Công nghệ chế tạo Giấy Cơ khí Sản xuất

Công nghệ chế tạo Giấy Cơ khí Sản xuất

Bộ công THƯƠNG TổNG CÔNG TY THéP VIệT NAM Viện Luyện kim Đen -------------------- Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển CÔNG NGHệ cấp bộ Tên đề tài: NGHIấN CU CH TO GANG HP KIM BN CAO MC GX330NiCr42 LM A NGHIN PHC V CễNG NGHIP SN XUT GIY DFGEDFGEDFGE Cơ quan chủ quản: tổng công ty thép vN Cơ quan chủ trì: Viện Luyện kim Đen Chủ nhiệm đề tài: NGUYN VĂN SA 6829 27/4/2008 Tháng 12/2007 những ngời thực hiện chính TT Họ và tên Học vị Đơn vị công tác 1 Nguyễn văn Sa Tiến sĩ Viện Luyện kim Đen 2 Nguyễn văn Ngũ Kĩ s Viện Luyện kim Đen 3 Nguyễn hồng Phúc Kĩ s Viện Luyện kim Đen 4 Vũ Thái Sơn Kĩ s Cty CP Giấy Hoàng Văn Thụ 5 Bùi Quang Sơn Kĩ s Cty CP Giấy Hoàng Văn Thụ 2Mục lục Mở đầu 3 1. Tổng quan về gang hợp kim chịu mài mòn 5 1.1 Phân loại gang hợp kim chịu mài mòn 5 1.2 Gang trắng crôm niken (Ni-hard) 7 1.2.1 Tính chất vật lý của gang Ni-hard 9 1.2.2 Tính chất cơ học của gang Ni-hard 9 1.2.3 Đặc tính đúc của gang Ni-hard 10 1.2.4 Tính gia công của gang Ni-hard 10 1.2.5 Chế độ nhiệt luyện 10 1.2.6 Khả năng chịu mài mòn của gang Ni-hard 11 1.3 ảnh hởng các nguyên tố hợp kim đối với gang Ni-hard 13 1.3.1 ảnh hởng của niken 13 1.3.2 ảnh hởng của silic 14 1.3.3 ảnh hởng của crôm 14 1.3.4 ảnh hởng của mangan 14 1.3.5 ảnh hởng của đồng 14 1.3.6 ảnh hởng của molipđen 15 1.4 Lựa chọn mác gang nghiên cứu 15 2. Nội dụng nghiên cứu và phuơng pháp thực nghiệm 17 2.1. Nội dung nghiên cứu 17 2.2. Phơng pháp nghiên cứu 17 3. Kết quả thực nghiệm 19 3.1 Công nghệ nấu luyện gang GX330NiCr42 19 3.2 Công nghệ đúc gang GX330NiCr42 21 3.2.1 Một số đặc điểm về công nghệ đúc 21 3.2.2 Lựa chọn công nghệ và thiết bị đúc 22 3.3. Công nghệ nhiệt luyện gang GX330NiCr42 23 3.3.1 ủ mềm gang GX330NiCr42 23 3.3.2 Tôi và ram gang GX330NiCr42 23 3.4 Các tính chất của gang GX330NiCr42 26 3.4.1 Thành phần hoá học 26 3.4.2 Tính chất cơ lý 26 3.4.3 Cấu trúc pha 26 3.4.4 Khả năng chịu mài mòn abrasive 28 3.5 Chế tạo sản phẩm và kết quả dùng thử 29 3.5.1 Chế tạo dao nghiền đĩa 39 3.5.2 Dùng thử và đánh giá chất lợng sản phẩm 39 4. Kết luận và kiến nghị 33 5.Tài liệu tham khảo 34 6. Phụ lục 35 3Mở đầu Trong công nghiệp sản xuất giấy, có nhiều chi tiết trong thiết bị dùng sơ chế nguyên liệu thờng xuyên phải thay thế vì phải làm việc liên tục trong điều kiện va đập, chịu mài mòn nh dao nghiền đĩa, quả lô khuấy trộn . ở nớc ta, phần lớn các cơ sở sản xuất giấy đợc lắp đặt thiết bị nớc ngoài, hoạt động đã nhiều năm, thiết bị dự phòng không còn, do đó việc thay thế gặp nhiều khó khăn . Sau khi tìm hiểu tình hình ở một số cơ sở sản xuất lớn nh Công ty Giấy Bãi Bằng, Công ty Giấy Hoàng Văn Thụ Chúng tôi nhận thấy dao nghiền đĩa là một trong những chi tiết phải làm việc trong điều kiện chịu va đập và mài mòn, nên cần thay thế liên tục. Hiện nay, dao nghiền đĩa đợc cung cấp từ nhiều nguồn: nhập từ Trung Quốc, sản xuất trong nớc . Tuy nhiên, vật liệu chế tạo đều là gang xám không hợp kim, độ bền thấp, khả năng chịu mài mòn kém. Từ thực tế trên, chúng tôi cho rằng nên chế tạo dao nghiền đĩa bằng gang hợp kim chịu mài mòn. Trong nhóm gang hợp kim này, mác GX330NiCr42 theo tiêu chuẩn DIN 1695-81 của Đức có nhiều đặc tính tốt, phù hợp cho việc chế tạo các chi tiết chịu va đập và mài mòn nêu trên. Viện Luyện kim Đen đã đề xuất và đợc Bộ Công nghiệp (nay là Bộ Công Thơng) giao cho thực hiện đề tài Nghiên cứu chế tạo gang hợp kim độ bền cao mác GX330NiCr42 làm đĩa nghiền phục vụ công nghiệp sản xuất giấy. Qua một thời gian triển khai, đề tài đã hoàn thành các nội dung nghiên cứu. Trong báo cáo tổng kết đề tài chúng tôi xin trình bày các phần sau: - Mở đầu - Tổng quan về gang hợp kim chịu mài mòn abrasive. - Phơng pháp nghiên cứu - Kết quả đạt đợc - Kết luận và kiến nghị - Tài liệu tham khảo - Phụ lục 4Nhân dịp này, Ban chủ nhiệm đề tài xin chân thành cảm ơn sự quan tâm và chỉ đạo sát sao của Vụ Khoa học & Công nghệ- Bộ Công Thơng, sự hợp tác giúp đỡ tận tình của Công ty Giấy Hoàng Văn Thụ Thái Nguyên, các cơ sở nghiên cứu nh Trờng ĐHBK Hà Nội, Trung tâm Đo lờng Việt nam và một cơ sở nghiên cứu khác đã giúp chúng tôi thực hiện thành công đề tài. 51.Tổng quan về Gang chịu mài mòn 1.1 Phân loại gang chịu mài mòn Khả năng chịu mài mòn của gang khi chịu tác động mài abrasive tuỳ thuộc vào tổ chức tế vi (vi độ cứng, hình dạng, sự tác dụng tơng hỗ cũng nh số lợng cấu trúc hợp thành). Thành phần tổ chức cơ bản của gang đợc sắp xếp theo chiều tăng của vi độ cứng với trật tự sau: graphit, ferit, peclit, austenit, mactensit, xementit, xementit hợp kim, các cacbid của crôm, wolfram, vanađi và của các nguyên tố khác, các borid. Khả năng chịu mài mòn phụ thuộc rất phức tạp vào số lợng cũng nh sự phân bố của các pha rắn, giòn so với kim loại nền có tính mềm và dẻo. Kim loại nền phải là giá đỡ vững chắc cho các độ cứng thành phần nhằm ngăn ngừa sự phá huỷ giòn. Có nhiều loại gang chịu mài mòn khác nhau đợc đem vào sử dụng trong điều kiện làm việc có tác động mài mòn. Theo cấu trúc và thành phần hoá học có thể phân chia gang chịu mài mòn thành các nhóm sau: - Gang xám hợp kim - Gang biến trắng hợp kim Gang trắng hợp kim bao gồm: + Gang trắng hợp kim thấp, + Gang niken - crôm (Ni-hard), + Gang hợp kim cao crôm. Gang hợp kim cao là nhóm vật liệu quan trọng của mà sản phẩm của chúng cần đợc quan tâm đặc biệt so với loại gang thông thờng. Trong gang hợp kim cao, hàm lợng các nguyên tố hợp kim hoá trên 4%, do vậy không thể nấu luyện chúng đạt thành phần tiêu chuẩn chỉ bằng cách hợp kim hoá ngay tại gầu rót. Chúng thờng đợc sản xuất ở các cơ sở có trang bị máy móc đặc biệt chỉ dùng riêng để nấu luyện loại gang này. 6Gang hợp kim là loại gang chủ yếu dùng làm vật liệu chịu mài mòn và đúc thành những chi tiết cần thiết trong việc chế tạo máy đập, nghiền và nhiều loại dụng cụ chịu mài mòn khác. Trong gang trắng hợp kim cao, lợng Cr cao làm tăng khả năng chịu ăn mòn của gang. Phần thể tích lớn của kim loại nền và cácbid cùng tinh trong tổ chức tế vi sẽ tạo nên độ cứng lớn cần thiết cho tác động va đập, nghiền nhỏ các vật liệu khác. Trong gang này, pha cácbid gắn chắc trên nền kim loại và biến đổi tuỳ thuộc vào hàm lợng hợp kim đa vào. Quá trình nhiệt luyện sẽ tạo ra sự cân bằng đặc biệt giữa khả năng chịu mài mòn và tính dẻo cần thiết cho khả năng liên tục chịu va đập . Trong khi vật đúc từ gang trắng hợp kim thấp có hàm lợng hợp kim dới 4%, độ cứng chỉ trong khoảng 350 550 HB trong khi gang hợp kim cao có dải độ cứng từ 450 800 HB. Tiêu chuẩn ASTM A552 đa ra thành phần và độ cứng của nhiều mác gang trắng chịu mài mòn. Rất nhiều vật đúc đợc chế tạo theo mác gang của tiêu chuẩn này. Tuy nhiên một số lợng lớn vật đúc đợc sản xuất có sự thay đổi về thành phần hoá học tuỳ theo từng ứng dụng riêng. Điều cần nói là các chuyên gia thiết kế, kỹ s luyện kim và thợ đúc cần hợp tác với nhau để đa ra đợc các mác gang có thành phần, phơng pháp nhiệt luyện và quy trình đúc hợp lý cho từng ứng dụng đặc biệt. Gang trắng hợp kim cao đợc phân ra các nhóm chính nh sau: - Gang niken-crôm (Ni-hard) : Chứa 3-5 % Ni và 1-4 % Cr , Ngoài ra có một loại hợp kim với thành phần biến đổi, chứa 7-11 % Cr. - Gang crôm molipđen: Chứa 11-23 % Cr và đến 3 % Mo, thông thờng nó đợc hợp kim hoá với niken và đồng. - Gang cao crôm: hàm lợng Cr từ 25-28 % và chứa các nguyên tố hợp kim hoá khác nh Mo hoặc Ni tới 1,5 %. 8Bảng 1. Thành phần hoá học của gang Ni-hard loại IA (C cao, chịu mài mòn lớn) Chiều dày vật đúc (mm) Khuôn cát Khuôn kim loi 12 25 50 75 100 12 25 50 75 100 Nguyên tố Thành phần hoá học (%) C 3,2 - 3,6 3,2 3,6 Si 0,7 0,6 0,5 0,4 0,4 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 Mn 0,3 0,5 0,3 0,5 Ni 3,8 4,0 4,2 4,5 4,8 3,3 3,6 4,0 4,4 4,7 Cr 1,6 1,8 2,0 2,2 2,5 1,5 1,7 1,9 2,2 2,5 Trong điều kiện va đập liên tục, hợp kim loại IB (Ni-Hard 2) là thích hợp vì chúng có ít cacbon hơn và độ dẻo cao hơn. Một mác đặc biệt khác, loại I C đã đợc tạo ra để sản xuất bi, đạn nghiền. ở đây thành phần hợp kim crôm niken đợc điều chỉnh thích hợp cho phơng pháp đúc nhiệt luyện cũng nh công nghệ đúc đặc biệt bằng cát (xem bảng 2). Bảng 2. Thành phần hoá học của gang Nihard loại II (C thấp, độ bền cao). Chiều dày vật đúc (mm) Khuôn cát Khuôn kim loi 12 25 50 75 100 12 25 50 75 100 Nguyên tố Thành phần hoá học (%) C 2,7 - 3,2 2,7 -3,2 Si 0,9 0,7 0,6 0,5 0,4 1,0 0,8 0,7 0,6 0,5 Mn 0,3 0,5 0,3 0,5 Ni 4,0 4,2 4,5 4,8 5,0 3,5 3,8 4,2 4,5 4,8 Cr 1,5 1,7 1,9 2,2 2,5 1,4 1,6 1,8 2,0 2,3 - Hợp kim loại ID (Ni-hard 4) là loại gang niken - crôm biến đổi, nó chứa hàm lợng crôm cao hơn, trong khoảng từ 7 11% và hàm lợng niken tăng dần theo trong khoảng 5 7%. Cacbon thay đổi tuỳ theo tính chất yêu cầu cho điều kiện làm việc. Hàm lợng cacbon trong khoảng 3,2 3,6 % đợc quy định khi 9độ bền chịu mài mòn đợc yêu cầu lớn nhất. Còn khi khả năng chịu va đập đợc u tiên thì hàm lợng cacbon phải đợc khống chế trong khoảng 2,7 3,2 % (Bảng 3) Bảng 3. Thành phần hoá học của gang Ni-Hard có ứng dụng đặc biệt Thành phần hoá học (%) Mác gang C Si Mn Cr Ni Mo S P Tip III 1,0-1,6 0,4 - 0,7 0,4 0,7 1,4 - 1,6 4,0 -4,75 - 0,05 0,05 HK 3-2-1 3,3 - 3,6 0,3 - 0,6 0,5 0,8 1,5 - 2,0 2,75 -3,75 0,7 1,1 0,15 0,40 Ni-Hard4 2,6 - 3,2 1,7 - 2,0 0,4 0,6 7,5 - 9,0 5,5 -6,5 - 0,15 0,40 1.2.1 Tính chất vật lý của gang Ni-hard - Tỷ trọng : 7,6 ữ 7,8 g/cm3 - Hệ số dãn nở vì nhiệt 10 -100 oC : 4,5 ữ 5,0 .10-6 10 -260 oC : 6,3 ữ 6,6 .10-6 10 -430 oC : 6,8 ữ 7,1 .10-6 - Điện trở suất ở 25 oC : 80 à.cm. - Modul đàn hồi : (16,8 ữ 19,6).103 kG/mm2 1.2.2 Tính chất cơ học của gang Ni-hard Nhờ sự hợp kim hoá bằng niken mà chúng có các đặc tính tơng ứng vợt trội so với gang trắng không hợp kim. Độ cứng cao đi đôi với việc giảm trị số giới hạn bền khi uốn và kéo. Các chi tiết chế tạo từ gang Ni-hard cần đợc sử dụng trong các điều kiện chịu va đập và có tải trọng. Bảng 4 . Tính chất cơ học của gang Nihard B HB U Loại gang Phơng pháp làm khuôn kG/mm2 Độ võng f khi uốn tính bằng mm I - Cát - Kim loi 28-35 35-42 550-650 600-725 48-60 54-82 2,0 2,8 II - Cát - Kim loi 32-38 42-52 525-625 575-675 54-66 66-85 2,5 3,0 III - Cát - Sau nhiệt luyện - 325-375 400-600 - - HK 3-2-1 - Cát - 550-650 - - [...]... 7: Lu trình công nghệ chế tạo dao nghiền đĩa 31 Hình 8: Dao nghiền đĩa chế tạo từ gang GX330NiCr42 của đề tài 32 4 Kết luận và kiến nghị 4.1 Kết luận Sau một thời gian nghiên cứu, đề tài đã thực hiện đợc các nội dung sau: + Lựa chọn mác gang phù hợp để chế tạo dao nghiền đĩa dùng trong công nghiệp sản xuất bột giấy + Xác định đợc công nghệ chế tạo gang hợp kim GX330NiCr42 bao gồm công nghệ nấu luyện,... CT20 28 3.5 Chế tạo sản phẩm và kết quả dùng thử 3.5.1 Chế tạo dao nghiền đĩa Sản phẩm ứng dụng của đề tài là dao nghiền bột giấy Đây là chi tiết phải làm việc trong điều kiện chịu va đập và chịu mài mòn abrasive Dao nghiền đĩa đợc chế tạo theo bản thiết kế của Công ty Giấy Hoàng Văn Thụ, Thái Nguyên (hình 6 ) Đây là bộ dao số 4 lắp đặt trong dây chuyền nghiền bột giấy vụn để sản xuất giấy làm vỏ bao... các ngành gia công vật liệu 1) Xây dựng đề cơng kế hoạch nghiên cứu: tổng quát và chi tiết 2) Nghiên cứu các tài liệu về : công nghệ chế tạo, ứng dụng của gang và sản phẩm dự kiến chế tạo, tiêu chuẩn vật liệu và tiêu chuẩn sản phẩm Xây dựng báo cáo tổng quan 3) Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ, thiết bị để chế tạo mác gang hợp kim GX330NiCr42 theo tiêu chuẩn DIN 1695-81 Dựa trên cơ sở vật chất,... mòn do đề tài chế tạo có thành phần hoá học, cơ tính, cấu trúc, khả năng chịu mài mòn abrasive đạt các chỉ tiêu đề ra + Sản phẩm dao nghiền đĩa do đề tài chế tạo đợc dùng thử tại Công ty Cổ phần Giấy Hoàng Văn Thụ, Thái Nguyên đợc đánh giá có chất lợng tốt 4.2 Kiến nghị Hiện nay ở nớc ta, nhu cầu gang hợp kim chịu mài mòn dùng cho ngành công nghiệp nh cơ khí chế tạo, khai thác khoáng sản, xi măng ... hành nghiên cứu thực nghiệm để xác định công nghệ gồm các khâu: Công nghệ nấu luyện, Công nghệ đúc, Công nghệ nhiệt luyện 4) Đánh giá chất lợng vật liệu: Thành phần hoá học Tính chất cơ lý: Độ bền kéo, độ cứng, uốn Khả năng chịu mài mòn Cấu trúc pha 5) Chế tạo thử 6-8 dao nghiền đĩa có chất lợng tốt Xây dựng kế hoạch và và tổ chức dùng thử tại một sản xuất Theo dõi và đánh giá kết quả thử nghiệm... thiện sản phẩm Quá trình chế tạo đĩa dao nghiền đợc mô tả trong hình 7 và sản phẩm đĩa dao nghiền bột giấy của đề tài đa đi dùng thử đợc ghi trên hình 8 3.5.2 Dùng thử và đánh giá chất lợng sản phẩm Thực hiện chơng trình nghiên cứu của đề tài, Công ty CP Giấy Hoàng Văn Thụ, Thái Nguyên đã nhận dùng thử sản phẩm dao nghiền đĩa do đề tài chế tạo Sau một thời gian dùng thử , Công ty đã có những nhận... sau: - Trên cơ sở tìm hiểu thực tế sản xuất và các tài liệu trong và ngoài nớc về gang chịu mài mòn, phân tích điều kiện làm việc của dao đĩa nghiền để lựa chọn mác thép nghiên cứu 17 - Sử dụng lò cảm ứng trung tần 300 kg/mẻ để thực hiện công nghệ nấu luyện, khuôn mẫu sản phẩm, hòm khuôn, máy trộn hỗn hợp làm khuôn để thực hiện công nghệ đúc, sử dụng các loại lò nung các loại để thực hiện công nghệ nhiệt... 3.2.2 Lựa chọn công nghệ và thiết bị đúc Dao nghiền đĩa, một chi tiết không lớn, nhng có cấu hình phức tạp (bề mặt gồm nhiều răng, rãnh nhỏ và sâu ) Do đó việc chế tạo mẫu đúc tơng đối phức tạp vì các chi tiết nhỏ và cần có độ chính xác cao Mẫu phải đợc chế tạo chính xác và nhẵn bóng để khi chi tiết đúc xong có thể giảm tối thiểu công việc hoàn thiện bằng gia công cắt Chúng tôi đã chế tạo 2 bộ khuôn... làm nguội ngoài không khí và ram thấp ở 275 10 o C trong 4 giờ Gang Ni-hard-4 có thể nhiệt luyện ở 750 oC trong 8 giờ và làm nguội ngoài không khí 1.2.6 Khả năng chịu mài mòn của gang Ni-hard Khái niệm về khả năng chịu mài abrasive - Cơ chế mài abrasive Đối với phần lớn các hệ tribology, những cơ chế mài chính không tồn tại riêng lẻ mà có thể xuất hiện đồng thời Trong các cơ chế mài thì quá trình... không khí, ram 280 oC/4h nguội không khí) Các phép thử đợc xác định trên 3 mẫu song song và thực hiện tai 2 cơ sở đều cho kết quả tơng đơng (bảng 12) Bảng 12: Tính chất cơ lý của gang hợp kim GX330NiCr42 Cơ sở thử nghiệm Rm MPa Độ cứng HV Trung tâm Đo lờng Việt Nam 299 518 Phòng TN Cơ lý-Viện LK Đen 292 535 280 350 520 - 580 Tiêu chuẩn DIN1695-81 Kết quả nêu trên cho thấy cơ tính của gang đề tài chế tạo . 3.1 Công nghệ nấu luyện gang GX330NiCr42 19 3.2 Công nghệ đúc gang GX330NiCr42 21 3.2.1 Một số đặc điểm về công nghệ đúc 21 3.2.2 Lựa chọn công nghệ. định công nghệ chế tạo và dựa trên trang thiết bị sẵn có của Viện Luyện kim Đen cũng nh của các cơ sở phối hợp, thực hiện việc nấu luyện và chế tạo sản