Mục tiêu của luận án nhằm xác lập các quy luật quan hệ giữa 3 TSCN: (nhiệt độ nung, thời gian giữ nhiệt và tốc độ nguội) với tổ chức tế vi (tổ chức 2 pha F và M, có độ lớn hạt cấp siêu mịn, tỷ phần pha nhất định) và từ đó quyết định đến chỉ tiêu cơ tính; nhằm làm cơ sở thiết lập các quy trình công nghệ cơ nhiệt sản xuất phôi thép dập vỏ động cơ R122, từ thép được luyện bằng sắt xốp MIREX, qua biến dạng và xử lý cơ - nhiệt, tương đương tiêu chuẩn ASTM.
BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ TRẦN CÔNG THỨC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CƠ - NHIỆT ĐẾN TỔ CHỨC VÀ CƠ TÍNH CỦA THÉP SONG PHA ĐƯỢC LUYỆN TỪ SẮT XỐP Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 52 01 03 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2018 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đinh Bá Trụ PGS.TS Nguyễn Trường An Phản biện 1: PGS.TS Trần Ngọc Thanh Viện Tên lửa - Viện Khoa học Công nghệ Quân Phản biện 2: PGS.TS Đào Minh Ngừng Viện KHKT vật liệu - Đại học Bách khoa Hà Nội Phản biện 3: TS Đào Văn Lưu Trung tâm Công nghệ - Học viện Kỹ thuật Quân Luận án bảo vệ Hội đồng đánh giá luận án cấp Học viện theo định số …./…, ngày … tháng ….năm 2018 Giám đốc Học viện Kỹ thuật Quân sự, họp Học viện Kỹ thuật Quân vào hồi …giờ …ngày …tháng ….2018 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Kỹ thuật Quân - Thư viện Quốc gia MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, cơng nghệ hồn ngun trực tiếp (sắt xốp - DRI) phát triển, sản xuất hàng trăm triệu thép hợp kim chất lượng cao năm Nhờ sử dụng nguyên liệu sắt xốp tinh luyện ngồi lị, với cơng nghệ - nhiệt nâng cấp nhóm thép hợp kim thấp độ bền cao (HSLA) nhóm CMnSi trở thành nhóm thép mới, thép độ bền cao tiên tiến (AHSS), có thép song pha (DP) Thép có tính đặc thù vừa có độ bền cao, vừa có tính dẻo tốt, dùng để chế tạo kết cấu thép, khung dầm xe tơ, chi tiết khí… tạo nên hệ sản phẩm có độ bền cao hơn, kết cấu nhẹ giá thành hạ Để đáp ứng cho quốc phòng tự sản xuất vỏ động R122 với yêu cầu chiều dài ống dài chịu áp lực cao để bắn tầm xa hơn, cần giải theo hướng sử dụng thép DP có tính đặc biệt vừa cho độ bền cao sử dụng vừa có độ dẻo lớn gia cơng biến dạng, nhờ hiệu ứng song pha, thay mác thép thông thường Mục tiêu luận án Xác lập quy luật quan hệ TSCN: (nhiệt độ nung, thời gian giữ nhiệt tốc độ nguội) với tổ chức tế vi (tổ chức pha F M, có độ lớn hạt cấp siêu mịn, tỷ phần pha định) từ định đến tiêu tính; nhằm làm sở thiết lập quy trình cơng nghệ nhiệt sản xuất phơi thép dập vỏ động R122, từ thép luyện sắt xốp MIREX, qua biến dạng xử lý - nhiệt, tương đương tiêu chuẩn ASTM Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu tiêu tính mác thép CMnSi, tạo nên hiệu ứng song pha nhờ công nghệ nhiệt đặc biệt đáp ứng yêu cầu làm phôi dập vỏ động R122 Phạm vi nghiên cứu: Chọn mác thép DP đáp ứng yêu cầu, luyện từ nguyên liệu sắt xốp, rèn với tỷ số rèn cao đủ làm nhỏ hạt Trọng tâm nghiên cứu tác dụng thông số xử lý nhiệt đến tiêu tính thơng qua hình thành tổ chức tạo nên hiệu ứng song pha Phương pháp nghiên cứu Lấy thực nghiệm khoa học làm sở, số liệu đo đạc từ mẫu thử làm thép DP, qua rèn xử lý nhiệt theo quy trình đặc biệt Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm (QHTN) để xác định số số liệu xử lý kết thực nghiệm, thiết lập hàm hồi quy biểu đồ đồng mức, từ phân tích xác lập quy luật quan hệ TSCN đến tiêu tính thép DP Ý nghĩa khoa học thực tiễn Luận án chứng minh mối quan hệ TSCN với tính thép DP vừa bền vừa dẻo nhờ tạo nên tổ chức pha F M, độ lớn hạt siêu mịn tỷ phần M từ 15 - 30%; nhờ thép vừa có độ bền cao sử dụng tính dẻo tốt gia cơng biến dạng Các quy luật Luận án đưa nghiệm chứng sử dụng làm sở thiết lập quy trình cơng nghệ tạo phơi thép song pha luyện từ sắt xốp dùng để dập vỏ động R122 Chương TỔNG QUAN VỀ THÉP AHSS - THÉP DP - SẮT XỐP 1.1 Một số khái niệm 1.1.1 Thép kết cấu hợp kim: Là mác thép dùng để chế tạo kết cấu thép chi tiết máy 1.1.2 Thép độ bền cao tiên tiến: Là nhóm thép phát triển từ nhóm thép HSLA, có hàm lượng cacbon thấp trung bình hợp kim hóa Mn, Si; thép luyện từ sắt hồn ngun trực tiếp DRI có độ tạp chất cao, xử lý nhiệt đặc biệt để có tổ chức nhiều pha, hạt pha nhỏ mịn có tỷ phần thể tích pha định Nhờ thép có tiêu độ bền cao tính dẻo tốt 1.1.3 Thép song pha: Thép DP thuộc nhóm độ bền cao tiên tiến (AHSS) 1.2 Đặc điểm thành phần - tổ chức pha - tính thép AHSS 1.2.1 Đặc điểm thành phần tổ chức thép AHSS Thép AHSS bao gồm: Thép song pha DP (có pha F M); thép dẻo chuyển biến TRIP (có pha F, B, M Ơ dư); thép đa pha CP (có pha F, B, M, Ơ), thép mactenxit MS (có pha M) 1.2.2 Đặc điểm tính nhóm thép AHSS Hình 1.1: Ba hệ thép AHSS Hình 1.4: Quan hệ n % thép DP Thép AHSS so với thép HSLA: có độ bền siêu cao từ 700MPa - 1700MPa, độ giãn dài từ 10 - 40%, Nếu giới hạn chảy 350MPa thép AHSS có độ bền cao đến 600MPa, độ giãn dài 30% Cùng độ giãn dài 20% thép DP có độ bền đến 1000MPa, thép HSLA 700MPa 1.3 Đặc điểm thành phần - tổ chức pha tính thép DP 1.3.1 Đặc điểm thành phần thép DP Thép DP có thành phần: 0,06 0,15C%; 1,7Mn%; 0,6 1Si%, 0,2 0,5Cr%; < 0,025P%, < 0,025S%, thấp tạp chất phi kim khí thấp 1.3.2 Đặc điểm tổ chức thép DP - Thép có tổ chức hai pha F M; - Độ lớn hạt siêu mịn, dF < 20µm, dM < 10µm; - Tỷ phần thể tích VM = 15 - 30%, - Pha M nằm xen kẽ phân giới hạt Hình 1.13: Tổ chức thép DP F làm tác nhân hóa bền 1.3.3 Đặc điểm tính thép DP: Thép vừa có độ bền cao vừa có tính dẻo tốt Bảng 1.5: Tính dị hướng thép DP Mác thép DP600 DP780 Hình 1.16.: Biểu đồ so sánh ứng suất biến dạng thép DP HSLA DP980 Chiều dọc Chiều ngang Chiều dọc Chiều ngang Chiều dọc Re (MPa) 370,9 379,6 468,8 475,8 585,5 Rm (MPa) 630,1 640,4 799,1 796,9 1088,5 A (%) 23,2 22,6 18,5 17,5 11,3 Chiều ngang 642,9 1087,0 8,6 Sự định hướng Độ bền có giá trị từ 450 đến 1180MPa, Re từ 210 800MPa; A% từ 12 34%; n từ 0,09 1,21; tỷ số Rm/Re 1,71; PSE tới 20000MPa% 1.3.4 Đặc điểm công nghệ sản xuất thép DP giới - Cơng nghệ 1: Cán nóng qua vùng nhiệt độ pha → làm nguội nhanh - Công nghệ 2: Cán nguội → Nung lên vùng pha → làm nguội nhanh Hình 1.23: Sơ đồ sản xuất thép DP 1.4 Đặc điểm sắt xốp - nguồn nguyên liệu sản xuất thép AHSS Bảng 1.7: Thành phần hóa học số loại sắt xốp Việt Nam sản xuất Sắt xốp MIREX Sắt xốp ép viên Sắt xốp cục Tổng Fe, % Fe KL, % C, % P, % S, % khác d (mm) 40 90÷92 80÷82 1,0÷1,2 0,03max 0,03max Cịn lại 92÷96 90÷92 0,2÷0,3 0,025 0,025 Cịn lại 12÷34 1.5 Kết luận chương 1 Thép DP nhóm thép AHSS, có đặc trưng tiêu biểu: Có hai pha F M với tỷ phần thể tích mactenxit 15 30%; độ lớn hạt dF < 20m, dM < 10m Được luyện từ sắt xốp, gia công biến dạng, nung vùng hai pha nguội nhanh Thép có độ bền độ giãn dài cao hẳn thép HSLA thành phần Được sử dụng làm kết cấu thép chi tiết máy Luận án cần tập trung nghiên cứu ảnh hưởng TSCN (nhiệt độ nung, thời gian giữ nhiệt tốc độ nguội) đến độ bền tính dẻo thép, sở hình thành tổ chức đặc thù tạo nên hiệu ứng song pha Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TỔ CHỨC VÀ CƠ TÍNH CỦA THÉP DP 2.1 Đặc điểm tiêu bền dẻo đặc thù thép DP Thép DP vừa có độ bền cao vừa có tính dẻo cao thép có tổ chức đặc thù tạo nên hiệu ứng song pha 2.2 Nguyên lý cộng pha ứng dụng thép DP 2.2.1 Cơ sở lý thuyết cộng pha Độ bền độ dẻo thép DP phụ thuộc vào tổng tích độ bền (độ dẻo) pha với tỷ phần thể tích M: = m Vm + f.VF = m.Vm + f.(1-Vm) (2.3) = m.Vm + f.(1-Vm) (2.4) 2.2.2 Độ bền độ giãn dài pha F M quan hệ với hàm lượng cacbon Giới hạn bền độ giãn dài pha F, M phụ thuộc hàm lượng %C chúng 2.2.3 Ảnh hưởng tỷ phần thể tích F M: Độ bền độ dẻo thép DP phụ thuộc vào tỷ phần thể tích chúng (hình 2.6) 2.3 Cơ chế hóa bền lệch hãm lệch thép DP 2.3.1 Cơ chế hóa bền lệch: Độ bền thép DP phụ thuộc vào chuyển động lệch nằm pha F chịu tác dụng ứng suất công thức (2.5) 𝐺𝑏 𝜏𝐹𝑅 = (2.5) 𝑙 Theo Taylor ứng suất chảy thực σ(ε) phụ thuộc mật độ lệch ρ(ε) σ(ε) = σi0 +α.G.b.√ρ(ε) ; y = i + d = i + α.G.b√ (2.6) m y = i + α.G.b.√ 0 +K. (2.7) Theo chế nguồn lệch F-R, đường lệch chuyển động gặp tác nhân cản trở (các pha phân tán, xen kẽ) chúng tạo thành vòng tập trung lệch, làm tăng bền cho vật liệu a) b) Hình 2.5: Quan hệ Rm - Re(a) A%(b) với hàm lượng %C M a) b) Hình 2.6: Quan hệ Rm - Re(a) A% (b) với Vm thép DP A B (a) (c) (b) (d) K a) (e) (f) (g) b) Hình 2.9: Sơ đồ nguồn F-R (a) cản trở lệch (b) 2.3.2 Các chế hãm lệch thép DP: Có chế hãm lệch - Hóa bền hịa tan NTHK C, N, Mn, Si - Hóa bền pha phân tán: cacbit TiC, NbC - Hóa bền chuyển biến pha tạo pha M rắn xen kẽ Hình 2.11: Ba chế tăng bền thép DP Hình 2.12: Tác dụng hóa bền NTHK lên ứng suất chảy Hình 2.13: Chuyển biến tạo pha rắn Thép DP có độ bền cao, tính dẻo tốt nhờ cản trở lệch hạt M nhỏ siêu mịn, nằm xen kẽ pha F nhỏ mịn Khi ngoại lực tác động lệch hình thành nhiều hạt F chuyển động chúng bị phân giới hạt hạt M nhỏ mịn cản trở từ làm thép vừa có độ bền cao vừa có tính dẻo tốt Như vậy, điều khiển nhiệt độ nung vùng pha thời gian giữ nhiệt, để khống chế độ hòa tan cacbon, độ lớn hạt F, M tỷ phần M, đồng thời nguội nhanh để tạo phân tán M F (hình 2.13) 2.4 Lý thuyết hóa bền thép DP hạt F M nhỏ 2.4.1 Cơ sở lý thuyết hóa bền hạt nhỏ thép DP Thép có hiệu ứng song pha nhờ tạo kích thước hạt F, M nhỏ mịn, nên độ bền độ dẻo thép DP giải thích lý thuyết hóa bền hạt nhỏ Hall-Petch (xem cơng thức 2.10 hình 2.14; 2.15) ch = o + kd −1 Hình 2.14: Quan hệ Rm dF (2.10) Hình 2.15: Quan hệ R - với dF Hình 2.16: Các dạng truyền chuyển động lệch qua phân giới hạt Khi độ lớn hạt F < 20m, có nhiều hạt biến dạng lệch truyền hạt sang hạt qua phân giới hạt 2.4.2 Một số giải pháp làm nhỏ hạt thép DP 1) Làm nhỏ hạt phôi ban đầu nhờ biến dạng dẻo với tỷ số biến dạng cao, khống chế nhiệt độ dừng rèn thông số nhiệt làm nguội 2) Làm nhỏ hạt hợp kim hóa: Sử dụng nguyên tố vi lượng 3) Làm nhỏ hạt công nghệ nung nhiệt pha Ac1 Ac3, giữ nhiệt làm nguội nhanh 2.5 Nhiệt động học chuyển biến tổ chức pha F M 2.5.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nung Khống chế nhiệt độ nung vùng pha Ac1 Ac3 để điều khiển tỷ phần pha F, Ô độ lớn chúng; sau nguội nhanh tỷ phần độ lớn M bảo đảm trình Hình 2.20: Giản đồ quan hệ chuyển biến Ô thành M nhiệt độ nung tỷ phần pha 2.5.2 Ảnh hưởng thời gian giữ nhiệt: Thời gian giữ nhiệt định hòa tan nguyên tố hợp kim, độ lớn hạt F Ơ a) b) a) Hình 2.23: Q trình hịa tan(a) đồng ơstenit(b) a) b) Hình 2.24: Quan hệ VF với (a), T (b) b) Hình 2.25: Động học ơstenit hóa đẳng nhiệt 2.5.3 Ảnh hưởng tốc độ nguội: Tốc độ nguội phải lớn tốc độ nguội tới hạn để bảo đảm chuyển biến Ô thành M 2.6 Kết luận chương Thép DP hóa bền theo luật cộng pha Thép DP hóa bền theo chế biến dạng lệch hãm lệch Đặc thù tổ chức thép DP tạo nên pha M nhỏ mịn làm tác nhân hãm lệch Thép DP hóa bền theo chế hạt nhỏ Hall-Petch Để tạo hiệu ứng hóa bền cho thép DP phải luyện thép cho độ cao, biến dạng phôi với tỷ số rèn lớn, nung vùng pha Ac1 Ac3 nguội nhanh Chương THỰC NGHIỆM KHOA HỌC 3.1 Lưu đồ thực nghiệm thiết bị thí nghiệm Thực nghiệm khoa học tiến hành theo lưu đồ hình 3.1 Thép luyện từ sắt xốp Mirex, tinh luyện lị WIM Phơi thép 250 rèn xuống 14 dùng để làm mẫu kim tương thử kéo Hình 3.1: Lưu đồ thực nghiệm 3.2 Thực nghiệm xác định thuộc tính nhiệt động 3.2.1 Thành phần thép nghiên cứu (luyện theo ASTM) Bảng 3.1: Thành phần hóa học mác thép sau nấu tinh luyện C 0,097 Si 0,886 Mn 1,241 P S 0,024 0,012 Cr 0,364 Cu 0,17 Co 0,007 Mo 0,012 V 0,002 Ni 0.002 Ti 0,009 3.2.2 Thuộc tính nhiệt động mác thép DP nghiên cứu Ac1 = 7230C Ac3 = 8780C 3.2.3 Xác định tổ chức pha thép kính hiển vi quang học Thí nghiệm phân tích tổ chức F, M, xác định độ lớn hạt tỷ phần pha tiến hành Trung tâm đo lường Viện cơng nghệ, Bộ quốc phịng 3.2.4 Xác định mức biến đổi TSCN xử lý nhiệt - Nhiệt độ nung: 740 7800C, - Thời gian giữ nhiệt: 10 20phút, - Tốc độ nguội: (trong dầu 500C/s nước 1000C/s nước muối 10%: 1500C/s) Hình 3.9: Chu trình xử lý nhiệt thực nghiệm 3.3 Xác định đặc trưng tính thép: Thí nghiệm thử kéo tiến hành Trung tâm đo lường Viện cơng nghệ, Bộ quốc phịng 3.4 Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm 3.4.1 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm Bảng 3.5: Bảng kết thực nghiệm N0 10 11 12 13 14 15 VM (%) 12,4 17,4 20,5 25,3 14,2 28,6 18,2 31,8 18,8 31,3 23,5 26,3 18,8 23,7 25,6 dM (µm) 7,6 8,6 9,1 10,1 6,8 7,9 8,4 9,6 7,7 9,1 7,6 9,4 8,9 8,6 8,7 dF (µm) 11,4 13,3 13,7 16,8 10,4 15,2 11,6 15,8 11,4 14,2 12,3 14,3 14,6 13,1 13,6 Rm (MPa) 624,6 669,9 691,5 704,7 631,6 765,6 735,9 819,3 639,7 706,3 671,5 763,6 638,8 688,4 685,2 Re (MPa) 398,8 461,5 444,2 487,9 428,3 494,2 488,7 530,6 410,2 452,8 451,0 487,6 419,7 452,2 456,9 A (%) 24,5 24,0 22,7 24,3 25,4 23,5 20,0 17,0 20,8 23,7 19,9 17,6 20,1 22,6 18,6 Rm/Re (MPa) 1,566 1,452 1,557 1,444 1,475 1,549 1,506 1,544 1,560 1,560 1,489 1,566 1,522 1,522 1,5 Z (%) 56,1 48,4 52,1 46,2 66,7 46,4 46,5 42,2 55,3 51,5 52,5 41,0 47,6 47,3 48,6 RmxA (MPa%) 15303 16078 15697 17124 16043 17992 14718 13928 13306 16739 13363 13439 12859 15558 12721 n 0,19 0,18 0,19 0,17 0,17 0,17 0,15 0,16 0,18 0,18 0,19 0,18 0,17 0,17 0,17 Bảng 3.6: Bảng giá trị, độ tin cậy đặc trưng tổ chức tính STT Tên đặc trưng tổ chức tính thép nghiên cứu Độ lớn hạt ferit (dF), µm Độ lớn hạt mactenxit (dM), µm Tỷ phần Mactenxit (VM), % Giới hạn bền (Rm), MPa Giới hạn chảy (Re), MPa Hệ số hóa bền (Rm/Re) Độ giãn dài tương đối (A), % Chỉ số PSE (RmxA), MPa% Các giá trị Max Min 16,8 10,4 10,1 6,8 31,8 12,4 819,3 624,6 530,6 398,8 1,566 1,444 25,4 17,0 17992 12270 Độ tin cậy sperman 0,95 0,94 0,95 0,98 0,97 0,96 0,97 0,94 Hình 4.20: Ảnh hưởng thông số công nghệ đến độ lớn hạt ferit dF = 10,9m; T = 7400C; = 10 phút; vn= 1500C/s - Nghiệm hàm hồi quy: Độ lớn hạt nhỏ T = 730 750 0C; τ = 16 phút; = 80 1800C/s - Vùng TSCN tối ưu cho độ hạt dF < 12m; 11 4.1.2 Quan hệ TSCN với độ lớn hạt ferit Hình 4.22: Ảnh hưởng thông số công nghệ đến độ lớn hạt mactenxit = 1500C/s; Độ lớn hạt dF = 6,9m - Nghiệm hàm hồi quy: T = 7400C; τ = 10 phút T = 730 7500C; τ = 15 phút; = 80 1800C/s - Vùng TSCN tối ưu cho độ hạt M 1,54 + Vùng 1: T = 730 7400C, < 1000C/s + Vùng 2: T > 7800C , > 1400C/s - Thực nghiệm kiểm chứng: Rm/Re > 1,56; T = 7400C, = 20 phút, < 1000C/s 16 4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng TSCN đến tiêu dẻo 4.3.1 Quan hệ hệ số hóa bền (Rm/Re) với TSCN Hình 4.35: Ảnh hưởng thông số công nghệ đến độ giãn dài - Vùng TSCN tối ưu cho Amax > 26%: T = 730 7400C, = 15 phút, = 160 1800C/s T = 780 7900C, = 15 phút, = 500C/s, T = 730 7400C, = 15 phút, = 500C/s - Theo hàm hồi quy: Amax = 24,6%, T = 7800C, = 10 phút, = 500C/s, - Kiểm chứng: Amax = 24%, T = 7800C, = 10 phút, = 500C/s, 17 4.3.2 Quan hệ TSCN với độ giãn dài Hình 4.38: Ảnh hưởng thông số công nghệ đến độ thắt tỷ đối Z - Vùng TSCN tối ưu cho Zmax = 62%; T = 7307400C; = 815phút; = 1401600C/s vùng màu đỏ thẫm Vùng TSCN cho Zmin < 46%: T = 750 7700C, > 18 phút, > 1500C vùng màu xanh thẫm - Theo Hàm hồi quy: T = 7400C, = 20phút, = 1500C/s cho độ thắt tỷ đối Z = 44,6%, nằm vùng giá trị nhỏ 18 4.3.3 Quan hệ TSCN với độ thắt tỷ đối (Z) Hình 4.41: Ảnh hưởng thông số công nghệ đến số hấp thụ lượng - Vùng TSCN tối ưu cho PSE >18000MPa%, T = 780 7900C, = 12 phút, = 140 1600C/s - Hàm hồi quy: PSE = 18510MPa%, T = 7800C, = 10phút, = 1500C/s - Kiểm chứng: PSE = 17992MPa%, T = 7800C, = 10phút, = 1500C/s 19 4.3.4 Quan hệ TSCN với số hấp thụ lượng Hình 4.44: Ảnh hưởng thơng số công nghệ đến hệ số biến cứng n - Vùng TSCN tối ưu cho n > 0,18 tương ứng với T = 730 7800C, = 12phút, = 50 1200C/s - Kiểm chứng: n = 0,18; T = 7800C, = 10 phút, = 500C/s 20 4.3.5 Quan hệ TSCN với hệ số biến cứng n 21 4.4 Xác lập thông số công nghệ tối ưu Bộ TSCN tối ưu với tiêu: 1) Bộ thông số công nghệ tối ưu Bảng 4.2: Bộ thông số công nghệ cho tiêu tối ưu Các tiêu tối ưu Giá trị tối ưu Độ lớn hạt ferit dF (m) Độ lớn hạt Mactenxit dM (m) Tỷ phần mactenxit Vmmax Tỷ phần mactenxit Vmmin Giới hạn bền Rm, MPa Giới hạn chảy Re, MPa Hệ số hóa bền Rm/Re < 12 30% < 15% >800MPa >500MPa >1,54 Độ giãn dài tương đối A(%) Chỉ số PSE, MPa% Hệ số biến cứng n >26% >18000MPa% > 0,18 Thông số công nghệ T (0C) (phút) (0C/s) 730750 816 80180 730750 815 80180 760790 1020 50150 50 730740 812 760790 1822 100150 150 770700 1820 < 100 730740 1222 >150 730740 815 50 780790 815 780790 812 140160 730780 812 50120 Bảng 4.3: Bộ thông số công nghệ tối ưu độ bền - độ dẻo Hình 4.45: Quan hệ Rm A% thép DP sau xử lý nhiệt 2) Kết thực nghiệm kiểm chứng thông số công nghệ tối ưu Thực nghiệm kiểm chứng với thông số công nghệ Kết khẳng định quy luật rút từ thực nghiệm có tính phổ quát sử dụng làm sở thiết lập quy trình cơng nghệ nhằm thu kết hợp độ bền độ dẻo Hình 4.46: Quan hệ giới hạn bền độ giãn dài thép DP nghiệm chứng thép DP 4.5 Kết luận chương Thép DP luyện từ sắt xốp Việt Nam đáp ứng yêu cầu thành phần hóa học theo ASTM Tổ chức thép có pha F M; độ lớn hạt nhỏ siêu mịn F nhỏ 12µm, M < 10µm; tỷ phần pha M từ 15 35% 22 Sau xử lý nhiệt với cá chế độ Giới hạn bền từ 625 820MPa, giới hạn chảy 399 31MPa, độ giãn dài từ 17 26%, thỏa mãn mục tiêu độ bền độ dẻo thép DP 1) Quan hệ TSCN đến tiêu bền: (Rm, Re) - Với TSCN nghiên cứu cho giới hạn bền từ 625 đến 820MPa; đó, miền thơng số cho giá trị giới hạn bền kéo lớn 800MPa T0C = 760 7900C, = 18 22 phút, = 100 1500C/s Theo nghiệm hàm hồi quy Rm = 817MPa T = 7800C, = 20 phút, = 1500C/s - Miền TSCN nhận giới hạn chảy lớn Re = 600MPa nhiệt độ nung T = 770 7800C, = 18 20 phút, = 1500C/s Theo nghiệm hàm hồi quy Re = 535MPa T = 7800C, = 20 phút, = 1500C/s 2) Ảnh hưởng TSCN đến tiêu dẻo: (A, Z, n, Rm/Re, PSE) - Miền thông số cho độ giãn dài lớn 26% xử lý hai vùng nhiệt độ 7500C 780 7900C, = 15phút, = 1500C/s; - Miền TSCN cho độ thắt tỷ đối lớn 67% T = 740MPa, = 20phút, = 1500C/s - Hệ số hóa bền lớn tương ứng với nhiệt độ thấp 7400C, = 12 phút hay nhiệt độ cao 7800C, = 18 20phút - Miền thông số cho PSE cực đại > 18000MPa% nhiệt độ nung khoảng 780 7900C, = 12phút = 1500C/s Đã đưa thông số công nghệ tối ưu tương ứng với vùng: - Vùng độ bền cao Rm = 700 820MPa, độ dẻo tốt A = 17 20%; tương ứng với TSCN T = 760 7800C, = 15 20 phút, = 100 1500C/s - vùng độ bền tốt 600 700MPa, độ dẻo tốt 20 24%, tương ứng với TSCN T = 740 7600C, = 15 phút, = 50 1500C/s - vùng độ bền cao 600 700MPa, độ dẻo cao 24 28%; tương ứng với TSCN T = 760 7800C, = 10 phút, = 50 1500C/s Thực nghiệm kiểm chứng tương ứng với vùng theo tiêu chí độ bền độ dẻo khác nhau, kết khẳng định TSCN quy luật đưa đứng đắn, bảo đảm tính khoa học nghiên cứu KẾT LUẬN CHUNG I Những kết Luận án Thép AHSS - DP sản phẩm cách mạng CN 4.0 luyện kim, luyện từ sắt xốp - Sắt hoàn ngun trực tiếp (DRI), tinh luyện ngồi lị, có 23 thành phần hóa học CMnSi, có hàm lượng tạp chất thấp, P S%; thép biến dạng xử lý nhiệt đặc biệt tổ chức pha ferit mactenxit, pha có tỷ phần thể tích định kích thước hạt M cỡ 5-10µm Thép vừa có độ bền cao vừa có tính dẻo tốt, so với mác thép HSLA có thành phần tương tự Thép ứng dụng sản xuất khung dầm ô tô, cho phép chịu lực lớn hơn, giảm nhẹ khối lượng xe, tăng tính an tồn cho xe, góp phần hạ giá thành thân thiện môi trường Luận án nghiên cứu mác thép DP780, nấu luyện từ sắt xốp MIREX, tinh luyện lò VIM-300 Thành phần hóa học khống chế thép theo ASTM Phơi thép rèn từ Φ250mm xuống Φ14mm để làm mẫu thí nghiệm tổ chức tính Đã sử dụng phương pháp QHTN, phương tiện đo lường đại hỗ trợ phần mềm công nghiệp xác định số lượng thí nghiệm xử lý số liệu thí nghiệm, đảm bảo số liệu thực nghiệm đủ độ xác tin cậy để xử lý xác định quy luật quan hệ Để khống chế thành phần pha, tỷ phần pha độ lớn hạt pha, mẫu thép xử lý nhiệt đặc biệt: nung vùng nhiệt độ pha Ac1 - Ac3 (7407800C), giữ nhiệt để đủ chuyển biến P thành Ô bảo đảm độ lớn hạt F Ô nhỏ; nguội nhanh để Ô chuyển biến thành M Kết nghiên cứu ảnh hưởng TSCN nhiệt đến tổ chức tính thép, khẳng định tính ưu việt thép DP có độ bền cao tính dẻo tốt nhờ thép có tổ chức hai pha F M, có độ lớn hạt nhỏ dF < 17m, dM < 10m, có tỷ phần VM 15 35%, có pha M tăng bền phân bố hạt F Nhờ khống chế thông số công nghệ điều khiển hình thành tổ chức, nên thép DP nghiên cứu đạt giới hạn bền cao từ 625 819MPa, độ giãn dài từ 1727%, tương ứng với tiêu theo ASTM Từ số liệu xác lập hàm hồi quy quan hệ TSCN với tiêu tổ chức (độ lớn hạt F, M; tỷ phần M) tính (giới hạn bền, giới hạn chảy, độ giãn dài tương đối, số hấp thụ lượng, độ thắt tỷ đối) Đồng thời xây dựng ảnh đồ đồng mức quan hệ TSCN với tiêu tổ chức tính để xác định vùng tối ưu TSCN theo yêu cầu tính Từ quy luật ảnh hưởng TSCN đến tiêu tổ chức tính rút vùng TSCN tối ưu (xem bảng 4.3 hình 4.45): Vùng có độ bền siêu bền Rm = 700 820MPa tính dẻo tốt A = 17 20%; vùng có độ bền cao 600 700MPa với tính dẻo cao với độ giãn dài từ 24 28%; 24 vùng trung gian (2) đồng thời có độ bền cao 600 700MPa tính dẻo tốt có độ giãn dài 20 24% Mỗi vùng tính tương ứng với TSCN định Các quy luật đưa luận án, qua thí nghiêm kiểm chứng, sử dụng để làm sở thiết lập QTCN xử lý nhiệt cần tạo phôi thép DP với điều kiện thành phần hóa học thép DP tương tự, có độ tạp chất cao luyện từ sắt xốp tinh luyện ngồi lị Các kết nghiên cứu mở mật hướng cho việc sản xuất phôi thép DP phục vụ cho kinh tế quốc phòng, thay nhập ngoại II Những đóng góp luận án Đã đưa hàm hồi quy dùng để xác định thông số công nghệ cho tiêu tối ưu tổ chức tính Đã cho quy luật quan hệ giải thông số công nghệ nhiệt độ nung vùng pha, thời gian giữ nhiệt tốc độ nguội với giá trị độ lớn hạt, tỷ phần pha F, M, Rm, Re, A, độ thắt tỷ đối, hệ số biến cứng, tỷ số hóa bền, số hấp thụ lượng PSE Đưa vùng thông số công nghệ tối ưu để thu tính thép song pha độ bền cao tính dẻo tốt, độ bền tính dẻo tốt tính dẻo cao độ bền tốt, sử dụng để thiết lập quy trình công nghệ xử lý nhiệt phục vụ yêu cầu sử dụng yêu cầu gia công biến dạng III Những vấn đề cần nghiên cứu tiếp Trong khuôn khổ Luận án tiến sĩ vào sở lý thuyết để tiến hành thực nghiệm từ rút quy luật quan hệ TSCN với tiêu tính thép DP, nên số TSCN chưa đề cập đến cần tiếp tục nghiên cứu bổ sung Đồng thời, Luận án cần nghiên cứu áp dụng cho sản phẩm quốc phòng nhằm bổ sung quy luật cụ thể áp dụng điều kiện sản xuất hàng loạt 25 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Đinh Văn Hiến, Nguyễn Văn Chúc, Trần Công Thức, Đinh Bá Trụ (2015), “Nghiên cứu thử nghiệm công nghệ tạo phôi thép 9Mn2Si từ nguyên liệu sắt xốp”, Tạp chí khoa học công nghệ trường ĐH công nghiệp Hà Nội, số 27/2015, tr 162 - 165 Trần Công Thức, Lê Văn Long, Đinh Bá Trụ (2015), “Nghiên cứu luyện mác thép cacbon thấp từ sắt xốp để chế tạo vỏ liều đạn vỏ động R122”, Tạp chí khí Việt Nam, Số 6/2015, tr 52 - 56 Đinh Văn Hiến, Trần Công Thức, Lê Văn Long, Đinh Bá Trụ (2015), “Nghiên cứu chế tạo thép chuyển pha biến dạng dẻo họ CMnSiAL có nguồn gốc sắt xốp”, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Cơng nghệ Quân sự, Viện Khoa học Kỹ thuật Quân sự, 10/2015, tr.160 - 167 Trần Công Thức, Nguyễn Trường An (2016), “Nghiên cứu thông số công nghệ tạo tổ chức song pha thép 09Mn2Si”, Kỷ yếu Hội nghị KH&CN tồn quốc khí - Động lực ĐHBKHN, 10/2016, tr 362 - 367 Trần Công Thức, Nguyễn Trường An (2017), “Nghiên cứu ảnh hưởng thông số cơng nghệ đến tính thép song pha 09Mn2Si”, Tạp chí KH KT HVKTQS, số 185 - 8/2017, tr 16 - 22 Trần Công Thức, Nguyễn Trường An (2017), “Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến tổ chức thép song pha 09Mn2Si”, Kỷ yếu hội nghị KH-CN tồn quốc Cơ khí - Động lực 2017, tr 55 - 59 Trần Công Thức, Nguyễn Trường An, Đinh Bá Trụ (2017), “Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ nhiệt đến hệ số hóa bền số hấp thụ lượng thép song pha 09Mn2Si”, Kỷ yếu hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ X, Hà Nội 12/2017, tr 1220 - 1224 Trần Công Thức, Đinh Bá Trụ, Nguyễn Trường An (2018), “Nghiên cứu sản xuất thép song pha (DP)”, Hội nghị KH&CN toàn quốc khí lần thứ V Đại học Cơng nghiệp Hà Nội 10/2018 ... quan hệ thông số cơng nghệ với tổ chức tính để ứng dụng xây dựng QTCN Chương NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG TSCN CƠ - NHIỆT ĐẾN TỔ CHỨC VÀ CƠ TÍNH THÉP DP 4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng TSCN đến tổ chức thép DP... 4.1.1 Tổ chức tế vi mác thép trạng thái nhiệt luyện Theo bảng 3.1 hình 4.1 đến 4.12 ảnh tổ chức tế vi sau xử lý nhiệt, đáp ứng yêu cầu tổ chức mác thép song pha độ lớn hạt tỷ phần pha Nhiệt độ... (2017), ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ nhiệt đến hệ số hóa bền số hấp thụ lượng thép song pha 09Mn2Si”, Kỷ yếu hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ X, Hà Nội 12/2017, tr 1220 - 1224 Trần Công