Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o
Trêng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi
-----------------------
LuËn v¨n th¹c sü khoa häc
Ngµnh: kü thuËt vËt liÖu
Nghiªn cøu chÕ t¹o vËt liÖu lµm b¸nh
r¨ng c«n xo¾n m¸c 20CrNi3A
NguyÔn th»ng
Hµ néi 2006
NguyÔn thÞ h»ng Kü thuËt vËtliÖu
Hµ Néi
2006
Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o
Trêng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi
-----------------------
LuËn v¨n th¹c sü khoa häc
Nghiªn cøu chÕ t¹o vËt liÖu lµm b¸nh
r¨ng c«n xo¾n m¸c 20CrNi3A
Ngµnh: kü thuËt vËt liÖu
M· sè:
NguyÔn thÞ h»ng
Ngêi híng dÉn khoa häc: TS.Ng« Quèc long
Hµ néi 2006
Môc lôc
Trang
Më ®Çu 01
Ch¬ng 1 - tæng quan
1.1. VËt liÖu thÐp 04
1.2 B¸nh r¨ng c«n vµ c¸c yªu cÇu kü thuËt 07
1.3 ThÐp kÕt cÊu hîp kim 08
Ch¬ng 2lý thuyÕt
2.1. §é bÒn vµ tÝnh dßn cña thÐp kÕt cÊu 15
2.1.1. C¬ tÝnh thÐp vµ nh÷ng vÊn ®Ò cÇn gi¶i quyÕt 15
2.1.2. VÊn ®Ò ph¸ huû gißn cña thÐp kÕt cÊu 16
2.1.3. VÊn ®Ò ph¸ huû mái cña thÐp kÕt cÊu. 18
2.2. Ph¬ng ph¸p ho¸ bÒn thÐp kÕt cÊu 19
2.2.1. Ho¸ bÒn b»ng biÕn d¹ng dÎo. 20
2.2.2. Ho¸ bÒn b»ng hiÖu øng lµm nhá h¹t tinh thÓ. 21
2.2.3. Ho¸ bÒn b»ng hiÖu qu¶ dung dÞch r¾n. 22
2.2.4 Ho¸ bÒn b»ng pha ph©n t¸n 23
2.2.5 Ho¸ bÒn b»ng chuyÓn biÕn mactenxit 24
2.3. §é thÊm t«i cña thÐp kÕt cÊu. 27
2.3.1. ý nghÜa cña ®é thÊm t«i 27
2.3.2. øng dông ®êng cong thö ®é thÊm t«i ®Çu mót. 29
2.3.3. nh hëng cña nguyªn tè hîp kim tíi ®é thÊm t«i cña thÐp. 30
2.4. C¬ së ®Ó lùa chän c¸c nguyªn tè ho¸ häc trong thÐp. 37
2.5. S¬ lîc vÒ c«ng nghÖ ®iÖn xØ. 40
Ch¬ng 3ThiÕt bÞ thÝ nghiÖm vµ ph¬ng ph¸p
nghiªn cøu
3.1 ThiÕt bÞ. 44
3.1.1. ThiÕt bÞ nÊu luyÖn. 44
3.1.2.
3.1.3
3.1.4
3.1.5
3.1.6
ThiÕt bÞ tÝnh luyÖn
ThiÕt bÞ ph©n tÝch
ThiÕt bÞ gia c«ng biÕn d¹ng, t¹o h×nh
ThiÕt bÞ nhiÖt luyÖn
ThiÕt bÞ kiÓm tra c¬ tÝnh
44
44
45
45
45
3.2 Ph¬ng ph¸p nghiªn cøu 46
3.2.1 Ph¬ng ph¸p nghiªn cøu tµi liÖu 46
3.2.2 Ph¬ng ph¸p thùc nghiÖm 46
Ch¬ng 4t qu¶ nghiªn cøu vµ th¶o luËn
4.1.
4.1.1
4.1.2
4.1.3
4.1.4
4.1.5
C«ng nghÖ s¶n xuÊt thÐp 20CrNi3A.
C«ng nghÖ luyÖn thÐp
C«ng nghÖ tinh luyÖn
C«ng nghÖ rÌn
C«ng nghÖ gia c«ng c¬
C«ng nghÖ nhiÖt
48
48
54
58
59
60
4.2.
4.2.1
4.2.2
4.2.3
4.3
C¸c tÝnh chÊt cña thÐp 20CrNi3A.
§é cøng
§é bÒn
CÊu tróc tÕ vi
ChÕ thö b¸nh r¨ng c«n xo¾n tõ thÐp nghiªn cøu
62
62
63
64
66
Ch¬ng 5 : KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 69
Tµi liÖu tham kh¶o 70
Phô lôc
1
Më §Çu
Trong hÇu hÕt c¸c lo¹i ®éng c¬, ®Æc biÖt lµ c¸c lo¹i ®éng c¬ dïng trong
ngµnh giao th«ng vËn t¶i c¸c chi tiÕt chÝnh lµ b¸nh r¨ng vµ trôc. Cã hai
ph¬ng truyÒn ®éng trong ®éng truyÒn ®éng gi÷a c¸c trôc song song
truyÒn ®éng gi÷a c¸c trôc c¾t nhau. B¸nh r¨ng c«n d¹ng b¸nh r¨ng dông
®Ó truyÒn ®éng gi÷a c¸c trôc c¾t nhau díi mét gãc ε nµo ®ã vµ trong thùc tÕ ε
thêng lµ gãc vu«ng. Së ngêi ta Ýt dïng truyÒn ®éng b¸nh r¨ng c«n cã trôc
kh«ng vu«ng gãc v× c«ng nghÖ chÕ t¹o vµ l¾p ghÐp phøc t¹p.
Trong thÐp lµm b¸nh r¨ng c«n xo¾n hai tÝnh chÊt ®Æc biÖt quan träng
c¬ tÝnh vµ tÝnh c«ng nghÖ. B¸nh r¨ng lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt võa
chÞu mµi mßn, va ®Ëp l¹i võa chÞu uèn nªn thÐp ®Ó chÕ t¹o b¸nh r¨ng ph¶i lµ
lo¹i thÐp tÝnh tèt (®é bÒn cao, ®é dÎo, ®é dai cao), ®ång thêi cã tÝnh
c«ng nghÖ tèt.
Trong c¸c m¸c thÐp tho¶ m·n nh÷ng yªu cÇu trªn thÐp 20CrNi3A theo
ГOCT5781 cña Céng hoµ Liên Bang Nga lµ thÐp ®îc dông réng r·i ë
nhiÒu níc trªn thÕ giíi, ®Æc biÖt rÊt quan träng ë níc ta. V× thÕ chóng t«i
®· tiÕn hµnh nghiªn cøu ®Ò tµi lµ:“Nghiªn cøu chÕ t¹o vËt liÖu lµm b¸nh
r¨ng c«n xo¾n lµ thÐp m¸c 20CrNi3A”.
Môc tiªu chñ yÕu cña ®Ò tµi nµy nghiªn cøu s¶n xuÊt c thÐp
20CrNi3A ®¶m b¶o c¸c thµnh phÇn ho¸ häc, c¬ tÝnh, cÊu tróc dùa trªn c¬ së
thuyÕt luyÖn kim c¸c tiªu chuÈn ®· cña thÕ giíi. Sau ®ã sÏ tiÕn hµnh chÕ
t¹o b¸nh r¨ng c«n xo¾n dïng trong xe «t« t¶i belaz lo¹i 30 - 32 tÊn ®Ó ®¸nh
gi¸ chÊt lîng cña b¸nh r¨ng, còng nh chÊt lîng cña thÐp.
Theo c¸c liÖu ®iÒu tra cña ViÖn LuyÖn kim §en thuéc Tæng c«ng ty
ThÐp ViÖt Nam, nhu cÇu thÐp lµm b¸nh r¨ng c«n xo¾n ë níc ta trong giai
®o¹n hiÖn nay kho¶ng 1500 tÊn/n¨m. Trong ®ã nhu cÇu phôc quèc
phßng kho¶ng 500 tÊn/n¨m.
2
Tõ tríc ®Õn nay thÐp ®Ó chÕ t¹o b¸nh r¨ng c«n xo¾n níc ta ®Òu ph¶i
nhËp ngo¹i, chñ yÕu thÐp cña Liªn cò. C¸c m¸c thÐp nhËp ®Ó lµm
b¸nh r¨ng nãi chung vµ b¸nh r¨ng c«n xo¾n thêng lµ: 12XH3A, 20XH3A,
24XH3A, 18XГГ, . Ngoµi thÐp cña Liªn X«, níc ta cßn nhËp thªm thÐp
chÕ t¹o b¸nh r¨ng cña mét níc kh¸c nh Trung Quèc, Ph¸p, Hµn Quèc,
C«ng hoµ Liªn Bang §øc, §µi Loan. ThÐp chÕ t¹o b¸nh r¨ng c«n xo¾n ®îc
nhËp Nga theo tiªu chuÈn ГOCT 5781, Trung Quèc theo tiªu chuÈn GB
3077 88, tõ Ph¸p theo tiªu chuÈn NF A 35 556.
MÆc nhu cÇu thÐp ®Ó chÕ t¹o b¸nh r¨ng c«n xo¾n cña níc ta rÊt
lín, viÖc nhËp khÈu ®ßi hái ph¶i thêi gian ngo¹i ®· g©y kh«ng Ýt khã
kh¨n cho c¸c nhµ s¶n xuÊt, nhng chóng ta vÉn cha c¸c kÕt qu¶ nghiªn
cøu ®Çy ®ñ còng nh cha cã mét nhµ m¸y nµo s¶n xuÊt c¸c lo¹i thÐp trªn. S¶n
xuÊt thµnh c«ng m¸c thÐp 20CrNi3A sÏ gióp ngµnh c«ng nghiÖp chÕ t¹o m¸y cã
nguån thÐp míi trong níc ®Ó s¶n xuÊt c¸c lo¹i b¸nh r¨ng, thay thÕ dÇn dÇn
thÐp nhËp ngo¹i, chñ ®éng h¬n trong ®iÒu kiÖn s¶n xuÊt, gi¸ thµnh kh«ng
ph¶i dïng ®Õn ngo¹i tÖ, gãp phÇn thùc hiÖn sù nghiÖp c«ng nghiÖp hãa, hiÖn ®¹i
hãa ®Êt níc.
Trong giai ®o¹n 2006 2010 thùc hiÖn nghÞ quyÕt §¹i héi ®¹i biÓu
toµn quèc lÇn thø X §¶ng Céng s¶n ViÖt Nam “§Èy m¹nh toµn diÖn c«ng
cuéc ®æi míi, sím ®a níc ta ra khái t×nh tr¹ng kÐm ph¸t triÓn, thùc hiÖn d©n
giÇu, níc m¹nh, héi c«ng b»ng, d©n chñ, v¨n minh”, c¸c ngµnh c«ng
nghiÖp níc ta nh÷ng bíc t¨ng trëng, ®Æc biÖt ngµnh giao th«ng vËn
t¶i huyÕt m¹ch cña nÒn kinh quèc gia cµng ®iÒu kiÖn ph¸t triÓn lín
h¬n. Do ®ã viÖc s¶n xuÊt ®éng c¬, trong ®ã c¸c lo¹i b¸nh r¨ng c«n xo¾n sÏ
cµng cÇn rÊt nhiÒu. Chóng ta cÇn ph¶i s¶n xuÊt c¸c lo¹i thÐp chÊt lîng
phôc vô ngµnh chÕ t¹o m¸y, x©y dùng, ho¸ chÊt, ®iÖn lùc, giao th«ng vËn t¶i....
V× thÕ viÖc nghiªn cøu chÕ t¹o thÐp lµm b¸nh r¨ng c«n xo¾n hÕt søc
cÇn thiÕt, võa cã ý nghÜa khoa häc võa cã ý nghÜa thùc tiÔn cao.
3
LuËn v¨n nµy ®îc hoµn thµnh t¹i ViÖn LuyÖn kim §en Trêng §¹i
häc B¸ch khoa víi sù híng dÉn khoa häc cña TS. Ng« Quèc Long. Trong qu¸
tr×nh thùc hiÖn, t¸c gi¶ ®· ®îc gióp ®ì tËn t×nh cña c¸c GS, PGS trong
Khoa Khoa häc C«ng nghÖ vËt liÖu m«n thuËt gang thÐp
Trêng §¹i häc B¸ch khoa Néi KS V¨n Nguyªn, TS NguyÔn V¨n
Sa, c¸c c¸n ë ViÖn LuyÖn kim §en. T¸c gi¶ xin bµy lßng biÕt ¬n ch©n
thµnh tíi TS Ng« Quèc Long c¸c thÇy c«, c¸c ®ång nghiÖp ®· tËn t×nh gióp
®ì trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn luËn v¨n.
4
Ch¬ng 1: Tæng Quan
1.1. VËt liÖu thÐp
ThÐp lo¹i vËt liÖu quan träng nhÊt cña c¸c ngµnh chÕ t¹o m¸y, x©y
dùng, giao th«ng vËn t¶i, ®iÖn lùc, dÇu khÝ, vò khÝ khÝ tµi qu©n . Nh÷ng
n¨m gÇn ®©y c¸c vËt liÖu míi ®· ®îc nghiªn cøu s¶n xuÊt nh chÊt dÎo, vËt
liÖu composit , song víi nhiÒu do cho ®Õn nay cha lo¹i vËt liÖu
nµo cã thÓ hoµn toµn thay thÕ ®îc thÐp.
VËt liÖu kim lo¹i nãi chung thÐp nãi riªng ®· cã tèc ®é ph¸t triÓn rÊt
nhanh. VÒ s¶n lîng thÐp, tèc ®é t¨ng trëng nhanh rÖt t¨ng nhanh nhÊt
ë c¸c níc khu vùc ASEAN còng nh Trung Quèc, Hµn Quèc S¶n lîng
thÐp trªn toµn thÕ giíi giai ®o¹n 2000 - 2005 ®îc nªu trong b¶ng 1.1. C¸c
c«ng nghÖ s¶n xuÊt thÐp chñ yÕu gåm: luyÖn thÐp b»ng thæi «xy (BOF)
b»ng lß ®iÖn hå quang (EAF).
B¶ng 1.1 - S¶n lîng thÐp trªn thÕ giíi giai ®o¹n 2000-2005, triÖu tÊn .
N¨m
2000
2001
2002
2003
2004
2005
S¶n lîng
789
848
850
963
1.035
1.129
Nguån nguyªn liÖu kim lo¹i dïng cho luyÖn thÐp nhiÒu biÕn ®æi.
Lóc ®Çu, khi míi ph¸t triÓn nguyªn liÖu kim lo¹i chÝnh dïng cho luyÖn thÐp
gang (luyÖn cao). Gang ®îc dông díi d¹ng láng hoÆc thái tuú thuéc
vµo qui m« vµ tr×nh ®é c«ng nghÖ cña tõng nhµ m¸y. Khi c¸c ngµnh c«ng nghiÖp
ph¸t triÓn nhiÒu chñng lo¹i s¶n phÈm hµng hãa, ®å dïng sinh ho¹t, c«ng tr×nh
x©y dùng, cÇu cèng, ph¬ng tiÖn vËn t¶ira ®êi. Trong qu¸ tr×nh gia c«ng chÕ
t¹o s¶n phÈm, còng nh sau mét thêi gian dông, lîng s¾t thÐp phÕ thu håi
®îc ngµy cµng nhiÒu viÖc dông s¾t thÐp phÕ b¾t ®Çu lµm nguyªn liÖu luyÖn
thÐp thay tcho gang.
GÇn ®©y ®Ó tËn dông nguån tµi nguyªn s½n cã ë mét sè vïng l·nh
5
thæ c¸c quèc gia giµu quÆng s¾t, khÝ thiªn nhiªn nhng kh«ng nguån
than luyÖn than cèc phôc c«ng nghÖ cao s¶n xuÊt gang, c«ng nghÖ
s¶n xuÊt s¾t xèp kh«ng dïng than cèc ®· ra ®êi. C¸c c«ng nghÖ s¶n xuÊt nµy
ph¶i kÓ ®Õn lµ: C«ng nghÖ Midrex, Hill, lß quay SL/RL s¶n xuÊt s¾t xèp, c«ng
nghÖ Corex, Romelt s¶n xuÊt gang láng. Tuy míi ra ®êi nhng c¸c s¶n phÈm
thuéc c«ng nghÖ luyÖn kim phi cèc còng ®· ®ãng gãp ®¸ng vµo nghiÖp
ph¸t triÓn cña ngµnh thÐp.
Theo A.CHATTERJEE chuyªn gia luyÖn kim cña ViÖn nghiªn cøu
Gang thÐp thÕ giíi (IISI), s¶n lîng cña ba lo¹i nguyªn liÖu nµy trong nh÷ng
n¨m gÇn ®©y ®îc nªu trong b¶ng 1.2.
B¶ng 1.2. S¶n lîng c¸c lo¹i nguyªn liÖu kim lo¹i dïng cho luyÖn thÐp.
§¬n vÞ tÝnh: triÖu tÊn
Nguyªn liÖu
1990
1995
2000
2005
Gang
ThÐp phÕ
C¸c s¶n phÈm phi cèc
474
367
17
429
315
28
512
337
46
526
368
64
Song song víi t¨ng s¶n lîng thay ®æi nguån nguyªn liÖu
kim lo¹i nh trong b¶ng 1.2, nhiÒu c«ng nghÖ tinh luyÖn thÐp míi ®· ®îc
ph¸t triÓn dông cho c¸c m¸c thÐp míi ®¸p øng ®îc nhu cÇu ngµy
cµng cao cña thÞ trêng nh c«ng nghÖ tinh luyÖn ngoµi . dông c¸c c«ng
nghÖ tinh luyÖn ngoµi lß cã nhiÒu u ®iÓm:
- §ång ®Òu ho¸ nhiÖt ®é thµnh phÇn ho¸ häc cña bÓ kim lo¹i láng.
- Hîp kim ho¸ vµ ®iÒu chØnh chÝnh x¸c thµnh phÇn cña thÐp theo yªu cÇu.
- Khö khÝ («xy, hy®r«, nit¬) t¹p chÊt ®îc triÖt ®Ó h¬n.
- TËn thu ®îc c¸c nguyªn tè hîp kim vµ khö triÖt ®Ó cacbon.
- Khèng chÕ, ®iÒu chØnh ®îc nhiÖt ®é.
6
HiÖn nay lu tr×nh c«ng nghÖ trong mét nhµ m¸y luyÖn kim tuy kh¸c nhau,
song sau luyÖn thÐp ®Òu kh©u tinh luyÖn vµ ®óc thái.
Díi ®©y hai d©y chuyÒn ®iÓn h×nh: d©y chuyÒn c«ng nghÖ a nhµ
m¸y Georgsmarienhutte cña Céng hoµ Liªn bang §øc (h×nh 1.1) d©y
chuyÒn c«ng nghÖ cña nhµ m¸y Sollac-Fos cña Ph¸p (h×nh 1.2.)
H×nh 1.1: S¬ ®å lu tr×nh c«ng nghÖ nhµ m¸y Georgsmarienhutte
1: Lß luyÖn thÐp.
2: Lß thïng tinh lun.
3: ThiÕt bÞ khö khÝ ch©n kh«ng.
4: Hîp kim ho¸ b»ng d©y hîp kim.
5: ThiÕt bÞ khuÊy trén.
6: M¸y ®óc liªn tôc.
H×nh 1.2: S¬ ®å lu tr×nh c«ng nghÖ nhµ m¸y Sollac-Fos Ph¸p.
1: Thïng chøa níc gang æn ®Þnh nhiÖt vµ khö s¬ bé lu huúnh.
2: Lß luyÖn thÐp.
3: Lß thïng khö lu huúnh.
4: ThiÕt bÞ tinh luyÖn kiÓu CAS-OB: gåm thæi «xy, hîp kim ho¸ Si,
Mn, Al , khuÊy trén b»ng khÝ.
5: M¸y ®óc liªn tôc.
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
7
Tõ c¸c d©y chuyÒn c«ng nghÖ hiÖn ®¹i víi kinh nghiÖm s¶n xuÊt
l©u ®êi ®· chÕ t¹o rÊt nhiÒu chñng lo¹i thÐp tÝnh chÊt kh¸c nhau cung cÊp
cho c¸c hé tiªu dïng víi c¸c yªu cÇu rÊt ®a d¹ng.
§Ó t¨ng cêng qu¶n ®èi víi mÆt hµng thÐp, trong xu thÕ héi nhËp
bªn c¹nh c¸c tiªu chuÈn cña mçi quèc gia cÇn chøc tiªu chuÈn Quèc
(ISO). NÕu nh tríc ®©y ViÖt Nam chØ quen sö dông thÐp theo tiªu chuÈn cña
Liªn (nay Céng Hoµ Liªn bang Nga) th× gÇn ®©y chóng ta ®· lµm quen
víi nhiÒu tiªu chuÈn kh¸c nh: Trung Quèc, NhËt B¶n, Céng hoµ Liªn bang
§øc, Ph¸p, Thuþ §iÓn, Anh, Mü vµ tiªu chuÈn Quèc tÕ ISO.
1.2. B¸nh r¨ng c«n vµ c¸c yªu cÇu kü thuËt
Trong c¸c lo¹i b¸nh r¨ng c«n, tuú thuéc kÕt cÊu h×nh d¸ng cña r¨ng
ngêi ta chia thµnh b¸nh r¨ng c«n th¼ng, b¸nh r¨ng c«n nghiªng b¸nh r¨ng
c«n xo¾n.
MÆc b¸nh r¨ng c«n xo¾n rÊt nh¹y c¶m víi nh÷ng sai chÕ t¹o
l¾p ghÐp nhng cïng víi mét t¶i träng ®éng kh¶ n¨ng chuyÓn t¶i cña b¸nh
r¨ng c«n xo¾n cao h¬n b¸nh r¨ng c«n th¼ng do sai ¨n khíp tiÕng ån
còng Ýt h¬n. Do ®ã vËn tèc vßng giíi h¹n cña truyÒn b¸nh r¨ng c«n xo¾n
cao h¬n so víi bé truyÒn b¸nh r¨ng c«n th¼ng.
ë c¸c níc ph¸t triÓn nh Mü, Anh, Ph¸p, ý, §øc, Nga vµ kÓ c¶ c¸c
níc cha ph¸t triÓn hiÖn nay nh níc ta, b¸nh r¨ng c«n xo¾n ®îc dông
ë rÊt nhiÒu n¬i: trong xe taxi, xe chë kh¸ch c¸c lo¹i, xe buýt trong thµnh phè,
xe chë hµng lo¹i nhá ®Õn vµi chôc tÊn, thËm chÝ hµng tr¨m tÊn nh xe chë
quÆng cho c¸c nhµ y luyÖn kim, chë than ë má, dïng trong n«ng nghiÖp
nh m¸y kÐo, m¸y cµy. Ngoµi c¸c lo¹i xe vËn t¶i, phôc vô d©n sinh, c¸c lo¹i
xe phôc quèc phßng nh xe kÐo ph¸o, xe thiÕt gi¸p, xe t¨ng. vµ c¸c lo¹i
xe cã c«ng dông ®Æc biÖt kh¸c còng dïng lo¹i ®éng c¬ cã b¸nh r¨ng c«n xo¾n.
§Ó chÕ t¹o b¸nh r¨ng c«n xo¾n dïng trong c«ng nghiÖp quèc phßng
d©n sinh, chóng t«i ®· nghiªn cøu, lùa chän m¸c thÐp theo tiªu chuÈn cña Nga
8
20XH3A. §©y thÐp hîp kim thÊp ®Ó chÕ t¹o c¸c chi tiÕt m¸y nªn ®¶m b¶o
®îc c¸c yªu cÇu chung tÝnh, chÝnh x¸c h×nh d¹ng, kÝch thíc còng
nh ®é bãng bÒ mÆt ®Ó l¾p r¸p.
VÒ c¬ tÝnh: TÝnh chÊt c¬ b¶n cña chi tiÕt m¸y lµ kh¶ n¨ng chÞu t¶i träng tÜnh vµ
®éng nªn yªu cÇu c¬ b¶n lµ cã ®é bÒn cao vµ ®é dai tèt phï hîp
víi ®iÒu kiÖn cña t¶i träng.
Trong chÕ t¹o m¸y ph¶i chó ý ®Õn giíi h¹n ch¶y chi tiÕt m¸y ë d¹ng
l¾p ghÐp kh«ng cho phÐp biÕn d¹ng dÎo khi lµm viÖc. §èi víi chi tiÕt chÞu
t¶i träng ®éng cÇn ph¶i t¨ng t¶i träng mét c¸ch ®ét ngét nªn ®é dai va ®Ëp rÊt
quan träng. ChÝnh chØ tiªu ®é dai va ®Ëp quyÕt ®Þnh ®é tin cËy khi lµm viÖc
cña chi tiÕt ®¶m b¶o kh«ng khi ph¸ huû dßn, yªu cÇu ®Æc biÖt quan träng ®èi
víi c¸c ph¬ng tiÖn giao th«ng. Ngoµi ra ®é cøng mÆt chi tiÕt cao b¶o ®¶m
tÝnh chèng mµi mßn ma s¸t hay s¸t. B¸nh r¨ng mét trong c¸c chi tiÕt
lµm viÖc díi t¶i träng thay ®æi theo chu kú nªn ®ßi hái giíi h¹n mái cao.
VÒ tÝnh c«ng nghÖ: §Ó chÕ t¹o chi tiÕt thµnh phÈm thÐp b¸n thµnh phÈm ph¶i qua
nhiÒu kh©u gia c«ng, biÕn d¹ng nãng nh rÌn ®Ó t¹o ph«i t¹o ra chøc tèt
h¬n (lµm mÞn h¹t, t¹o cÊu tróc thÝch hîp). Sau ®ã ph¶i qua c¾t gät ph«i thÐp ®Ó
t¹o h×nh d¹ng kÝch thíc chÝnh x¸c, ®é bãng ®óng yªu cÇu.
§Ó chÕ t¹o b¸nh r¨ng c«n xo¾n ta ph¶i chän m¸c thÐp hîp kim h×nh
d¹ng cña b¸nh r¨ng c«n xo¾n phøc t¹p, tiÕt diÖn thay ®æi ®ét ngét nªn kh«ng
dông ®îc thÐp cacbon kÕt cÊu chÕ t¹o m¸y. So víi thÐp cacbon, thÐp hîp
kim tuy ®¾t h¬n, tÝnh c«ng nghÖ kÐm h¬n, song ®é bÒn cao h¬n, ®©y
u ®iÓm quan träng. Do n©ng ®é thÊm t«i, ngoµi ra cßn ho¸ bÒn ferrit, t¹o ra
cacbit ph©n t¸n, gi÷ cho h¹t nhá.
1.3. ThÐp kÕt cÊu hîp kim
ThÐp kÕt cÊu hîp kim ®îc dông ®Ó chÕ t¹o chi tiÕt m¸y trong hÇu hÕt
c¸c ngµnh c«ng nghiÖp, ngoµi ra n ®îc dïng ®Ó lµm c¸c khung, dÇm cÇu,
9
trong c¸c c«ng tr×nh kiÕn tróc ®Æc biÖt ë nh÷ng vïng m«i trêng ¨n mßn nh
kh«ng khÝ Èm, níc, h¬i níc, níc biÓn
ThÐp hîp kim kÕt cÊu ph©n lµm nhiÒu nhãm, tªn nhãm biÓu thÞ tªn cña
nguyªn hîp kim tham gia. dô: Nhãm thÐp Cr«m, thÐp Mangan nhãm
thÐp cr«m-mangan, cr«m-silic, cr«m-m«lip®en, cr«m-m«lip®en-vanadi, niken-
m«lip®en, cr«m-niken,
ThÐp chÕ t¹o b¸nh r¨ng 20CrNi3A thuéc lo¹i thÐp hîp kim kÕt cÊu
nhãm thÐp cr«mniken. T¹i Céng hoµ Liªn Bang Nga thÐp 20CrNi3A ®îc
s¶n xuÊt theo ГOCT 5781, t¬ng ®¬ng m¸c thÐp 20CrNi3 theo tiªu chuÈn GB
3077-88 cña Trung Quèc, 20NC11 theo tiªu chuÈn NF A35 556 cña Ph¸p..
Thµnh phÇn ho¸ häc, c¬ lý tÝnh a c¸c m¸c thÐp trªn ®îc nªu trong b¶ng 1.3
vµ 1.4.
B¶ng 1.3 - Thµnh phÇn ho¸ häc c¸c m¸c thÐp lµm b¸nh r¨ng c«n xo¾n theo
tiªu chuÈn Nga, Trung Quèc, Ph¸p.
M¸c thÐp
(níc)
C Si Mn P S Cr Ni Mo
Nguyªn
tè kh¸c
20CrNi3A
Nga
0,17-0,24
0,17-0,27
0,30-0,60
0,025 0,025 0,60-0,90
2,75-3,15
- -
20CrNi3
Trung Quèc
0,17-0,24
0,17-0,37
0,30-0,60
0,025
0,025
0,60-0,90
2,75-3,15
-
P,S
0,025%
20NC 11
Ph¸p
0,17-0,25
0,1-0,4 0,35-0,60
0,04 0,035 0,60-0,90
2, 5-3,0 - -
B¶ng 1.4 - C¬ tÝnh cña m¸c thÐp lµm b¸nh r¨ng c«n xo¾n
M¸c thÐp
(níc)
NhiÖt ®é
gia c«ng
nãng,
0
C
NhiÖt luyÖn C¬ tÝnh
§é
cøng
(ñ) HBS
T«i
Lµm
nguéi
NhiÖt ®é
ram vµ
lµm nguéi,
0
C
σ
b
,
MPa
σ
s
,
MPa
σ,
%
Ψ
%
A
k
j/jcm
-
2
I II
20CrNi3A
Nga
1150-
850
820 - DÇu
500, níc
hoÆc dÇu
932 735 12 55 98 241
20CrNi3
Trung
Quèc
-
820 –
840
-
u
hoÆ
c
níc
400 -
500
dÇu, níc
980 835 10 55 - -
10
Trong tiªu chuÈn NF A35 556 cña Ph¸p kh«ng ®a ra ®iÒu kiÖn nhiÖt luyÖn c¸c trÞ
c¬ tÝnh cña m¸c thÐp nµy
nh hëng cña nhiÖt ®é ram ®Õn tÝnh cña thÐp ®îc tr×nh bµy trong b¶ng
1.5
B¶ng 1.5. C¬ tÝnh cña thÐp (thµnh phÇn,%: 0,17C; 0,16Si; 0,37Mn; 0,73Cr;
2,85Ni( thÐp 1) 0,24C; 0,28Si; 0,35Mn; 0,69Cr; 3,30Ni ( thÐp 2) sau khi t«i
820
o
C trong dÇu c¸c mÉu ®êng kÝnh 10 mm, dµi 55 mm tïy thuéc vµo
nhiÖt ®é ram víi lµm nguéi sau ®ã trong dÇu.
NhiÖt
®é
ram,
o
C
σ
B
,
GPa
σ
0,2
,
GPa
δ,
%
ψ,
%
a
H
,
MJ/m
2
σ
B
,
GPa
σ
0,2
,
GPa
δ,
%
ψ,
%
a
H
,
MJ/m
2
ThÐp 1
ThÐp 2
150 1.34 1.09 7.4 53.6 1.09 1.61 1.31 12.0 58.8 1.05
200
1.35
1.08
11.0
59.5
1.28
1.59
1.29
12.5
60.1
0.99
250 1.35 1.12 10.8 62.7 1.06 1.54 1.28 11.2 61.4 0.89
300
1.31
1.07
11.1
64.5
0.69
1.44
1.25
10.8
63.0
0.70
350 1.23 1.00 11.1 63.3 0.92 1.39 1.22 10.8 65.1 0.72
400
1.18
0.95
10.9
63.3
1.00
1.29
1.16
11.8
65.1
0.94
450 1.03 0.84 11.5 66.8 1.40 1.17 1.02 12.3 68.5 1.11
500
0.91
0.72
12.4
69.8
1.42
0.95
0.85
16.4
67.4
1.45
550 0.84 0.67 18.6 71.8 1.92 0.89 0.70 19.2 70.8 1.78
600
0.77
0.62
20.8
76.5
2.30
0.85
0.68
19.4
73.0
1.86
650 0.70 0.57 24.8 78.9 2.47 0.82 0.65 21.9 75.0 2.35
B¶ng 1.6. tÝnh cña thÐp (thµnh phÇn,%: 0.23C; 0.36Mn; 0.25Si; 0.78Cr;
2.85Ni) sau khi t«i 830
o
C trong dÇu tïy thuéc vµo nhiÖt ®é ram lµm
nguéi sau ®ã trong dÇu.
NhiÖt ®é
ram,
o
C
σ
B
σ
0,2
δ
ψ
a
H
,
MJ/m
2
Gpa
%
180
320
550
620
1,5
1,4
0,9
-
1,27
1,25
0,85
-
59
61
72
-
13
13
19
-
0,81
0,90
1,90
2,40
11
c c¬ tÝnh cña thÐp phô thuéc vµo tiÕt diÖn khi gia c«ng nhiÖt luyÖn:
tÝnh cña thÐp 20XH3A sau khi thêng hãa ë 910
o
C (9giê) + t«i
trong dÇu 810
o
C + ram 200
o
C trong 1 giê phô thuéc vµo ®êng kÝnh ph«i
nh sau:
§êng kÝnh, mm 5 10 15 20 25 35 50
σ
0,2
, GPa 1.25 - 1.20 1.10 1.00 0.95 0.80
a
K
, MJ/m
2
- 0.95 0.85 - 0.85 0.85 1.0
* §é dßn khi ram
§é dai va ®Ëp cña thÐp (thµnh phÇn, %: 0,24C; 0,49Mn; 0,59Cr;
3,54Mn; 0,022P) sau khi t«i tõ 850
o
C trong níc + ram ë 675
o
C víi lµm nguéi
trong níc 1,34 MJ/m
2
; khi lµm nguéi víi 0,73 MJ/m
2
; sau khi t«i
1000
o
C trong níc + ram ë 675
o
C lµm nguéi trong níc 1,28 MJ/ m
2
;
khi lµm nguéi cïng víi lß lµ 0,36 MJ/m
2
.
* tÝnh tïy thuéc vµo nhiÖt ®é t«i
B¶ng 1.7.
nh hëng nhiÖt ®é t«i ®Õn nh cña thÐp thµnh phÇn,%: 0,17C;
0,16Si; 0,37Mn; 0,73Cr; 2,85Ni (thÐp 1) vµ 0,24C; 0,28Si; 0,35Mn; 0,69Cr; 3,30Ni (
thÐp 2). T«i mÉu ph«i ®êng kÝnh 10 mm. ThÐp thö nghiÖm kh«ng ram.
NhiÖt
®é
t«i,
o
C
σ
B
,
GPa
σ
0,2
,
GPa
δ
,
%
ψ
,
%
a
H
,
MJ/m
2
σ
B
,
GPa
σ
0,2
,
GPa
δ
,
%
ψ
,
%
a
H
,
MJ/m
2
ThÐp 1
ThÐp 2
750
854
662
9,0
42,9
1,77
1055
762
9,2
37,0
0,63
800
1313
1051
9,3
57,0
1,22
1665
1430
12,3
57,0
1,03
850
1383
1100
11,4
62,1
1,16
1650
1457
12,8
58,2
1,03
900
1343
1108
10,4
57,7
1,20
1611
1427
11,4
58,9
1,12
950
1362
1088
11,5
58,2
1,19
1611
1421
11,6
57,6
1,09
1000
1333
1094
10,0
57,9
1,16
1587
1411
11,6
57,6
1,15
12
1050
1323
1081
11,4
57,9
1,05
1569
1351
12,2
54,4
1,20
c¸c liÖu trong b¶ng 1.3 - 1.7 ta thÊy viÖc nghiªn cøu thÐp lµm
b¸nh r¨ng c«n xo¾n c¸c níc ph¸t triÓn ®· nghiªn cøu tõ l©u vµ ®· s¶n xuÊt æn
®Þnh tõ tríc chiÕn tranh thÕ giíi lÇn thø hai (1945).
Nh÷ng t¸c gi¶ ®· nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu trong lÜnh vùc nghiªn
cøu nµy ph¶i kÓ ®Õn lµ c¸c nhµ khoa häc Liªn X« [15,16,17], c¸c nhµ khoa
häc cña Trung Quèc [18,19] .
Nãi chung c¸c vÊn ®Ò nghiªn cøu, còng nh s¶n xuÊt cña hÇu hÕt c¸c
níc ®Òu dùa trªn c«ng nghÖ luyÖn thÐp trong ®iÖn quang kÕt hîp víi
c«ng nghÖ tinh luyÖn ngoµi nªn thÐp võa ®óng thµnh phÇn ho¸ häc kiÕn,
võa Ýt t¹p chÊt. Sau tinh luyÖn thÐp ®îc ®óc trong hÖ thèng m¸y ®óc liªn tôc
®Çy ®ñ c¸c th«ng u viÖt nh tèc ®é rãt, lu lîng rãt, tèc ®é kÐo thái, ®Æc
biÖt chÕ ®é lµm nguéi theo vïng. Trªn m¸y ®óc liªn tôc cßn thiÕt l¾p
®Æt c¸c m¸y rung ®iÖn t¹o cho thái ®óc kh«ng xèp, thiªn tÝch, cÊu tróc
®ång ®Òu vµ h¹t mÞn.
Qu¸ tr×nh luyÖn thÐp cña c¸c níc thùc hiÖn c¸c bíc c«ng nghÖ trªn ®·
®¶m b¶o cho thái thÐp ®ñ yªu cÇu ®Ò ra thµnh phÇn ho¸ häc, tÝnh,
tÝnh c«ng nghÖ. Víi c¸c c«ng ®o¹n gia c«ng tiÕp theo còng nh÷ng qui tr×nh
nghiªm ngÆt thèng thiÕt tiªn tiÕn nªn nhiÒu b¸nh r¨ng trong c¸c ®éng
a c¸c níc tiªn tiÕn chÕ t¹o tuæi thä rÊt cao, Ýt mµi mßn, khi
dông. C¸c níc Ph¸p, NhËt, §øc, Nga s¶n phÈm b¸nh r¨ng c«n xo¾n
chÊt lîng næi tiÕng trªn thÕ giíi.
Níc ta hiÖn nay ngµnh c«ng nghiÖp luyÖn kim cha ®îc ph¸t triÓn,
c¸c thiÕt chuyªn dïng cha ®ång bé. c Tæng C«ng ty thÐp ViÖt Nam
®· cã ®iÖn siªu c«ng suÊt 30 tÊn/mÎ, kÕt hîp víi thiÕt tinh luyÖn ngoµi lß
40 tÊn/mÎ nhng míi tËp trung s¶n xuÊt ra thÐp cacbon th«ng dông, phôc vô
cho ngµnh x©y dùng, d©n dông. Do ®ã cha thÓ s¶n xuÊt thÐp chÊt lîng
tríc m¾t tËn dông c¸c ®iÒu kiÖn thuËt, thiÕt s½n ë ViÖn nghiªn cøu,