có cấu trúc ferit sử dụng làm vật liệu từ mền Trong trường hợp này, hàm lượng phốt gang cầu phải thấp 0,1% Khi tăng hàm lượng phốt đến 0,6% làm giảm độ thẩm từ làm tăng chút lực kháng từ 1.1.3 Tính chất lý gang cầu Dạng grafit cầu gang góp phần lớn làm tăng tính chất học, chúng làm giảm mức độ suy yếu tiết diện làm việc vật đúc mức độ nhỏ nhất, dạng cầu không biểu tác dụng cắt lõm mạnh lên kim loại gang góp phần làm giảm mật độ ứng suất xung quang grafit Do gang cầu có cơbtính cao nhiều so với gang có gafit Độ bền kéo gang cầu phụ thuộc vào cấu trúc kim loại , cấu trúc lại phụ thuộc vào thành phần hóa học, tốc độ làm nguội, chế độ nhiệt luyện gang Ở trạng thái đúc độ bền gang có cấu trúc peclit đạt đến 600 – 700Mpa Khi đẳng nhiệt cho phép đạt độ bền kéo đến 1200Mpa Khi tăng chiều dày thành vật đúc giá trị độ bền kéo bị giảm xuống (bảng 5) Bảng Sự thay đổi độ bền gang phụ thuộc vào chiều dày vật đúc Chiều dày vật đúc (mm) 25 50 100 150 200 Độ bền kéo (MPa) Gang có cấu trúc peclit Gang có cấu trúc ferit 612 524 570 504 496 357 458 317 430 288 Đặc điểm bật gang cầu độ bền kéo không thay đổi theo chiều cao tiết diện vật đúc, điểm khác biệt thuận lợi chúng với gang xám với thép Độ bền nén gang cầu gần 2000 Mpa tức cao gang xám gần lần Bởi người ta sử dụng chúng rộng rãi để sản xuất chi tiết làm việc điều kiện chịu nén Độ bền uốn gang 6001100Mpa, cao hai lần so với gang xám Còn tiêu độ võng dao động từ 4-30mm, giới hạn ứng với gang có độ dẻo thấp, cịn giới hạn cao ứng với gang có độ dẻo cao Độ bền xoắn gang có cấu trúc ferit xấp xỉ 420Mpa, với gang có cấu trúc peclit gần 600-700Mpa Giới hạn chảy gang cao nhiều so với giới hạn chảy thép bon Giới hạn chảy trung bình gang cầu 300 – 420Mpa, số trường hợp đạt đến 700Mpa, cao nhiều so với thép Khi tăng chiều dày vật đúc, giá trị giới hạn chảy giảm (bảng 6) Tỷ lệ giới hạn chảy độ bền kéo gang 0,75 - 0,80, thép 0,55-0,61 Bảng Sự phụ thuộc giới hạn chảy gang vào chiều dày vật đúc Giới hạn chảy (MPa) Chiều dày vật đúc (mm) 25 50 100 150 250 Gang có cấu trúc Peclit Gang có cấu trúc ferit 474 471 444 419 415 370 366 281 265 220 Độ giãn dài tương đối gang trạng thái đúc – 3%, số trường hợp đạt – 12%, sau ủ đạt 20 – 25% Khi hàm lượng P nhỏ 0,1% độ giãn dài có giá trị lớn nhất, hàm lượng P cao 0,15% gang tạo thành tinh photphit giòn làm giảm giá trị độ giãn dài Độ cứng(HB) thay đổi phụ thuộc vào cấu trúc kim loại, gang có cấu trúc ferit có độ cứng thấp nhất, đạt 156-207HB; cịn gang có cấu trúc peclit đạt giá trị độ cứng cao nhiều, đạt 187-268HB Gang trắng gang biến trắng có gía trị độ cứng cao Khi tăng nhiệt độ độ cứng gang bị giảm nhiều Sự phụ thuộc độ bền kéo, giới hạn chảy độ cứng gang hình Hình Sự phụ thuộc độ bền kéo, giới hạn chảy độ cứng Độ dai va đập gang cầu cao gang xám, thấp độ dai va đập thép Sau nhiệt luyện gang có cấu trúc ferit có độ dai va đập cao Khi tăng hàm lượng phot pho, silic mangan độ dai va đập giảm (hình 2) Hình Sự thay đổi độ dai va đập phụ thuộc vào hàm lượng Si, P, Mn 1-Mẫu không khía; 2- Mẫu có khía 1.1.4 Tính cơng nghệ gang cầu Tính đúc gang cầu khác biệt nhiều so với tính đúc thép bon, gang xám gang dẻo Độ chảy loãng gang cầu tốt gang có grafit tấm.Tồn hợp kim gang FeC có độ chảy lỗng tốt nhất, điều cho phép đúc chi tiết thành 10 Bảng 12 Các nguyên liệu dùng để luyện gang cầu silic Thành phần hố học (%) Nguyên liệu C Mn Si Mg Ca Ce P S 1) Phế thép Ct3 0.16 0.29 0.25 - - - 0.013 0.008 2)Gang phế 2,60 0,50 4,25 - - - 0,06 0,080 3)FeSi (75) 0.70 - 72.0 - - - 0,026 0,02 4)Chất cầu hóa - - 43,5 6,0 2,0 1,8 - - 5) Than điện cực 98,0 - 0,5 - - - 0.30 0,21 b Phối liệu mẻ nấu Để tính tốn phối liệu cho mẻ nấu đề tài, sử dụng số liệu thống kê hệ số cháy hao nguyên tố C, Si, lò cảm ứng trung tần kinh nghiệm nấu luyện nhiều năm viện Luyện kim đen tham khảo tài liệu khác Chất biến tính cầu hóa sử dụng với lượng 2,5% (theo trọng lượng gang lỏng) Hệ số cháy hao nguyên tố hợp kim lò cảm ứng trung tần thể bảng 13 Bảng 13 Hệ số cháy hao nguyên tố hợp kim Nguyên tố hợp kim Hệ số cháy hao, % Si 15  20 C(than điện cực) 20 – 25 Trên sở chúng tơi tiến hành phối liệu nấu thí nghiệm theo hai phương án: có hồi liệu khơng có hồi liệu Số liệu cụ thể mẻ phối liệu thể bảng 14 30 Bảng 14 : Phối liệu mẻ nấu thí nghiệm (kg) STT Nguyên liệu Mẻ (kg) Mẻ (kg) Thép phế CT3 300 150 Gang phế - 130 FeSi 75 25 8,0 Chất cầu hóa 8,0 7,0 Than điện cực 12 6,7 Tổng cộng 345 301,7 C Nấu luyện cầu hóa * Chuẩn bị dụng cụ - Các mẻ nấu thí nghiệm tiến hành lị cảm ứng tường axit :ЈP7450 GGW-750 Trung Quốc Trước nấu thiết bị điện, nước, tường lò cần phải kiểm tra làm Nếu mẻ nấu trước nấu mác hợp kim cao lị cần phải làm xỉ kim loại cịn dính bám lại tường lò Hoặc tốt nấu tráng lại mẻ gang thép thường - Tương tự nồi rót, nồi biến tính phải làm hết xỉ kim loại dính bám Tốt đắp nồi rót Các nồi rót gáo múc xỉ phải sấy nóng đỏ trước gang * Chất liệu - Trước tiên xếp lượt thép phế gang hồi liệu xuống trước, than điện cực đập đến cỡ cục 10-15mm, cho vào hộp sắt xếp vào giữa, sau xếp tiếp liệu theo nguyên tắc cục liệu to xếp xen kẽ với cục liệu nhỏ, cho nồi lị xếp chặt nhất, khơng bị rỗng, khơng bị nêm chặt, để liệu tự tụt dần trình chảy lỏng * Nấu gang - Khi xếp liệu xong đóng điện chạy 60% cơng suất để nấu chảy nguyên liệu, chờ cho hết dòng điện xung nâng dần cơng suất lên cực đại 31 - Khi liệu chảy, tụt dần bổ xung thêm liệu Dùng que chọc lò hỗ trợ cho liệu tụt xuống dễ Theo dõi chặt chẽ trình nấu chảy, tránh xảy treo liệu lị Khi mẻ liệu chảy hết, nhiệt độ đạt khoảng 13500C, dùng que chọc lò khuấy đảo để xỉ hết lên bề mặt, sau dùng gáo múc hết xỉ khỏi nồi lị - Sau nâng nhiệt lên khoảng 1450-15000C Lúc giảm cơng suất lị xuống khoảng 40-50%, cho (95%) lượng FeSi 75 (đã xấy khô, đập đến cỡ cục 20-30mm) mẻ liệu vào, đồng thời dùng que chọc lò khuấy đảo để FeSi 75 tan chảy hoàn toàn Tiến hành vớt xỉ lần cho để tiến hành cầu hóa * Cầu hóa Dựa vào điều kiện thực tế Viện Luyện kim đen, tham khảo tài liệu kinh nghiệm sản xuất sở nước, tiến hành biến tính theo phương pháp rót tràn Sự biến tính cầu hóa thực nồi rót (hình 3) Hình Nồi rót dùng để biến tính cầu hóa gang - Nồi rót xấy lị than đến nóng đỏ, sau tráng nồi gang lỏng, đổ gang lỏng trở lại lò, nâng nhiệt lên khoảng 1400 - 14500C 32 - Cho chất biến tính vào hố cầu hóa (đã xấy khơ, đập đến cỡ cục 20-30mm), cho nốt 0,5% FeSi lại để chống biến trắng, sau dùng thép vụn che phủ (khoảng 1% lượng gang lỏng) Dung tích hố đựng chất biến tính cần phải tính tốn cho tồn lượng chất cầu hóa FeSi phải nằm miệng hố - Đổ gang lỏng vào nồi để cầu hóa, nhiệt độ tiến hành cầu hóa khoảng 1450 C, ý tránh rót gang trực tiếp vào hố chứa chất cầu hóa Lượng gang lỏng đem biến tính khơng đổ đầy 70% chiều cao thùng rót Phản ứng cầu hóa bắt đầu gây tượng cháy sáng (hình 4) Khi ngừng cháy sáng phản ứng kết thúc Thời gian phản ứng từ 1,5 – phút Khi gạt hết xỉ mang rót Thời gian rót sản phẩm khơng nên q phút, để kéo dài hiệu biến tính Trong q trình rót vào khn đúc, chúng tơi tiến hành lấy mẫu phân tích thành phần hóa học đầu mẻ rót cuối mẻ rót Mẫu để xác định tính chất lý xác định tổ chức kim loại rót đầu mẻ Hình Phản ứng cầu hóa 33 Do % cầu hóa mẻ thấp (80,3%), độ cầu không cao nên tham khảo thêm kinh nghiệm cầu hóa đơn vị bạn, tiến hành cầu hóa mẻ sau xếp chất cầu hóa che phủ sắt thép vụn phủ thêm tro rơm để tránh tiếp xúc với khơng khí, tránh tượng bắn tóe sau rót gang lỏng Do vậy, dù lần tiến hành cầu hóa Viện % cầu hóa mẻ đạt 88,3% Kết thành phần hóa học mẻ nấu thể bảng 15 Bảng 15 Thành phần hóa học mẻ nấu thí nghiệm Thành phần hố học (%) Tên mẫu C Mn Si Mg P S Mẫu đầu mẻ 2,42 0,54 6,00 0,03 0,018 0,0083 Mẫu cuối mẻ 2,40 0,55 5,91 0,02 0,0175 0,008 Mẫu đầu mẻ 2,75 0,53 5,50 0,092 0.021 0,0076 Mẫu cuối mẻ 2,73 0,50 5,46 0,090 0,021 0,008 Phân tích quang phổ (đầu mẻ 1) 2,80 0,16 6,08 0,02 0,012 0,007 Phân tích quang phổ (đầu mẻ 2) 2,43 0,52 5,70 0,11 0,018 0,006 Mẻ Mẻ Từ kết bảng 15 thấy thành phần hóa học mẻ nấu đạt yêu cầu mác RQTSi5 Nhưng có lệch hàm lượng cacbon phân tích hóa học phân tích quang phổ Theo phân tích hóa học mẻ 1, chúng tơi tính tốn lượng than điện cực mẻ tăng lên so với tỷ lệ mẻ Hàm lượng cacbon mẻ nằm giới hạn yêu cầu mác RQTSi5 3.1.2 Công nghệ đúc a Yêu cầu kỹ thuật sản phẩm đề tài Sản phẩm chọn chi tiết ghi lò thiêu kết quặng sắt, hình dạng kích thước thể hình Trọng lượng chi tiết xấp xỉ kg 34 Yêu cầu kỹ thuật chi tiết làm việc điều kiện nhiệt độ 7000C – 8000C Ngồi kích thước phần lắp ghép phải đạt độ xác cao để việc tháo lắp sản phẩm dễ dàng Để đảm bảo đạt yêu cầu chi tiết đúc phải đạt yêu cầu sau: - Chi tiết đúc khơng rỗ khí, rỗ xỉ nứt, vỡ Khơng có tượng rỗ xốp, ngót - Các bề mặt vật đúc phải phẳng, nhẵn Các kích thước hai đầu phải đạt độ xác ±2 mm b Công nghệ đúc hỗn hợp làm khuôn * Công nghệ đúc : Đặc thù chi tiết nhỏ (khối lượng xấp xỉ kg) Các kích thước chiều dày từ 25-31 mm, chuyển tiếp chỗ dày chỗ mỏng khơng lớn, có khả gây nứt chi tiết nên tiến hành đúc chúng tơi chọn phương pháp bù ngót trực tiếp từ hệ thống rót Để đạt điều chúng tơi chọn phương pháp rót chồng tầng chi tiết Mỗi tầng ghép chi tiết cặp hịm khn Mẫu sản phẩm gia cơng gỗ, sơn để chống bám dính tạo bề mặt nhẵn cho sản phẩm Phương án cụ thể thể hình * Hỗn hợp khn : Với điều kiện sản xuất đúc Viện Luyện kim đen để giảm thiểu giá thành vật đúc, chọn công nghệ khuôn công nghệ: Cát thạch anh + nước thủy tinh + đóng cứng CO2 có dùng lớp cát áo hỗn hợp : Cát thạch anh + đất sét + nước thủy tinh + đóng cứng CO2 thành phần cụ thể sau : Cát áo : Cát thạch anh 84% (% tính theo khối lượng) Đất sét kaolinit 8% Nước thủy tinh (φ=1,4; M=2,5) 8%; 420÷440 Bome Cát đệm :Cát trắng thạch anh 92% (% tính theo khối lượng) Nước thủy tinh (φ=1,4; M=2,5) 8%; 420÷440 Bome 35 Hình Cơng nghệ đúc thực tế 36 * Sơn khn : Để chống bám dính cháy cát cho bề mặt vật đúc sử dụng biện pháp sơn bề mặt khuôn đúc hỗn hợp sơn khuôn phấn chì Thành phần hỗn hợp sơn khn sau: Phấn chì đen : 97-98% + Nhựa thơng 2-3% Sau pha với cồn cơng nghiệp 900 để đạt tỷ trọng 1,4-1,7 kg/dm3, 400-500 Bome Dùng máy phun sơn để phun lên bề mặt vật đúc * Nhiệt độ rót : Để tránh tượng rỗ ngót nứt gẫy q trình đúc, nhiệt độ rót phải khống chế khoảng từ 1320-13500C Sau rót khoảng từ 20-24 h dỡ khuôn làm vật đúc Với phương án công nghệ tiến hành đúc thí nghiệm mẻ xưởng đúc Viện Luyện kim đen Kết đạt chi tiết đúc đạt yêu cầu đề : vật đúc khơng rỗ ngót, rỗ xỉ, khí Bề mặt kích thước lắp ráp đạt yêu cầu đề 3.1.3 Công nghệ nhiệt luyện Do tốc độ nguội không đồng đều, vật đúc tồn ứng suất Nếu vượt giới hạn chi tiết bị nứt, phải ủ để khử ứng suất Tốc độ nung nóng phải thật chậm để tránh chêch lệch nhiệt độ phần dày mỏng khác chi tiết gây nên ứng suất Tùy theo hình dạng chi tiết mà tốc độ nung từ 60 – 170 0C/giờ, ủ 450 – 600 0C Nâng cao nhiệt độ khơng giảm thời gian giữ nhiệt mà cịn khử hết ứng suất Khi vượt 500 0C, phần cacbit gang bị phân giải (đặc biệt gang có silic cao), ảnh hưởng tới tổ chức tính vật đúc [4] Vì chi tiết khơng cần độ cứng cao ủ 500 - 6000C Còn chi tiết yêu cầu độ cứng cao với gang có hàm lượng Si lớn 2,0%, ủ 4500C; gang có silic nhỏ 2% ủ 5000C Thời gian gữi nhiệt từ 4-10 giờ, nguội thật chậm đến 150 – 2500C lị Trong thực tế sản xuất người ta để nguội với lò (25 – 750C/giờ) đến 150 – 250 0C lị Sản phẩm ghi lị thiêu kết đề tài chế tạo có khối lượng nhỏ (xấp xỉ kg), kích thước khơng phức tạp, chiều dày sản phẩm 20 -30mm, chuyển tiếp thành dày mỏng không đột ngột, thực tế sử dụng 37 không chịu tải trọng q lớn Do sản phẩm ghi lị sau đúc cần khử bỏ hết ứng suất đúc sử dụng Vì sau đúc sản phẩm phủ thêm cát nóng vào đậu rót đậu ngót giữ qua 24 dỡ khỏi khuôn, làm sản phẩm sau tháng đem dùng thử 3.2 Các tính chất gang nghiên cứu 3.2.1 Thành phần hoá học Thành phần hoá học gang cầu silic theo tiêu chuẩn Trung Quốc GB9437 – 88 thành phần hoá học (lấy trung bình tất lần lấy mẫu) gang cầu silic nấu luyện đúc Viện Luyện kim đen nêu bảng 16 Từ kết nhận thấy gang silic nấu luyện Viện luyện kim đen đạt thành phần hoá học nêu 3.2.2 Các tính chất lý Mẫu để xác định tính chất lý cấu trúc đúc sau bắt đầu rót Kích thước mẫu đúc để gia cơng xác định tính cấu trúcđược thể hình 7, sau gia cơng mẫu thử độ bền theo kích thước hình [5] Các giá trị độ cứng độ bền gang xác định trạng thái sau ủ để khử ứng suất đúc, kết có giá trị trung bình cộng nhiều mẫu Các kết lý gang thể bảng 16, giá trị tính chất lý có tương đương với nước ngồi Hình Kích thước mẫu đúc để xác định tích chất lý cấu trúc gang 38 Hình Kích thước mẫu để xác định độ bền kéo Bảng 16 Thành phần hố học tính chất lý gang RQTSi5 Thành phần hoá học (%) C Mn Si P S 2,4-3,2 ≤0,70 4,5-5,5 ≤0,1 ≤0,03 2,58 0,53 5,70 0,019 0,008 Tính chất lý σb Độ cứng (MPa) (HBs) ≥370 747 Ghi 228-302 Theo GB9437-88 305 Sản phẩm đề tài 3.2.3 Cấu trúc pha Đề tài tiến hành xác định cấu trúc pha gang cầu kính hiển vi quang học KHV Axiovert 40MAT (CHLB Đức) mẻ luyện Mức % cầu hóa mẻ đạt 80,3% sang mẻ đạt 88% độ cầu tốt Các hạt grafit cầu phân bố ferit (hình 9, 10) Với thành phần cấu trúc này, gang đạt gang cầu, bảo đảm cho sản phẩm có tính chất lý tốt hơn, thích hợp để làm vật liệu chịu nhiệt nhằm nâng cao tuổi thọ chi tiết 39 Hình Cấu trúc gang cầu (mẻ 1) Hình 10 Cấu trúc gang cầu (mẻ 2) 40 3.3 Chế tạo dùng thử sản phẩm Gang sau nấu luyện đúc thành sản phẩm ghi lị theo kích thước hình vẽ (hình 11) Sản phẩm (hình 12) sau khử ứng suất đúc cách để thời gian dài (hơn tháng) đem dùng thử phân xưởng thiêu kết nhà máy Luyện gang, thuộc Công ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên Số lượng ghi (128 chiếc) đủ để lắp khít toa dây truyền 52 toa sử dụng phân xưởng thiêu kết để so sánh với ghi lò dùng phân xưởng Theo đánh giá nhà máy (có biên kèm theo) sản phẩm ghi năm 2012 tốt sản phẩm ghi sử dụng tốt ghi Viện sản xuất năm 2011 Tiêu hao ghi sản phẩm từ 0,1 giảm xuống cịn 0.059kg/tấn sản phẩm Hình 10 Kích thước sản phẩm ghi lị thiêu kết 41 Hình 11 Sản phẩm ghi lò thiêu kết chế tạo gang cầu RQTSi5 42 KẾT LUẬN Qua năm thực đề tài, đối chiếu với nội dung đăng ký, nhận thấy đề tài hoàn thành nhiệm vụ giao Trong trình thực đề tài rút số kết luận sau: - Gang cầu vật liệu đúc cần thiết cho công nghiệp chế tạo khí Gang cầu thay thép vật liệu khác với giá thành tương đương rẻ - Có thể dùng hồn tồn sắt thép phế để nấu luyện gang cầu Tăng hàm lượng cacbon than grafit chất tăng cacbon công nghiệp, điều chỉnh thành phần gang loại fero - Có thể tiến hành cầu hóa gang Si từ nồi rót, lượng gang lỏng khơng vượt q 70% chiều cao nồi rót 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO A.A.ЖУKOBA MAШИHOCTPOEHИИ u A.Д TOM ШEPMAHA ЧУГУН MATEPИAЛЫ B ИЗДATEΛБCTBO “MAШИHOCTPOEHИE” MOCKBA.1969 Phan Tử Phùng (chủ biên), Nguyễn Ngọc Thư, Nguyễn Dụ Sách tra cứu đúc gang Tập II Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 1985 Nguyễn Văn Tân Báo cáo tổng kết đề tài : “Nghiên cứu công nghệ đúc chi tiết máy đặc biệt gang cầu cường độ cao, gang hợp kim” Hà Nội 2004 Hỏi đáp nhiệt luyện Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 1977 Kazumichi Shimizu, Yaer Xinba, Masahito Tanaka and Hideki Shudai: “Mechanical Properties of Spheroidal Graphite Cast Iron Made by Reduced Pressure Frozen Mold Casting Process” Materials Transactions, Vol 50, No (2009) pp 1128 to 1134 ©2009 The Japan Institute of Metals 44 ... Trong ngành cơng nghiệp luyện kim chế tạo khí nhu cầu vật liệu chịu nhiệt tăng lên, đặc biệt vật liệu thép gang Để nâng cao tính chịu nhiệt tính vật liệu, tiếp nối nghiên cứu gang chịu nhiệt silic,... nhiệt silic, việc tiếp tục nghiên cứu cơng nghệ cầu hóa gang chịu nhiệt silic hợp lý nhằm tạo sản phẩm có tính chịu nhiệt cao hơn, tính tốt với giá hợp lý, thỏa mãn yêu cầu nước việc làm thiết thực... Mẫu có khía 1.1.4 Tính cơng nghệ gang cầu Tính đúc gang cầu khác biệt nhiều so với tính đúc thép bon, gang xám gang dẻo Độ chảy loãng gang cầu tốt gang có grafit tấm.Tồn hợp kim gang FeC có độ chảy