4. Kết quả nghiên cứu
4.1.2. Công nghệ đúc
Sơ đồ công nghệ chế tạo vật đúc:
Chế tạo mẫu Lắp mẫu vào mạp Thao tác làm và sửa khuôn Lắp ráp ruột Lắp ráp khuôn Rót khuôn Dỡ khuôn, làm sạch Kho thành phẩm Dàn khuôn Chuẩn bị vật liệu Trộn hỗn hợp làm khuôn Khay chứa Chuẩn bị vật liệu làm ruột Trộn hỗn hợp làm ruột Làm ruột Sấy ruột
54
a. Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm đề tài.
Sản phẩm đề tài lựa chọn để chế tạo là chi tiết ghi của thiết bị thiêu kết, hình dạng và kích thước của chi tiết được thể hiện trong hình 3.6.
Yêu cầu kỹ thuật của chi tiết: làm việc trong môi trường nhiệt độ 700oC – 800oC,
kích thước phần lắp ghép phải đạt độ chính xác cao để việc tháo lắp dễ dàng.
Để đảm bảo đạt được các yêu cầu trên, chi tiết đúc phải đạt được yêu cầu sau:
- Chi tiết đúc không được rỗ khí, rỗ xỉ hoặc nứt vỡ. Không có hiện tượng rỗ xốp,
co ngót.
- Các bề mặt vật đúc phải phẳng, nhẵn, các kích thước hai đầu phải đạt được độ
chính xác ± 2mm.
55
b. Công nghệ đúc và chế tạo khuôn đúc.
Công nghệ đúc:
Các kích thước chiều dày của chi tiết từ 25-31mm, sự chuyển tiếp giữa chỗ dày và chỗ mỏng không đột ngột nên ít có khả năng gây nứt chi tiết, do đó chọn phương pháp bù ngót trực tiếp cho vật đúc từ hệ thống rót. Mặt khác, khối lượng của chi tiết tương đối nhỏ (xấp xỉ 3kg) nên sử dụng phương án rót chồng 4 tầng khuôn, mỗi tầng có 2 hòm khuôn ghép với nhau, cụ thể như trong hình 3.7.
Do các chi tiết sản phẩm của đề tài không yêu cầu quá cao về chất lượng bề mặt hay độ chính xác cao về kích thước nên mẫu được làm bằng gỗ, được sơn để chống bám dính và tăng độ sắc nét cho khuôn.
Hỗn hợp làm khuôn:
Công nghệ khuôn được chọn là công nghệ khuôn cát – nước thủy tinh, đóng rắn
bằng CO2. Thành phần cụ thể như sau:
- Lớp cát áo: Cát thạch anh 84% (% tính theo khối lượng)
Đất sét kaolinit 8%
Nước thủy tinh (ρ = 1,4; M = 2,5) 8%
- Lớp cát đệm: Cát thạch anh 92%
Nước thủy tinh (ρ = 1,4; M =2,5) 8%
Sơn khuôn:
Để bề mặt vật đúc không bị cháy cát và ít bị bám dính cát, tôi đã sử dụng biện pháp sơn bề mặt khuôn đúc bằng hỗn hợp sơn khuôn phấn chì.
56
Thành phần hỗn hợp sơn khuôn: phấn chì đen (97 – 98%) + nhựa thông (2- 3%).
Sau đó pha với cồn công nghiệp 90o
để được dung dịch sơn khuôn có tỷ trọng 1,4 –
1,7kg/dm3. Dùng súng phun sơn để phun lên bề mặt khuôn đúc.
Hình 3.7. Cách bố trí khuôn khi đúc rót 4.2 Kết quả đạt đƣợc và thảo luận
Sau khi tính toán phối liệu đã tiến hành 2 mẻ nấu và đúc theo những quy trình công nghệ đã nêu ở trên. Kết quả các mẻ nấu đạt được như sau:
57
- Kết quả thành phần hóa học của mẻ 1: Kết quả đạt được như trong bảng 3.5
Bảng 3.5. Thành phần hóa học mẫu của mẻ 1 Tên mẫu Thành phần hóa học (%)
C Mn Si Mg P S Phân tích hóa học Mẫu 1 2,42 0,54 5,56 0,03 0,018 0,0083 Mẫu 2 2,40 0,55 5,52 0,02 0,0175 0,008 Phân tích bằng quang phổ (mẫu 1) 2,43 0,16 6,00 0,02 0,012 0,007
- Mẫu để xác định tính chất cơ lý và tổ chức tế vi được lấy ở đầu mẻ rót. Kích thước, hình dạng của mẫu như hình 3.8, sau đó gia công mẫu thử độ bền theo kích thước hình 3.9. Độ cứng và độ bền của mẫu được xác định ở trạng thái sau ủ để khử ứng suất. Các kết quả thu được về tính chất cơ lý của gang được thể hiện trong bảng 3.6.
58
Hình 3.9. Kích thƣớc mẫu để xác định độ bền kéo Bảng 3.6. Kết quả thử cơ tính mẫu của mẻ 1
Chỉ tiêu cơ tính Kết quả Đơn vị
Độ cứng 305 HB
Độ bền kéo 770 MPa
Giới hạn chảy 735 MPa
- Sau khi tiến hành xác định cấu trúc pha của mẫu gang cầu trên kính hiển vi quang học KHV Axiovert 40 MAT, thu được kết quả tổ chức tế vi như hình 3.10 và hình 3.11. Theo tiêu chuẩn ASTM A247 và ảnh chụp tổ chức tế vi của mẫu chưa tẩm thực, xác định được mức cầu hóa của mẻ 1 là 80,3%. Thông qua ảnh chụp tổ chức tế vi của mẫu tẩm thực, xác định được tổ chức nền kim loại chủ yếu là ferit, có một ít peclit.
59
Hình 3.10. Ảnh tổ chức tế vi của mẫu gang cầu mẻ 1 sau đánh bóng (100x)
60
- So sánh các kết quả về thành phần hóa học và các tính chất cơ lý đạt được với
tiêu chuẩn của mác gang nghiên cứu, thấy rằng gang do đề tài nấu đã đạt được đúng mác yêu cầu. Về mức cầu hóa mới chỉ mới đạt được ở giới hạn dưới, độ cầu chưa tốt và chưa đồng đều (hình 3.12). Điều đó được giải thích là do trong quá trình nấu luyện mẻ 1, mặc dù chất biến tính cầu hóa đã được che phủ bằng 1 lớp sắt thép vụn và fero silic, nhưng khi mới rót được khoảng 1/2 lượng gang lỏng ra nồi rót thì phản ứng cầu hóa đã xảy ra dẫn đến quá trình cầu hóa không đồng đều, lượng chất biến tính cháy hao nhiều, kết quả là làm giảm chất lượng cầu hóa.
Hình 3.12. Ảnh tổ chức tế vi của mẫu gang cầu mẻ 1 (200x)
61
Khi tiến hành nấu luyện mẻ 2, để không xảy lỗi trong quá trình cầu hóa như mẻ 1 cũng như để nâng cao chất lượng cầu hóa, tiến hành biện pháp như sau: dùng 1 gậy sắt dài, một đầu hàn 1 tấm thép dày khoảng 15mm, và có kích thước bằng hố cầu hóa. Dùng gậy đè nén lên lớp sắt thép vụn che phủ hố cầu hóa, nó có tác dụng như 1 vách ngăn để điều chỉnh thời điểm xảy ra phản ứng cầu hóa. Sau khi gang lỏng được rót hết ra nồi rót, rút gậy sắt lên để phản ứng cầu hóa xảy ra. Sau khi biến tính cầu hóa xong dùng tro rơm phủ lên bề mặt nước gang để tránh hiện tượng khử cầu.
Việc lấy mẫu và gia công mẫu để xác định thành phần hóa học, tính chất cơ lý và tổ chức tế vi làm tương tự như mẻ 1. Các kết quả về thành phần hóa và tính chất cơ lý được thể hiện trong bảng 3.7 và bảng 3.8.
Bảng 3.7. Thành phần hóa học mẫu của mẻ 2 Tên mẫu Thành phần hóa học (%)
C Mn Si Mg P S
Phân tích hóa học
Mẫu 1 2,75 0,53 5,50 0,092 0,021 0,0076
Mẫu 2 2,73 0,50 5,46 0,090 0,021 0,008
Mẫu phân tích bằng quang phổ (mẫu 1)
2,80 0,52 5,70 0,11 0,018 0,006
Bảng 3.8. Kết quả thử cơ tính mẫu của mẻ 2
Tính chất cơ lý Kết quả Đơn vị
Độ cứng 294 HB
Độ bền kéo 725 MPa
62
Hình 3.13. Ảnh tổ chức tế vi của mẫu gang cầu mẻ 2 sau đánh bóng (100x)
63
Kết quả tổ chức tế vi của gang cầu mẻ 2 được thể hiện trên hình 3.13 và hình 3.14. Dựa trên ảnh chụp tổ chức tế vi của mẫu gang cầu và tiêu chuẩn ASTM A247, xác định được mức độ cầu hóa của mẻ 2 là 88 %, tổ chức nền kim loại là ferit. Quan sát tổ chức tế vi của mẫu gang cầu trên hình 3.15, thấy rằng độ cầu của graphit ở mẻ 2 tốt hơn và đồng đều hơn mẻ 1. Như vậy với biện pháp sử dụng để điều chỉnh phản ứng cầu hóa xảy đúng thời điểm đã nâng cao được hệ số sử dụng chất biến tính, giúp cho quá trình cầu hóa đồng đều hơn, dẫn đến chất lượng cầu hóa của mẻ 2 đã được cải thiện và nâng cao hơn so với mẻ 1.
64
So sánh cơ tính gang cầu của 2 mẻ thấy rằng mẻ 1 có cơ tính cao hơn mẻ 2, điều đó được giải thích thông qua viêc quan sát tổ chức nền của 2 mẻ trên hình 3.12 và hình 3.15: mẻ 1 có tổ chức nền là (ferit + peclit) , mẻ 2 có tổ chức nền là ferit.
Với kết quả thành phần hóa học và tính chất cơ lý đạt được của mẻ 2, so với tiêu chuẩn của mác gang nghiên cứu, thấy rằng gang do đề tài nấu ra đạt đúng mác yêu cầu.
4.3 Sản phẩm chế tạo của đề tài
Sản phẩm ghi thiết bị thiêu kết do đề tài chế tạo (như hình 3.16) có khối lượng nhỏ (xấp xỉ 3kg), kích thước cũng không qua phức tạp, chiều dày sản phẩm 20 – 30mm, sự chuyển tiếp giữa thành dày và mỏng không đột ngột, và trong thực tế sử dụng không phải chịu tải trọng quá lớn. Do đó sản phẩm sau khi đúc chỉ cần khử bỏ hết ứng suất là có thể sử dụng được. Việc khử bỏ ứng suất được thực hiện bằng cách sau khi đúc rót xong, phủ thêm cát nóng vào đậu ngót và đậu rót, giữ sau 24 giờ mới dỡ sản phẩm khỏi khuôn, làm sạch sản phẩm và để sau một tháng mới đem sử dụng.
65
Sản phẩm được đem dùng thử tại phân xưởng thiêu kết của nhà máy Luyện gang, thuộc Công ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên. Sau thời gian theo dõi dùng thử, nhận được đánh giá của nhà máy và sản phẩm của đề tài như sau: tiêu hao thấp, đủ độ bền chắc, ít tạo vết nứt và tháo lắp dễ dàng. So với ghi mà nhà đang dùng thì sản phẩm ghi do đề tài chế tạo ra tốt hơn, điều đó được thể hiện trong bảng so sánh dưới đây về lượng tiêu hao khối lượng ghi để sản xuất ra 1 tấn sản phẩm quặng thiêu kết:
Bảng 3.9. Bảng so sánh mức tiêu hao
Loại ghi Tiêu hao thực tế
(kg/tấn sản phẩm)
Tiêu hao định mức
(kg/tấn sản phẩm)
Ghi của đề tài bằng gang
cầu chịu nhiệt 0,052 0,15
Ghi của nhà máy bằng
gang xám chịu nhiệt 0.089 0,15
Ghi của nhà máy bằng
gang xám thường 0,148 0,15
66
KẾT LUẬN
Qua việc nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, đã xác lập được quy trình công nghệ chế tạo ghi thiết bị thiêu kết bằng gang cầu chịu nhiệt mác RQTSi5 như sau:
Công nghệ nấu luyện gồm:
- Nguyên vật liệu: thép phế CT3, than điện cực, FeSi75.
- Thiết bị nấu luyện: lò cảm ứng trung tần 750kg của Trung Quốc.
- Tính toán phối liệu và Quy trình nấu luyện.
Công nghệ biến tính cầu hóa gồm:
- Sử dụng chất biến tính là FeSiMg6RE3 với hàm lượng 2,5%
- Thiết bị biến tính: nồi rót có hố cầu hóa không có vách ngăn
- Nhiệt độ biến tính: ~ 1500oC
- Thời gian biến tính: 1,5 – 3phút
Công nghệ đúc gồm:
- Công nghệ chế tạo khuôn: công nghệ khuôn cát – nước thủy tinh, đóng rắn bằng CO2.
- Phương pháp đúc rót: rót chồng 4 tầng khuôn. Hệ thống bù ngót trực tiếp bằng
đậu rót.
Mác gang nấu ra đã đạt thành phần hóa học và cơ tính theo tiêu chuẩn. Tổ chức nền là Ferit, mức cầu hóa đạt được là 88%.
Sản phẩm ghi thiết bị thiêu kết của đề tài được đem dùng thử tại phân xưởng thiêu kết của nhà máy Luyện gang, thuộc Công ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên, được đánh giá là đạt yêu cầu kỹ thuật và tốt hơn ghi của nhà máy đang sử dụng.
67
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Văn Tân (2004), Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật “Nghiên cứu
công nghệ đúc các chi tiết máy đặc biệt bằng gang cầu cường độ cao, gang hợp kim”.
2. Hội khoa học Đúc Luyện kim Việt Nam (2010), Báo cáo hội thảo khoa học “
Phát triển công nghệ đúc, gang thép và kim loại màu”.
3. S. Hass, K. Röhrig, Gieserei-Praxis (1999)Nr. 4, S.154-165.
4. Kazamichi Shimizu, Yaer Xinba, Masahito Tanaka and Hideki Shudai (2009),
“Mechanical Properties of Spheroidal Graphite Cast Iron Made by Reduced Pressure Frozen Mold Castin Process”, Materials Transactions, Vol.50, No.5 (2009) pp. 1128 to 1134, The Japan Institute of Metals.
5. Phạm Thị Mai Phương (2001), Báo cáo tổng kết “ Nghiên cứu công nghệ sản
xuất gang hợp kim silic nhằm nâng cao tính chịu nhiệt của vật liệu”.
6. Dr.Torbjorn Skaland, Developments in Cast Iron Metallurgical Treatment
7. Quách Tất Bát (2003), Luận văn cao học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
8. Tạ Văn Thất, Công nghệ nhiệt luyện.
9. Magnesium Versus Sulphur in Ductile Iron- Elkem, Technical in for mation 28.
10.Nguyễn Hữu Dũng (2012), Kỹ thuật nấu luyện hợp kim đúc, NXB – Bách khoa
Hà Nội.
11.Nguyễn Ngọc Hà (2006), Các phương pháp và công nghệ đúc đặc biệt, NXB
Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
12.Bùi Anh Hòa, Nguyễn Sơn Lâm (2010), Luyện thép hợp kim và thép đặc biệt,