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 2 Mục 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 3 Mở 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 4 Nhân 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. 5 1.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. 6 Gang 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 %. [...]... 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, đúc chi tiết và nhiệt luyện + Gang hợp kim chịu mài mòn do đề tài chế tạo có thành phần hoá học, cơ tính, cấu trúc, khả... dụng nghiên cứu và phuơng pháp thực nghiệm 2.1 Nội dung nghiên cứu Dựa trên tiêu chuẩn DIN 1695-81 của Đức và các tiêu chuẩn nớc ngoài khác để lựa chọn mác gang hợp kim phù hợp cho việc chế tạo các chi tiết độ bền cao, chịu mài mòn ứng dụng trong 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. .. 3.2 Công nghệ đúc gang GX330NiCr42 3.2.1 Một số đặc điểm về tính đúc của gang hợp kim GX330NiCr42 Gang hợp kim GX330NiCr42 có nhiều tính chất đặc biệt Do đó công nghệ đúc loại gang này có nhiều điểm cần chú ý: - Độ co ngót 1,9-2,5 %, ứng suất bề mặt lớn, dễ gây nứt - Chi tiết đúc tự tôi trong quá trình làm nguội, nếu tốc độ làm nguội chậm, cơ tính giảm (độ mài mòn giảm) 21 - Hạn chế gia công sản phẩm... 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 xét nh sau: - Dao nghiền đĩa do đề tài chế tạo có kích thớc đạt các yêu cầu Dao nghiền đợc chế tạo từ gang hợp kim chịu mài mòn và đợc hoàn thiện tốt,... 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, thiết bị sẵn có tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để xác định công nghệ gồm các khâu: Công nghệ nấu luyện, Công nghệ đúc, Công nghệ nhiệt luyện... bền kéo 280 350 Mpa, + Độ cứng sau tôi, ram đạt 520 - 580 HV Với đặc tính nêu trên, đề tài chọn mác gang hợp kim GX330NiCr42 làm đối tợng nghiên cứu vì nó đại diện cho nhóm gang chịu mài mòn Ni-hard Đề tài sẽ tiến hành nghiên cứu xác 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 phẩm Đồng thời, tiến... thiêt để hạn chế peclit, nó làm giảm lợng niken yêu cầu đó 1.3.6 ảnh hởng của molipđen Molipđen là một tác nhân tăng độ cứng trong các loại gang hợp kim này và nó đợc dùng trong vật đúc có tiết diện lớn để làm tăng thêm độ cứng và hạn chế peclit 1.4 Lựa chọn mác gang nghiên cứu Gang hợp kim chịu va đập và chịu mài mòn nh gang Ni-hard là loại vật liệu đợc các quốc gia có nền công nghiệp luyện kim tiên tiến... 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 ximăng Mỗi bộ dao gồm 2 chiếc có răng ngợc chiều nhau Để chế tạo loại dao này, đề tài đã sử dụng phơng pháp đúc trực tiếp thành chi tiết Sau khi nghiên cứu bản vẽ và tính chất của mác gang, chúng tôi... 0,0376 0,0233 0,0676 0,0267 0,084 Độ mòn (g/m) 4,62x10-4 11,9 x10-4 6,86 x10-4 20,56 x10-4 8,85 x10-4 24,8 x10-4 Nh vậy ở trạng thái đúc, độ bền chịu mài mòn của gang GX330NiCr42 đã vợt 3 lần so với độ bền mài mòn của thép 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... 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 và khả năng sử dụng 2.2 Phơng pháp nghiên cứu Để đảm bảo kết quả nghiên cứu có độ tin cậy chính xác cao, đề tài đã sử dụng các phơng pháp và thiết bị nghiên cứu nh sau: - Trên . 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. 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. 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