03. Lý do chọn đề tài
2.2.1. Ảnh hƣởng của Crom
- Crom (tiếng La tinh: Chromium) là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần
hoàn có ký hiệu Cr và số hiệu nguyên tử bằng 24, là nguyên tố đầu tiên của nhóm 6, là 1 kim loại cứng, giòn, có độ nóng chảy cao. Bề mặt Crôm đƣợc bao phủ bởi 1 lớp màng mỏng Cr2O3, nên có ánh bạc và khả năng chống trầy xƣớc cao. Crom là nguyên tố phổ biến thứ 21 trong vỏ Trái đất. Crom đƣợc khai thác dƣới dạng quặngcromit (FeCr2O4). Gần một nửa quặng cromit trên thế giới đƣợc khai thác
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà 25 Học viên: Trần Tiến Dũng
tại Nam Phi, bên cạnh đóKazakhstan, Ấn Độ và Thổ Nhĩ Kỳ cũng là các khu vực sản xuất đáng kể.
Hình 2.7. Hình ảnh khối Cr từ quặng
+ Vào năm 1797, Loui Nicolas Vauquelin đã điều chế thành công Cr kim loại ở dạng đơn chất từ quặng của nó, mặc dù vẫn còn lẫn khá nhiều tạp chất khiến cho kim loại rất giòn, không thể sử dụng vào mục đích thƣơng mại. Thay vào đó quặng Cromic (thành phần chính là FeCr2O4, đƣợc biết đến với tên khác là Ferô crôm) đƣợc sử dụng nhiều hơn trong các ngành công nghiệp luyện kim, từ quặng Cromic sau khi tinh chế và ngƣời ta dùng phản ứng nhiệt nhôm để điều chế Cr. Crôm đƣợc coi là 1 kim loại có giá trị cao bởi tính chống ăn mòn tốt, và độ cứng rất cao, nên nó đƣợc dùng nhƣ 1 nguyên tố điều chất thêm vào thép nhằm cải thiện khả năng chống ăn mòn và tăng độ cứng.
+ Để đạt đƣợc độ cứng mối hàn đắp tốt ở nhiệt độ cao: Các loại bột cần có hàn lƣợng nguyên tố Cr cao, Cr là nguyên tố giúp tăng độ bền nhiệt, tăng khả năng cứng nóng và có khả năng tăng độ cứng lên cao hơn trong mối hàn đắp. Tuy nhiên giá thành của Cr đắt nên khi cho vào sẽ làm cho giá bột cao hơn.
Crôm (Cr) có bán kính nguyên tử là 1,27Å, nhiệt độ nóng chảy khoảng 18570 C, khối lƣợng riêng là 7.2g/cm3 , Crôm oxyt (Cr2O3) có nhiệt độ nóng chảy khoảng 18900C, khối lƣợng riêng là 6.68g/cm3 [10]. Crôm các bít (Cr4C3) có
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà 26 Học viên: Trần Tiến Dũng
nhiệt độ nóng chảy khoảng 24350C, khối lƣợng riêng là 5.21g/cm3. Crôm các bít (Cr7C3) có độ cứng rất cao khoảng 1300HV, khả năng chịu mài mòn, chống ăn mòn và chống oxy hoá tốt. Độ cứng của lớp đắp (Fe, Cr)7C3 là khoảng 790HV
Hình 2.8. Độ cứng của lớp đắp có thành phần (Fe, Cr)7C3 [17]
Độ cứng sẽ giảm dần theo chiều sâu của lớp đắp tính từ bề mặt mối hàn. Khi giảm hàm lƣợng Cr sẽ làm giảm khả năng tạo Crôm các bít, giảm độ cứng, khả năng chịu mài mòn và khả năng chống ăn mòn cũng bị suy giảm. Khi tăng hàm lƣợng Cr trong thép sẽ làm điểm cùng tinh dịch chuyển sang bên trái. Tuy nhiên, tăng hàm lƣợng C để tăng Crôm cácbit là không cần thiết, vì nó sẽ ảnh hƣởng đến độ dẻo của kim loại mối hàn. Các bít M7C3 dạng sợi là yếu tố quan trọng quyết định đến khả năng chịu mài mòn của kim loại mối hàn [10].
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà 27 Học viên: Trần Tiến Dũng
Hình 2.9. Giản đồ trạng thái khi hàn hợp kim MC (M=Fe+4%Cr+6%W+5%Mo+2%V)[16]
Lớp đắp MMC (Metal Matrix Composites) với thành phần cơ bản là Cr3C2 có độ cứng cao, có khả năng chịu mài mòn tốt. Độ cứng của Crôm các bít (Cr3C2) là khoảng 1000HV. Độ cứng sẽ giảm dần theo chiều sâu của lớp đắp [18]
Hình 2.10. Độ cứng của lớp đắp có thành phần Cr3C2 khi hàn PTA [17]
Theo tài liệu [10], sự có mặt của Crôm sẽ làm tăng khả năng chống gỉ, tăng cƣờng độ cứng, khả năng chịu mài mòn lớp đắp. Khi hàn, Cr sẽ kết hợp với C để tạo ra Crôm các bít (CrxCy) có độ cứng rất cao. Khi hàm lƣợng Crôm các bít tăng sẽ làm tăng độ cứng, khả năng chịu mài mòn và chịu nhiệt cho kim loại mối hàn. Bên cạnh đó, sự có mặt của Crôm sẽ hạn chế sự phát triển pha gamma (γ) và mở rộng
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà 28 Học viên: Trần Tiến Dũng
sự phát triển Ferrite (α). Ngoài ra, Crôm có thể kết hợp với Mangan (Mn) và Niken (Ni) để tạo ra Austenite Cr-Mn và Cr-Ni có khả năng chịu mài mòn, chống ăn mòn, chống gỉ rất tốt. Tuy nhiên, nó sẽ làm giảm khả năng dẫn nhiệt, dẫn điện của lớp đắp và làm giảm tính hàn của thép. -100MPa khi hàm lƣợng Crôm tăng 1% [13]. thép Crôm để hàn các chi tiết thủy-nhiệt , hoá chất, dầu khí. Hàn đắp cứng với hàm lƣợng Cr cao thƣờng đƣợc sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp khai khoáng, công nghiệp mỏ và nông nghiệp vì Crôm cácbit có khả năng chịu mài mòn rất tốt. Nhiều nghiên cứu cho thấy, khi tăng hàm lƣợng các bít WC, CrC, VC sẽ cải thiện đƣợc khả năng chịu mài mòn của lớp đắp. Ngoài ra, sự có mặt của Titan (Ti) khi kết hợp với C sẽ tạo thành Titan các bít (TiC) có độ cứng rất cao.