Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu công nghệ sản xuất gang bền nhiệt hệ Fe-Al thay thế hệ Fe-Cr-Ni.
Bộ công THƯƠNG TổNG CÔNG TY THéP VIệT NAM Viện Lun kim §en Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học phát triển CÔNG NGHệ cấp Tên đề tài: NGHIấN CU CễNG NGH SN XUT GANG BỀN NHIỆT HỆ Fe – Al THAY THẾ HỆ Fe Cr- Ni Cơ quan chủ quản: Cơ quan chủ trì: Chủ nhiệm đề tài: tổng công ty thép vN ViƯn Lun kim §en L£ V¡N NGUY£N 6825 28/4/2008 Th¸ng 12/2007 MỤC LỤC MỤC LỤC TRANG MỞ ĐẦU I TỔNG QUAN Tính chịu nhiệt Tính bền nhiệt 2.1 Khái niệm biến dạng dão 2.2 Dão vật liệu kim loại Gang bền nhiệt Gang nhôm (Fe-Al) 10 4.1 Vai trị nhơm silic 10 4.2 Các mác gang nhôm thường gặp 17 4.3 Lựa chọn mác gang nghiên cứu 20 II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 22 Nội dung nghiên cứu 22 Phương pháp nghiên cứu 22 III NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 24 Công nghệ nấu luyện 24 Công nghệ đúc 27 2.1 Xác định độ co gang nhôm 28 2.2 Xác định độ chảy lỗng 29 2.3 Vật liệu làm khn 30 2.4 Một số vấn đề liên quan khác đến công nghệ nấu luyện 30 2.5 Công nghệ nhiệt luyện gang nhôm 31 Các tính chất học đạt 32 Cấu trúc 32 Quá trình dùng thử sản phẩm 33 IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 35 Kết luận 35 Kiến nghị 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 PHỤ LỤC 37 Danh sách người thực Họ tên Học hàm, học vị Cơ quan công tác chuyên môn Lê Văn Nguyên Ks Viện Luyện Kim Đen Lê Quang Hiếu Th.s Viện Luyện Kim Đen Nguyễn Thanh Bình Ks Viện Luyện Kim Đen Trần Đình Hưng Ts Viện Luyện Kim Đen Th.s Viện Luyện Kim Đen Nguyễn Quang Dũng MỞ ĐẦU Gang bền nhiệt nghiên cứu từ lâu, với phát triển ngành khoa học kỹ thuật khác, gang bền nhiệt phát triển đa dạng phong phú Tuỳ thuộc vào yêu cầu cụ thể môi trường làm việc mà sử dụng lựa chọn mác gang cho phù hợp, cho công nghệ sản xuất đơn giản, chất lượng sử dụng tốt, giá thành rẻ Gang bền nhiệt ngày sử dụng rộng rãi so với loại vật liệu bền nhiệt khác loại gang có khả chống rung cao, tính đúc tốt cho phép nhận chi tiết có hình dạng phức tạp Do có khả bền nhiệt kết hợp với khả chống ăn mòn, chống mài mòn gang bền nhiệt sử dụng nhiều ngàng khí, cơng nghiệp hố chất dầu khí: ngành chế tạo tcbin khí, chế tạo chi tiết máy diezen đại, máy nén khí… Ở nước ta gang bền nhiệt sử dụng nhiều để làm sàn lò nung, sàn lò nhiệt luyện, thiết bị trao đổi nhiệt…Các chi tiết đòi hỏi phải làm việc nhiệt độ cao vừa làm việc nhiệt độ cao vừa chịu ăn mòn, mài mòn hầu hết phải nhập ngoại Để khác phục khó khăn phải nhập ngoại nhằm thay kịp thời phục vụ sản xuất, số chi tiết chế tạo nước, song hầu hết mác gang theo hệ Fe-Cr, Fe-Si, Fe-Cr-Ni Ngồi hệ này, nước cịn dùng hệ Fe-Al.Gang hệ Fe – Al (gọi tắt gang nhơm) có nhiều ưu điểm bật: có khả làm việc lâu dài nhiệt độ cao mà không bị nứt, khơng bị cong vênh, biến dạng Gang nhơm ngồi khả bền nhiệt cịn có khả chống ăn mịn mài mòn cao Đặc biệt năm gần mà giá Niken tăng cao, gang nhôm ý nghiên cứu kỹ giá thành thấp sử dụng Niken nhiều Đề tài “nghiên cứu công nghệ sản xuất gang bền nhiệt hệ Fe-Al thay hệ FeCr-Ni” rõ ràng đề tài vừa có ý nghĩa khoa học vừa có ý nghĩa kinh tế cao Trong q trình thực đề tài, nhận giúp đỡ tận tình vụ KHCN Bộ Cơng Thương, phịng KT Tồng Cơng ty thép Việt Nam (VSC), Xí nghiệp 79 Tổng cục CNQP, Viện Luyện Kim Đen bạn đồng nghiệp Nhân dịp này, ban chủ nhiêm đề tài xin trân thành cảm ơn! I TỔNG QUAN Gang bền nhiệt loại vật liệu kim loại làm việc điều kiện nhiệt độ cao, có áp suất lớn nhìn chung mơi trường xâm thực Để đảm bảo chi tiết chế tạo từ gang bền nhiệt có tuổi thọ làm việc cao, loại gang phải đảm bảo hai điều kiện: - Có tính chịu nhiệt cao (tính bền hố nhiệt độ cao) - Có tính bền nhiệt cao (giữ độ bền nhiệt độ cao thời gian dài tác động tải trọng làm việc) Tính chịu nhiệt Đối với vật liệu kim loại nói chung, tính chịu nhiệt khả chống lại phá huỷ môi trường nhiệt độ cao Môi trường làm việc kim loại bền nhiệt thường khơng khí nóng, sản phẩm cháy nhiên liệu chứa khí CO, H2S, O2, loại ion muối nóng chảy…Trong môi trường phá huỷ môi trường phá huỷ thường gặp môi trường ôxy Vật liệu kim loại nhiệt độ cao bị oxy hoá Sản phẩm q trình oxy hóa loại ơxyt: Fe2O3, Fe3O4, FeO, Cr2O3, Al2O3 Các loại ơxyt Fe2O3, Fe3O4, FeO có cấu tạo mạng khơng khít chặt, lại khơng liên kết chặt với kim loại nên bị tách khỏi Q trình hình thành ơxýt tách khỏi ôxýt tiếp tục xẩy cung cấp ôxy, kim loại bị phá huỷ nhanh chóng Cơ chế q trình oxy hố mơ tả sau: - Ở lớp bền mặt phân chia kim loại /oxyt có phản ứng: Me Men+ + ne - Ở lớp bề mặt phân chia oxyt/oxy có phản ứng: ½ O2 Ohp + 2e O2- Phản ứng tổng hợp trình là: Men+ + m.n O2/2 MnnOm.n/2 Trong phản ứng m, n số hoá trị kim loại, Ohp oxy bị hấp phụ bề mặt kim loại Trong q trình oxy hố kim loại, lớp màng oxýt rắn tạo thành bề mặt Q trình ơxy hố muốn tiếp tục Ohp phải khuyếch tán qua lớp ơxýt hình thành để tiếp xúc trực tiếp với kim loại ion kim loại từ khuyếch tán qua lớp oxýt để tiếp xúc với Ohp Từ chế ăn mòn ta thấy lớp oxyt tạo thành lúc ban đầu quan trọng, cấu trúc lớp oxy, độ bền độ phân tán kích thước hạt định đến tính chịu nhiệt kim loại Cấu trúc, độ bền, độ phân tán kích thước phần tử ơxýt phụ thuộc vào thành phần hố học nó, tức ngồi oxy phụ thuộc vào thành phần cấu tạo nên hợp kim chịu nhiệt Mỗi nguyên tố có thành phần hợp kim có ảnh hưởng định đến việc tạo thành ơxyt, thể khơng riêng rẽ đại đa số trường hợp người ta thấy có oxy hóa chọn lọc, q trình oxy hố phụ thuộc nhiều yếu tố vùng nhiệt độ mà nguyên tố có lực mạnh với oxy nguyên tố khác trình oxy hố cịn q trình làm nghèo ngun tố này, tức gián tiếp làm giàu nguyên tố khác Có nhiều loại ơxyt tạo bề mặt hợp kim Bảng thống kê cấu trúc, tính chất thông số mạng loại ôxyt thường gặp Loại mạng tinh thể FeO Thơng số Nóng CoO Co3O4 Cr2O3 CrO3 Al2O3 γ Mặt thoi, D5 Hình thoi Spinel Al2O3 TiO α α SiO2 SiO2 V2O5 V2O3 VO MoO2 MoO3 MnO2 α β α Fe2O3 NiO γ γ Thiêu Sôi chảy α A Lập phương kiểu 4.28 NaCl 8,38 Spinel Mặt thoi kiểu 5,42 Cr2O3 Lập phương 8,32 Lập phương kiểu 4,17 NaCl - Nt 4,25 Spinel 8,11 Fe3O4 Fe2O3 Nhiệt độ kết 1377 720 * Tỷ khối Ơxyt N/lượng giải phónng, Kcal Bảng : Các ơxyt thường gặp tính chất chúng +129 - 1527 810 55 17 146 2,10 +104 2,14 1565 840 1990 o +96 +117 1,65 ’ 1810 *910 7,74 * +115 1,86 +48 2,01 2257 1260 +180 2,07 1870 2500 +5.5 5,1 2050 1160 +261 - 7,9 55o17’ Kiểu Cr2O3 5,12 Lập phương kiểu 8,11 NaCl Lục giác C8 Lập phương 5,42 Mặt thoi Kiểu Cr2O3 5,45 Kiểu NaCl 4,08 Đơn tinh thể Hình thoi Kiểu rutil +266 1,28 1825 o 56 50 ’ o ’ 53 49 575 1710 880 650 1970 2050 795 510* +208 +207 1700 +61 +177 +211 +132 1460 +90 +35 1,88 3,19 1,82 1,51 2,10 3,24 2,34 Từ bảng ta thấy, loại oxyt có nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ thiêu kết riêng Để có màng bảo vệ tốt, màng bảo vệ phải có nhiệt độ nóng chảy cao có nhiệt độ thiêu kết cao Rõ ràng Cr, Al , Si, Zr, Ni, …tạo màng oxyt có tính bảo vệ tốt Các ngun tố Cr, Al, Si, …ngồi việc tạo thành oxyt có nhiệt độ nóng chảy cao Oxyt ngun tố cịn khơng bị bay nhiệt độ cao, có cấu trúc xít chặt có liên kết chắn kim loại Vì tốc độ oxy hố kim loại thấp Tốc độ oxy hoá trường hợp biểu thị phương trình: X2 = K.t Trong đó: X- Độ dày màng ơxyt t- Thời gian K- Hằng số, có liên quan đến hệ số khuyếch tán Hằng số K tính theo phương trình khuyếch tán: K = 2VDn Trong đó: D- Hệ số khuyếch tán V- Thể tích trung bình ion khuyếch tán màng ôxyt W- Nồng độ ion khuyếch tán qua ranh giới ôxyt kim loại Từ phương trình ta thấy, q trình ơxy hố q trình khuyếch tán Trong trường hợp bề mặt kim loại tạo nên màng ơxyt xốp có vết rạn nứt nghĩa màng mỏng không tạo thành lớp bảo vệ vững cho kim loại khỏi ơxy hố, tốc độ ơxy hố tính theo phương trình tuyến tính: X =K.t Khi nhiệt độ tăng lên, làm tăng tính linh động ion kim loại nguyên tử, kéo theo khuyếch tán ion kim loại qua màng ôxyt, hợp kim khác nhau, màng ôxy hoá nhiệt độ khác cho cấu trúc, thành phần, độ bền ơxy hố khác nhau, khả khuyếch tán khác Lúc tốc độ ơxy hố hay số K phương trình X2= K.t phụ thuộc vào nhiệt độ Qua việc nghiên cứu màng mỏng ôxyt thép chịu nhiệt chứa Cr, Al, Si người ta xác định ôxyt chịu nhiệt nguyên tố nằm sát phía lớp gỉ, gắn bám trực tiếp bề mặt kim loại, lớp bề mặt kim loại nằm lớp ơxyt bị ơxy hố tiếp xúc với Ohp Với tác dụng hoá học kim loại mơi trường khí tạo nên bề mặt kim loại chịu nhiệt lớp bảo vệ gồm cấu trúc với cấu trúc kim loại Mạng tinh thể kim loại tiếp tục bảo toàn kiến tạo mạng pha ôxyt Lớp chuyển tiếp màng ôxyt kim loại đảm bảo độ bền cần thiết mối liên kết kim loại với ôxyt đóng vai trị chủ yếu khả chịu nhiệt kim loại Qua kết nghiên cứu ta thấy, ngày nguyên tố Cr, Al, Si…vẫn nguyên tố hợp kim tạo thành hợp kim chịu nhiệt Tính bền nhiệt Tính bền nhiệt vật liệu khả giữ độ bền môi trường nhiệt độ cao điều kiện tải trọng xác định Trên thực tế, tính bền nhiệt coi khả làm việc lâu bền vật liệu điều kiện có tải trọng nhiệt độ cao Như ta biết, kim loại làm việc nhiệt độ cao, tác dụng tỉ trọng không đổi thấp giới hạn chảy thời gian dài kim loại bị biến dạng dẻo cách chậm chạp gọi dão (creep) Đó nối tiếp cách liên tục trình ngược nhau: biến dạng dẻo gây hoá bền kết tinh lại gây thải bền Hiện tượng dão trở nên đặc biệt nguy hiểm nhiệt độ làm việc cao nhiều so với nhiệt độ kết tinh lại kim loại bị biến dạng dẻo dẫn tới phá huỷ sau thời gian Để nâng cao tính bền nóng ta phi tìm cách chống lại tượng biến dạng dão 10 II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM Nội dung nghiên cứu - Dựa tài liệu nghiên cứu nước ngoài, kết hợp với việc khảo sát điều kiện làm việc thực tế số nhà máy, xí nghiệp nghiên cứu tổng quan tính chất, cấu trúc gang bền nhiệt, đặc biệt vấn đề liên quan đến hệ gang Fe-Al - Nghiên cứu thiết lập quy trình cơng nghệ sản xuất mác gang lựa chọn gồm khâu công nghệ sau ; + Công nghệ nấu luyện + Công nghệ đúc + Công nghệ nhiệt luyện -Đánh giá chất lượng sản phẩm (thành phần hố học, tính, tính chất pha, tính chịu nhiệt) - Chế tạo sản phẩm dùng thử (theo yêu cầu đơn vị dùng thử) để đánh giá chất lượng - Viết báo cáo tổng kết đề tài Phương pháp nghiên cứu Những thông tin thu thập phục vụ cho việc nghiên cứu gồm có : - Các sở lý thuyết liên quan đến trình luyện gang nhơm thơng số cơng nghệ, vai trị nguyên tố hợp kim ảnh hưởng đến tính chất lý gang : độ cứng, tính dẻo, khả bền nhiệt, khả chống ăn mòn mài mòn… - Những thành tựu đạt đồng nghiệp ngồi nước có liên quan đến đề tài tiêu chuẩn, cơng trình, tạp chí xuất Từ thơng tin ta tìm giải pháp để thực đề tài Những thiết bị sử dụng trình nghiên cứu : - Thiết bị phân tích : thực phương pháp thiết bị phân tích hố học cổ điển phòng nghiên cứu Viện Luyện kim đen để phân tích nguyên tố C, Mn, 25 Si, Cr, Ni, CaF, TiO2, Al2O3…Trên thiết bị phân tích chúng tơi phân tích ngun liệu trước nấu luyện đánh giá kết sơ thành phần mẻ gang nấu luyện - Thiêt bị nhiệt luyện : +tiến hành nhiệt luyện mẫu thử tính cấu trúc nên sử dụng loại lị nung phịng thí nghiệm lị chân khơng, lị nung C-Si + Thiết bị kiểm tra tính : xác định độ bền kéo máy kéo nén vạn WE 15/60 Thử độ cứng máy đo độ cứng TK2M, HPO250 máy đo độ cứng cầm tay Computest + Quy trình kiểm tra độ bền kéo, độ cứng thực theo TCVN 197:2002 ; TCVN 256-1 : 2007 -Kiểm tra cấu trúc gang : cấu trúc gang kiểm tra kính hiển vi quang học AXIOVERT… Ngồi thiết bị kiểm tra chất lượng vật liệu kể trên, sản phẩm đề tài đánh giá qua thời gian dùng thử lị nung phơi có nhiệt độ làm việc 950-10000C 26 III NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Công nghệ nấu luyện Việc lựa chọn lò tần số để nấu luyện đòi hỏi bước chuẩn bị ngun liệu tính tốn phối liệu phải xác Ngun liệu hầu hết ngun liệu sẵn có nước, biết nguồn gốc song phải phân tích kiểm tra để biết xác thành phần hóa học sau tiến hành phân loại làm sạch, loại bỏ tạp chất loại nguyên liệu, gang phế chiếm tỷ trọng lớn, gang phế thu hồi từ nhiều nguồn trước hết phải nấu thành loại, sau phân tích thành phần hố học tức coi sản phẩm nấu cô loại nguyên liệu, làm mẻ nấu luyện thức đạt kết tốt Trong trình nghiên cứu thấy rõ hệ gang Fe-Al có đặc điểm bật cơng nghệ nấu luyện tỷ trọng gang lớn nhiều so với nhơm việc hồ tan nhơm vào gang lỏng khó phức tạp Mặt khác nhiệt độ cao điều kiện tiếp xúc trực tiếp với oxy, phản ứng cháy nhôm với ôxy xẩy mãnh liệt bảo vệ nhơm khơng bị cháy hao nhiều, hoà tan dễ dàng vào gang lỏng vấn đề cần nghiên cứu Qua nhiều tài liệu lần nấu thử đề tài giải vấn đề này, tạo công nghệ nấu phù hợp Trước nấu luyện cần : - Phân tích thành phần mẻ liệu : Thành phần hoá học trung bình loại nguyên liệu trình bày bảng 27 Bảng : Thành phần hoá học nguyên tử phối liệu Tên cấu tử Thành phần hoá học, % C Thép phế CT3 Si Mn P S Cr Ni Al Mg 0.18 0.19 0.48 0.021 0.016 - - - - 3.4 1.9 0.5 0.3 0.1 - - - - 0.2 0.75 - - - - - - - Nhôm kim loại - - - - - - 98.5 - Nhôm magiê - - - - - - - 96.5 1.0 - 81.0 - - - - - - Gang xám sau xử lí nấu FeSi75 Fe – Mn - - Xác định hệ số tiêu hao : Để tính tốn phối liệu cho mẻ nấu thí nghiệm, đề tài sử dụng số liệu thống kê hệ số cháy hao nguyên tố C, Si, Mn, Al lò cảm ứng trung tần kinh nghiệm thao tác nạp liệu nhiều năm Viện Luyện kim đen Hệ số cháy hao nguyên tố xác định cho q trình thí nghiệm đề tài bảng Bảng : Hệ số cháy hao nguyên tố hoá học Nguyên tố Hệ số cháy hao,% C 6-10 Si 6-12 Mn 8-10 Al 10-15 Căn thành phần hoá học gang ЧЮ6C5 bảng 5, thành phần cấu tử nguyên liệu bảng hệ số cháy hao nguyên tố bảng 7, đề tài tiến hành nấu mẻ thí nghiệm, theo tỷ lệ phối liệu bảng 28 Bảng : Tỷ lệ phối liệu mẻ nấu luyện thí nghiệm TT Loại nguyên liệu Mẻ Mẻ Mẻ Gang xám 115 120 115 Phế thép CT3 85 80 85 FeiSi75 14 14 12 Nhôm kim loại 10 12 Nhôm manhê 2 FeMn 2 - Quá trình nấu luyện tiến hành sau : Chuẩn bị nguyên vật liệu : Nguyên liệu sau nhận xưởng phải loại bỏ chất lẫn Kiểm tra thành phần hoá học nguyên tố sau : C, Si, P, S, Mn, Cr Sau phân tích xác định hàm lượng trung bình loại + FeMn : phân tích hàm lượng nguyên tố C, Mn, Si, P, S + FeSi : Phân tích hàm lượng nguyên tố C, Si, P, S + Al : phân tích hàm lượng ngun tố Al + Vơi sống : Khơng phải phân tich, dùng đá vơi phân tích CaCo3, Al + Các chất khử lưu huỳnh ngồi lị loại sạch, tinh khiết Nấu luyện: + Chuẩn bị lò : Làm lò, trước nấu luyện : + Kiểm tra chất lượng tường lò, kiểm tra hệ thống điện, kiểm tra hệ thống nâng hạ, kiểm tra hệ thống cấp thoát nước làm lạnh Trình tự nạp liệu : Lót lị vơi nung (dạng cục), khối lượng – 6% khối lượng mẻ nấu Xếp thép phế, gang nguyên liệu thành lớp dày 300 – 400 mm xếp nguyên liệu gang xen kẽ với FeMn cho chiều cao tổng lớp liệu đến khoảng 2/3 chiều cao vong cảm Liệu phải xếp sít chặt, chiều dài liệu dọc theo chiều sâu nồi lò Số liệu lại bỏ vào q trình nấu luyện 29 Đóng điện : Lúc đầu để cơng suất 50 – 60% cơng suất lị, sau tăng dần lên 100% công suất Liệu bắt đầu chảy, dùng que chọc lò chọc cho liệu tụt dần xuống, liệu tụt đến đâu bổ xung số liệu cịn lại hết mẻ liệu Khi liệu chảy hoàn toàn, vớt xỉ đầu tạo xỉ hỗn hợp CaO- CaF2 Vớt xỉ lần 2, nhúng nhôm vào hỗn hợp kim loại lỏng Nhôm thỏi chảy hết, dùng que gỗ khuấy trộn sơ sau cho 2/3 FeSi vào lò Nâng nhiệt lên 1500 – 1550oC khoảng 10 phút để đồng nhôm Cho nốt FeSi cịn lại vào thùng rót sấy nóng đỏ, rót gang vào thùng rót Tiếp tục khuấy kĩ que gỗ, rót gang nhơm lỏng vào khn đúc Kết phân tích thành phần hố học mẻ nấu trình bày bảng Bảng : Thành phần hố học mẻ thí nghiệm Mẻ số Thành phần hóa học,% C Mn Si S P Al 2.45 0.7 6.35 0.08 0.12 5.2 2.35 0.65 6.5 0.075 0.10 5.8 2.3 0.72 5.93 0.08 0.10 6.24 1.8-2.4 ≤0.8 4.5-6.0 ≤0.12 ≤0.3 5.5-7.0 Mẫu so sánh Kết phân tích mẻ nấu luyện chứng tỏ xác định công nghệ nấu luyện gang hợp kim nhơm theo thành phần hố học lựa chọn Công nghệ đúc Gang nhôm loại gang hợp kim có tính đúc tốt, vấn đề chung cơng nghệ đức hịm khn, mộc mẫu, cát đúc, chế độ đầm khuôn, xấy khuôn, vị trí đặt đậu ngót, đậu ngót khơng có khác với công nghệ đúc gang thường mà xưởng đúc tiến hành Trong phạm vi đề tài này, tập trung nghiên cứu đặc trưng riêng gang phi từ : - Độ co vật liệu - Tính chảy lỗng 30 - Nhiệt độ rót - Một số vấn đề liên quan khác 2.1 Xác định độ co gang nhôm “Co” tượng thu nhỏ kích thước kim loại, chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn “Co” coi thông số quan trọng liên quan đến q trình đúc vật liệu có độ co lớn khó đúc, dễ bị nứt, cong vênh thiết hụt kích thước Khơng điền đầy Q trình co vật liệu kim loại chia làm ba giai đoạn: -Co trạng thái lỏng -Co trạng thái đông đặc -Co trạng thái rắn Co trạng thái lỏng trình co từ kim loại lỏng rót vào khn đến kim loại bắt đầu kết tinh Co trạng thái đơng đặc q trình co từ bắt đầu kết tinh đến kết tinh hoàn toàn Co trạng thái rắn trình co từ kim loại kết tinh xong đến nhiệt độ thường Mỗi loại vật liệu có độ co khác vật liệu tuỳ theo kích thước, bề dày thành vật đúc độ co khác Để dễ ứng dụng thực tế sản xuất, độ co vật đúc xác định hai thông số chung co thể tích co tuyến tính Co thể tích: độ co thể tích tỷ lệ % thể tích kim loại lỏng điền đầy thể tích kim loại lỏng sau kết tinh thành thể rắn nhiệt độ thường Nếu kí hiệu εtt độ co thể tích thì: εtt=(Vkll-vvđ).100%/vvđ Việc xác định độ co thể tích mác kim loại thực “mẫu đo thể tích” thể hình 31 Hình 9: Mẫu đo độ co thể tích kim loại Trong cơng thức xác định độ co thể tích trên, Vkll thể tích kim loại lỏng, Vvđ thể tích kim loại sau kết tinh thành thể rắn nhiệt độ thường Đối với gang nhơm, độ co thể tích εtt phụ thuộc nhiều vào hàm lượng nhôm Hàm lượng nhôm cao, εtt lớn Với hàm lượng nhôm 5-10%, εtt khoảng 1,05-1,1% Co tuyến tính: độ co tuyến tính kim loại không bị cản trở gọi “co tự do”còn bị cản trở gọi “co bị cản” Trong thực tế để dễ xác định mức co ngót tuyến tính người ta dùng cơng thức: εtt=(Lmđ-Lvđ).100%/Lvđ Trong Lmđ: chiều dài mẫu đúc Lvđ: chiều dài vật đúc Đối với gang nhôm thấp ε = 1,5-1,8%, gang nhôm cao ε = 2,4-2,6% 2.2 Xác định độ chảy loãng Độ chảy loãng khả điền đầy khn kim loại lỏng q trình đúc Độ chảy loãng xác định mẫu “mẫu đo” Độ chảy loãng kim loại nhiệt độ cao phụ thuộc vào thành phần hố học kim loại đó, ngồi cịn phụ thuộc vào điều kiện đúc nhiệt độ rót, vật liệu làm khn, hình dạng phức tạp 32 chi tiết đúc Các tài liệu nghiên cứu cho thấy độ chảy lỗng gang nhơm hợp kim thấp thực tế khác biệt so với độ chảy lỗng gang xám, gang nhơm có đủ điều kiện để tạo loại sản phẩm có hình dạng phức tạp Tuy nhiên q trình sản xuất phải lưu ý rằng, tăng hàm lượng nhơm lên, tính chảy lỗng gang nhơm giảm Vì vậy, với chi tiết đúc địi hỏi hàm lượng nhơm cao phải sử dụng thêm chất biến tính FCM với lượng vừa đủ đặc biệt nhiệt độ rót phải cao mức bình thường 150-2000C 2.3 Vật liệu làm khuôn Để tránh cản trở gang lỏng q trình điền đầy khn, chúng tơi sử dụng vật liệu làm khuôn độ hạt nhỏ sử dụng công nghệ khuôn đông cứng nhanh Tuy nhiên tuỳ theo phương pháp biến cứng, độ bền hỗn hợp cát- nước thuỷ tinh có khác Các phản ứng thổi CO2 để đông cứng nhanh sau: Na2Si2O6+2H2O↔H2Si2O6+2NaOH 2NaOH+2CO2↔2NaHCO3 Na2Si2O6+2H2O+2CO2↔H2Si2O6+2NaHCO3 Độ bền khuôn sử dụng nước thuỷ tinh phụ thuộc vào môđun tỷ trọng nước thuỷ tinh Khi mơđun thấp tính dẻo giữ lâu độ bền hỗn hợp làm khuôn trạng thái khô cao hơn, hỗn hợp cát+nước thuỷ tinh có cho thêm dung dịch NaOH tỷ lệ 0,5%, nồng độ 25% 2.4 Một số vấn đề liên quan khác đến công nghệ nấu luyện Khi nhúng nhôm, nhiệt độ gang lỏng giảm nhanh nhiệt làm nóng chảy nhơm Khi luyện gang nhơm với hàm lượng thấp, nhiệt lượng làm nóng chảy nhơm khơng lớn Vì tốc độ nhúng nhơm tiến hành liên tục với lượng nhúng tương đối lớn Song luyện gang nhôm với hàm lượng nhôm cao tốc độ nhúng nhôm phải khống chế phù hợp, chí cịn ngừng đợi nhiệt độ kim loại lỏng tăng lên tiếp tục nhúng 33 Quá trình nhơm chảy lỏng hồ tan vào gang lỏng tương đối chậm chạp, dễ gây nên tượng thiên tích Để tránh tượng thiên tích cần khuấy trộn mạnh trước đúc rót Lị tần số ưu việt dạng lị luyện phổ thơng khác có khả khuấy trộn, khuấy trộn cần thiết phải khuấy trộn hỗ trợ thêm [2] 2.5 Công nghệ nhiệt luyện gang nhôm Khác với thép, chi tiết chế tạo gang thường chi tiết không qua gia công biến dạng Hơn số mác gang cịn có khả tự tơi mơi trường thiên nhiên Chính điều đó, vấn đề nhiệt luyện gang thường khơng theo qui trình đầy đủ thép chế tạo Song, tuỳ mục đích cụ thể gang đựơc nhiệt luyện theo bước công nghệ khác Một số bước công nghệ nhiệt luyện điển hình là: - Ủ graphít hố: mục đích ủ graphít hố làm giảm độ cứng, thường sử dụng với loại gang hợp kim, gang có hàm lượng Silic cao - Thường hoa: mục đích làm tăng độ cứng Được sử dụng cho mác gang chống mài mịn gang crơm, gang có hàm lượng nhơm thấp, niken thấp - Ram sau đúc: mục đích để khử ứng suất chi tiết đúc Có kích thước lớn hay có chiều dài lớn nhiều so với chiều dày, chiều rộng - Austenit hố: mục đích đưa tồn cấu trúc gang cấu trúc Austenit Austenit hoá thường sử dụng với gang phi từ Đối với mác gang nghiên cứu, mẫu thử thường hoá phong thí nghiệm để nâng cao độ cứng Q trình nhiệt luyện tóm tắt sau: - Nâng nhiệt với tốc độ chậm từ 150 - 200oC/h - Giữ nhiệt 830oC 2h - Làm nguội khơng khí 34 Các tính chất học đạt Các mẫu thử kéo gia công theo TCVN 197:2002 mẫu thử độ cứng gia công theo TCVN 256 - 1: 2007 Các kết trình bày bảng kết trung bình nhiều lần đo mẫu đo Bảng 9: kết đo độ bền kéo, đô cứng gang nghiên cứu Mẫu đo TB Mẫu so sánh (GOCT 7769 – 82) Độ bền kéo, MPa 165 167 169 166 166.75 ≥120 Độ bền uốn, MPa 236 239 238 241 238 ≥230 Độ cứng , HB 306 ≥294 306 302 309 307 Kết kiểm tra tính chất học gang nghiên cứu thử đối chứng Tổng cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng Kết thử đối chứng phù hợp với kết đo liệt kê bảng (xem phần phụ lục) Cấu trúc Hợp kim hệ Fe – Al – C hợp kim nhiều pha, có hai pha ferrit peclit Ngồi cịn có pha khác chứa bon graphít, cácbít Al4C2 pha ε ( FeAlCx) Khi tăng hàm lượng nhôm lên pha peclit giảm ferrit tăng lên, tương tự pha ferrit tỷ lệ graphit tăng Trong trường hợp có thêm nguyên tố hợp kim có thêm pha cácbít hợp kim [3] Gang nhơm ЧЮ6C5 có cấu trúc cụ thể hình 10 35 Hình 10: Cấu trúc gang nhơm (x 500) Từ hình 10 ta thấy hạt gang nhỏ mịn, graphit có dạng giống gang giun Gang có cấu trúc hình 10 đảm bảo tính tốt đồng Quá trình dùng thử sản phảm Gang nhơm thử lị nung phơi xí nghiệp khí 79 Bộ Quốc phòng từ từ tháng 8/2007 đến Theo dõi trình làm việc ban chủ nhiệm đề tài tổ theo dõi Xí nghiệp Z179 có chung nhận xét: - Gang có khả chịu nhiệt cao - Gang có độ bền nhiệt cao suốt thời gian làm việc môi trường nhiệt độ cao vừa chịu tải trọng lớn mà chi tiết không bị cong vênh, nứt vỡ - Bề mặt chi tiết lúc đầu có mầu xám xanh, đến chuyển dần sang mầu vàng nhạt, khơng có tượng bị oxy hố Điều khẳng định chất lượng gang tốt 36 Hình 11: Ảnh ghi lò nhiệt luyện 37 IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận - Đã xác lập công nghệ sản xuất gang bền nhiệt hệ Fe – Al mác ЧЮ6C5 từ khâu nấu luyện, đúc nhiệt luyện nguồn vật tư thiết bị có sẵn nước Điểm bật công nghệ luyện gang Fe - Al điều khiển q trình hồ tan nhơm vào sắt lỏng chống thiên tích nhơm q trình kết tinh - Gang nghiên cứu có tính chất lí, cấu trúc tương đương mác so sánh Nga theo ΓΟCT 7769- 82 TCVN 514 – 91 - Kết sử dụng sàn lò nhiệt luyện khẳng định thêm chất lượng gang nghiên cứu đạt tiêu đề ra, sử dụng tốt sản xuất Kiến nghị Hiện nhu cầu thị trường đòi hỏi chi tiết gang nhôm với hàm lượng nhôm > 20% làm việc nhiệt độ 1150oC Đây vấn đề cần nghiên cứu tiếp Viện đề nghị nhà nước tiếp tục hỗ trợ nguồn kinh phí để giải tốt vấn đề Hơn đề nghị nhà nước hỗ trợ nguồn kinh phí đề xây dựng phịng thí nghiệm nghiên cứu tính chất liên quan đến vật liệu kim loại nói chung 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO ALESANDROV N.N; VUSOKOZAROSTOIKI ALUMINNHE ZHUGUN-SUTEIN; VUP 1981 KEIZ C.L; VANGORI K.P ALUMINIE ZHUGUNE ISTALI METANLURGIZDAT 1997 ZHUJING HAN LUHEJIN-ZEJIN BU.BEIJING 1998 Bùi Văn Mưu, Nguyễn Văn Hiền, Nguyễn Kế Bính, Trương Ngọc Thận (2006) : Lý thuyết trình luyện kim-NXB khoa học- Kỹ thuật Lê Công Dưỡng (1986) kim loại học nhiệt luyện-Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 39 ... trúc gang bền nhiệt, đặc biệt vấn đề liên quan đến hệ gang Fe-Al - Nghiên cứu thiết lập quy trình công nghệ sản xuất mác gang lựa chọn gồm khâu công nghệ sau ; + Công nghệ nấu luyện + Công nghệ. .. gang nhôm ý nghiên cứu kỹ giá thành thấp sử dụng Niken nhiều Đề tài ? ?nghiên cứu công nghệ sản xuất gang bền nhiệt hệ Fe-Al thay hệ FeCr-Ni” rõ ràng đề tài vừa có ý nghĩa khoa học vừa có ý nghĩa... mác gang nghiên cứu 20 II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 22 Nội dung nghiên cứu 22 Phương pháp nghiên cứu 22 III NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 24 Công nghệ nấu luyện 24 Công nghệ đúc 27
