Category: Công Trình Nghiên Cứu

22

Nghiên cứu chế tạo thép hợp kim đặc biệt 03H18К9M5TЮ

Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu và chế tạo thép hợp kim tương đương mác 03H18К9M5TЮ bằng phương pháp nấu luyện trong lò cảm ứng trung tần, tinh luyện điện xỉ, tôi và hoá già.

Manufacturing process of alloy steel 03H18К9M5TЮ

Nguyễn Tài Minh và Vũ Lê Hoàng
Viện công nghệ, Bộ QP

TÓM TẮT

   Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu công nghệ nấu luyện, tinh luyện điện xỉ, xử lý nhiệt chế tạo vật liệu thép hợp kim đặc biệt có thành phần, tổ chức và cơ tính tương đương tiêu chuẩn mác 03H18К9M5TЮ của Nga. Đây là thép hợp kim mactenxit hoá già chứa rất ít cacbon (<0,03% C), có khả năng biến dạng cao, hoá bền bằng nhiệt luyện và gia công biến dạng. Vật liệu được sử dụng để chế tạo các chi tiết dạng ống mỏng, độ bền cao.

ABSTRACT

   In this paper are presented the melting, refining and heat treatment processes for an alloy steel which has chemical composition, grain microstructure and mechanical properties similar to that of alloy steel 03H18К9M5TЮ of Russia. It is ultra-low carbon (<0.03%C), martensitic alloy steel known as maraging steel. This steel has a high deformability and can be strengthened by heat treatment and deformation. This alloy is used to prepare thin-wall tubes, high durable parts.

I. MỞ ĐẦU

   Các loại thép mactenxit hóa già được sử dụng nhiều trong lĩnh vực hàng không, kỹ thuật tên lửa, tàu thuyền, chế tạo các chi tiết đàn hồi của thiết bị đo, trong kỹ thuật nhiệt lạnh…

   Chi tiết dạng ống có chiều dày 0,5 mm làm việc trong điều kiện áp suất tới 200 at, nhiệt độ có thể lên tới 400°C, yêu cầu đủ bền trong khoảng thời gian ngắn, đã được lựa chọn chế tạo từ thép hợp kim đặc biệt – thép mactenxit hóa già mác 03H18К9M5TЮ.

   Yêu cầu kỹ thuật đặt ra đối với vật liệu để chế tạo chi tiết là:

– Thép hợp kim ít rỉ, ít bị ăn mòn trong điều kiện bảo quản lâu dài.
– Thép có tính gia công biến dạng: dập sâu và miết ép tốt.
– Có khả năng hoá bền bằng gia công cơ-nhiệt luyện.
– Có cơ tính cao, giới hạn bền cao (≈2000 MPa) ở dải nhiệt độ từ nhiệt độ âm tới 400°C.

   Thép 03H18К9M5TЮ đáp ứng các yêu cầu đã nêu. Đây là loại thép hợp kim mactenxit hoá già, chứa rất ít cacbon (<0,03% C). Thép có chứa hai nguyên tố hợp kim chính là niken và coban. Để bảo đảm quá trình hóa già của mactenxit, thép được hợp kim hóa với các nguyên tố Ti, Be, Al, Nb, W, Mo.

   Thép hợp kim mác 03H18К9M5TЮ theo tiêu chuẩn của Nga tương tự mác NIMAR125, 300 theo tiêu chuẩn của Anh, Mỹ/Anh và tiêu chuẩn của Đức là DIN 1.6354, thành phần và cơ tính cho ở bảng 1 [1-4].

Mác vật liệu Thành phần, % Cơ tính
Rm, MPa R0,2, MPa KIC, MPa.m1/2 A, % Z, % KCU, MJ/m2 KCU, MJ/m2
03H18K9M5T 18Ni
9Co
5Mo
0,9Ti		 2100 1900 75÷85 8 50 0,5 0,2
003H18 К 9M5TЮ 18Ni
9Co
5Mo
0,9Ti
0,1Al		 1910 1815 – 5 (δ5) – – –

Bảng 1. Thép mactenxit hóa già của Nga

   Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu và chế tạo thép hợp kim tương đương mác 03H18К9M5TЮ bằng phương pháp nấu luyện trong lò cảm ứng trung tần, tinh luyện điện xỉ, tôi và hoá già. Kết quả khảo sát cơ tính và tổ chức của vật liệu được đánh giá và so sánh với vật liệu cùng loại của Nga.

2. THỰC NGHIỆM

   Sử dụng thép 08KΠ (≤0,8%C), niken catốt (99,9%Ni), coban kim loại (99,9%Co), ferô môlipđen (60% Mo), ferô titan (30% Ti), nhôm và phụ gia khác để nấu luyện.

   Quá trình nấu luyện thực hiện trong lò cảm ứng trung tần 10 kg/mẻ và 500 kg/mẻ. Đúc điện cực tiêu hao có đường kính Φ90 mm để tinh luyện điện xỉ.

   Tinh luyện điện xỉ trên thiết bị điện xỉ ĐX725- N1. Xỉ tinh luyện mác AHΦ-1Π được nấu chảy lại trong lò hồ quang 180 KW và đổ vào bình tinh luyện trước khi điện xỉ.

   Phôi đúc điện xỉ được ủ đồng đều hoá trong lò buồng ở nhiệt độ 950°C, thời gian 5 h.

   Tôi ở nhiệt độ 850°C và hoá già ở nhiệt độ 490°C thực hiện trong lò giếng P60 có khí argon bảo vệ.

   Phân tích thành phần hoá học bằng thiết bị ARL-3460 (FISONS Thuỵ Sỹ).

   Đo độ cứng trên thiết bị HP250 (Đức).

   Giới hạn bền kéo, độ dãn dài được đo trên thiết bị kéo nén ZD-40 (Đức).

   Chụp ảnh tổ chức tế vi của hợp kim bằng kính hiển vi quang học Axiovert 25 (Đức), kính hiển vi điện tử quét (SEM).

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
22

Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm

Hiện nay nhu cầu hợp kim hàn nhôm rất lớn. Mục tiêu của công trình này là nghiên cứu công nghệ sản xuất một số mác hợp…

On the production technology of wedding alloys for aluminum

Phạm Bá Kiêm, Lê Hồng Sơn và Nguyễn Minh Đạt
Viện KH và CN Mỏ-Luyện kim

Tóm tắt

   Đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi các nguyên tố hợp kim của một số mác hợp kim hàn nhôm hệ silumin, 575A và AM65. Đã đề nghị sơ đồ công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm.

Abctract

   The influence of temperature and melting time on the recovering alloyed elements of some wedding alloys for aluminum such as alloy-silumina, P575A and PSAM65 is reported. A technology schema for production of these alloys is also proposed in this work.

1. Mở đầu

   Các vật đúc nhôm thường có khuyết tật được xử lý bằng công nghệ hàn, hàn nối các cấu kiện bằng hợp kim nhôm như lò sưởi điện, thiết bị sấy bằng điện, các thiết bị năng lượng mặt trời, các đế máy. Trong thực tế công nghệ hàn nhôm và hợp kim hàn nhôm được sử dụng khá phổ biến. Hợp kim hàn nhôm có nhiều loại, dựa vào nhiệt độ nóng chảy có thể chia làm hai nhóm: nhóm hợp kim dễ nóng chảy và nhóm hợp kim khó nóng chảy.

   Ở nước ngoài đã có nhiều công bố về nghiên cứu và sản xuất công nghiệp nhiều loại hợp kim hàn nhôm. Ở Việt Nam các cơ sở sản xuất có nhu cầu hàn nhôm đều sử dụng hợp kim hàn nhôm nhập từ nước ngoài. Hiện nay nhu cầu hợp kim hàn nhôm rất lớn. Mục tiêu của công trình này là nghiên cứu công nghệ sản xuất một số mác hợp kim hàn nhôm theo tiêu chuẩn của Liên Xô: hợp kim mác silumin, mác П575A và mác ПЦAM65.

2. Thực nghiệm

   Để làm nguyên liệu phối liệu nấu luyện các mác hợp kim hàn nhôm cần nấu luyện một số loại hợp kim trung gian như: Hợp kim trung gian Al-Si (20%Si), hợp kim trung gian Al-Cu (40% và 50%Cu), hợp kim trung gian Al-Mn (10% và 15%Mn) từ nhôm-A7 (99,7%Al).

3. Kết quả và thảo luận

3.1 ảnh hưởng của nhiệt độ nấu luyện

   Đã nấu hợp kim hàn nhôm Al-Si (5%Si), khối lượng mẻ nấu 400g. Kết quả cho thấy nhiệt độ nấu luyện hợp kim ở 700°C đạt hiệu suất thu hồi cao tới 98,5% (hình 1).

Hình 1

Hình 1: ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi hợp kim (Hệ Al-5Si)

   Đối với hợp kim hàn nhôm mác П35A (21%Cu, 7%Si, còn lại là Al): khối lượng mẻ nấu 400g. Kết quả cho thấy hợp kim П35A nấu luyện ở nhiệt độ (650÷700) °C cho kết quả tốt nhất (hình 2). Hợp kim hàn nhôm mác П52A (10%Cu, 1%Si, còn lại là Al): khối lượng mẻ nấu 400g. Nhiệt độ nấu luyện hợp kim mác П52A thích hợp ở (650÷700) °C (hình 3). Ba loại hợp kim: Al-20Zn có Tonc = 575oC, Zn- 5Al có Tonc = 390°C, ПЦAM65A (14,5%Cu, 65%Zn, 0,6%Mn):

Hình 2

Hình 2: ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi hợp kim hệ  35A

   – Hợp kim hàn nhôm mác Al-20Zn với khối lượng mẻ nấu thí nghiệm 400g. Nhiệt độ nấu luyện tối ưu (650÷700) °C, hiệu suất thu hồi hợp kim đạt 97%.

   – Hợp kim Zn-5Al có thành phần hoá học ổn định (94,0÷96,0)%Zn, (4,0÷6,0)%Al. Hiệu suất thu hồi hợp kim đạt 98%.

   – Hợp kim ПЦAM65A (14,5%Cu, 65%Zn, 0,6%Mn, còn lại là Al) khối lượng mẻ nấu: 600g với kẽm kim loại, hợp kim trung gian Al-Cu (50,0%Cu), hợp kim trung gian Al-Mn (15,0%Mn). Sử dụng trợ dung JIZ của Trung Quốc. Thời gian nấu luyện: 20 phút. Thành phần hoá học: (14,0÷14,85)%Cu; (0,60÷0,70)%Mn; (64,0÷64,5)%Zn, (18,0÷19,0)%Al.

   Hợp kim hệ Zn-Cu-Mn-Al nấu luyện với thời gian 20 phút, nhiệt độ nấu luyện tối ưu là 500°C, cho hiệu suất thu hồi cao nhất đạt (98,0÷99)%.

hkhannhom3

Hình 3, 4, 5 và 6

Pages: Page 1, Page 2
22

Ảnh hưởng của lượng và kích thước hạt SiC tới sự hình thành tổ chức và tính chất của compozit nền hợp kim nhôm A356

Bài báo này giới thiệu kết quả nghiên cứu thăm dò công nghệ chế tạo compozit …

The effect of content and size of SiC particles on microstructure and proper- ties of 356 alloy matrix composites

Nguyễn Văn Thái, Nguyễn Anh Sơn
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Nguyễn Văn Chương
Viện Công nghệ, Bộ Công Thương

TÓM TẮT

   Bằng phương pháp khuấy bán lỏng, đã chế tạo thành công compozit nền hợp kim nhôm A356 cốt hạt SiC. Đã nghiên cứu ảnh hưởng của lượng SiC từ 3 tới 12% và kích thước hạt từ 35 tới 120μm tới sự hình thành tổ chức và tính chất của compozit nghiên cứu. Compozit chứa 12% SiC với kích thước hạt 35μm sẽ cho tính năng vượt trội.

ABSTRACT

   The A356 alloy matrix composite,reinforced with SiC partiles was prepared using semi-solid stiring method. The effect of SiC particles content (3-12%) and size (35-120μm) on microstructure and properties of composite is studied. It shows that the composite with 12% SiC and the particle size 35μm has best properties.

1.Đặt vấn đề

   Sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp đòi hỏi phải phát triển những vật liệu mới có tính năng tổng hợp cao. Vật liệu compozit là vật liệu kết hợp từ hai hay nhiều vật liệu có bản chất và tính chất khác nhau, không hoà tan vào nhau, được phân cách bằng ranh giới rõ rệt. Vật liệu compozit nền kim loại nổi lên như như vật liệu kết cấu có tiềm năng lớn, có tính chất tổng hợp cao với các ứng dụng cho các chi tiết cần có độ bền riêng, mô đun đàn hồi riêng cao, chống mài mòn tốt, hệ số giãn nở nhiệt thấp, làm việc được ở nhiệt độ cao, đặc biệt trong lĩnh vực hàng không vũ trụ. ở Việt Nam, đã có một số công bố về compozit nền hợp kim nhôm cốt hạt SiC, song còn thiếu nghiên cứu các tính chất của chúng. Bài báo này giới thiệu kết quả nghiên cứu thăm dò công nghệ chế tạo compozit.

2. Thực nghiệm

2.1. Chế tạo compozit

   Vật liệu nền là hợp kim silumin mác A356 chứa (6,5-7,5)%Si; (0,2-0,4)%Mg. Vật liệu cốt là SiC với lượng dùng 3, 6 và 12%; kích thước hạt 35, 75 và 130 μm. Hợp kim A356 được nấu trong lò điện trở Nabertherm, có bộ đặt và điều khiển nhiệt độ chính xác, vận hành đơn giản, thuận tiện. Dung tích nấu: 4kg/ mẻ ở nhiệt độ 780°C. Hợp kim sau đó được được đưa sang lò điện trở thứ hai, dung tích 2 kg để khử khí; làm nguội tới (585-590) °C, giữ nhiệt và khuấy bán lỏng bằng cánh khuấy 3 hoặc 6 cánh với tốc độ (780-950) vòng/phút, trong (10- 15) phút, tuỳ theo lượng SiC đưa vào. Trong quá trình khấy bán lỏng, hợp kim được che phủ bằng khí Ar phun từ một ống dẫn vào.

   Compozit sau khuấy bán lỏng được xử lý nhiệt và rót vào khuôn kim loại có kích thước (22 x 200) mm, đã được bổ ngót tốt.

2.2. Phương pháp nghiên cứu

   Lượng SiC được cân trên cân điện có độ chính xác cao và tính phần trăm theo trọng lượng hợp kim A356 được nấu và được kí hiệu là m(%). Kích thước hạt SiC được xác định qua kích thước mắt sàng khi rây và được kí hiệu là l(μm).

   Đã dùng tỷ lệ m/l để phân biệt các mẫu thí nghiệm khác nhau.

   Các mẫu compozit nền hợp kim, cốt hạt SiC được mài và chụp ảnh trên kính hiển vi quang học AXIOVERT 100A. Độ cứng của mẫu được xác định bằng phương pháp Brinen; giới hạn bền kéo và môđun đàn hồi được xác định trên máy thử vạn năng ZDM5-91. Hệ số giãn nở nhiệt trong khoảng nhiệt độ (28-350) °C được xác định nhờ thiết bị ULBRICH; độ mài mòn được đo nhờ thiết bị TRIBOtester theo tiêu chuẩn ISO 7148 và ASTN G99-95a tại phòng thí nghiệm Công nghệ Vật liệu kim loại, Trường Đại học Bách Khoa HN.

Hình 1, 2

Hình 1 và 2

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
22

Nghiên cứu chế tạo tấm giáp chống đạn phức hợp gốm ôxit nhôm-compozit kevlar

Bài báo này giới thiệu về công nghệ chế tạo tấm giáp chống đạn phức hợp gốm oxit nhôm – composite Kevlar, là loại chống được các loại đạn có động năng cao và đang được dùng rộng rãi trên thế giới.

Preparation of the alumina ceramic-kevlar composite complex armor plate

T. V. Khoa1) , T.T.Phương1) , N.T.Minh1) , P.V.Cường1) , V.L.Hoàng1) , N.T.Huy1) ,N. K. Hoàn2)
1) Viện Công nghệ, Tổng cục CNQP; 2) Cục KHCN và MT, Bộ QP

Tóm tắt

   Tấm gốm được chế tạo từ bột α-Al 2O3 (98%) và các phụ gia CaO, SiO2, MgO, TiO2 với nhiệt độ thiêu kết ở (1550-1600) °C trong môi trường không khí. Tấm gốm được gắn với tấm composite Kevlar-epoxy tạo thành tấm giáp phức hợp có kích thước 250 x 300 x 19 (mm), trọng lượng ≈ 3 kg. Tấm giáp phức hợp sau khi chế tạo được bắn thử nghiệm khả năng chống đạn K56 bằng súng AK 47 ở khoảng cách 15 m. Kết quả cả 6 phát bắn đều không xuyên thủng giáp và vết lõm trên mặt đất sét gắn sau tấm giáp đạt tiêu chuẩn Mỹ NIJ.01.01.04 với chiều sâu nhỏ hơn 44 mm.

Abstract

   This paper presents the preparation technology for the alumina ceramic – Kevlar composite complex armor plate, which protects against high kinetic energy bullets and has been widely used in the world. The ceramic tiles were prepared from α-Al 2O3 powder (98 %wt) and CaO, SiO2, MgO, TiO2 additives with sintered temperature of 1550°C. Complex armor plates were made by gluing ceramic tiles to Kevlar/epoxy composite sheet with dimen- sions of 250 x 300 x 19 (mm) and 3 kg weight. Alumina ceramic – Kevlar composite complex armor plates were tested on resistance to K56 bullet fired by AK 47 rifle at distance of 15 m. The results showed that the armor plates were not penetrated through by 6 rifle shots and the depth of backface signature in backing materials (clay) was lower than 44 mm (American NIJ Standard – 01.01.04).

I. Giới thiệu

   Áo giáp nói chung và áo giáp chống đạn (AGCĐ) nói riêng đã được sử dụng từ thời xa xưa. Hiện nay tính nguy hiểm của các loại đạn ngày càng cao, yêu cầu bảo vệ tính mạng của con người và các bộ phận thiết yếu phương tiện chiến tranh càng lớn, đòi hỏi AGCĐ phải có tính năng đặc biệt. Sự phát triển của khoa học công nghệ vât liệu những năm gần đây đã cho phép sản xuất các loại giáp có tính năng cao. Các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Nga, Anh, Pháp, Canada, Nhật, Israel… đều sản xuất các loại AGCĐ tiên tiến [1,2].

   Trong chiến tranh Irak, từ 2003 Mỹ và liên quân đã trang bị AGCĐ cho các sỹ quan và binh lính nhằm giảm thương vong, tuy nhiên lực lượng quân nhân được trang bị còn rất ít do giá thành mỗi chiếc áo lên tới vài nghìn USD, vì vậy gần đây nhiều gia đình quân nhân Mỹ phải tự tìm mua cho chồng con mình đóng quân tại Irak [3]. * Tiêu chuẩn của AGCĐ Có nhiều tiêu chuẩn phân loại AGCĐ của nhiều nước khác nhau như tiêu chuẩn của Mỹ, Nga, úc…. Các tiêu chuẩn này quy định về phân loại cấp chống đạn và điều kiện thử nghiệm của các cấp chống đạn. Hiện nay, tiêu chuẩn NIJ 0101.04 của Mỹ được áp dụng rộng rãi nhất trên toàn thế giới, đặc biệt là ở các nước chưa có tiêu chuẩn riêng [4]. Theo tiêu chuẩn NIJ 0101.04, các cấp chống đạn được phân loại theo bảng 1:

aogiapcd1

Bảng 1. Phân loại cấp chống đạn theo tiêu chuẩn NIJ 0101.04 AGCĐ

   Từ bảng 1 có thể thấy các cấp chống đạn từ I đến IIIA tương ứng với khả năng chống chịu các loại đạn đầu tròn có sơ tốc đầu đạn tương đối thấp (700m/s), tức là đạn của các loại súng nòng dài như AK, súng bắn tỉa hoặc súng máy.

   * Các loại vật liệu mới cho áo giáp chống đạn.

   Về cơ bản AGCĐ hiện tại sử dụng 3 loại vật liệu tiên tiến:

1.1. Vật liệu tổ hợp trên cơ sở các loại sợi độ bền cao

   Khi viên đạn bắn vào giáp bằng vật liệu sợi bền cao, nó bị cản giữ lại trong một “mạng nhện (web)” gồm các sợi rất bền. Các sợi này hấp thụ và phân tán năng lượng va đập của viên đạn làm cho viên đạn bị biến dạng hoặc bẹt đầu ra, năng lượng còn lại được lớp tiếp theo trong áo giáp hấp thụ cho đến khi viên đạn dừng lại.

   Hiện nay vật liệu tổ hợp trên cơ sở các loại sợi bền cao được sử dụng để chế tạo các loại AGCĐ cản được các loại đạn năng lượng thấp hoặc trung bình, nó có ưu việt là nhẹ, có thể sản xuất với năng suất chế tạo cao, tương đối rẻ tiền. Nó cũng được dùng làm lớp bề mặt (facing material) và lớp lót sau (backing material) cho các loại AGCĐ có các tấm gốm siêu bền, có khả năng chống được các loại đạn đầu nhọn có năng lượng cao. Các loại sợi thường dùng là Kevlar, Spectra Dyneeme… như trên đã trình bày [5].

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
21

Tổ chức AUS-FERIT trong gang cầu ADI

Bài báo này đề cập đến chế độ xử lý nhiệt để tạo ra các dạng tổ chức tế vi khác nhau với cơ tính khác nhau của gang cầu ADI.

AUS-FERITE structure in austempering ductile iron (ADI)

Phùng Thị Tố Hằng
ĐH Bách khoa Hà Nội
Lại Minh Dũng
Tổng công ty Máy động lực và máy nông nghiệp VN

TÓM TẮT

   Gang cầu ADI với cơ tính có thể điều chỉnh trong một phạm vi rộng, với tính đúc tốt, có độ bền cao kết hợp với độ dẻo cao, là vật liệu lý tưởng hiện nay để chế tạo trục khuỷu trong động cơ ôtô có tải trọng lớn. Các tính chất trên có được nhờ phương pháp nhiệt luyện đặc biệt tạo ra tổ chức aus-ferit: tổ chức kết hợp giữa austenit ổn định với ferit dạng kim (vitmanstet) hoặc hỗn hợp ferit dạng kim và ferit đa cạnh nhỏ mịn. Bài báo này đề cập đến quan hệ giữa 2 dạng tổ chức này với cơ tính của nó đáp ứng điều kiện làm việc của chi tiết như trục khuỷu của động cơ ôtô.

ABSTRACT

   Austempering Ductile Iron (ADI) has mechanical properties which can change in a wide range. This material combining good castability highstrength and plasticity is recently an exellent material for crankshaft of high loading automobile. There properties of ADI are avaiable due to special heat treatting for Aus-ferrite microstructure: a com- bination between stable Austenite and needle Feritte or between stable Austenite and mix of needle Feritte and polygonal fine Feritte (Widmanstandten) or betwen austenite and mixture of feritte. In this paper the relationship between these two types of microstructure, and its related mechanical properties, according to working conditons of automobile crankshaft will be discussed.

1. Mở đầu

   Gang cầu ADI được nghiên cứu và ứng dụng nhiều ở một số nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Đức, Nhật bản trong lĩnh vực ôtô làm các chi tiết chịu mỏi cao, có hình dạng phức tạp như trục khuỷu, càng treo, bánh răng pha phối khí động cơ [4] [5]… Cơ tính của ADI được quyết định trước hết bởi nền kim loại. Nền của gang cầu thông thường là hỗn hợp peclit và ferit, sau nhiệt luyện nhận được tổ chức mactenxit ram làm tăng khả năng chống mài mòn nhưng kém dẻo dai, đồng thời biến dạng lớn, không thích hợp cho những chi tiết có hình dạng phức tạp, làm việc trong điều kiện chịu va đập. Để cải thiện cơ tính, gang cầu truyền thống thường nhiệt luyện để nhận được tổ chức bainit, tổ chức này là hỗn hợp của ferit kim với cacbít nhỏ mịn có độ dẻo cao, biến dạng nhỏ, nhưng vẫn chưa đáp ứng được cơ tính của các chi tiết làm việc trong điều kiện mài mòn, va đập và chịu tải lớn.

   Việc ra đời của gang cầu ADI, với chế độ xử lý nhiệt đặc biệt đã tạo ra tổ chức hỗn hợp giữa austenit ổn định với ferit dạng kim hoặc tấm đã tạo ra cơ tính tuyệt vời cho loại gang này. Để có tổ chức này, gang cầu ADI phải được hợp kim hoá thêm các nguyên tố tăng tính ổn định các tổ chức tế vi mong muốn. Thông thường loại gang này được hợp kim hoá thêm Ni ((2%), Cu ((0,4%), trong đó Ni được đặc biệt chú ý. Đó là nguyên tố làm tăng tính ổn định của austenit, hoá bền ferit, làm đường cong chữ “C” dịch sang phải, làm giảm tốc độ nguội tới hạn và hạ thấp điểm chuyển biến máctenxit. Các đặc điểm này giúp cho gang ADI khi xử lý nhiệt có thể giữ đẳng nhiệt trong một thời gian dài ở vùng trên nhiệt độ chuyển biến mactenxit, một phần austenit chuyển biến thành ferit và phần austenit còn lại được ổn định. Đồng là nguyên tố làm tăng khả năng graphit hoá, tăng độ chảy loãng, giảm độ co ngót khi đúc, đồng còn làm tăng môđun đàn hồi, giảm tính giòn của cácbit, tăng tính cắt gọt và độ bền, mặc dù hàm lượng của đồng trong gang ADI không lớn. Điều chỉnh chế độ nhiệt luyện để có được tổ chức tế vi aus-ferit với tỷ lệ nhất định của 2 pha, với hình dạng khác nhau của ferit là mục tiêu để có được cơ tính đặc biệt của ADI. Bài báo này đề cập đến chế độ xử lý nhiệt để tạo ra các dạng tổ chức tế vi khác nhau với cơ tính khác nhau của gang cầu ADI.

2. Thực nghiệm

   Các nghiên cứu được thực hiện trên gang cầu sau khi đúc được kiểm tra thành phần hoá học như nêu trong bảng 1(1) [7]. Độ bền phải đạt trên 800MPa, độ dẻo trên 2%, độ cứng từ (190- 230)HB, mức độ cầu hoá phải đạt trên 80%, đường kính cầu (25-60) μm, tổ chức tế vi phải đảm bảo tỷ lệ ferit/peclit thích hợp, không tồn tại cácbit và xementit. Mẫu nghiên cứu tổ chức tế vi và độ cứng có kích thước 20x20x30mm; các mẫu thử kéo, mỏi được chế tạo theo tiêu chuẩn ASTM của Mỹ. Sau đó các mẫu ADI được tôi đẳng nhiệt theo hai chế độ khác nhau (chế độ 1 và 2). Nghiên cứu sự phụ thuộc của tổ chức tế vi của gang cầu ADI vào chế độ nhiệt (nhiệt độ và thời gian giữ đẳng nhiệt) cho phép đánh giá hiệu quả của chế độ đẳng nhiệt đối với cơ tính của ADI .

   Chế độ nhiệt luyện 1: Austenít hoá ở (880- 900) °C, τgiữ = 30 phút, quá nguội trong muối nóng chảy ở 320°C, giữ nhiệt với các thời gian khác nhau, sau đó làm nguội ngoài không khí.

Hình 1

Hình 1. Giản đồ pha của ADI với 1,5% Ni

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
21

Chế tạo vật liệu tổ hợp Cu – Al2O3 bằng phương pháp nghiền trộn hành tinh kết hợp ôxy hóa bên trong

Trong phạm vi bài báo này đề cập đến việc kết hợp phương pháp nghiền trộn và ôxy hóa bên trong để tạo ra các hạt Al2O3 siêu mịn phân bố đồng đều trong nền Cu.

Fabrication of Dispersed Al2O3 – Strengthened Cu Matrix Composites by a Combined Processing of Planetary Ball Milling and Internal Oxidation

TRẦN VĂN DŨNG, LÊ VIỆT DŨNG, NGUYỄN ĐẶNG THỦY, NGÔ KIÊN CƯỜNG
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
HỒ KÝ THANH
Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

TÓM TẮT

   Vật liệu tổ hợp nền Cu cốt hạt phân tán Al2O3 đã được chế tạo thành công bằng phương pháp nghiền trộn hành tinh kết hợp với ôxy hóa bên trong. Kết quả thí nghiệm cho thấy dung dịch rắn α-Cu[Al] đã bị ôxy hóa hoàn toàn tạo ra hỗn hợp CuO và Al2O3. Sau quá trình ép – thiêu kết hỗn hợp Cu, CuO và Al2O3, toàn bộ CuO được hoàn nguyên. Sản phẩm cuối cùng là hệ vật liệu Cu-Al2O3, các hạt Al2O3 có độ mịn cao và phân tán đồng đều trong nền Cu. Vật liệu chế tạo bằng phương pháp này có cơ tính cao hơn Cu nguyên chất, độ dẫn điện có giảm nhưng vẫn đảm bảo tốt đối với vật liệu điện.

ABSTRACT

   Dispersed Al2O3 – strengthened Cu matrix composites applying for electrode materials was successfully pro- duced by a combined processing of planetary ball milling and internal oxidation. The results revealed that Al in the of solid solution α-Cu[Al] were completely oxidized. After recycling process and sintering, the final received prod- uct was Cu-Al2O3 composites. The micro-hardness of the synthesized composites increased with increasing of Al2O33 content, which was the result of dispersion of the fined Al2O3 grain size. Whereas, the electrical conductivi- ty decreased comparing with pure Cu.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

   Việc gia cố và hóa bền Cu bằng các loại cốt hạt gốm phân tán như Al2O3, TiC, TiB2, v.v… [1-4] đã tạo ra các hệ vật liệu tổ hợp mới. Các hệ vật liệu tổ hợp nền Cu này không những vẫn giữ nguyên được các tính chất ưu việt của Cu như độ dẻo dai, độ dẫn điện tốt, mà còn hạn chế được nhược điểm Cu ở nhiệt độ cao thường có độ bền và khả năng chịu mài mòn thấp. Tùy theo thành phần cấu tạo mà các hệ vật liệu tổ hợp Cu – Al2O3 sẽ được ứng dụng để chế tạo bạc lót, sécmăng, hoặc điện cực hàn trong các ngành chế tạo ôtô, xe máy và đóng tàu, hoặc để chế tạo các tiếp điểm, v.v… trong ngành điện.

   Phương pháp ôxy hóa bên trong là phương pháp tiên tiến đang được áp dụng ở một số nước phát triển để chế tạo vật liệu tổ hợp. Ưu điểm của phương pháp ôxy hóa bên trong so với phương pháp nghiền trộn cơ học là có thể tạo ra được bề mặt tiếp xúc hoàn toàn sạch giữa các hạt Al2O3 và Cu, tránh nhiễm bẩn và từ đó có thể cải thiện một số tính chất vật lý (tỷ trọng cao, cơ tính tổng hợp và tính dẫn điện tốt…) của vật liệu tổ hợp Cu – Al2O3.

   Trong phạm vi bài báo này đề cập đến việc kết hợp phương pháp nghiền trộn và ôxy hóa bên trong để tạo ra các hạt Al2O3 siêu mịn phân bố đồng đều trong nền Cu. Hệ vật liệu tổ hợp Cu – Al2O3 này sẽ có vai trò quan trọng trong lĩnh vực vật liệu điện, vật liệu chống ăn mòn.

2. THỰC NGHIỆM

   Nguyên liệu ban đầu bao gồm: Cu dạng khối (độ sạch >99%), bột Cu (độ sạch > 99,97%, cỡ hạt μm) và Al dạng khối (độ sạch > 99,8%).

   Quy trình thực nghiệm được tiến hành như sau:

   1. Chế tạo hợp kim: Nguyên liệu ban đầu bao gồm Cu + 10% Al (theo khối lượng), quá trình nấu luyện được thực hiện trong lò LN-1300 ở nhiệt độ 1300oC. Hợp kim thu được Cu + 5% Al do tổn hao kim loại trong quá trình nấu luyện.

   2.Chế tạo bột: mẫu hợp kim Cu + 5% Al được phay thành phoi, sau đó nghiền thành bột trên máy nghiền hành tinh Pulverisette (LB Đức) với chế độ: tốc độ quay của tang nghiền 300 vg/ph, tỷ lệ bi/bột 10/1, thời gian nghiền 5h, trong môi trường cồn 90o. Bi nghiền và tang nghiền được chế tạo từ thép không gỉ biến cứng. Đường kính bi nghiền 10mm. Kích thước hạt vật liệu đạt μm.

   3. Ôxy hóa bột hợp kim Cu – 5% Al: Quá trình ôxy hóa được thực hiện trong lò điện trở kiểu ống có đối lưu không khí ở nhiệt độ 900oC, thời gian từ 15h đến 25h. Sản phẩm bột sau ôxy hoá theo tính toán bao gồm CuO và Al2O3, trong đó hàm lượng Al2O3 chiếm 7,37%.

   4. Chuẩn bị vật liệu cho quá trình ép- thiêu kết: Phối liệu: để khảo sát giá trị tối ưu của vật liệu tiếp điểm điện, điện cực (độ dẫn điện, cơ tính), cần làm giảm hàm lượng Al2O3 trong vật liệu tổ hợp Cu – Al2O3 tới các mức khảo sát 2,0; 1,0; 0,8; 0,5; 0,2% [1-3] bằng cách phối trộn bổ sung bột Cu nguyên chất với hỗn hợp bột đã ôxy hóa.

   Nghiền trộn [4-6]: hỗn hợp vật liệu Cu + sản phẩm bột sau ôxy hoá (CuO và Al2O3) với các thành phần khác nhau được nghiền trộn cơ học để giảm kích thước hạt và tăng độ đồng đều. Quá trình nghiền trộn cũng được thực hiện trên máy nghiền hành tinh Pulverisette (LB Đức) làm nguội bằng gió với chế độ như sau: tốc độ tang nghiền 300 vg/ph, tỷ lệ bi/bột: 10/1, thời gian nghiền 10h trong cồn 90o. Đường kính bi nghiền 10mm.

   5. Ép – Thiêu kết tạo khối vật liệu tổ hợp Cu – Al2O3: Quá trình ép nguội được thực hiện trên máy ép thủy lực 10T (LB Nga). Khuôn ép hình trụ đường kính 10mm, cao 50mm. Vật liệu chế tạo khuôn ép và chày ép: thép 9XC.

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
21

Quá trình thiêu kết vật liệu compozit nền thép gió cốt hạt nano cácbit titan

Vật liệu compozit cốt TiC nền thép là vật liệu compozit đặc biệt với các tính năng tốt như môđun đàn hồi cao, cứng, bền ăn mòn, bền mài mòn, bền nhiệt, tỷ trọng thấp, dễ gia công…

Synthesis process of high speed steel matrix composite reinforced by nanocarbide titan particles

Bùi Văn Mưu, Trần Quốc Lập, Phạm Ngọc Diệu Quỳnh
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Tóm tắt

   Bài báo trình bày quá trình thiêu kết ở nhiệt độ khác nhau của vật liệu compozit nền thép gió tái chế từ phoi với cốt hạt nanocacbit titan kích thước trung bình 60 nanomet được tạo ra bằng phương pháp nghiền cơ học. Năng lượng tích lũy trong quá trình nghiền và kích thước nano của TiC đã tạo ra điều kiện hình thành cácbit phức từ nhiệt độ thiêu kết thấp. Cơ tính của vật liệu được cải thiện đáng kể nhờ tăng cường liên kết giữa nền cốt của cácbit phức và sự phân tán đồng đều của hạt cácbit trong nền kim loại.

Abstract

   This paper presents sintering process at different temperatures of high speed steel matrix composite reinforced by TiC particles. Nanoparticle TiC (size of about 60nm), mechanical energy induced by milling and refinement of steel particles formed during mechanical milling favorated a carbide complex type (MexTi1-x)C at low sintering tem- peratures. Such carbide microstructure could slower particles growing, enhaned matrix – reinfocement interaction, thus improve mechanical property of composite.

1. MỞ ĐẦU

   Vật liệu compozit cốt TiC nền thép là vật liệu compozit đặc biệt với các tính năng tốt như môđun đàn hồi cao, cứng, bền ăn mòn, bền mài mòn, bền nhiệt, tỷ trọng thấp, dễ gia công… Vật liệu được sử dụng rộng rãi làm các nhóm chi tiết, dụng cụ khác nhau: bánh răng, gá đỡ, dụng cụ cắt, dụng cụ tạo hình, giá chịu áp lực làm việc ở nhiệt độ cao, máy bơm nhiên liệu… với chi phí sản xuất vật liệu thấp hơn so với các hợp kim cứng cùng chức năng. Xu hướng chính trong nghiên cứu ứng dụng của vật liệu compozit TiC nền thép hiện nay và trong tương lai là tăng độ cứng để chống mài mòn nhờ các chất kết dính mới, tăng độ mịn của các hạt cácbit và tối ưu hoá chế độ thiêu kết [1].

   Tính chất của vật liệu compozit cốt TiC nền thép phụ thuộc rất nhiều vào tỷ lệ thể tích cốt, sự phân bố cốt trong nền và công nghệ sản xuất vật liệu. Các phương pháp đúc hoà tan TiC trong kim loại lỏng và phương pháp in-situ có thể tạo được vật liệu compozit có cơ tính cao do tạo được liên kết bền vững giữa nền và cốt nhưng rất khó khống chế thành phần và đồng đều cấu trúc thành phẩm. Hợp kim hóa cơ học là phương pháp ưu việt để sản xuất loại vật liệu này [2]. Pha nano cácbit phân tán trong nền bột siêu mịn tạo thành trong quá trình nghiền giúp đồng đều hóa thành phần, làm cho vật liệu có cơ tính vượt trội hơn nhiều so với các com- pozit cùng loại nhưng kích thước hạt to hơn. Chỉ một lượng nhỏ cácbit titan đã làm thay đổi đáng kể cơ tính của vật liệu [3].Trở ngại lớn của phương pháp là kích thước nhỏ gây nên hoạt tính bề mặt hạt dẫn tới sự lớn lên của hạt, xu thế kết dính và sự nhiễm bẩn bột trong quá trình sản xuất, đặc biệt trong quá trình tạo bột và thiêu kết [4].

2.THỰC NGHIỆM

2.1. Nguyên vật liệu

   Bột nhận từ phoi thép gió phế được nghiền, sàng có kích thước dTB = 60μm có thành phần hoá học như ở bảng 1.

C 0,800 Mn 0,285
Si 0,240 Ni 0,116
S 0,004 Cr 4,149
P 0,028 Mo 4,410
V 1,753 W 5,843

 Bảng 1. Thành phần hóa học bột thép gió

   Bột TiC được chế tạo bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học bột TiO2 và muội than kết hợp nung tạo cácbit [5] có hình dạng và kích thước trung bình 60 nm (hình 1, 2 ).

Hình 1

Hình 1. Phổ nhiếu xạ tia X mẫu bột TiC

Hình 2

Hình 2. ảnh chụp SEM mẫu bột TiC

2.2. Quy trình thực nghiệm

   Hỗn hợp bột compozit thép gió và TiC (5-10%) được trộn với 5% chất kết dính rồi đưa vào máy nghiền thể tích 550 cm3, tỷ lệ bi/bột = 10/1, thời gian nghiền tối đa đến 100 giờ trong môi trường cồn và Hecxan, vận tốc nghiền 300 vòng/phút. Hỗn hợp sau nghiền được ép trong khuôn hình trụ thành mẫu có kích thước (15 x 10 mm, lực ép 4,5 tấn/cm2 rồi đưa vào lò thiêu kết. Quá trình thiêu kết từng bậc trong môi trường hoàn nguyên bằng khí H2 và cacbon (khí CO) với nhiệt độ thiêu kết trong khoảng từ (1200 – 1350) °C, tốc độ nâng nhiệt 400/phút, làm nguội trong dầu.

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
21

Ảnh hưởng của TiO2 tới khả năng hạ thấp nhiệt độ thiêu kết gốm α-Al2O3

Trong bài viết này chúng tôi sẽ đưa ra một số kết quả thu được khi nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia TiO2 tới khả năng thiêu kết gốm oxit nhôm ở dưới 1600°C.

The effect of SiO2 on lowering sintering temperature of α-Al2O3 ceramic

VŨ LÊ HOÀNG, TRẦN THẾ PHƯƠNG
Viện Công nghệ – Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng

TÓM TẮT

   Một số nghiên cứu về ảnh hưởng của phụ gia TiO2 tới khả năng hạ thấp nhiệt độ thiêu kết của gốm α-Al2O3 được đề cập trong bài báo này. Các thí nghiệm đã được tiến hành với các mẫu gốm hệ Al2O3 – CaO – SiO2 – MgO có hàm lượng α-Al2O3 98 – 99%, phụ gia TiO2 được đưa vào với hàm lượng 1% để thúc đẩy quá trình thiêu kết gốm. Kết quả cho thấy khả năng kết khối tốt của gốm α-Al2O3 với phụ gia TiO2 khi thiêu kết ở nhiệt độ thấp hơn 1600°C.

ABSTRACT

   Study about the effect of additive TiO2 on ability of lowering α-Al2O3 ceramic’s sintering temperature is reviewed in this paper. The experiments were performed for ceramic samples based on Al2O3 – CaO – SiO2 – MgO system with an α-Al2O3 content of 98 – 99 %, TiO2 with content of 1% was added to promote sintering ability. The results showed that the good consolidation of α-Al2O3 ceramic with TiO2 as sintered at temperature lower than 1600°C.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

   Oxit nhôm là một trong các loại vật liệu gốm tiên tiến được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi nhất trong vòng 40 năm gần đây. Nguồn nguyên liệu tương đối phong phú và rẻ tiền là lợi thế lớn cho các ứng dụng thương mại, mặt khác khả năng làm sạch cao đối với vật liệu này làm cho nó trở nên rất hấp dẫn trong các nghiên cứu về công nghệ vật liệu. Gốm oxit nhôm nổi trội cùng các vật liệu gốm tiên tiến khác về tính ổn định ở nhiệt độ cao và khả năng giữ độ bền ở nhiệt độ cao. Ngoài những ứng dụng trong lĩnh vực công nghệ cơ khí, chế tạo máy, kéo chuốt dây kim loại và dụng cụ cắt gọt kim loại hay trong công nghiệp điện, điện tử thì gần đây gốm oxit nhôm ngày càng được nghiên cứu và sử dụng nhiều trong các ứng dụng chống đạn bảo vệ con người. Để đáp ứng tốt các yêu cầu sử dụng trong công nghiệp vật liệu gốm cần phải có các đặc tính như:

i) Khối lượng riêng thấp nhưng phải đạt trạng thái kết khối tốt, độ xốp và độ hấp thụ nước rất thấp;
ii) Độ cứng cao (≥ 1000 Hv), modul Young tương đối cao (> 325 GPa);
iii) Độ dai phá hủy KIC không quá thấp (≥ 3,0 MPa.m1/2) và độ bền uốn ≥ 200 MPa.

   Các tính chất này có liên quan chặt chẽ tới công nghệ thiêu kết gốm oxit nhôm, mà một trong những yếu tố có ảnh hưởng đáng kể tới quá trình thiêu kết là các chất phụ gia đưa vào. Các chất phụ gia đưa vào gốm Al2O3 trong quá trình thiêu kết có thể tạo thành các pha liên kết giữa các hạt oxit nhôm, pha hạn chế sự nở hạt, pha tăng bền ngăn chặn sự phát triển của vết nứt tế vi hoặc tạo thành các hợp chất cùng tinh có tác dụng hạ thấp nhiệt độ thiêu kết.

   Gốm oxit nhôm nói chung đều có nhiệt độ thiêu kết khá cao (>1600°C). Điều này gây không ít khó khăn khi tiến hành sản xuất công nghiệp ở Việt Nam. Hơn nữa xu thế công nghệ hiện nay đều nhằm hạ thấp nhiệt độ thiêu kết của gốm Al2O3 như dùng vật liệu kích thước nano hay các phụ gia. Trong các chất phụ gia dùng cho mục đích này, MgO sẽ làm tăng mức độ kết khối, làm giảm rõ rệt khả năng tái kết tinh của Al2O3 tạo ra tổ chức hạt mịn, nhưng không hạ thấp nhiệt độ thiêu kết [1]. Các phụ gia khác có khả năng xúc tiến kết khối và tăng độ lớn của tinh thể ở nhiệt độ thấp là TiO2, MnO, GeO, Cu2O…, trong đó mạnh nhất là TiO2 do chúng tạo dung dịch rắn với Al2O3 và làm biến dạng tinh thể Al2O3 nên chỉ với 1% TiO2 sản phẩm có thể bắt đầu kết khối ở 1300°C [2]. Cũng với 1% TiO2 thêm vào sẽ hạ nhiệt độ thiêu kết corundum (α-Al2O3) xuống 1500 – 1550°C và sản phẩm thiêu kết đạt mật độ 95 – 96% [1]. Như vậy, TiO2 không cải thiện cơ tính cho vật liệu nhưng lại có khả năng làm tăng mức độ kết khối và hạ thấp nhiệt độ thiêu kết của gốm Al2O3. Hiện nay chưa có lý thuyết cơ bản về cơ chế tác động của TiO2 tới khả năng thiêu kết gốm Al2O3 mà chỉ có một số giả thiết được đưa ra [1], [2].

   Chính vì vậy mà những nghiên cứu về ảnh hưởng của các chất phụ gia nói trên đối với công nghệ chế tạo và khả năng cải thiện cơ lý tính của vật liệu gốm nền oxit nhôm đã được tiến hành tại phòng thí nghiệm công nghệ vật liệu của Viện Công nghệ. Trong bài viết này chúng tôi sẽ đưa ra một số kết quả thu được khi nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia TiO2 tới khả năng thiêu kết gốm oxit nhôm ở dưới 1600°C.

2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

   Để tiến hành nghiên cứu, đã sử dụng bột ôxit nhôm α-Al2O3 mác B2M 07D của hãng Keifeng Special Refractories với các thông số: dạng thù hình α (corundum), độ sạch Al2O3 = 99,47%, kích thước hạt trung bình 0,7 μm. Hỗn hợp bột gồm Al2O3, các phụ gia SiO2, MgO, CaO và TiO2 với các phương án thành phần như trong bảng 1. Bột được nghiền trộn trong máy li tâm hành tinh trong 6h với tỉ lệ bi/bột là 2/1. Sau đó bột được tẩm chất kết dính PVA rồi ép thành các mẫu dưới áp suất 1T/cm2, rồi được thiêu kết ở các nhiệt độ 1550, 1600°C trong vòng 2h.

Loại Al2O3, % HH2 (SiO2+CaO+MgO), % TiO2, % Tthiêu kết, oC τthiêu kết, h
II a 99,0 1,0 0 1550 2,0
II b 98,0 1,0 1,0 1550 2,0
A14 99,0 1,0 0 1600 2,0

 Bảng 1: Thành phần các mẫu và chế độ thiêu kết.

   Các mẫu gốm sau khi chế tạo đã được kiểm tra độ cứng Vicker Hv10 theo tiêu chuẩn ASTM C1327 – 03, độ bền uốn được đo bằng phương pháp 4 điểm theo tiêu chuẩn ASTM C1161 – 02c. Độ hấp thụ nước, mật độ khối, khối lượng riêng và độ xốp của các mẫu được xác định theo tiêu chuẩn ASTM C373 – 88 (Reapproved 1999).

Pages: Page 1, Page 2
19

Nghiên cứu ứng dụng hợp kim cơ sở chì hệ Pb-Na-Ca thay thế E-2 làm lót trụ cho đầu máy xe lửa

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

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

Pages: Page 1, Page 2
19

Nghiên cứu hành vi tái ôxy hóa thép lỏng

Bài báo trình bày một số kết quả nghiên cứu hành vi tái ôxy hóa thép lỏng. Thí nghiệm xác định mức độ cháy hao các nguyên tố khi thép lỏng tiếp xúc với môi trường không khí đã được tiến hành trong lò điện cảm ứng trung tần dung tích 10 kg tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.

Study on reoxidation behavior of liquid steel

Bùi Anh Hòa, Nguyễn Sơn Lâm
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Tóm tắt

   Các kết quả về sự cháy hao các nguyên tố (C, Si, Mn, Al), phân bố tạp chất phi kim cho thấy ảnh hưởng của vấn đề tái ôxy hóa thép lỏng đến chất lượng thép là không thể bỏ qua và cần phải được nghiên cứu một cách hệ thống.

Abstract

   In this paper the reoxidation behavior of liquid steel is presented. In order to determine loss of the elements (C, Si, Mn, Al) due to reoxidation, experiments of exposing liquid steel in the atmosphere have been conducted using a medium-frequency induction furnace with 10 kg capacity at the Hanoi University of Technology (HUT). Reduction of alloying element content and non-metallic inclusions distribution showed that the influence of liquid steel reoxi- dation on the steel quality is significant and must be investigated systematically.

1. Đặt vấn đề

   Thực tế và lý thuyết đã chứng minh rằng độ sạch của thép càng cao thì tính năng và cơ tính của thép càng tốt, tuổi thọ sử dụng càng cao, mang lại hiệu quả kinh tế cao [1,2]. Để sản xuất thép sạch, trước hết phải biết các yêu cầu về tính năng của thép cần sử dụng, sau đó là xá định các khiếm khuyết trong quá trình sản xuất; như vậy mới có thể khống chế chúng trong từng khâu của quá trình sản xuất. Khi hội nhập toàn cầu hóa, chúng ta không thể không nghiên cứu công nghệ sản xuất thép sạch để, nâng cao dần chất lượng thép hiện đang sản xuất ở các nhà máy trong nước. Rõ ràng, việc sản xuất thép có chất lượng cao là mục tiêu phấn đấu của các cơ sở sản xuất trong nước, để đáp ứng nhu cầu thị trường, do đó đã đến lúc phải quan tâm tới vấn đề chống tái ôxy hóa thép lỏng. Chất lượng thép hiện nay không thể nâng cao, mặc dù chúng đã được tinh luyện (trong lò hoặc ngoài lò) và làm sạch, vì các tạp chất mới hình thành phần lớn vẫn nằm lại trong sản phẩm thép [3,4]. Chỉ có quan tâm tới toàn bộ quá trình sản xuất thép mới nâng cao được chất lượng thép và hiệu quả kinh tế trong sản xuất.

   Tái ôxy hóa (hay còn gọi là ôxy hóa lần hai) được định nghĩa là sự tăng tổng hàm lượng ôxy trong thép lỏng do phản ứng của sắt (Fe) và các nguyên tố hợp kim khác (Mn, Si, Al, …) với ôxy trong không khí hoặc với các ôxyt từ xỉ hoặc từ các chất khác bị dòng thép cuốn vào. Tái ôxy hóa không những làm giảm chất lượng của phôi thép mà còn làm cháy hao các nguyên tố hợp kim trong thép, đặc biệt là các nguyên tố hợp kim vi lượng (V, Ti, B, …) có giá thành cao và có ái lực hóa học mạnh với ôxy. Việc cháy hao các nguyên tố hợp kim làm giảm các tính chất của thép, đồng thời làm giảm hiệu suất thu hồi các nguyên tố hợp kim này. Ngoài ra, hiện tượng tái ôxy thép lỏng còn là nguyên nhân chủ yếu gây nên tắc miệng rót thùng trung gian trong quá trình đúc liên tục [5].

   Bài báo này đề cập đến một trong những nguyên nhân gây ra tái ôxy hóa, đó là khi bề mặt thép lỏng tiếp xúc trực tiếp với không khí. Các kết quả thí nghiệm được phân tích và đánh giá nhằm làm sáng tỏ nội dung trên.

2. Thực nghiệm

   Các thí nghiệm được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Công nghệ luyện kim, Bộ môn Kỹ thuật gang thép, nhằm nghiên cứu sự giảm hàm lượng các nguyên tố có ái lực hóa học với ôxy khi có sự tiếp xúc giữa bề mặt thép lỏng và không khí xung quanh, tức là sự cháy hao các nguyên tố do hiện tượng tái ôxy hóa thép lỏng. Các số liệu được phân tích và kiểm tra trên các thiết bị của trường Đại học Bách khoa Hà Nội và một số đơn vị khác. Lò điện cảm ứng trung tần dung tích 10 kg được sử dụng để nấu luyện thép, các mẫu thép được lấy theo từng điều kiện nghiên cứu cụ thể, và sau đó được phân tích thành phần hóa học. Một số mẫu thép trước và sau khi bị tái ôxy hóa được kiểm tra bằng kính hiển vi quang học sự khác nhau về hình thái và sự phân bố của tạp chất. Quy trình thí nghiệm được tiến hành theo sơ đồ trong hình 1.

Hình A

Hình 1. Sơ đồ quy trình thí nghiệm

3. Kết quả và thảo luận

3.1. Mức độ cháy hao các nguyên tố khi thép lỏng tiếp xúc với không khí

   Sau khi nấu chảy thép phế (loại có C trung bình và thấp) trong lò điện cảm ứng trung tần dung tích 10 kg, tiến hành khử ôxy bằng Al, vớt sạch xỉ che phủ trên bề mặt thép lỏng trong lò, rồi lấy mẫu lần thứ nhất. Duy trì công suất điện rất nhỏ, giữ thép lỏng tiếp xúc với không khí trên bề mặt ở nhiệt độ 1600°C, lấy mẫu định kỳ theo thời gian. Nhiệt độ thép lỏng được xác định bằng hỏa quang kế kỹ thuật số do Trung Quốc sản xuất. Thành phần hóa học của các mẫu thép được phân tích trên máy quang phổ phát xạ. Kết quả sự giảm hàm lượng C theo thời gian bề mặt thép lỏng tiếp xúc với không khí xung quanh được nêu trong bảng 1 và biểu diễn trong hình 2.

Hình 2

Hình 2. Sự giảm hàm lượng C theo thời gian thép lỏng tiếp xúc với không khí.

Mẫu TN Thời gian (phút)
0 5 10 15 20
N-1
N-2
N-3		 0,301
0,098
0,077		 0,203
0,055
0,040		 0,098
0,045
0,038		 0,053
0,020
0,015		 0,010
0,001
0,005

Bảng 1. Hàm lượng C(%) giảm theo thời gian thép lỏng tiếp xúc với không khí

Pages: Page 1, Page 2, Page 3