Như ta thấy ở phần trên thuốc hàn dạng gốm ựang ựược ựánh giá cao ở các nước trên thế giới. đang từ thuốc nóng chảy chuyển dần sang sản xuất thuốc gốm nhiều hơn. Nước ta có nhiều khoáng sản khác nhau, trong ựó các
khoảng sản chứa các nguyên liệu có các thành phần có thể làm ra thuốc hàn gốm tương ựối nhiều. Việc sản xuất thuốc hàn gốm không ựòi hỏi thiết bị quá phức tạp, cũng không cần nhiều năng lượng. Vì vậy ựề tài chọn thuốc hàn gốm ựể nghiên cứu chế tạo.
Trong thuốc hàn gốm thì chọn loại thuốc ỘAluminate - RutileỢ ựể nghiên cứu vì thuốc Aluminate - Rutilecó tổng hợp hơn cả, chúng có các tắnh chất công nghệ rất tốt. Mối hàn có các tắnh cơ học và chống nứt tốt. Thuốc Aluminate - Rutile dùng cho hàn các kết cấu thép cácbon thấp và thép hợp kim thấp trong chế tạo máy ựóng tàu, ôtô và các ngành công nghiệp khác.
Thuốc hàn Aluminate - Rutile có thành phần hóa học chủ yếu là: Al2O3, Rutile (thành phần chủ yếu là Al2O3, TiO2), CaO, SiO2, MnO. Ngoài ra còn có các thành phần khác như: FeMn, FeSi, FeTi, MgO, CaF2, CaCO3, Fe2O3. Qua thử nghiệm ựể ựáp ứng yêu cầu là sử dụng vật liệu trong nước tác giả quyết ựịnh lựa chọn các nguyên liệu sau: Bôxit (thành phần chủ yếu là Al2O3), rutile, ựá vôi, huỳnh thạch, ựôlômit, cao lanh, quặng mangan, fero mangan, fero silic.
Bôxit là loại silicat nhôm có thành phần chủ yếu là ôxit nhôm chiếm (52% Al2O3, 5% SiO2) trong thuốc hàn nó là chất có tác dụng ổn ựịnh hồ quang và là chất tạo xỉ.
Rutile là loại sa khoáng tự nhiên có thành phần chắnh là TiO2 (92% TiO2, 2% SiO2) loại dùng cho sản xuất thuốc hàn gốm có tỉ lệ TiO2 trên 90%. Khi hàn rutile giúp cho việc mồi hồ quang, giữ hồ quang ổn ựịnh và êm.
đá vôi có thành phần chủ yếu là CaCO3 (98% CaCO3, 1% Al2O3, 1% SiO2). Khi hàn dưới tác dụng nhiệt của hồ quang sẽ xảy ra phản ứng hoá học:
CaCO3 = CaO + CO2
Khắ CO2 thoát ra có tác dụng ựẩy không khắ ra khỏi vùng hàn, ựồng thời giúp ổn ựịnh hồ quang, ngoài ra khắ CO2 còn có tác dụng làm loãng các chất khắ ở vùng hồ quang từ ựó sẽ làm giảm áp lực của hiựrô lên kim loại lỏng làm cho lượng hiựrô hoà tan vào kim loại lỏng ắt ựi.
CaO có vai trò quan trọng trong việc khử phôtpho và lưu huỳnh trong mối hàn. Sunfit sắt trong bể hàn gặp CaO sẽ sảy ra phản ứng:
[FeS] + (CaO) = [FeO] + (CaS) [..] chỉ thành phần hoà tan trong bể hàn (..) chỉ thành phần hoà tan trong xỉ
Như vậy không giống như FeO hoà tan vào kim loại lỏng thì CaS không hoà tan trong kim loại mà chuyển vào xỉ mang theo nguyên tố S nhờ ựó khử ựược lưu huỳnh.
Phôtpho (P) tồn tại trong kim loại lỏng dưới dạng phôtphit sắt Fe2P, nó bị ôxi hoá bởi ôxit sắt:
2Fe2P + 5FeO ⇔ (P2O5) + 9[Fe]
Phản ứng này có thể xảy ra theo cả hai chiều thuận nghịch. Tắnh bazơ của xỉ ảnh hưởng lớn tới quá trình khử P vì trong xỉ bazơ P2O5 kết hợp với CaO
P2O5 + 3CaO = (CaO)3.P2O5
Ca3P2O8 không hoà tan nên không có chiều nghịch.
đôlômit là khoáng cacbonat có thành phần chắnh là CaMg(CO3)2 chiếm 80%. Dưới tác dụng của hồ quang ựôlômit nóng chảy và tham gia tạo xỉ, ựồng thời bị phân huỷ tạo ra khắ CO2 và các thành phần nóng chảy CaO, MgO.
CaO và MgO có tác dụng làm tăng ựộ bazơ trong xỉ. Ảnh hưởng của MgCO3 có thể thấy trên hình sau:
Hình 1-6: Lượng H2 trong kim loại mối hàn phụ thuộc vào lượng MgCO3
trong thuốc hàn 0 4 8 1 1 2 4 8 1 0 (MgCO3%) [H],cm3/10 0g
Huỳnh thạch rất dễ nóng chảy có thành phần chủ yếu là CaF2
(96% CaF2, 2% CaCO3, 2%SiO2) huỳnh thạch tham gia tạo xỉ và có ảnh hưởng ựến lượng hiựrô trong kim loại mối hàn. Trong xỉ CaF2 phản ứng hoá học với SiO2 tạo ra khắ hiựrôflorua HF. Quá trình tạo ra khắ hiựrôflorua trong vùng hồ quang xảy ra theo phản ứng sau:
2(CaF2) + (SiO2) = 2CaO + SiF4 SiF4 + 2H2O = SiO2 + 4HF
CaO ựi vào pha xỉ tham gia vào quá trình tạo xỉ.
Còn khắ HF không hoà tan trong thép lỏng và bền ở nhiệt ựộ của hồ quang nên thoát ra ngoài, làm giảm áp lực của H2 nên bể hàn từ ựó làm giảm lượng H2 hoà tan trong kim loại lỏng kết quả là mối hàn ắt bị rỗ.
Cao lanh là loại silicat nhôm có thành phần chủ yếu là Al2(Si4O10-) .6H2O lượng Al2(Si4O10).6H2O chiếm 80 ọ 90%
Cao lanh dẻo nên có tác dụng tốt trong việc tạo hạt cho thuốc. Khi hàn nó nóng chảy tham gia tạo xỉ. Dưới tác dụng nhiệt của hồ quang Al2(Si4O10- ).6H2O nó bị phân huỷ tạo thành Al2O3 và SiO2 (35%Al2O3, 52%SiO2). Ôxit nhôm Al2O3 có tác dụng làm ổn ựịnh hồ quang còn SiO2 tham gia vào việc khử hiựrô (kết hợp với CaF2).
Quặng mangan có thành phần chủ yếu là các ôxit mangan (chiếm khoảng 50%).
Khi hàn quặng mangan nóng chảy tham gia tạo xỉ. Trong xỉ ôxit mangan và ôxit silic tham gia vào các phản ứng khử ôxi khỏi kim loại mối hàn. Giai ựoạn ựầu khi giọt kim loại lỏng từ dây hàn nóng chảy chuyển vào xỉ thì xảy ra phản ứng hoá học:
SiO2 + 2Fe = 2FeO + Si MnO + Fe = FeO + Mn
Một phần ôxit sắt hoà tan trong xỉ phần kia chuyển vào bể hàn. Si và Mn ựược tạo ra cũng chuyển vào bể hàn. Giai ựoạn sau khi nhiệt ựộ bể hàn không còn quá cao trong bể hàn xảy ra phản ứng theo chiều ngược lại: Si và Mn
khử ôxi của ôxit sắt có trong bể hàn tạo ra SiO2, MnO và Fe. Các ôxit SiO2 và MnO di chuyển vào xỉ, lúc này cần giữ cho bể hàn nguội chậm ựể các ôxit này có ựủ thời gian chuyển hết vào xỉ khi kim loại lỏng chưa kịp ựông ựặc.
Fero silic (Fe - Si) là chất khử ôxi và hợp kim hoá mối hàn.
Lượng silic trong mối hàn giúp mối hàn chống nứt nóng tốt, ngoài ra tỉ lệ silic cao còn làm cho xỉ dễ bong.
Fero mangan (Fe - Mn) là chất khử ôxi và hợp kim hoá mối hàn. Hợp kim hoá mối hàn với mangan làm tăng khả năng chống nứt kết tinh và tăng ựộ bền, cải thiện tắnh dẻo của mối hàn
1.4. Thép Q460D
Thép Q460D là thép hợp kim thấp chứa ựến 0,2%C. Thép Q460D ựược chọn theo tiêu chuẩn GB/T1591 - 94 của Trung Quốc bảng (1.3, 1.4)
Bảng 1.3: Thành phần hóa học của thép Q460D Thành phần hoá học (%) Mác thép C ≤ Mn Si ≤ P ≤ S ≤ V Nb Ti Al ≥ Nguyên tố khác Q460D 0.20 1.00~1.70 0.55 0.030 0.030 0.02~0.02 0.015~0.060 0.02~0.20 0.15 (4) (4) Hàm lượng nguyên tố dư khác ωCr≤ 0,7%, ωNi≤ 0,7% Bảng 1.4: Thành phần cơ tắnh của thép Q460D Cơ lý tắnh Giới hạn chảy σs≥ /Mpa chiều dày hoặc ựường
kắnh/mm Chịu công va ựập Uốn cong 180o chiều dày hoặc ựường kắnh /mm Mác thép ≤ 16 >16~35 >35~50 >50~100 độ bền kéo σb / Mpa độ giãn dài δs % Nhiệt ựộoC AKV/J≥ ≤ 16 >16~100 Q460D 460 440 420 400 550 ~ 720 17 - 20 34 d= 2a d = 3a