Trong bài báo nay trình bày kết quả ban đầu về việc ứng dụng hợp kim cơ sở chì hệ Pb-Ca-Na thay thế hợp kim giàu thiếc làm bạc lót cho đầu máy xe lửa.
Replace of E-2 alloy by Pb-Na-Ca alloy in manufactruring bearing bush for railway engine
Đặng Văn Hảo
Bộ môn Vật liệu kim loại màu và compompozit
Trường Đại học bách khoa Hà Nội
Tóm tắt
Bài báo đề cập đến công nghệ chế tạo hợp kim cơ sở chì hệ Pb-Ca-Na thay thế hợp kim E-2 làm lót trục cho đầu máy xe lửa. Kết quả thí nghiêm cho thấy, hợp kim có thành phần (0,7-0,9) % Na; 1,0 % Ca; còn lại là chì có độ cứng khoảng (30-32) HB, giới bền kéo (96-97) Mpa, độ dai va đập 11,8.106 J/m2, độ dãn dài tương đối cỡ (8- 8,5)%, tổ chức tế vi bao gồm các tinh thể cứng Pb3Ca, Na2Pb5 phân bố trên nền mềm. Hợp kim này có thể so sánh với mác B83 (AE-2) và hoàn toàn có thể dùng làm lót trục cho đầu máy hơi nước và toa xe lửa.
Abstract
This reseach focuses on led alloy Pb-Ca-Na replacing E-2 alloy, used in manufacturing bearing bush for rail- way engine. Experimental results showed that mechanical properties of alloy Pb- (0,7-0,9) % Na-1,0 % Caare as follous: hardness = (30-32) HB, tensile strength (δ) =(96-97) Mpa, toughness (ak) = 11,8.106 J/m2, elongation (δ) = (8-8,5)%. Microstructure of the alloy consits of hard Pb3Ca and Na2Pb5 particles embetted in soft matrix (pb). This alloy is similar to the alloy B83 (E-2) and completely can be used for bearing bush of railway engine.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong lĩnh vực phát triển vật liệu, xu hướng chung hiện nay là nghiên cứu thay thế những vật liệu khan hiếm và đắt tiền bằng những vật liệu dễ kiếm, trên cơ sở bảo đảm các tính năng kỹ thuật cần thiết [1].
Trong ngành chế tạo ổ trượt, vấn đề tiết kiệm kim loại màu được đặt ra cấp bách, vì trong các vật liệu lót trục hiện đang dùng như E-2 (80% Sn, 12% Sb, 8% Cu); B83 (81-83% Sn, 12% Sb, 6% Cu) chứa một lượng thiếc rất lớn.
Thiếc là một kim loại chiến lược đắt tiền và khan hiếm, nên ở các nước đều có quy chế nghiêm ngặt về việc sử dụng thiếc và tận dụng nguồn thiếc thứ sinh.
Ở nước ta, hiện nay các cơ sở sản xuất thuộc Bộ Giao thông vận tải như nhà máy Xe lửa Gia lâm, Công ty Xe lửa Hà nội… sản xuất và sử dụng khá nhiều E-2 và B83 để chế tạo bạc lót trục đầu máy xe lửa. Để tiết kiệm thiếc, ngoài việc thực hiện nghiêm chỉnh công nghệ đúc bạc cần giải quyết vấn đề này triệt để hơn là thay thế hẳn các hợp kim giàu thiếc đang dùng bằng các hợp kim không chứa thiếc nhưng có tính năng kỹ thuật tương đương.
Trong bài báo nay trình bày kết quả ban đầu về việc ứng dụng hợp kim cơ sở chì hệ Pb-Ca-Na thay thế hợp kim giàu thiếc làm bạc lót cho đầu máy xe lửa. Đây là vấn đề có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật rất lớn, vì hiện tại mỗi tấn thiếc có giá trên 320.000.000 đ [2] có giá trị xuất khẩu cao.
2. THỰC NGHIỆM
Để chế tạo hợp kim cơ sở chì có chứa canxi và natri có thể dùng một trong số phương pháp sau [3]:
– Nấu luyện trực tiếp kim loại Pb, Na, Ca
– Phản ứng: Pb + CaC2 → Pb3Ca + 2C
– Điện phân trong dung dịch muối nóng chảy với catốt là chì lỏng
Hiện nay ta chưa sử dụng phương pháp đầu vì không có sẵn canxi và natri, bản thân các kim loại này cũng rất đắt. Phương pháp thứ hai cũng không hiệu quả nên ít sử dụng. Phương pháp nối [[3]] được coi là thuận tiên hơn cả, nên được chọn là đối tượng nghiên cứu. Sơ đồ thiết bị điện phân hợp kim trung gian Pb-Ca-Na trình bày trên hình 1.
Đá chế tạo hai hệ hợp kim với thành phần sau:
– Hệ hai nguyên: Pb-(0,4-2,0)% Na
– Hệ ba nguyên: Pb-0,8%Na-(0,4-2,0)%Ca.
Hợp kim được quan sát tổ chức tế vi trên kính hiển vi quang học và kiểm tra cơ tính bằng đo độ cứng, thử kéo và va đập.
Hình 1. Thiết bị điện phân hợp kim trung gian Pb-Ca-Na
1- vỏ lò, 2- tường lò, 3- dây điện trở, 4- nồi lò, 5-nồi chứa chất điện phân, 6- can nhiệt, 7- thanh dẫn xuống cực âm, 8- nắp lò, 9- cực dương
