Nghiên Ứu Hế Tạo Bột Thép Mn Cao (_10%) Bằng Phương Pháp Nghiền Ơ Họ.pdf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------

Bùi Ngọc Huyền

Nghiên cứu chế tạo bột thép Mn cao (<15%)
bằng phương pháp nghiền cơ học

LUẬN VĂN THẠC SỸ KINH TẾ
CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC VẬT LIỆU

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Trần Vũ Diễm Ngọc

Hà Nội – 2017

170833000059634445198-e10c-496b-a4e7-5aa7f55bdd9c
1708330000596b0e7833c-12dd-41d3-9fa1-5c16d9ed1140
17083300005953bd345a1-46ec-4dcb-82b6-4cef7cddf422


LỜI CÁM ƠN
Trong sut th hoàn thành cun lut nghip này, a
trên nhng kin thc tip thu trong quá trình hc tp tng và Phịng thí
nghim Luyn kim bt ci hc Bách khoa Hà Ni. Nhng kt qu t
 c gng ht sc ca bn thân mà cịn có s giúp
 vô cùng to ln ca các thy, cô, bng nghi
c ht, tôi xin gi lc nhn TS. Tr
Dim Ngc,    ng dn, ging dy nhng kin thc quan trng trong
sut quá trình tìm hiu và nghiên c tài.
Trong quá trình làm lu     p rt nhi   

c s  tn tình ca PGS.TS.Trn Quc L ng Quc Khánh, TS.
Lê Minh Hi, tôi  tài nghiên cu.
   i l   n thy Nguy  c, thy Lê Hng
Thu và vc các thit b thí nghim trong sut thi gian
làm thí nghim t
 tôi trong thi gian hc tp và làm vic ti phòng.
Kt qu nghiên cu lu c h tr t B Giáo do thông
 tài mã s B2016-BKA-23.
Cun gia ng
viên, khuyc lu
Tác giả

Bùi Ngọc Huyền

i


LỜI CAM ĐOAN
ng s liu và kt qu nghiên cu trong lu
trung thc và không trùng lp vi  tài khác.
 tài "Nghiên cứu chế tạo bột thép Mn cao (<15%) bằng phƣơng pháp
nghiền cơ học" c thc hin bi chính tác gii s ng dn ca TS.Trn
m Ngc. Luc cơng b  bt k 
Nu sai sót tơi xin hoàn toàn chu trách nhim.

ii


MỤC LỤC

L .................................................................................................... i
L .............................................................................................ii
MC LC ........................................................................................................ iii
DANH MC BNG ......................................................................................... v
DANH MC HÌNH V ................................................................................... vi
M U ........................................................................................................... 1
1. Lý do ch tài ........................................................................................ 1
2. Lch s nghiên cu..................................................................................... 1
3. Mu.................................................................................. 2
4. Nhim v nghiên cu ................................................................................. 2
ng, phm vi nghiên cu ................................................................. 2
i ca tác gi .......................................................................... 2
7. u ........................................................................... 2
 .............................................................. 3
1.1. Gii thiu ................................................................................................ 3
1.2. Tính cht Thép mangan cao và ng dng............................................... 4
1.3. ng ca thành phn hóa ha thép mangan cao.. 5
1.3.1. ng ca Cacbon. ................................................................... 6
1.3.2. ng ca nguyên t Mangan................................................... 7
1.3.3. ng ca các nguyên t hp kim khác: .................................. 8
C...................................... 14
2.1.Ch to bt kim loi............................................................................... 14
m ca bt ............................................................................ 14
2.1.1.2 Tính cht hóa hc ca bt. ............................................................ 14
2.1.1.3 Các tính cơng ngh ca bt........................................................... 15
n xut bt kim lai. ........................................ 15
c ................................................................... 18
iii

2.2.1. Khái nim v nghic ........................................................... 18
2.2.2. ng dng ........................................................................................ 19
2.3. Quá trình ca nghic ................................................................. 19
2.5. Thit b nghin. ..................................................................................... 24
2.5.1. Nghin lc SPEX ( Shaker mills ) .................................................. 24
2.5.2. Máy nghin hành tinh ..................................................................... 25
2.5.3. Nghi ............................................................. 26
C NGHIM ...................................................................... 28
3.1. Quy trình thc nghim .......................................................................... 28
3.2. Nguyên liu vào ............................................................................. 29
3.3. Thơng s ca q trình nghin. ............................................................. 30
..................................................................... 31
3.4.1.Nhiu x tia X .................................................................................. 31
3.4.2. Hin t quét (SEM)............................................................. 32
3.4.3.Phân tích cp ht. ............................................................................. 33
T QU VÀ THO LUN .................................................. 35
4.1. ng ca ch  nghin cu trúc, hình thái
c ht bt.................................................................................... 35
4.1.1. Kt qu phân tích cp ht................................................................ 35
4.1.2 Kt qu phân tích cu trúc ............................................................... 37
4.1.3.Kt qu phân tích vi cu trúc. .......................................................... 38
4.2. ng ca x lý nhin quá trình to bt ................. 41
4.2.1. Kt qu phân tích cp ht:............................................................... 42
4.2.2. Kt qu phân tích cu trúc .............................................................. 44
4.2.3.Kt qu phân tích vi cu trúc. .......................................................... 44
4.2.4. Thành phn hóa hc sau nghin...................................................... 46
4.2.5. Ch to th nghim compozit Thép Mangan cao-TiC ................... 46
KT LUN VÀ KIN NGH......................................................................... 48
iv

DANH MỤC BẢNG
Bng 1.1.Thành phn hóa hc ca thép Mangan cao ....................................... 3
Bng 1.2. Tính chc ca thép mangan cao............................................. 4
Ba thép Mangan cao ......................................................... 5
Bng 3.1. Thành phn hóa hc ca phoi thép ................................................. 29
Bng 3.2. Thông s ca q trình nghin. ...................................................... 30
Bng 4.1.Thành phn hóa hc ca bt sau nghin .......................................... 46

v


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. ng dng ca thép Mangan cao ....................................................... 3
Hình 1.2. Gi pha ca thép 13%Mangan .................................................. 4
Hình 1.3. ng ca thép ............................................ 6
Hình 1.4. ng c chng chu mài mòn ca
thép mangan cao. ............................................................................................... 7
  ..................................................................... 10
 ng hóa ...................................................... 11
  ........................................................... 12
  ......................................................... 13
Hình 2.1. S va chm gia bi và bt ............................................................... 20
Hình 2.2. Tang và bi nghin ........................................................................... 22
Hình 2.3. (a)Nghin lc SPEX ( Shaker mills ) , (b) tang và bi nghin.......... 25
Hình 2.4.(a) máy nghi mơ t chuyng ca bi trong
tang nghin ...................................................................................................... 26
Hình 2.5. Máy nghin d...................................................................... 27
Hình 3.1. Quy trình thc nghim ch to bt thép.......................................... 28
Hình 3.2. Nhiu x tia X ca phoi nguyên liu vào ................................. 29

 x lý nhit phoi thép mangan ............................................... 30
nh lut Bagg ................................................................................ 31
Hình 3.5. Nguyên lý làm vic ca nhiu x tia X ........................................... 32
Hình 3.6. Kính hin t quét................................................................. 33
Hình 3.7. Máy rây rung Fritsch analysette 3 ................................................... 34
Hình 4.1. Bi phân tích cp ht khi nghin vi t 300 vịng/phút .... 35
Hình 4.2. Bi phân tích cp ht khi nghin vi t 400 vịng/phút .... 36
Hình 4.3. Gi nhiu x u (a) và bt sau nghin 20 h (b)
vi t nghin 300 vịng/phút. ................................................................... 37
Hình 4.4. Gi nhiu x u (a) và bt sau nghin 20 h (b)
vi t nghin 400 vòng/phút. ................................................................... 37

vi


Hình 4.5. nh SEM ca hn hp bt sau 15, 20, 25h nghin vi t quay
300 vịng/phút .................................................................................................. 39
Hình 4.6. nh SEM ca hn hp bt sau 15, 20, 25h nghin vi t quay
400 vịng/phút .................................................................................................. 40
Hình 4.7. Gi nhiu x ca phoi thép (a) và phoi thép qua x lý nhit(b).
......................................................................................................................... 42
Hình 4.8: Hình nh phân cp ht vi t 300 vịng/phút ........................... 42
Hình 4.9. Hình nh phân cp ht bng laser vi ch  nghin t  300
vòng/phút ......................................................................................................... 43
Hình 4.10. Hình nh nhiu x tia X ca và hn hp bu vào sau 3h, 5h
nghin vi t quay 300 vịng/phút ............................................................ 44
Hình 4.11. nh SEM ca hn hp bt sau 1h, 3h, 5h ,7h nghin vi t 
quay 300 vòng/phút. ........................................................................................ 45

vii

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Thép Mangan cao (thép Hadfield) là hp kim ca Fe vi C vng
cacbon t 1÷1,4% và mangan t c ng dc
n khống, qn sng st và c bit là các chi tit yêu cu
cao v  c chng mài mịn cao. Do thép có  c d dai va
p kt hp vi kh u mài mòn cao và kh  u kin
làm vic. Trong thi gian g   tn dng nh  m ni bt ca thép
Mangan dng nó làm vt liu nn cho vt liu Compozit.
Hin nay có hai i b tng hp thép mangan 
o bt và nghic. n phm có
 sch cao, khng ch c hình dc ht cao. Tuy nhiên
quy trình sn xut khá phc ti yêu cu k thut và thit b cao, chi phí sn
xut cao.
V    n, áp dng cho nhiu
loi vt lim ct khơng cao, hình dáng
ht phc tp, bt nhc b bin cng b mt.
T nh  m nêu trên, phù hp v u kin thit b, bt thép
mangan cao bc.S dng nguyên liu vào là phoi
t sn phm ct gt ca phôi thép 130Mn13Đn nguyên liu vào
d kim, giá r, tu ki sn xut vi s ng ln.
Vì nh tài: " Nghiên cứu chế tạo bột thép
Mn cao (< 15%) bằng phƣơng pháp nghiền cơ học ".
2. Lịch sử nghiên cứu
Hin nay trên th gi   dng rng rãi vt liu Compozit vi
nn là thép mangan   u công trình cơng b s dng ngun bt thép
mangan t vic hp kim hóa thép mangan vi nguyên liu vào là Fero mangan
và bt Fe.

1


3. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cu tng quan v n kim bt.
- Nghiên cu tng quan v ch to bt thép bc
- Ch tc bt thépt nguyên liu u vào là phoi c(
thép 130Mn). Bt thép sau nghin m bo v thành phn hóa hc, thành phn
c ht phù hp cho vic dùng làm vt liu nn cho vt liu
Compozit.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Ch to bt thép mangan bct các phoi thép
Mangan cao (130Mn)
- Kim tra v thành phn hóa hc, thành phc ht bt.
- o lun v các kt qu c.
5. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
- ng: bt thép mangan
- Phm vi nghiên cu: công ngh ch to bt thép mangan b
luyn kim bt
6. Đóng góp mới của tác giả
- To ra mng mi ch to bt thép mangan.
- Là tài liu tham kho cho mi mun s dng bt thép.
7. Phƣơng pháp nghiên cứu
- u lý thuyt.
- c nghim: n kim bt.
- t ca vt liu bt.

2

CHƢƠNG 1: THÉP MANGAN CAO
1.1. Giới thiệu
T i Anh tên Robert Mangan cao 
cu các hp kim ca st vi các nguyên t c bit là vi thép mangann
u luyn thành công thép vng mangan cao ( gn 13%
     c cp b   u tiên c c Anh v thép
mangan cao sn xut bng cách pha Fero-Mn giàu mangan vào st. Sau nhiu thí
nghic thc hin bi mangan cao, ông rút ra mt kt lun rc
các tính cht cao nhng ca mangan trong khong 10-14% và 1-1,4%
C vi t l Mn:C là 10:1. [7]
Bng 1.1.Thành phn hóa hc ca thép Mangan cao. [7]
C

Mn

Si

P

S

Cr

Ni

Fe

1.0-1.4

10.0-14.0

0.5-0.8

0.005

0.05

1,0

1,0

cịn li

Ngày nay, thép mangan   c ng dng rt nhi  c cơng
nghi c bit là trong cơng nghip khai khống, cơng nghi   ng
stt chu mài mịn và chi áp lc cao.
mangan cao

3


1.2. Tính chất Thép mangan cao và ứng dụng
Thép mangan c bi n v  c  p kt hp vi kh
ng chu mài mòn cao và kh u kin làm vic. Bng
1.2 th hin rõ tính cht ca thép mangan cao. Chính vì nhng tính chc bi
c s dng rng dãi trong nhiu ngành công nghi 
sn xung st, an ninh quc phịng
Bng 1.2. Tính chc ca thép mangan cao [7]
Mangan

Gii hn chy

Gii hn bn

 dãn dài

 cng

(%)

(MPa)

(MPa)

(%)

(HV)

Mangan13

414

995

40

225

Mangan16

335

740

53

178

Mangan26

250

610

67

130

Hình 1Mangan [7]
t mangan là cht nh vùng trong thép khin pha austenite tn ti
 vùng nhi ng.Thép mangan cao  ch

4


(Fe,Mn) 3C xut hin  các biên hc cu trúc hoàn toàn sau austenite 
khi nhit luyn  pha ca thép  (hình 1.2)ng,
c   nhi 1050 oC trong vài gi 
phát hin rng nhit luyn trong khong nhit 950-1050 oc nhng tính cht

c cn thit vì  khong nhi này không ng nhi c
h cng ca thép mangan austenitee,  nhi trên 1150 oC dn
phát tric ht austenitee và làm gim kích tính chc ca thép. 
trang thái này thép mangan austenite khá mm d c chng chu mài
mịn khơng cao. Tuy nhiên sau khi làm viu kin chp cao, nó s
nhanh chóng hóa b   cng và kh ng chu mài
mòn tt sau mt khong thi gian nhnh, u này ch c sau mng
mài mòn nhnh.
i thép hc bit, nh
Bng 1a thép Mangan cao[7]
 c

 co tuyn tính t do

Nhi ng lng

6,0%

2,4  3,0%

Khong 1400 o C

u này, thép mangan cao hay còn gi là thép hp kim mangan cao
c s d ch to:
- i.
- Làm xích xe 
- Làm tm lót máy nghin bi và nghin xon, hàm (má) và thân máy nghin
- i.
- p nghip, trong cơng nghip khai khống, sn xu
1.3. Ảnh hƣởng của thành phần hóa học đến cơ tính của thép mangan cao

Thành phn hóa hc là mu t quan trng nht ng ti
  a thép. Cacbon và mangan là hai thành ph     

5


trong sn xut thép mangan cao.Ngoài ra, êm mt s các nguyên
t h
  m truyn thng, thép mangan     c t chc
austenite. Trong quá trình làm vic, austenite là pha d i áp lc  c
chuyn bing mangan c khng ch trong khong
11-14% vì nng mangan q nhiu, austenite s tr nên nh và q trình
hóa cp s kém hiu qu.
1.3.1. Ảnh hưởng của Cacbon.
 Cacbon (C) là nguyên t cùng vi st to thành dung dch rn hịa tan có
hng Xementite, m rng vùng Austenite.
Ngồi ra C có th kt hp vi mt s h     Mn, Mo to thành
cacbit trong thép

Hình 1.3. [7]
Cacbon (C)  cng cho thép. V mng, ta thy rng c
 cng HB s t . Bên c do
dai cng C còn nh do (, p (ak)
ca thép gim mnh, song càng v sau mc gim này càng nh 

6


  tt c C trong dung dch rn, vì vy C
 do gi kh ng

i mc trung bình 1,2% mc dù tính do
có b gii ta rt ít s dng C trên 1,4% vì khi nhit
luyn rt khó nh c t chc hoàn toàn là austenite  ng cha cacbit 
biên ht.
 S a nguyên t cacbon vi các nguyên t hp kim:
S a nguyên t hp kim vi C là rt quan trng. Các nguyên t
to cacbit phn ln thuc nhóm chuyn tip, nhiu nguyên t có kh  
giành Cacbon v   to thành pha cacbit hp kim. Th t các nguyên t to
cacbit mnh dn: Fe, Mangan, Cr, W, Mo, V, Zr, Ti, Nb.
ng ca pha cacbit 
phân tán ca pha cc quynh bi ch  nhit luynvà thành phn mác
thép. Các nguyên t không to cacbit là Si, Al, Cu, Ni, Co.

Hình 1.4. 
mangan cao [7].
1.3.2. Ảnh hưởng của nguyên tố Mangan.
Trong thép mangan cao, mangan (Mn) là nguyên t m rng vùng nh
austenite, là nguyên t  kh oxy, kh nh.

7


Mn là mt ngun t hịa tan vơ hn vào trong - i dng nguyên t
thay th. Vic hòa tan này s gây xô lch mn cho thép.
Vi C, Mn t     c    i cacbit Mn 3C,
Mn3C2,... ngoài ra Mn  gii hn chy c làm nh
ht thép thì cn ph to cacbit m
Mn là mt nguyên t kh rc lp
bi n        y tinh th ln nhanh khi


Mn làm m rng vùng austentite khin pha austenite tn tc  nhi
ng c  a thép mangan cao gim m  ng ca mangan trên
13%. Kh  ng chu mài mòn cng mangan trên 14% là tt
ng mangan nh u kin làm vic chu
mài mòn th   u kin ch       ng
mangan nh u hin t
1.3.3. Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim khác:
Trong thép mangan cao, các nguyên t h     m mc
 bi vi các nguyên t hp kim hòa tan vào Fe to nên
dung dch rn, các nguyên t ca nguyên t hp kim có th thay th Fe trong mng
Fe- thì gi là ferit hp kim, nu trong mng Fe- to nên Austenite hp kim. Các
nguyên t Ni, Mn, C, N khi hòa tan vào Fe nó s m rng cùng  nh ca
austenite. Mt s nguyên t làm Cr, Si, Mo, V, Ti, W li làm thu hp vùng
austenite.
ng c  ng oxy hóa, tính chu nhit,
tính chng g cho thép. Là nguyên t to cacbit mnh Cr26C6, Cr7C3... khi ram cacbit
crom nh mn tit ra có tác dng hóa bn ting mài mịn. Cr
  th cng ca thép.
ng ca nguyên t Vanadi: Vanadi là nguyên t 
 cng ca ferit, làm gim tính nhy cm ca thép vi s quá nhi 

8


cao nhi      nh ca
austenite, gim t  ngui ti hn,  m tôi ca thép. Vanadi làm cho
thép không  nh  nhi 700-750o C, gim chuyn bi  
austenite nh c c
bn ca thép.
 ng ca Molypden: Mo cho vào t 0,5-    dai và kh

ng nt  tr b dai cho các chi tit ln qua tơi
và ram. Trong q trình nung tơi, Mo mt phn hịa tan vào dung dch rn, mt
phn to cacbit. Mo hòa tan trong dung dch rn quá trình to ra các pha
n quá trình tit pha. Mo còn làm cho cacbit tr nên nh mn.
ng ca Titan: Là mt nguyên t to cacbit mnh, cacbit titan rt n
nh nên titan có th làm ging cacbon trong austenite
cht c ng cacbon thm tác
hi ca các tp chng nguyên t này quá ln s làm
gim mnh tính d gây r 
 ng ca nguyên t Silic: là nguyên t làm thu hp vùng  nh
austenite, có ái lc hóa hc mnh v      Mn   kh oxy
trong thép lng. Ngoài ra, Si cịn là ngun t khơng to cacbit, nâng cao gii hn
chy, cn tr nh s thi bn ca thép khi ram, khi gi ng
giòn ngui khi v
ng ca Niken: Ni là nguyên t m rng vùng nh Austenite, to
dung dch rn hịa tan vơ hn nh hóa b do,
 dai ca thép. Trong thép có cha Cu thì có th  khc phc tính
giịn nóng. V      austenitecó th   c càng nhiu
nguyên t to thành Ferit.
1.4. Xử lý nhiệt thép mangan cao
Nhit luyn l            


9


                    





-  onungnóng.
- gn thép 
-  
 o C/s.
- 
- Các t luyn: ng hóa, tơi và ram
 : Là q trình nung nóng thép  nhi (200  1000oC), gi nhi
t thi gian, tip theo là làm ngui rt ch t t chc nh

Hình 1.5.
- Mh quá trình :







10


- Mangan cao  1000o
 3
pha austeniteMangan  
HRC.[5]


Thường hóa

- 
austenite  austenitephân hóa

-  

              
( 0,25%).

 

- Khi thép mangan cao ng hóa  1050o
ngui trong khơng khí. Kt qu nghiên cu cho thc ht austenite 
 cng ca thép mangan cao ging hóa t 9,3 xung
8,9 HRC [5]

Hình 1.6.

11


 Tơi thép
- 
austenite austenite
mactenxite 
-  

Hình 1.7.
- Thép mangan cao sau khi tôi oC trong 20 phút, sau   là mang
n    cho  mangan cao sau khi tơi có kích c 
  [5]



Ram thép

              
e và
austenite d


12