JOURNAL OF SCIENCE AND TECHNOLOGY OF METALS
VIETNAM FOUNDRY AND METALLURGY SCIENCE AND TECHNOLOGY ASSOCIATION
Bài báo này trình bày nghiên cứu sử dụng phương pháp nghiền năng lượng cao tác động đến cơ chế tổng hợp TiC nhằm giảm nhiệt độ tổng hợp và giảm giá thành TiC.
Continue reading Cơ chế phản ứng nhiệt cacbon của TiO2 khi sử dụng nghiền năng lượng cao
Công trình nghiên cứu này với mục đích khảo sát ảnh hưởng của cốt hạt TiC tới một số tính chất cơ học của vật liệu compozit nền đồng cốt hạt TiC như: độ bền nén, độ cứng, độ mài mòn. Continue reading Ảnh hưởng của hàm lượng TiC tới cơ tính của vật liệu compozit Cu – TiC
Trong những năm gần đây, một số công trình nghiên cứu đã sử dụng phương pháp nghiền năng lượng cao để tổng hợp TiC từ hỗn hợp TiO2 và muội than [5,6]. Tuy nhiên, các công bố đó mới nêu ra vấn đề, hoặc đưa ra những số liệu biểu kiến, mà chưa đề cập đến cơ chế cũng như những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp TiC khi nghiền năng lượng cao. Continue reading Ảnh hưởng của năng lượng cơ học đến nhiệt độ tổng hợp TiC từ TiO2 và muội than
Những kết quả nghiên cứu thu được sẽ mở ra triển vọng về khả năng chế tạo trong nước vật liệu gốm tiên tiến nền ôxit nhôm sử dụng trong các lĩnh vực đặc biệt như làm vật liệu chống đạn.
The effect of oxyde titania content on alumina ceramic’s properties
Vũ Lê Hoàng1, Trần Quốc Lập2, Trần Thế Phương1, Tạ Văn Khoa1
1) Viện Công nghệ, Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng 2) Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
TÓM TẮT
Những nghiên cứu về ảnh hưởng của hàm lượng TiO2 tới một số tính chất của gốm 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 từ 96 đến 98%, TiO2 được đưa vào với hàm lượng từ 1 đến 3% với vai trò phụ gia hạ thấp nhiệt độ thiêu kết. Kết quả cho thấy có thể hạ thấp nhiệt độ thiêu kết xuống 1500, 1550°C đối với gốm Al2O3 có (1 – 2)% TiO2 mà vẫn đảm bảo cơ tính theo yêu cầu sử dụng.
ABSTRACT
The effect of TiO2 content on Al2O3 ceramic properties is reviewed in this paper. The experiments were per- formed for ceramic samples based on Al2O3-CaO-SiO2-MgO system with α-Al2O3 content of 96 to 98% and TiO2 content of 1 to 3% added to lower sintering temperature. The results showed that Al2O3 ceramics with 1 to 2% TiO2 may be sintered at 1500 and 1550°C, but its mechanical properties satisfied application requirements.
1. Đặt vấn đề
Trong một công bố trước đây, chúng tôi đã đề cập đến khả năng hạ thấp nhiệt độ thiêu kết của gốm Al2O3 xuống dưới 1600°C khi dùng phụ gia TiO2 [1]. Gốm Al2O3 và 1% phụ gia TiO2 sau khi thiêu kết ở 1550°C có các thông số về mật độ, độ xốp, độ hấp thụ nước vượt trội so với gốm không có TiO2 thiêu kết ở cùng nhiệt độ. Đó có thể là sự kết hợp của cả việc tạo dung dịch rắn của TiO2 với Al2O3 làm tăng hệ số khuếch tán lẫn việc TiO2 làm biến dạng mạng, tăng độ lớn tinh thể Al2O3 và độ linh động của chúng khi nung [2, 3].
Để mở rộng phạm vi ứng dụng của phụ gia TiO2 đối với gốm tiên tiến cơ sở Al2O3, cần nghiên cứu tìm hiểu những tương tác giữa Al2O3 và TiO2 tại nhiệt độ gần với nhiệt độ thiêu kết và những ảnh hưởng của hàm lượng TiO2 tới một số tính chất cơ- lý của vật liệu. Những kết quả nghiên cứu thu được sẽ mở ra triển vọng về khả năng chế tạo trong nước vật liệu gốm tiên tiến nền ôxit nhôm sử dụng trong các lĩnh vực đặc biệt như làm vật liệu chống đạn.
2. Thực Nghiệm
Nguyên liệu được sử dụng để nghiên cứu là bột ôxit nhôm α-Al2O3 mác B2M-07D của hãng Keifeng Special Refractories với các thông số: dạng thù hình α(corudum), độ sạch: 99,43% Al2O3, kích thước hạt trung bình 0,74 μm, tỷ trọng 3,94 g/cm3. Hỗn hợp bột gồm Al2O3, các phụ gia SiO2, MgO, CaO và TiO2 với các phương án thành phần như trong bảng 1.
Bảng 1. Thành phần phối liệu
Bột được nghiền trộn trong máy li tâm hành tinh trong 4h với tỉ lệ bi/bột là 2/1. Sau đó bột được tẩm chất kết dính PVA, ép thành các mẫu dưới áp suất 1T/cm2, thiêu kết ở các nhiệt độ 1500 và 1550°C trong vòng 1h.
Các mẫu gốm sau khi chế tạo đã được kiểm tra độ cứng Vickers Hv10 theo tiêu chuẩn ASTM C 1327 – 03, độ bền uốn được đo bằng phương pháp 4 điểm theo tiêu chuẩn ASTM C 1161 – 02c, độ dai phá hủy KIC được xác định theo phương pháp vết đâm Vickers. Độ hấp thụ nước, mật độ khối, khối lượng riêng và độ xốp của các mẫu được xác định theo tiêu chuẩn ASTM C 373 – 88 (Reapproved 1999).
3. Kết Quả và Thảo Luận
3.1. Khối lượng riêng, mật độ khối, độ xốp và độ hấp thụ nước
Khả năng kết khối của gốm Al2O3 khi thiêu kết thể hiện qua các thông số lý tính như: khối lượng riêng, mật độ khối, độ xốp và độ hấp thụ nước. Từ các kết quả đo được đưa ra trong bảng 2, có thể thấy ở 1550°C, các mẫu AT1 kết khối tốt nhất với khối lượng riêng và mật độ khối cao nhất.
Bảng 2. Khối lượng riêng, mật độ khối, độ xốp và độ hấp thụ nước của các mẫu gốm Al2O3 với phụ gia TiO2.
Các giá trị này giảm dần khi tăng hàm lượng TiO2. Cùng với sự giảm dần mật độ là sự tăng độ xốp và độ hấp thụ nước, thấp nhất là AT1 đến AT2 tăng nhẹ, từ AT2 đến AT3 các giá trị này gần như không thay đổi. Khi hạ nhiệt độ thiêu kết xuống 1500°C, các giá trị này có sự thay đổi khác biệt theo hàm lượng TiO2. Lúc này các mẫu kết khối tốt nhất là AT2 với khối lượng riêng và mật độ khối cao nhất, độ xốp và độ hấp thụ nước thấp nhất, còn các mẫu kết khối kém nhất lại là AT1.
Mật độ tương đối γ của các mẫu cũng biến thiên theo khối lượng riêng và mật độ khối. ở nhiệt độ thiêu kết 1550°C các mẫu AT1 (1% TiO2) có γ cao nhất, còn ở nhiệt độ 1500°C các mẫu AT2 (2% TiO2) có γ cực đại. Nói chung, các mẫu thiêu kết đều đạt mật độ tương đối trên 0,955 (95,5%) và các mẫu có 1% TiO2 đạt γ cao nhất là 0,9743 khi thiêu kết ở 1550°C. Khi thiêu kết ở 1550°C các mẫu có mật độ tương đối cao hơn khi thiêu kết ở 1500°C. Mối quan hệ giữa các tính chất trên của gốm với hàm lượng phụ gia TiO2 ở các nhiệt độ thiêu kết được thể hiện trên hình 2.
Hình 2. Mối quan hệ giữa khối lượng riêng, mật độ khối, độ xốp, độ hấp thụ nước và mật độ tương đối của gốm với hàm lượng TiO2
Bài báo trình bày một số kết quả nghiên cứu động học quá trình thiêu kết vật liệu compozit cốt nano TiC nền thép gió bằng phương pháp dãn nở nhiệt.
Kinetic characteristics of sintering process of high speed steel matrix composite reinforced by titanium carbide nanoparticles
Bùi Văn Mưu, Trần Quốc Lập, Phạm Ngọc Diệu Quỳnh
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Tóm tắt
Việc đưa thêm bột nano TiC vào làm giảm tính thiêu kết của bột thép gió cụ thể là sự tăng nhiệt độ bắt đầu co ngót, tăng năng lượng hoạt hóa, giảm độ co ngót và tốc độ co ngót. Nano TiC mở rộng cửa số thiêu kết của thép gió nhưng không ảnh hưởng đáng kể nhiệt độ chảy lỏng biên hạt, Sự phân bố đồng đều của cột hạt TiC trong nền thép tạo thành lưới cacbit bao quanh biên hạt làm giảm độ xốp và tăng cường cơ tính của sản phẩm.
Abstract
The article presents some research results of the sintering process of high speed steel composite reinforced by TiC nano particles using thermal diltometry. The addition of nano TiC lowers sinterability of high speed steel pow- der, showing increase of sintering onset temperature, rising activation energy of sintering, reducing shrinkage and shrinkage rate. Nano TiC extends sintering window of high speed steel, but does not affect solidus temperature of coposite when liquid phase appeared at boundary of particles. It resulted in better bonding of TiC particles into steel matrix, reduced material porousity and enhanced mechanical properties of the products.
1. MỞ ĐẦU
Thiêu kết là quá trình quan trọng có vai trò quyết định đến hình dạng, kích thước và tính chất của sản phẩm chế tạo bằng phương pháp luyện kim bột. Trong quá trình thiêu kết mẫu bị co ngót và hóa bền do các cơ chế chuyển chất trong vật liệu như khuếch tán bề mặt, khuếch tán thể tích, chảy lỏng và chảy nhớt… Nghiên cứu các thông số động học giúp hiểu được cơ chế quá trình thiêu kết, cho phép đánh giá và định hướng phương thức thiêu kết để đẩy mạnh quá trình co ngót, hạ thấp nhiệt độ thiêu kết hay tăng cường kiểm soát cấu trúc trong quá trình thiêu kết. Đã có nhiều nghiên cứu đề xuất ra cơ chế phù hợp với quá trình thiêu kết dựa trên thực nghiệm hay các mô hình thiêu kết [1-5], tuy nhiên vẫn có nhiều điều còn chưa rõ ràng đối với hệ vật liệu siêu mịn và vật liệu nano, đặc biệt với hệ thép gió – TiC.
Phương trình động học quá trình co ngót của Kingery được viết dưới dạng sau [6,7]: với y=ΔL/L0 – độ co ngót của vật, t- thời gian, r- tốc độ co ngót, Q-năng lượng hoạt hóa quá trình thiêu kết, R-hằng số khí, A0 -hằng số, T-nhiệt độ thiêu kết. Q được xác định theo độ nghiêng đường thẳng biểu diễn mối quan hệ “lnr – (1/T).
2. THỰC NGHIỆM
2.1. Nguyên vật liệu
Bột TiC hình cầu, đường kính trung bình dTB=59 nm có hình dạng và thành phần các nguyên tố gồm Ti-76,81%, C-18,74%, Si-1,4%, Fe-1,43% (hình 1 và 2).
Hình 1. ảnh SEM nano TiC
Hình 2. Phổ EDX bột nano Ti
Hình 3. ảnh SEM bột thép gió
Hình 4. Đường cong DTA bột thép gió
Bột thép gió nhận được bằng phương pháp nghiền cơ học, kích thước trung bình của hạt bột dTB = 1,07μm, phân bổ kích thước hạt với 2 đỉnh D75=0,360μm, D90=2,68 μm, nhiệt độ nóng chảy T=1370°C (hình 3, 4), có thành phần hoá học nêu ở bảng 1.
| C | 1,25 | Fe | 76,49 |
| O | 6,49 | Cr | 3,93 |
| Co | 0,28 | Mo | 3,8 |
| V | 1,66 | W | 5,98 |
2.2. Chế tạo mẫu compozit
Hỗn hợp bột thép gió được trộn với (3-9)% TiC trong máy nghiền hành tinh, thời gian nghiền 2 giờ, tốc độ trộn 200 vòng/phút, tỷ lệ bi/bột là 10/1. Hỗn hợp sau nghiền được ép trong khuôn hình khối có kích thước (25x5x5) mm, lực ép 500 MPa được thiêu kết trong môi trường argon của dãn nở kế. Tốc độ nâng nhiệt 150o/phút. Nhiệt độ tối đa 1300°C.
2.3. Phương pháp và thiết bị nghiên cứu
Thiết bị đo độ co ngót trong quá trình thiêu kết được sử dụng để nghiên cứu là dãn nở kế NETZSCH DIL 402 PC. Nghiên cứu cấu trúc bằng nhiễu xạ kế Rơnghen SIEMENS D5000 và kính hiển vi điện tử quét FE-SEM HITACHI –S 4800 với độ phân giải cao.
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. Phổ nhiếu xạ tia X mẫu bột TiC
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.
Bài báo trình bày ảnh hưởng của năng lượng cơ học đến hiệu quả thiêu kết của bột kim loại Fe, Ag, Cu, Al- 4%Cu-4%Mg.
Influence of mechanical energy on sintering of metal powders
Trần Quốc Lập
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
TÓM TẮT
Năng lượng cơ học làm tăng nội năng của hệ bột nghiền, trong đó nội năng tăng chủ yếu nhờ phần năng lượng đàn hồi hơn là phần năng lượng bề mặt. Sự tăng năng lượng tự do của bột kim loại làm nhiệt độ thiêu kết của nó giảm xuống.
ABSTRACT
The paper presents some results of effect of mechanical energy on sintering of metal powders Fe, Ag, Cu, Al- 4%Cu-4%Mg. The mechanical energy increases internal energy, but this increasing is caused mainly by elastic component rather than by surface one. The increasing free energy leads also to lower sintering temperature.
1. Đặt vấn đề
Năng lượng cơ học tác dụng lên bột khi nghiền gây ra sự thay đổi nội năng ΔG của bột [1]. Sự thay đổi đó được thể hiện ở biểu thức sau:
ΔG = ΔGbề mặt + ΔGsai lệch mạng (1)
Trong đó:
ΔG: Sự thay đổi nội năng của hạt bột,
ΔGbề mặt: Sự thay đổi nội năng do sự biến đổi bề mặt của hạt bột,
ΔGsai lệch mạng: Sự thay đổi nội năng do sự biến đổi các khuyết tật mạng.
Để xem xét tác nhân nào ảnh hưởng lớn đến sự thay đổi động học quá trình thiêu kết của bột, cần tách riêng ảnh hưởng của từng số hạng cho trong biểu thức (1).
Các khuyết tật mạng có thể bị huỷ bằng công nghệ ủ hồi phục bột. ở nhiệt độ này, chỉ có ứng suất dư (đàn hồi) bị khử bỏ mà không có sự lớn lên của hạt bột. Như vậy có thể tách rời tác động của xô lệch mạng với ảnh hưởng của kích thước hạt đến độ co khi thiêu kết và qua đó đánh giá gián tiếp ảnh hưởng của xô lệch mạng.
2. Thực nghiệm
Các nguyên liệu ban đầu là bột Fe, bột Ag, bột Cu và bột Al-4%Cu-4%Mg; kích thước bột < 0,16 mm, được nghiền trong máy nghiền hành tinh với thời gian nghiền khác nhau. Nhiệt độ ủ được chọn như sau:
Tủ < Tktl (2)
Theo công thức trên, nhiệt độ ủ của từng loại vật liệu là:
| Bột Fe | Tủ < 600°C |
| Bột Ag | Tủ < 450°C |
| Bột Cu | Tủ < 500°C |
| Bột Al-4%Cu-4%Mg | Tủ < 300°C |
Với thời gian ủ ngắn, đã không quan sát thấy sự lớn lên của kích thước hạt bột trên. Từ bột nghiền chưa ủ và bột nghiền đã ủ, tiến hành ép và thiêu kết theo quy trình truyền thống [2,3]. Cụ thể như sau: các mẫu Ag (1 g) và Cu, Fe, Al-4%Cu-4%Mg (2 g) được ép với Pép = 1 và 2 T/cm2, thiêu kết 30 phút trong môi trường khí nitơ, lần lượt ở nhiệt độ Ttk = 900, 1000, 1050 và 650°C tương ứng.
Công trình nghiên cứu này nhằm đưa ra công nghệ hợp kim hoá nền Fe bằng bột Cu để ứng dụng vào việc chế tạo chi tiết phục vụ cho các thiết bị gia công cơ khí, máy nâng chuyển, thiết bị ngành giao thông vận tải….
Fabrication of alloying Cu – Fe matrix for sintered structural materials
Trần Quốc Lập, Phạm Thảo
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Vũ Lai Hoàng
Trường ĐH KTCN Thái Nguyên
TÓM TẮT
Bài báo mô tả quy trình công nghệ chế tạo nền Fe – Cu theo phương pháp luyện kim bột. Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần, lực ép và nhiệt độ thiêu kết đến độ xốp của sản phẩm nền.
ABSTRACT
This paper presents alloying process of Cu – Fe matrix by powder metallurgy technology. The effect of compo- sition, pressure and sintering temperature on porosity of materials are reported.
1. Đặt vấn đề
Tính chất cơ bản của sản phẩm hợp kim hoá bột Fe bằng bột Cu là độ xốp và thành phần của hợp kim. Các tính chất này có thể thay đổi khi điều chỉnh công nghệ chế tạo. Tuỳ theo độ xốp của sản phẩm nhận được mà phạm vi ứng dụng có khác nhau: khi độ xốp nhỏ hơn 60% ứng dụng để chế tạo phin lọc; khi độ xốp nhỏ hơn 30% ứng dụng chế tạo bạc tự bôi trơn; khi nhỏ hơn 20% ứng dụng chế tạo các chi tiết có độ bền chịu tải trọng tĩnh, vật liệu bôi trơn và vật liệu ma sát; khi nhỏ hơn 15% ứng dụng chế tạo các chi tiết có độ bền và độ chính xác cao; khi nhỏ hơn 5% ứng dụng chế tạo vật liệu kết cấu và các chi tiết có độ bền, độ chính xác cao…[1-5]. Ngoài ra, hợp kim hoá bột Fe bằng bột Cu cho phép chống sự ăn mòn của khí quyển.
Ở các nước công nghiệp phát triển, phạm vi ứng dụng của các chi tiết luyện kim bột có khác nhau. Nước có phương tiện giao thông phát triển mạnh thì 50% chi tiết được sản xuất theo phương pháp luyện kim bột [6].
Ở Việt nam nhu cầu về vật liệu này rất lớn nhưng chưa có cơ sở nào tiến hành nghiên cứu chế tạo. Công trình nghiên cứu này nhằm đưa ra công nghệ hợp kim hoá nền Fe bằng bột Cu để ứng dụng vào việc chế tạo chi tiết phục vụ cho các thiết bị gia công cơ khí, máy nâng chuyển, thiết bị ngành giao thông vận tải….
2. Thực nghiệm
2.1. Nguyên liệu ban đầu
Như đã biết Fe – Cu là hệ hòa tan hữu hạn do đó lần lược tiến hành khảo sát với các hàm lượng bột Cu khác nhau cho thêm vào bột Fe (bảng 1).
| Mẫu | Thành phần và hàm lượng (% nguyên tử) |
|
| Fe | Cu | |
| M1 | 87 | 13 |
| M2 | 84 | 16 |
| M3 | 81 | 19 |
| M4 | 78 | 22 |
Bảng 1. Thành phần và hàm lượng các mẫu khảo sát
2.2. Các thông số cần khảo sát
Quá trình hợp kim hoá được khảo sát theo quy trình ép, thiêu kết một lần và hai lần.
Khi ép và thiêu kết một lần, khảo sát ở các lực ép (2, 3, 4, 5, 6 tấn/cm2) và thiêu kết ở nhiệt độ (1050, 1100, 1150°C) với các thành phần khác nhau.
Khi ép và thiêu kết hai lần, đã khảo sát:
– Lần 1: lực ép 2 tấn/cm2 và thiêu kết ở nhiệt độ 1000°C.
– Lần 2: lực ép (2, 3, 4, 5, 6 tấn/cm2) và thiêu kết ở nhiệt độ 1150°C.
2.3. Quy trình công nghệ hợp kim hoá nền Fe bằng Cu
Quá trình trộn tiến hành trong tang và bi sứ, thời gian trộn hỗn hợp bột 10 giờ với tốc độ quay của tang là 50 vòng/phút. Hỗn hợp bột (Fe + Cu) được ép trên máy ép thuỷ lực.
Hình 1. Sơ đồ công nghệ hợp kim hoá nền Fe bằng bột Cu
Bài báo đề cập kết quả nghiên cứu chế tạo vật liệu ma sát trên cơ sở nền Fe – mác Φ MK11 của Nga. Đã xác định công nghệ chế tạo và kiểm tra các thông số như: độ xốp, độ mài mòn, giới hạn bền nén và hệ số ma sát của sản phẩm.
Fabrication of Fe based friction materials Φ MK 11
Trần Quốc Lập, Phạm Thảo
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Vũ Lai Hoàng
Trường ĐH KTCN Thái Nguyên
ABSTRACT
This paper concerns with the fabrication technology of Fe based friction materials – Φ MK11 (Russian standart). Characteristics of the material such as porosity, wear rate, compression strength and friction coefficient were deter- mined.
1. Đặt vấn đề
Vật liệu ma sát (VLMS) là vật liệu có hệ số ma sát cao được ứng dụng trong các thiết hị hãm, các bộ phận truyền động… nó thường chịu tải trọng rất lớn, có khi tới 70 Kg/cm2 với vận tốc (50 – 70) m/giây [1]. Khi làm việc, trên các bề mặt hãm xảy ra sự đốt nóng tức thời (trong các bộ hãm máy bay nhiệt độ lên tới 1000 ÷ 1100°C). Với những điều kiện làm việc khắc nghiệt như vậy, VLMS phải có các yêu cầu kỹ thuật cơ bản sau: hệ số ma sát cao, không thay đổi rõ rệt trong khoảng nhiêt độ rộng; độ chịu mài mòn cao, ổn định; độ bền lớn, độ dai va đập cao; khả năng chống kẹt cao và chống được sự xâm thực của môi trường [2].
Nhu cầu về VLMS ở Việt Nam cũng như trên thế giới là rất lớn. VLMS được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực công nghiệp. Trong điều kiện ma sát khô, VLMS ứng dụng để chế tạo các bộ phận thay đổi chuyển động, cơ cấu phanh ôtô, máy cắt gọt kim loại và bộ ly hợp của động cơ. Khi làm việc trong điều kiện ma sát ướt, VLMS được ứng dụng trong các bộ phận chịu tải trọng lớn như bộ ly hợp của máy bay.
VLMS nền kim loại có hai nhóm cơ bản: nhóm trên cơ sở nền Cu (hợp kim của Cu) và nhóm trên cơ sở nền Fe (hợp kim của Fe). Hiện nay, các chi tiết làm việc trong điều kiện ma sát phần lớn được chế tạo từ vật liệu ma sát trên cơ sở nền Fe. VLMS trên cơ sở nền Fe có giá thành thấp hơn so với VLMS trên cơ sở nền kim loại mầu. Ngoài ra VLMS trên cơ sở nền Fe có hệ số ma sát cao, độ chịu mài mòn lớn…
Công trình nghiên cứu này nhằm đưa ra công nghệ chế tạo VLMS trên cơ sở nền Fe – Mác Φ MK11 của Nga.
2. Thực nghiệm
2.1. Nguyên liệu ban đầu
Dựa trên thành phần VLMS Mác Φ MK-11 của Nga (64% Fe; 15% Cu; 9% Grafit; 3% SiO2; 3% amiăng và 6% BaSO4) thì công trình nghiên cứu này lựa chọn thành phần hoá học của VLMS trên cơ sở nền Fe có thành phần và hàm lượng như bảng 1:
| Thành phần | Fe | Cu | Cgr | SiC | BaSO4 |
| Hàm lượng (%) | 64 | 15 | 9 | 6 | 6 |
Bảng 1. Thành phần và hàm lượng của VLMS trên cơ sở nền Fe
2.2. Quy trình công nghệ chế tạo vật liệu ma sát trên cơ sở nền Fe
Với thành phần như trên thì vật liệu ma sát bao gồm kim loại và phi kim loại có tỷ trọng và kích thước hạt bột khác nhau, để đồng đều thành phần cần tiến hành trộn hợp lý. Quá trình trộn được tiến hành trong tang và bi sứ, thời gian trộn hỗn hợp bột 10 giờ trong môi trường cồn nhằm tránh sự ôxi hoá bột và tốc độ quay của tang là 50 vòng/phút.
Hình 1. Sơ đồ công nghệ chế tạo vật liệu ma sát trên cơ sở nền Fe
Hỗn hợp bột vật liệu ma sát được ép đóng bánh trên máy ép thuỷ lực.
Quá trình thiêu kết mẫu cần phải bảo vệ tốt tránh hiện tượng ôxi hoá trở lại thành ôxit làm chất lượng mẫu kém không có khả năng dính kết với nền và độ xốp cao.
Truy cập trực tiếp website www.doi.org và nhập chỉ số DOI của bài báo vào ô tìm kiếm.
Nếu chỉ số đã được công nhận kết quả tìm kiếm sẽ được chuyển về website xuất bản trực tiếp của bài báo.