Luận Văn Nghiên Cứu Công Nghệ Sản Xuất Thép Mác Z50Cd15 Dùng Để Chế Tạo Khuôn Ép Thức Ăn Gia Súc.pdf
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.21 MB, 37 trang )
BỘ CÔNG THƯƠNG
TỔNG CÔNG TY THÉP VIỆT NAM
VIỆN LUYỆN KIM ĐEN
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC & PHÁT TRIỂN CẤP BỘ
Tên đề tài:
“NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP MÁC Z50CD15 DÙNG ĐỂ
CHẾ TẠO KHUÔN ÉP THỨC ĂN GIA SÚC”
Cơ quan chủ quản:
Cơ quan chủ trì:
Chủ nhiệm đề tài:
TỔNG CÔNG TY THÉP VIỆT NAM
VIỆN LUYỆN KIM ĐEN
Ths. NGUYỄN QUANG DŨNG
6826
28/4/2008
HÀ TÂY, 12/2007
1
BỘ CÔNG THƯƠNG
TỔNG CÔNG TY THÉP VIỆT NAM
VIỆN LUYỆN KIM ĐEN
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC & PHÁT TRIỂN CẤP BỘ
Tên đề tài:
“NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP MÁC Z50CD15 DÙNG ĐỂ
CHẾ TẠO KHUÔN ÉP THỨC ĂN GIA SÚC”
VIỆN LUYỆN KIM ĐEN
VIỆN TRƯỞNG
Nguyễn Văn Sưa
HÀ TÂY, 12/2007
2
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU
4
1. TỔNG QUAN
5
1.1. Giới thiệu thép không gỉ máctenxit có chứa Crơm, Molipđen và Vanadi 5
1.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim lên cấu trúc và tính chất của
thép khơng gỉ máctenxit.
6
1.3. Nhiệt luyện thép khơng gỉ máctenxit
11
1.4. Thép không gỉ máctenxit mác Z50CD15.
12
1.5. Lựa chọn mác thép làm khuôn ép thức ăn gia súc.
13
1.5.1. Công nghệ chế biến thức ăn gia súc.
13
1.5.2. Lựa chọn mác thép làm khuôn ép thức ăn gia súc
15
2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
16
2.1. Nội dung nghiên cứu
16
2.2. Phương pháp nghiên cứu
16
3. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
17
3.1. Công nghệ sản xuất thép hợp kim mác Z50CD15
17
3.1.1. Công nghệ luyện thép
17
3.1.2. Công nghệ tinh luyện
20
3.1.3. Công nghệ đúc chi tiết
23
3.1.4. Công nghệ rèn
23
3.1.5. Cơng nghệ nhiệt luyện
25
3.2. Các tính chất của thép Z50CD15
27
3.2.1. Thành phần hố học
27
3.2.2. Tính chất cơ lý
27
3.2.3. Cấu trúc pha
28
3.2.4. Tính chống gỉ của thép
32
3.3. Chế tạo sản phẩm
33
4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
36
4.1. Kết luận
36
4.2. Kiến nghị
36
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
37
6. PHỤ LỤC
38
3
MỞ ĐẦU
Trong một đất nước, nền kinh tế bao gồm rất nhiều ngành như công nghiệp,
nông nghiệp, giao thông vận tải,… Trong số các ngành này, ngành chăn nuôi gia
súc, gia cầm cũng đóng một vai trị quan trọng. Trước đây, khi ngành cơ khí cịn
kém phát triển, ngành cơng nghiệp ít có tác dụng hỗ trợ đến sự phát triển của
ngành chăn nuôi. Gần đây, người ta đã phát minh ra các máy chế biến thức ăn
cho ngành chăn nuôi không những giúp giảm nhẹ lao động cho người chăn ni
mà cịn tăng năng suất và chất lượng của ngành kinh tế này.
Trong số các thiết bị này, thiết bị chế biến thức ăn cho ngành chăn nuôi đã
được nhiều nước tiến hành nghiên cứu, chế tạo. Nguyên lý hoạt động của thiết bị
này như sau: nguyên liệu vụn rời, sau khi được hấp sấy, sẽ được máy này ép
thành viên. Thức ăn này rất tiện lợi cho việc chăn nuôi gia súc, gia cầm ở qui mô
công nghiệp. Nó cũng rất dễ dàng cho việc bảo quản, vận chuyển. Một trong các
bộ phận quan trọng nhất của thiết bị ép thức ăn này là khuôn ép thức ăn. Khn
ép này ngồi việc phải chịu được tác động ăn mòn khi tiếp xúc với các thức ăn,
còn phải chịu được sự mài mòn của việc ép thức ăn khi đi qua các lỗ nhỏ trên bề
mặt khuôn.
Thép không gỉ máctenxít đáp ứng tốt các u cầu này. Để góp phần phục
vụ nhu cầu trong nước, giảm thiểu nhập khẩu khi các chi tiết này bị hỏng, Viện
Luyện kim đen đã đề xuất và được Bộ Công Thương chấp thuận giao thực hiện
đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép Z50CD15 dùng để chế tạo khuôn ép
thức ăn gia súc”.
Bản báo cáo bao gồm các phần như sau:
- Tổng quan.
- Nội dung và phương pháp nghiên cứu.
- Kết quả đạt được.
- Kết luận và kiến nghị.
- Tài liệu tham khảo.
- Các tài liệu liên quan đến đề tài.
Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng tơi đã nhận được sự giúp đỡ, tạo
điều kiện của Vụ Khoa học và Công nghệ (Bộ Công Thương), Viện Nghiên cứu
thiết kế chế tạo máy nông nghiệp cùng các cơ quan trong cũng như ngồi Bộ.
Nhân dịp này, chúng tơi xin trân trọng cám ơn về sự giúp đỡ và hợp tác đó.
4
1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu thép khơng gỉ máctenxit có chứa Crôm, Molipđen và Vanadi.
Để phân biệt các loại thép với nhau, người ta có nhiều cách như theo thành
phần hố học, cơng dụng của chúng, cấu trúc tồn tại,…
Đối với thép không gỉ, thông thường người ta hay dùng cách phân loại theo
dạng tồn tại cấu trúc của thép. Trong hệ thép khơng gỉ có những họ thép như
sau: thép austenit, dạng ferit, dạng máctenxit, dạng bề hoá tiết pha, dạng song
pha. Trong các loại thép này thì thép máctenxit có giá thành thấp trong khi
chúng lại có tính chất tốt của loại thép không gỉ.
Thông thường, đối với thép khơng gỉ máctenxit chỉ có một ngun tố hợp
kim là Crơm thì hàm lượng Crơm tối thiểu phải lớn hơn 11,5% cịn nếu có thêm
các ngun tố hợp kim khác như Mo, V, Ni, Ti, W,… thì hàm lượng Cr có thể
nhỏ hơn 11,5% thì thép khơng gỉ đó mới có cấu trúc máctenxit. Nhờ có các
nguyên tố hợp kim này mà thép có được tính chống gỉ tốt và có độ bền cơ học
cao. Ngồi ra thép máctenxit cịn có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như cơ
khí, dụng cụ và các chi tiết sử dụng ở nhiệt độ cao.
Thành phần hố học của hệ thép khơng gỉ máctenxit được nêu trong bảng 1.
Bảng 1: Thành phần hóa học của hệ thép khơng gỉ máctenxit.
TT
Mác thép
AISI
ASTM
Thành phần hoá học của các nguyên tố (%)
C
Si
Mn
P≤
S≤
Cr
11,513,0
11,513,5
11,513,5
11,513,5
11,513,5
12,014,0
12,014,0
12,014,0
12,014,0
12,014,0
12,014,0
11,513,5
15,017,0
16,018,0
1
403
403
≤0,15
≤0,50
≤1,00
0,040
0,030
2
410
410
≤0,15
≤1,00
≤1,00
0,040
0,030
3
410Cb
XM-30
≤0,15
≤1,00
≤1,00
0,040
0,030
4
410S
-
≤0,06
≤1,00
≤1,00
0,040
0,030
5
414
414
≤0,15
≤1,00
≤1,00
0,040
0,030
6
416
416
≤0,15
≤1,00
≤1,25
0,060
0,150
7
-
≤0,15
≤1,00
0,150
416Se
≤0,15
≤1,00
1,502,50
≤1,25
0,060
8
416 plus
X
416Se
0,060
0,060
9
420
420
≤0,15
≤1,00
≤1,00
0,040
0,030
10
420F
420F
≤0,15
≤1,00
≤1,25
0,060
0,150
11
420F Se
420F Se
≤1,00
≤1,25
0,06
0,06
12
422
-
≤0,75
≤1,00
0,040
0,030
13
431
431
0,300,40
0,200,45
≤0,20
≤1,00
≤1,00
0,040
0,030
14
440A
440A
0,600,75
≤1,00
≤1,00
0,040
0,030
5
Ni
Mo
Khác
Nb≤0,25
≤0,6
1,252,50
Zr/Mo≤0,60
≤0,60
Se>0,15
≤0,60
Se>0,15
0,501,00
1,252,50
0,75- V=0,15-0,3
1,25 W=0,75-1,25
≤0,75
≤1,00
≤1,00
0,040
0,030
≤1,00
≤1,00
0,040
0,030
≤1,00
≤1,00
0,06
0,15
≤1,00
≤1,00
0,06
0,06
501
0,750,95
0,951,20
0,951,20
0,951,20
≤0,10
≤1,00
≤1,00
0,040
0,030
502
502
≤0,10
≤1,00
≤1,00
0,040
0,030
21
503
501A
≤0,15
≤1,00
≤1,00
0,040
0,030
22
504
501B
≤0,15
≤1,00
≤1,00
0,040
0,040
15
440B
440B
16
440C
440C
17
440F
-
18
440F Se
-
19
501
20
16,018,0
16,018,0
16,018,0
16,018,0
4,006,00
4,006,00
6,008,00
8,0010,0
≤0,75
≤0,75
Mo/Zr≤0,75
Se>0,15
0,400,65
0,400,65
0,450,65
0,901,10
Qua bảng 1 ta thấy hệ thép không gỉ máctenxit được phân chia làm 3 nhóm
chính gồm nhóm thép chỉ có Cr khoảng 13%, nhóm có chứa Cr+Ni và nhóm có
chứa Cr cộng thêm một số nguyên tố hợp kim vi lượng như Mo, V, Ti.
1.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim lên cấu trúc và tính chất của
thép không gỉ máctenxit.
.
Như đã biết, thành phần cơ bản của thép không gỉ máctenxit là Cr vào
khoảng 11,5-18% ngồi ra cịn có thêm một số ngun tố hợp kim khác nữa. Sau
đây ta sẽ xem xét ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến cấu trúc và tính
chất của các loại thép khơng gỉ máctenxit.
Cácbon:
Cácbon là ngun tố mở rộng vùng γ, tức là nguyên tố tăng độ ổn định của
pha austenit. Do có khả năng mở rộng vùng dung dịch rắn γ và tạo thành pha
cácbit có độ cứng cao nên cácbon là nguyên tố tăng bền rất tốt. Khi tăng nhiệt
độ thì khả năng tăng bền của cácbon giảm đi do có sự thay đổi cấu hình của
cácbit. Khi có các ngun tố tạo cácbit mạnh trong hợp kim thì cácbon tập trung
chủ yếu vào những vị trí hình thành cácbit. Vì vậy, khi tăng hàm lượng cácbon
sẽ làm thay đổi sự phân bố các nguyên tố hợp kim giữa các pha dung dịch rắn và
pha cácbít. Điều này dẫn đến làm nghèo dung dịch rắn, ảnh hưởng đến tính chất
hợp kim. Cácbon cũng có ảnh hưởng xấu đến tính dẻo, giảm khả năng chống lại
sự phát triển của vết nứt và giảm tính hàn của hợp kim. Vì vậy, hầu hết các loại
thép hợp kim đều chứa hàm lượng cácbon thấp như các loại thép khơng gỉ làm
việc trong các mơi trường có tính ăn mịn mạnh. Tuy nhiên, đối với thép khơng
gỉ máctenxit được sử dụng trong ngành chế tạo cơ khí thì hàm lượng cácbon lại
cao.
Crôm:
Crôm là nguyên tố rất quan trọng có ảnh hưởng mạnh đến tính chống gỉ của
thép nhờ khả năng thụ động của Crôm. Để đảm bảo khả năng chống gỉ của thép,
hàm lượng Cr trong thép tối thiểu phải lớn hơn 11,5% để tạo ra một lớp màng
6
ôxit bền vững trên bề mặt thép và lớp ôxit này có lực liên kết bền vững với kim
loại nền nên đã tạo cho thép có tính chống gỉ tốt.
Hình 1: Giản đồ trạng thái của hệ Fe-Cr
Hình 1 mơ tả giản đồ trạng thái của Fe-Cr. Crôm là nguyên tố mở rộng
vùng α, làm tăng nhiệt độ Ac3 và làm giảm nhiệt độ Ac1. Ở khoảng nhiệt độ
600-8000C với hàm lượng Cr vào khoảng 45% sẽ tạo thành pha σ mở rộng về
hai phía Fe và Cr. Pha σ rất cứng và dòn. Pha σ trong hệ Fe-Cr được tiết ra ở
nhiệt độ cao và cần thời gian dài. Ở nhiệt độ thấp thì khơng thể tiết ra pha σ.
Crơm là ngun tố tạo cácbít khá mạnh. Vì vậy, cácbon liên kết với crôm
tạo thành cácbit đã làm giảm khả năng tiết pha σ trong thép crôm.
Crôm kết hợp với cácbon thành 3 loại cácbít : Cr3C, Cr7C3 và Cr23C6.
Cácbít Cr23C6 có mạng tinh thể lập phương diện tâm với thơng số mạng 0,64A0
với nhiệt độ nóng chảy là 1520-15500C.
Cácbít Cr7C3 có mạng tinh thể ba nghiêng với thơng số mạng a=3,89A0 và
c=41,323A0, nhiệt độ nóng chảy là 1630-16700C. Đối với thép được hợp kim
nhiều nguyên tố thì Cr thường tạo ra cácbit phức ở dạng (Fe,Cr)3C, (Cr,Fe)7C3
và (Cr,Fe)4C. Các dạng cácbit phức được thể hiện trên hình 2.
7
Hình 2: Mặt cắt đẳng nhiệt giản đồ trạng thái của hệ Fe-Cr-C ở 200C
Tóm lại, trong thép khơng gỉ máctenxit, Crơm có những tác dụng sau:
Tạo ra khả năng chống gỉ cho thép.
Tạo ra cấu trúc máctenxit làm tăng độ bền cho thép.
Vanadi:
Vanadi ở trong thép có tác dụng làm nhỏ hạt tinh thể nên tạo cho thép có độ
bền và tính dẻo cao. Vanadi là nguyên tố tạo cacbit rất mạnh (khả năng tạo
cacbit tăng dần theo thứ tự Fe - Mn - Cr - Mo - W - Nb - V - Zr - Ti). Vanadi
cùng với C tạo ra nhiều loại cacbit như V5C, V2C, V4C3, VC và V2C3.
Ngoài các nguyên tố hợp kim trên ra, trong thép khơng gỉ máctenxit có thể
có thêm một số nguyên tố hợp kim khác nữa như Ni, W, Ti, Nb,… Trong số các
nguyên tố này thì Ti và Nb cũng có tác dụng tạo pha cácbit để nâng cao độ bền,
tính chịu nhiệt và tính chống gỉ.
8
Hình 3: Giản đồ trạng thái hệ Fe-V.
Hình 4: Mặt cắt đẳng nhiệt giản đồ trạng thái của hệ Fe-V-C ở 200C
9
Molypđen:
Mo là nguyên tố hợp kim thu hẹp vùng γ và mở rộng vùng α trong hợp kim
với sắt. Mo làm tăng độ bền cơ học, độ bền mỏi và làm tăng tính chịu nhiệt của
thép. Mo cũng là nguyên tố tạo cácbít mạnh như Cr. Trong thép hợp kim có
chứa Mo thơng thường tạo thành cácbit đơn như MoC, Mo2C và một số loại
cácbít phức khác.
Hình 5: Giản đồ trạng thái hệ Fe-Mo
10
Hình 6: Mặt cắt đẳng nhiệt giản đồ trạng thái của hệ Fe-Mo-C ở 200C
1.3. Nhiệt luyện thép không gỉ máctenxit
Để nhận được cấu trúc máctenxit nhằm đảm bảo cơ tính cao, thép khơng gỉ
phải được nhiệt luyện. Cơng đoạn nhiệt luyện bao gồm các khâu chủ yếu sau:
austenit hoá, tơi và ram.
Austenit hố:
Nhiệm vụ của khâu austenit hố là tạo ra dung dịch rắn γ đồng nhất để
chuẩn bị cho khâu tơi tiếp theo. Vì vậy, nhiệt độ austenit hoá là phải cao hơn
nhiệt độ Ac3 để các nguyên tố hợp kim có thể hồ tan hồn tồn vào các dung
dịch rắn. Ngồi yếu tố nhiệt độ thì cần phải có thời gian giữ nhiệt đủ để các
nguyên tố hợp kim có thể khuyếch tán hồn tồn vào dung dịch rắn. Thông
thường, các mác thép không gỉ máctenxit được austenit hoá ở nhiệt độ từ 95011000C. Thời gian giữ nhiệt tuỳ thuộc vào thành phần hoá học của thép và kích
thước sản phẩm.
Tơi:
Tơi là cơng đoạn làm nguội nhanh dung dịch rắn γ từ nhiệt độ austenit hoá
xuống dưới nhiệt độ bắt đầu chuyển biến máctenxit Ms. Tốc độ làm nguội để
11
chuyển biến austenit – máctenxit xảy ra hoàn toàn phụ thuộc vào thành phần hố
học của mác thép. Thơng thường, thép không gỉ máctenxit được làm nguội khi
tôi bằng dầu hoặc khơng khí.
Như vậy, để đảm bảo nhận được cấu trúc máctenxit thì khâu tơi phải thoả
mãn các điều kiện chính như sau:
Tốc độ làm nguội phải lớn hơn tốc độ làm nguội tới hạn cho phép của thép.
Tốc độ làm nguội tới hạn của từng loại thép thông thường được xác định bằng
thực nghiệm. Để điều chỉnh tốc độ làm nguội người ta thường sử dụng các môi
trường tôi khác nhau như khơng khí, dầu, nước và các loại dung mơi khác nhau.
Đối vói thép khơng gỉ máctenxit thường dùng mơi trường tơi là dầu hoặc
khơng khí nén.
Sau khi tôi, ta nhận được cấu trúc của thép là máctenxit với mạng tinh thể
lập phương thể tâm. Vì quá trình tơi là một q trình xẩy ra rất nhanh nên khơng
đủ thời gian cho các ngun tố khuyếch tán. Vì vậy, máctenxít là một dung dịch
rắn q bão hồ có độ cứng cao và dòn. Bên cạnh máctenxit trong cấu trúc của
thép khơng gỉ máctenxít cịn có thể có một lượng nhỏ σ-pherit. Đơi khi cịn có
cả austenit dư khi tốc độ làm nguội không đủ lớn.
Ram:
Máctenxit nhận được sau khi tơi là một dung dịch rắn q bão hồ, có độ
cứng cao và dịn. Vì vậy để thép có những tính chất cơ lý cao nhất theo u cầu
thì cần thiết phải tiến hành ram thép. Trong quá trình ram thép có xảy ra các
hiện tượng như phân huỷ austenit dư ở khoảng nhiệt độ 220-2600C. Kết quả của
quá trình này là độ cứng và tính chịu mài mịn của thép tăng lên. Hiện tượng
phân huỷ dung dịch rắn xảy ra ở nhiệt độ 320-4300C
Kết quả của quá trình ram là cấu trúc hợp kim ở trạng thái ổn định, độ cứng
giảm đi nhưng tính dẻo tăng lên. Các tính chất khác như tính chống gỉ cũng
được tăng lên.
1.4. Thép không gỉ máctenxit mác Z50CD15.
Thép không gỉ máctenxit mác Z50CD15 thuộc về nhóm thép có chứa
14,5%Cr và được hợp kim hoá thêm các nguyên tố hợp kim Mo và V. Đây là hệ
thép đã được nghiên cứu và sản xuất ở nhiều nước trên thế giới. Các nước đã
đưa ra tiêu chuẩn hoá mác thép này. Bảng 2 đưa ra mác thép, tiêu chuẩn và
thành phần hoá học của loại thép này của các nước như Nhật Bản, Liên Xơ cũ,
Đức và Pháp.
Bảng 2: Thành phần hố học mác thép Z50CD15 và các mác tương đương
STT
Mác
thép
Tiêu
chuẩn
1
4Cr13
Nga
2
SUS420J2
Nhật
C
0,360.45
0,26-
Thành phần hoá học của các nguyên tố (%)
Si Mn
P
S
Cr Mo V
≤ 0,6
≤ 0,8
≤0,035
≤0,03
≤ 1,0
≤ 1,0
≤0,04
≤0,03
12
12,014,0
12,0-
Ni
-
-
-
-
-
≤ 0,6
3
5
X46Cr13
(14034)
X38Cr13
(14031)
Z44C14
Pháp
6
Z50CD15
Pháp
7
Z50C15
Pháp
4
Đức
Đức
0,40
0,420,50
0,350,42
0,400,48
0,450,55
0,450,55
≤ 1,0
≤ 1,0
≤0,045
≤0,03
≤ 1,0
≤ 1,0
≤0,045
≤0,03
≤ 1,0
≤ 1,0
≤0,04
≤
0,75
≤0,75
≤ 1,0
≤0,04
0,0150,03
≤0,015
≤ 1,0
≤0,04
≤0,015
14,0
12,5014,50
12,5014,50
12,5014,50
14,015,0
14,515,5
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,51,0
-
0,10,2
-
-
Chế độ gia công thép không gỉ máctenxit mác Z50CD15 như sau:
- Chế độ rèn: 1100-9000C. Sản phẩm sau rèn được làm nguội chậm.
- Chế độ ủ: 800-8600C. Tốc độ làm nguội 300C/giờ.
- Chế độ tôi: 1000-10500C. Môi trường làm nguội là dầu.
- Chế độ ram: Ram cao tại nhiệt độ 6000C. Mơi trường là khơng khí
Tính chất cơ lý tính của thép sau nhiệt luyện như sau:
σb : ≥950 MPa
σ0,2: ≥750 MPa
δ: ≥9 %
Cấu trúc của thép không gỉ Z50CD15 sau khi nhiệt luyện là máctenxit, δpherit và cácbít các loại.
Ngồi ra, thép khơng gỉ máctenxit cịn có tính chống gỉ cao trong một số
mơi trường ăn mịn.
Chính vì có các tính chất cơ lý tính cao như vậy mà thép không gỉ
máctenxit Z50CD15 được sử dụng phổ biến trong ngành cơng nghiệp như cơ
khí, hố chất,…
1.5. Lựa chọn mác thép làm khuôn ép thức ăn gia súc.
1.5.1. Công nghệ chế biến thức ăn gia súc.
Từ nguyên liệu thức ăn chăn ni ở dạng bột để có sản phẩm dạng viên chủ
yếu phải trải qua ba công đoạn:
- Công đoạn chuẩn bị ngun liệu
- Cơng đoạn tạo hình viên
- Cơng đoạn sử lý sau khi tạo viên
Dựa vào yêu cầu về thức ăn của từng vật ni khác nhau mà có các thiết bị
cụ thể khác nhau. Căn cứ vào công nghệ chuẩn bị nguyên liệu khác nhau và
công nghệ sử lý tạo viên, ta có thể chia thành cơng nghệ tạo viên cho gia súc, gia
cầm với công nghệ tạo viên thức ăn thủy sản. Sơ đồ lưu trình cơng nghệ chủ yếu
của nó được thể hiện trên hình 7.
13
Thùng chứa
Bao gói sản phẩm
Cấp liệu
Thành phẩm
Phun hơi nước
Phân loại
Trộn
Bẻ mảnh
Tạo viên
Sấy, làm mát
Hình 7: Lưu trình cơng nghệ chế biến thức ăn gia súc dạng viên
Trong lưu trình trên, cơng đoạn tạo hình viên đóng một vai trị vơ cùng
quan trọng trong việc nâng cao chất lượng và công suất của dây chuyền chế
biến. Nguyên lý của công đoạn tạo hình viên như sau:
Máy ép tạo viên gồm có một trục đặc bên trong và một trục rỗng bao ở
ngoài, nghĩa là 2 trục lồng vào nhau. Trục rỗng có 2 ổ bi, vịng ngồi của ổ bi
lắp vào 2 thân ổ lắp chặt vào thành máy. Một đầu trục có mặt bích để lắp khn
ép. Khi trục rỗng quay thì khn ép quay theo tốc độ quay của khn. Căn cứ
vào đặc tính của ngun liệu và đường kính của viên để chọn tốc độ quay của
khn sao cho phù hợp. Theo kinh nghiệm thì với khn ép có đường kính lỗ bé
thì phải sử dụng tốc độ tiếp tuyến tương đối cao, cịn với khn có đường kính
lỗ khn lớn thì phải sử dụng tốc độ tiếp tuyến nhỏ. Tốc độ tiếp tuyến của khn
có ảnh hưởng đến hiệu suất tạo viên, đến tiêu hao năng lượng và độ bền chắc
của viên. Trong phạm vi nhất định, tốc độ tiếp tuyến của khn cao thì năng suất
cao, năng lượng tiêu hao cao, độ cứng của viên và tỉ lệ hồ hố của bột cũng tăng
lên. Nói chung, với đường kính lỗ khn là 3,2 ÷ 6,4mm thì tốc độ tiếp tuyến
của khn rất cao có thể đạt tới 10,2m/s; cịn khi đường kính lỗ khn 16 ÷
19mm thì tốc độ tiếp tuyến của khn ép là 6,1÷ 6,6m/s.
Trong thiết bị ép thức ăn, trục đặc không quay và được lắp ổ đỡ trên một
đầu của trục đặc có một mặt bích .Trên mặt bích đó được lắp 2 hoặc 3 quả lô ép.
Quả lô ép quay trơn quanh mình nó. Khe hở giữa quả lơ ép với khn ép được
điều chỉnh thích hơp thì mới ép tạo thành viên. Khe hở này nói chung là từ 0,1
đến 0,3mm. Nguyên lý làm việc của buồng ép viên như trên hình 8.
14
Hình 8: Nguyên lý làm việc của buồng ép viên
1 Khuôn ép
11 Bulông điều chỉnh
2 Bulông kẹp chặt
12 Bulông điều chỉnh
3 Quả lô ép
13 Đai ốc chống nới lỏng
4 Đai ốc chống nới lỏng
14 Bánh răng điều tiết
5 Bulông điều chỉnh
15 Quả lô ép
6 Bánh răng điều tiết
16 Bulông kẹp chặt
7 Đai ốc chống nới lỏng
17 Dao cắt viên
8 Bulông điều chỉnh
18 Viên
9 Dao gạt liệu vào
19 Khu vực vật liệu để tạo viên
10 Đai ốc chống nới lỏng
1.5.2. Lựa chọn mác thép làm khuôn ép thức ăn gia súc.
Như trên đã trình bày, khn ép
thức ăn gia súc cần phải có tính chịu
mài mịn khi làm việc, tính chống gỉ
khi tiếp xúc với các loại thức ăn khác
nhau. Để đáp ứng các yêu cầu này,
thép không gỉ máctenxit loại Z50CD15
có độ bền cơ học cao, tính chống gỉ tốt
hồn toàn đáp ứng các yêu cầu trên.
Hiện nay trên thế giới đang sử
dụng vật liệu X46Cr13 cho khuôn và
lô ép tại các nhà máy chế biến thức ăn
gia súc.
Hình dạng của một khuôn ép thức
ăn gia súc được thể hiện trên hình 9:
15
Hình 9: Khn ép thức ăn gia súc
2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nội dung nghiên cứu
Đề tài sẽ tiến hành các nội dung nghiên cứu như sau:
- Nghiên cứu lựa chọn mác thép hợp kim phù hợp để chế tạo khuôn ép thức
ăn gia súc;
- Nghiên cứu xác định công nghệ chế tạo thép hợp kim mác Z50CD15 bao
gồm các khâu:
Công nghệ luyện thép
Công nghệ tinh luyện
Công nghệ gia công áp lực
Công nghệ nhiệt luyện
- Đánh giá chất lượng vật liệu: thành phần hoá học, tính chất cơ lý, cấu trúc
và khả năng chống ăn mịn.
- Chế tạo 03 khn ép thức ăn gia súc, dùng thử và đánh giá chất lượng
cũng như khả năng sử dụng.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Để đảm bảo kết quả nghiên cứu có độ tin cậy cao, đề tài đã sử dụng các phương
pháp và thiết bị nghiên cứu sau:
- Dựa trên cơ sở nghiên cứu các tài liệu, tiêu chuẩn về thép hợp kim và điều
kiện làm việc của khuôn ép thức ăn gia súc để lựa chọn mác thép.
- Sử dụng lò trung tần của Trung Quốc để nghiên cứu xác định công nghệ
nấu luyện, thiết bị tinh luyện điện xỉ 750KVA để tiến hành tinh luyện
thép, búa rèn 750kg, lị nung, tơi và ram để xác định công nghệ rèn và
nhiệt luyện thép hợp kim mác Z50CD15.
- Sử dụng phương pháp phân tích hố học truyền thống và phương pháp
phân tích quang phổ trên thiết bị ARL 3460 để xác định thành phần hoá
học của thép.
- Sử dụng máy kéo vạn năng để xác định độ bền và độ giãn dài tương đối
của thép nghiên cứu.
- Sử dụng máy đo độ cứng theo tiêu chuẩn TCVN 256-1
- Sử dụng kính hiển vi quang học để nghiên cứu tổ chức tế vi của thép.
16
3. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
3.1. Công nghệ chế tạo thép hợp kim mác Z50CD15
Sau khi nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn trong nước cũng như trên thế
giới, đề tài đã đi theo hai hướng công nghệ khác nhau nhằm chế tạo được sản
phẩm là khuôn ép thức ăn gia súc. Hướng thứ nhất đi theo các nguyên công
luyện thép, đúc tạo phôi điện xỉ, tinh luyện điện xỉ, rèn gia cơng áp lực, ủ mềm,
gia cơng cơ khí, nhiệt luyện và tạo ra sản phẩm. Hướng thứ hai đi theo các
nguyên công luyện thép, đúc phôi chi tiết, ủ mềm, gia cơng cơ khí, nhiệt luyện
và tạo ra sản phẩm. Trong hai hướng này, trên thế giới chủ yếu đi theo hướng có
ngun cơng gia cơng áp lực để tạo cho sản phẩm có các tính chất cơ lý tính tốt
nhất. Sau đây là các kết quả đạt được trong q trình tiến hành thí nghiệm.
3.1.1. Cơng nghệ luyện thép
Thép hợp kim mác Z50CD15 thuộc về hệ thép không gỉ máctenxit có thành
phần hóa học: C = 0,45 - 0,55%, Si ≤ 0,75%, Mn ≤ 1,0%, P ≤ 0,04%, S ≤
0,015%, Cr = 14,0 - 15,0%, Mo = 0,5 - 1,0%, V = 0,1 - 0,2%. Để thuận tiện cho
việc gia công chế tạo khuôn ép, hàm lượng Crôm nên nằm trong giới hạn dưới
của mác thép. Tuy nhiên để tăng khả năng chống gỉ và độ bền của thép, hàm
lượng Mo cần ở khoảng giới hạn trên của mác thép. Hàm lượng tạp chất có hại
như P, S cũng sẽ được khống chế thấp hơn tiêu chuẩn cho phép để nâng cao khả
năng chống gỉ cho thép.
Ở các nước phát triển, thép không gỉ máctenxit được nấu luyện chủ yếu
bằng lị điện hồ quang sau đó được tiến hành tinh luyện rồi đúc rót. Tuy nhiên
trong điều kiện thiết bị của nước ta cũng như trong khuôn khổ thí nghiệm của đề
tài, chúng tơi chọn lị cảm ứng trung tần với dung lượng 500kg của Trung Quốc
để nghiên cứu xác định công nghệ luyện thép mác Z50CD15.
Trên cơ sở yêu cầu về thành phần hoá học của mác thép và các đặc tính của
thiết bị cơng nghệ, đề tài đã sử dụng các loại nguyên liệu chất lượng cao sau:
Phế thép Crôm (X17)
Phế thép Mn (65Mn)
Các loại ferô (FeMn, FeSi, FeMo, FeV)
Than bột Graphít.
Thành phần hố học của các loại nguyên liệu được nêu trong bảng 3.
Bảng 3: Thành phần hoá học của nguyên liệu
TT
Thành phần hoá học của các nguyên tố (%)
Nguyên liệu
C
Mn
Si
Cr
17
1
Phế thép X17
0,12
0,8
0,8
2
Phế thép Mn
0,65
1,0
0,3
17
Mo
V
3
FeMn
1,0
4
FeSi
5
FeMo
6
FeV
7
Bột graphít
80
75
0,1
55
45
98
Để tính tốn phối liệu các mẻ nấu thí nghiệm, chúng tôi đã sử dụng các số
liệu thống kê về hệ số cháy hao của các nguyên tố C, Cr, Mn, Si, Mo, V trong lò
cảm ứng trung tần và kinh nghiệm luyện thép của Viện Luyện kim đen cũng như
tham khảo các tài liệu khác để đưa ra số liệu tham khảo.
Hệ số cháy hao của các nguyên tố hợp kim khi nấu luyện trong lò cảm ứng
trung tần được nêu trong bảng 4.
Bảng 4: Hệ số cháy hao của các nguyên tố hợp kim
TT
Nguyên tố hợp kim
Hệ số cháy hao (%)
1
C
6 -10
2
Cr
2-3
3
Mn
3-6
4
Si
6 - 10
5
Mo
1-2
6
V
10 - 15
Dựa vào thành phần hoá học của nguyên liệu (bảng 3, hệ số cháy hao của
các nguyên tố hợp kim (bảng 4 và kinh nghiệm luyện thép thực tế nhiều năm,
chúng tôi đã tính tốn phối liệu cho 2 mẻ nấu thí nghiệm với dung lượng (300 kg
và 350kg) như nêu trong bảng 5.
Bảng 5: Thành phần phối liệu thí nghiệm (kg)
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
Tên nguyên liệu
Phế thép không gỉ X17
Phế thép 65Mn
FeMn
FeSi
FeMo
FeV
Than graphit
Nhôm dây
Tổng cộng
Mẻ 1 (kg)
281
9,8
0,8
0,55
4,3
1,3
1,5
1,0
300
18
Mẻ 2 (kg)
328
11,5
1,0
0,65
5,0
1,5
1,8
1,2
350
Q trình nấu luyện thép khơng gỉ mactenxit mác Z50CD15 trong lò cảm
ứng trung tần được tiến hành như sau:
- Cho chất tạo xỉ gồm hỗn hợp CaO+CaF2 đã được sấy khơ vào đáy lị.
- Tiến hành xếp liệu: trước tiên xếp phế thép X17, phế thép 65Mn và FeMo
vào đáy lị.
- Tiến hành đóng điện để bắt đầu q trình nấu luyện. Trong khi nấu luyện,
dùng que chọc lị để đẩy liệu xuống tránh hiện tượng treo liệu, khi mẻ liệu
nóng chảy hồn tồn thì tiến hành vớt xỉ cũ ra và cho chất tạo xỉ mới vào
lò.
- Khi xỉ mới chảy hết và khi nhiệt độ nước thép đã đạt khoảng 16000C thì
bắt đầu cho FeMn và FeSi để khử khí và hợp kim hố bằng FeV.
- Sau khoảng 8 phút cho toàn bộ nước thép ổn định thì tiến hành rót thép
vào nồi rót đã được sấy nóng đỏ (trong nồi rót có một lượng nhơm kim
loại để khử khí lần cuối trước khi rót thép vào khuôn.
- Đối với mẻ thứ nhất, đề tài đã tiến hành đúc phơi cho q trình điện xỉ sau
này. Kích thước phơi điện xỉ: đường kính 140mm, chiều dài phơi 3m.
- Đối với mẻ thứ hai, đề tài đã tiến hành làm khuôn cát để đúc ra phôi sản
phẩm. Cụ thể của ngun cơng đúc chi tiết này được trình bày ở phần sau.
- Q trình lấy mẫu phân tích thành phần hố học được tiến hành khi rót
được một nửa mẻ thép để đảm bảo thành phần trung bình của mẻ nấu.
Đề tài đã tiến hành nấu thí nghiệm 2 mẻ theo phối liệu như đã nêu ở trên.
Các mẻ nấu đều được lấy mẫu để phân tích thành phần hố học theo phương
pháp truyền thống tại phịng thí nghiệm phân tích hố của Viện Luyện kim đen.
Ngồi ra mẻ thứ nhất cịn được phân tích thêm theo phương pháp quang phổ.
Kết quả phân tích thành phần hố học của các mẻ nấu thí nghiệm được nêu trong
bảng 6.
Bảng 6: Thành phần hố học của các mẻ nấu thí nghiệm
Thành phần hoá học của các nguyên tố (%)
STT
C
Mn
Si
Cr
Mo
V
S
P
Mẻ 1 (phân tích
bằng PP quang
phổ)
0,54
0,58
0,7
14,2
0,84
0,26
0,005
0,025
Mẻ 1 (phân tích
tại VLKĐ)
0,55
0,62
0,72
14,5
0,85
0,25
0,006
0,027
Mẻ 2 (phân tích
tại VLKĐ)
0,53
0,6
0,85
14,0
0,86
0,27
0,005
0,026
Thành phần
tiêu chuẩn
0,45 0,55
≤ 1,0
≤ 0,75
14,0 15,0
0,5 1,0
0,1 0,2
≤ 0,015
≤ 0,04
19
Qua các số liệu trong bảng 6, ta thấy cả 2 mẻ nấu thí nghiệm đều đạt yêu
cầu về thành phần hoá học. Hàm lượng các nguyên tố hợp kim như C, Cr, Mo,
Mn, Si đều nằm trong giới hạn cho phép ngoại trừ nguyên tố V có cao hơn giới
hạn trên. Tuy nhiên, hàm lượng C nằm ở giới hạn trên chắc chắn cũng sẽ gây ra
một số khó khăn khi tiến hành các khâu gia công áp lực cũng như gia cơng cơ
khí sau này. Hàm lượng các tạp chất có hại như S, P đều rất nhỏ so với giới hạn
cho phép chứng tỏ quá trình lựa chọn nguyên liệu nấu luyện và công nghệ nấu
luyện là phù hợp với điều kiện hiện có của q trình thí nghiệm.
3.1.2. Cơng nghệ tinh luyện
Thép hợp kim khơng gỉ máctenxit mác Z50CD15 là loại thép hợp kim cao
với cấu trúc phức tạp: máctenxit, pherit và các loại cácbít phức hợp dạng M3C,
M2C, M7C2 và M23C6. Vì vậy để tạo điều kiện tốt cho các khâu gia công sau này,
yêu cầu thỏi đúc phải đáp ứng các yêu cầu sau:
- Khơng có rỗ xốp trong thỏi đúc.
- Các tạp chất như S, P phải nằm dưới giới hạn cho phép.
- Các tạp chất khí như N2, O2, H phải thấp hơn giới hạn cho phép.
- Cấu trúc của thỏi đúc phải nhỏ mịn.
Để đảm bảo các yêu cầu trên, có nhiều cơng nghệ có thể áp dụng như đúc
trong chân khơng, tinh luyện bằng lị thùng, … Tuy nhiên, trong điều kiện thực
tế của Việt Nam, chúng tôi đã sử dụng công nghệ tinh luyện điện xỉ để tiến hành
đúc thỏi đúc cho việc gia công khuôn ép thức ăn gia súc sau này.
Tại Việt Nam, công nghệ điện xỉ được sử dụng trong ngành luyện kim đầu
tiên tại Viện Luyện kim đen với công suất thiết bị đầu tiên là 100KVA, sau đó
cơng nghệ này đã được một số cơ sở sản xuất khác nghiên cứu áp dụng như nhà
máy Cơ khí (Cơng ty Thép Miền Nam), Xí nghiệp Z45 (Bộ Quốc phòng).
Mục tiêu của đề tài là chế tạo khuôn ép thức ăn gia súc, mà hiện nay chi tiết
khn ép thơng dụng nhất có trọng lượng đến 63 kg. Khn ép này có dạng hình
vành khăn có Φ ngoài = 330mm và Φ trong = 250mm, chiều cao khuôn =
134mm. Để chế tạo được khuôn ép này cần phải tiến hành rèn phơi có trọng
lượng lớn đến 107 kg mới có thể đạt u cầu của phơi chi tiết khn (nếu tính cả
trọng lượng phần lõi ruột bên trong). Trong khi đó khả năng điện xỉ của Viện
Luyện kim đen lại nhỏ (trọng lượng phôi đúc điện xỉ chỉ đạt tối đa 40kg), do đó
cơng đoạn tinh luyện điện xỉ đã được chúng tôi tiến hành tại Xí nghiệp Z45 (Bộ
Quốc phịng).
Thiết bị tinh luyện điện xỉ của Xí nghiệp Z45 có các thơng số chủ yếu sau:
- Cơng suất máy thiết kế: 750KVA
- Dịng điện: 3500 A
- Điện áp: 50 V
- Đường kính điện cực: 140mm
- Đường kính thỏi đúc điện xỉ: 194mm
20
Sơ đồ nguyên lý của thiết bị điện xỉ được mơ tả trên hình 10.
1
2
3
4
5
6
Hình 10: Sơ đồ ngun lý của thiết bị điện xỉ
1
2
3
Điện cực
Hộp kết tinh
Bể xỉ lỏng
4
5
6
Bể kim loại lỏng
Kim loại rắn
Tấm thép mồi ban đầu
Để đạt được các mục tiêu tinh luyện, chúng tôi đã chọn hệ xỉ gồm thành
phần như sau: 8% SiO2 + 38% CaF2 + 25% Al2O3 + 20% CaO + 9% MgO. Quá
trình chế tạo xỉ tinh luyện bao gồm các bước:
- Phối liệu từng cấu tử tạo xỉ theo đúng hàm lượng yêu cầu.
- Nghiền nhỏ các chất tạo xỉ tới kích cỡ <1mm.
- Tiến hành nấu chảy phối liệu trên trong lị điện hồ quang có nồi lị bằng
graphít. Duy trì q trình này trong khoảng 30 phút để tồn bộ khí trong
xỉ được khử hồn tồn và tồn bộ xỉ được đồng đều về thành phần hóa
học.
- Đổ xỉ lỏng ra khuôn kim loại và tiến hành nghiền nhỏ đến kích thước
<1mm sau đó xỉ sẽ được bảo quản trong dụng cụ kín tránh hút ẩm.
Q trình tinh luyện điện xỉ được tiến hành như sau:
- Điều chỉnh thỏi điện cực vào trong hộp kết tinh sao cho tiếp xúc gần chạm
vào tấm thép tiếp điện ở đáy hộp kết tinh.
- Tiến hành nấu chảy xỉ rắn đã được chế tạo từ trước trong lị nồi graphít
với khối lượng 10kg cho một lần tinh luyện (3% trọng lượng thỏi đúc).
21
- Đổ xỉ lỏng vào gầu rót (đã nung nóng đỏ), sau đó nhanh chóng đổ vào hộp
kết tinh đã được chuẩn bị từ trước.
- Tiến hành đóng điện để quá trình tinh luyện điện xỉ bắt đầu. Dưới tác
dụng của dịng điện, bể xỉ có điện trở riêng lớn sẽ làm nóng chảy điện cực
thành từng giọt kim loại và sẽ tách khỏi đầu điện cực, đi qua bể xỉ lỏng rồi
lắng xuống đáy hộp kết tinh tạo thành bể kim loại lỏng.
- Tại đây, dưới tác dụng của dòng nước làm nguội chạy quanh hộp kết tinh,
bể kim loại lỏng sẽ kết tinh thành thỏi điện xỉ theo hướng từ dưới lên trên.
Trong quá trình đi qua lớp xỉ lỏng, giọt kim loại lỏng sẽ được tinh luyện
làm sạch các tạp chất. Do quá trình điện xỉ được tiến hành dưới lớp xỉ nên
khơng có hiện tượng khí bên ngoài thâm nhập vào thỏi điện xỉ. Ngoài ra
do quá trình kết tinh xảy ra với tốc độ lớn nên thỏi điện xỉ có cấu trúc nhỏ
mịn, thuận lợi cho khâu gia cơng rèn sau này.
- Q trình điện xỉ được thực hiện đến khi thỏi thép rắn đông đặc lên đến
một độ dài nhất định thì cơ cấu dịch chuyển hộp kết tinh bắt đầu vận hành
đưa hộp dịch chuyển lên phía trên, trong khi đó thỏi đúc đông đặc vẫn
nằm nguyên tại chỗ và thép điện cực vẫn tiếp tục đi xuống. Tốc độ đi
xuống của điện cực và tốc độ đi lên của hộp kết tinh phải đồng bộ với
nhau nhờ trị số điện trở của bể xỉ.
- Khi đạt yêu cầu về khối lượng thỏi đúc điện xỉ, ta tiến hành giảm dần
dòng điện để q trình bù ngót cho thỏi đúc vẫn tiếp tục cho đến khi bề
mặt trên của thỏi đúc phẳng (thời gian khoảng 3 phút) thì ta tiến hành ngắt
điện và kết thúc quá trình tinh luyện.
- Để tránh ứng suất có thể xẩy ra trong khi điện xỉ, khi hộp kết tinh đi lên
đến đâu phải tiến hành che phủ phần thỏi đúc vừa mới đi ra khỏi hộp kết
tinh bằng tấm bảo ơn amiăng. Khi q trình điện xỉ kết thúc, cần đưa ngay
toàn bộ thỏi điện xỉ vào lò buồng bên cạnh và tiến hành ủ ở nhiệt độ
8600C trong khoảng thời gian 4h sau đó làm nguội với tốc độ 300C/h cho
đến 5500C, sau đó làm nguội theo lị.
- Thực tế thí nghiệm, chúng tơi đã tiến hành điện xỉ mẻ nấu luyện thứ nhất
được một thỏi có trọng lượng 280kg.
- Thời gian tiến hành tinh luyện một thỏi đúc điện xỉ kéo dài 3h30.
Thành phần hoá học của mẻ nấu thí nghiệm sau khi tinh luyện điện xỉ được
nêu trong bảng 7.
Bảng 7: Thành phần hoá học của các mẻ nấu thí nghiệm sau khi tinh luyện.
STT
C
Mn
Si
Cr
Mo
V
S
P
Mẻ 1
0,53
0,55
0,60
14,1
0,84
0,23
0,005
0,025
22
Qua kết quả này ta thấy rằng, thành phần hoá học của thép sau điện xỉ có
thay đổi khơng đáng kể. Về lý thuyết thành phần của tạp chất S, P sẽ giảm mạnh
nhưng thực tế thay đổi ít vì hàm lượng S, P đã rất thấp nên khó giảm xuống thấp
được nữa.
3.1.3. Công nghệ đúc chi tiết
Công nghệ đúc chi tiết này tương tự như các quá trình đúc chi tiết khác.
Trong quá trình đúc cần lưu ý một số vấn đề sau: Hệ số co ngót của loại thép
này được lấy bằng 2,5-3%. Hệ thống rót của vật đúc cần được làm theo phương
pháp xiphông để chất lượng vật đúc cao nhất. Cần phải tiến hành sơn khuôn với
chất sơn khn là bột MgO để tránh sự dính bám cát trong q trình đúc. Khn
sau khi làm xong cần được sấy khô triệt để nhằm tránh rỗ trong q trình đúc
rót. Nhằm khử bỏ hồn tồn các rỗ ngót trong vật đúc, đề tài đã tính tốn tỷ lệ
đậu ngót chiếm 60% trọng lượng vật đúc. Đồng thời nhằm tránh rỗ trong quá
trình đúc, đề tài cũng đã sử dụng một lượng chất phát nhiệt để đưa vào đậu ngót
trong q trình rót để duy trì q trình bù ngót cho vật đúc.
Thực tế của q trình thí nghiệm, đề tài đã tiến hành đúc được 2 chi tiết có
kích thước: Φngồi = 350 mm, Φtrong 230 mm, chiều cao 155mm. Sau khi tiến
hành cắt đậu ngót và rãnh dẫn, thấy rằng vật đúc khơng có hiện tượng rỗ, xốp
bên trong vật đúc.
3.1.4. Công nghệ rèn
Thép không gỉ máctenxit Z50CD15 là loại thép hợp kim cao có trở chống
biến dạng tương đối cao, độ dẫn nhiệt kém nên khi rèn cần chú ý các khâu nung
phôi, chế độ biến dạng và q trình làm nguội. Cơng nghệ rèn được tiến hành
trên búa rèn 750kg và phôi thép được nung bằng lị buồng đốt bằng than
antraxit.
Cơng đoạn rèn bao gồm các công đoạn: nung phôi, biến dạng khi rèn và
làm nguội phôi rèn.
Nung phôi.
Do thỏi đúc điện xỉ quá lớn nên sau khi ủ mềm xong, chúng tôi đã tiến
hành cưa bỏ đầu, đuôi của thỏi điện xỉ để khử bỏ các khuyết tật của thỏi đúc rồi
tiến hành tính tốn để cưa thành 2 chi tiết để phù hợp với trọng lượng khuôn ép
thức ăn gia súc (mỗi chi tiết có trọng lượng 107kg).
Thép khơng gỉ mactenxit Z50CD15 có độ dẫn nhiệt kém nên khá nhậy cảm
với ứng suất nhiệt. Vì vậy, cần tránh sốc nhiệt đặc biệt ở giai đoạn đầu của thời
23
kỳ nung. Tốc độ nâng nhiệt ở giai đoạn này khoảng 800C/giờ. Ở giai đoạn sau
(trên 8000C) có thể nung nhanh hơn, tốc độ nung có thể đến 1000C/giờ.
Nhiệt độ rèn là một khoảng nhiệt độ mà ở đó thép có trở kháng chống biến
dạng nhỏ nhất để có thể nhận được vật rèn có các tính chất tốt nhất cho các khâu
gia công tiếp sau. Nhiệt độ bắt đầu rèn là nhiệt độ đảm bảo cho sự hoà tan hồn
tồn các ngun tố hợp kim và cácbít vào dung dịch rắn austenit. Đối với thép
không gỉ mactenxit nhiệt độ bắt đầu rèn là 11000C. Thời gian đồng đều nhiệt
cũng vô cùng quan trọng nhằm làm cho nhiệt độ bên ngồi và bên trong của thỏi
đúc đồng đều. Do kích thước phôi đúc lớn (Φ 192mm) nên thời gian giữ nhiệt
thỏi đúc vào khoảng 4 giờ.
Nhiệt độ kết thúc rèn là nhiệt độ mà tại đó thép vẫn cịn đủ tính dẻo cần
thiết cho sự biến dạng mà vẫn khơng tạo ra các vết nứt tế vi. Đối với thép mác
Z50CD15, nhiệt độ kết thúc rèn là 9000C.
Biến dạng khi rèn.
Q trình rèn thép khơng gỉ máctenxit mác Z50CD15 được tiến hành trong
khoảng nhiệt độ 9000C-11000C. Ở giai đoạn đầu cần tiến hành biến dạng nhẹ để
phá vỡ tổ chức đúc của thỏi đúc sau đó lật phơi đúc và tiến hành chồn. Khi tiến
hành chồn nếu phôi đúc bị chéo nghiêng (do tiết diện của mặt đe và thỏi đúc
khơng cân xứng) thì cần tiến hành chỉnh sửa để cho hai mặt của thỏi rèn luôn
song song nhau. Quá trình rèn kết thúc khi chi tiết rèn đạt kích thước u cầu (về
đường kính ngồi và chiều cao).
Thực tế thí nghiệm, khi tiến hành chồn chi tiết đầu tiên đến khi đạt kích
thước Φngồi = 300 mm thì bắt đầu tiến hành đột lỗ (Φ70mm) và sau đó sẽ tiến
hành nong lỗ để đạt kích thước là Φtrong = 240 mm và Φngoài = 340 mm nhằm
thuận tiện hơn cho khâu gia cơng cơ khí sau này. Tuy nhiên, do thép này có khả
năng biến dạng kém nên khi đột lỗ xong đã xuất hiện một số vết nứt mép bên
ngồi gây hỏng chi tiết. Với chi tiết cịn lại, chúng tôi đã quyết định không tiến
hành nong lỗ mà để nguyên kích thước sau khi chồn và chuyển về chế tạo khn
ép thức ăn gia súc có kích thước nhỏ như đề tài đã đăng ký ban đầu.
Làm nguội phôi rèn.
Như đã nêu ở phần trên, thép không gỉ mactenxít mác Z50CD15 rất nhạy
cảm với ứng suất nhiệt, nhất là từ 8000C trở xuống. Vì vậy, vật rèn từ thép này
phải được làm nguội chậm (500C/giờ) thì mới có thể gia cơng cơ khí được. Thực
tế, sau khi rèn xong do điều kiện của phân xưởng rèn không có thiết bị nung và
giữ nhiệt chi tiết ngay nên chúng tơi chỉ có thể làm nguội chi tiết bằng cách vùi
chi tiết vào cát nóng để tránh tạo ra ứng suất sau khi rèn mà thôi.
Sơ đồ công nghệ rèn thép khơng gỉ mác Z50CD15 được trình bày trên hình 11:
24
T0C
8000C
4000C
7
9
11
t (h)
Hình 11: Sơ đồ cơng nghệ rèn thép Z50CD15
3.1.5. Cơng nghệ nhiệt luyện
.
Để đảm bảo cơ tính cao và tính chống gỉ tốt thì thép khơng gỉ máctenxit
mác Z50CD15 phải được nhiệt luyện. Nhiệt luyện bao gồm hai công đoạn: ủ
mềm để gia cơng cơ khí và nhiệt luyện cuối cùng để nâng cao cơ tính và khả
năng chống gỉ của thép.
Ủ mềm là công nghệ nung chi tiết đến nhiệt độ thấp hơn Ac1, giữ một thời
gian nhất định tuỳ theo kích thước sản phẩm để đồng đều nhiệt trong toàn bộ chi
tiết rồi tiến hành làm nguội chậm với tốc độ nhất định. Nguyên công này thường
được thực hiện sau ngun cơng rèn. Lợi ích của ngun cơng này cịn làm giảm
ứng suất dư sinh ra khi rèn và cấu trúc không đồng đều, dẫn đến độ cứng giảm,
tính dẻo của chi tiết tăng lên. Với trạng thái như vậy, thép có thể gia cơng cơ khí
dễ dàng. Đối với thép Z50CD15 và chi tiết lớn như vậy, nhiệt độ ủ là 800-8600C
và thời gian giữ tại nhiệt độ này 4h, sau đó tiến hành làm nguội với tốc độ
300C/giờ đến nhiệt độ 5600C thì làm nguội cùng lò. Thực tế, sau khi tiến hành
nhiệt luyện như vậy, đã có thể gia cơng cơ khí chi tiết rèn một cách dễ dàng.
Khâu nhiệt luyện cuối cùng bao gồm ngun cơng tơi và ram để quyết định
các tính chất của thép ở trạng thái sử dụng. Dựa trên giản đồ trạng thái hệ Fe-CrC, với thành phần hoá học của thép khơng gỉ máctenxit mác Z50CD15 thì nhiệt
độ Ac3 = 9500C. Vì vậy, nhiệt độ austenit hố của thép này vào khoảng 10000C.
25
