Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của Ti và nguyên tố đất hiếm đến tính chất mài mòn, độ dai va đập của gang trắng 13% crôm

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA Ti VÀ NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM ĐẾN TÍNH CHẤT MÀI MÒN, ĐỘ DAI VA ĐẬP CỦA GANG TRẮNG 13% CRÔM

Ngành:

Kỹ thuật Vật liệu

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án "Nghiên cứu ảnh hưởng của Ti và nguyên tố đất hiếm đến tính chất mài mòn, độ dai va đập của gang trắng 13% crôm" tập trung giải quyết vấn đề cấp thiết trong sản xuất gang crôm cao tại Việt Nam, nơi các sản phẩm còn chất lượng thấp, mài mòn nhanh và tuổi thọ làm việc kém. Gang crôm cao, một vật liệu chịu mòn phổ biến trong các ngành khai thác khoáng sản, xi măng và luyện kim, có cơ tính phụ thuộc lớn vào tổ chức gang, đặc biệt là hình thái và phân bố của cácbit. Cácbit M7C3, dù cứng, lại giòn và là nơi tập trung ứng suất, dễ gây nứt vỡ khi chịu va đập và mài mòn.

Mục đích chính của nghiên cứu là xác định ảnh hưởng của việc bổ sung Titan (Ti) và các nguyên tố đất hiếm (RE) tới tổ chức vi mô, sự phân bố, kích thước hạt pha nền, pha cácbit M7C3 và kích thước vùng cùng tinh của gang crôm cao. Từ đó, xác định hàm lượng hợp lý của các nguyên tố này nhằm nâng cao các chỉ tiêu cơ tính như độ mài mòn, độ dai va đập và tăng tuổi thọ làm việc của vật liệu.

Luận án đã đạt được một số kết quả quan trọng. Đây là công trình đầu tiên tại Việt Nam nghiên cứu tổng thể về tổ chức cùng tinh của gang trắng crôm và quá trình làm nhỏ mịn hạt bằng Ti và RE. Nghiên cứu chỉ ra rằng quá trình mòn và nứt vỡ của gang trắng crôm liên quan mật thiết đến hình thái, sự phân bố, kích thước các cácbit cùng tinh và tổ chức pha nền; các khuyết tật trong cácbit M7C3 thô là mầm mống phát triển vết nứt.

Khi bổ sung Ti (từ 0,21% đến 1,02%), khoảng cách giữa các cácbit trong vùng cùng tinh giảm từ 60 µm xuống 40 µm, kích thước ô cùng tinh giảm từ 50 µm xuống 30 µm, đồng thời độ chịu mòn và độ dai va đập tăng khoảng 30%. Đối với việc bổ sung đất hiếm (từ 0,1% đến 0,8%), các nguyên tố này tạo oxyt đất hiếm đóng vai trò tâm mầm dị thể, giúp kích thước ô cùng tinh giảm từ 55 µm xuống dưới 30 µm và kích thước cácbit M7C3 thô giảm từ 17 µm xuống 10 µm, độ dai va đập tăng khoảng 25%. Đặc biệt, khi bổ sung đồng thời Ti và RE, khả năng chịu mòn của gang tăng mạnh (khối lượng hao mòn giảm từ 170 mg xuống 80 mg với 0,66%Ti + 0,6% RE), và độ dai va đập đạt 8 J.cm². Cơ chế tạo mầm dị thể bằng Ti và RE đã tạo ra các pha cứng nhỏ mịn phân tán trong pha nền, cải thiện đáng kể khả năng chịu mòn và va đập của gang crôm 13%. Các kết quả nghiên cứu đã được áp dụng thực tế, mang lại ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật to lớn, góp phần nâng cao tuổi thọ làm việc cho các hệ gang chịu mài mòn trong nhiều ngành công nghiệp.

Mục lục chi tiết:

• CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GANG TRẮNG CRÔM

  • 1.1 Lịch sử phát triển của hệ vật liệu chịu mòn gang trắng crôm
  • 1.2 Tổ chức đúc của gang trắng crôm
    • 1.2.1 Giản đồ pha hệ Fe-Cr-C
    • 1.2.2 Các loại cácbit trong gang trắng Crôm
      • 1.2.2.1. Phân loại
      • 1.2.2.2. Tính chất cácbit trong hệ gang trắng crôm
      • 1.2.2.3. Sự kết tinh của cácbit M7C3
    • 1.2.3 Austenit trong gang trắng Crôm
      • 1.2.3.1 Hình thái Austenit
      • 1.2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hình thái của austenite sơ cấp
      • 1.2.3.3. Ảnh hưởng của hình thái Austenit sơ cấp đến các khuyết tật của gang trắng:
  • 1.3 Sự đông đặc và kết tinh cùng tinh của gang trắng crôm cao
    • 1.3.1 Nhiệt động học và động học của sự kết tinh của cùng tinh trong gang trắng
    • 1.3.2 Phân tích sự đông đặc của hệ hợp kim Fe-Cr-C
    • 1.3.3 Sự tiết ra cácbit cùng tinh
    • 3.4. Sự tạo thành khối cùng tinh
    • 1.3.5 Sự biến đổi tổ chức cùng tinh của gang trắng crôm.
  • 1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến tổ chức và tính chất của GTCr.
    • 1.4.1 Ảnh hưởng của sự phân bố các nguyên tố trong GTCr.
    • 1.4.2 Ảnh hưởng của quá trình chế tạo
    • 1.4.3. Ảnh hưởng của quá trình nhiệt luyện gang crôm.
      • 1.4.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt luyện đến tổ chức pha nền
      • 1.4.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt luyện đến hình thái cácbit:
      • 1.4.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt luyện đến độ cứng của hợp kim
  • 1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến cơ tính của gang trắng crôm
    • 1.5.1 Ảnh hưởng của hình thái, sự phân bố, kích thước hạt cácbit đến quá trình mòn trong điều kiện trượt có tải trọng của GTCr.
    • 1.5.2. Ảnh hưởng của tổ chức pha nền tới sự hình thành vết nứt của GTCr khi chịu tác động mài mòn và va đập đồng thời.
  • 1.6 Quá trình hợp kim hóa bằng Titan đến GTCr.
  • 1.7 Biến tính GTCr cao bằng đất hiếm

• CHƯƠNG 2: CHẾ TẠO MẪU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU GANG TRẮNG CRÔM 13%

  • 2.1 Chế tạo mẫu nghiên cứu
  • 2.2. Nhiệt luyện các mẫu nghiên cứu
  • 2.3 Phương pháp nghiên cứu
    • 2.3.1 Xác định thành phần hóa học
    • 2.3.2 Xác định thành phần pha
    • 2.3.3 Phương pháp xác định sự phân bố không gian của các nguyên tố hóa học (phương pháp mapping)
    • 2.3.4 Xác định độ cứng
      • 2.3.4.1 Xác định độ cứng thô đại Rockwell
      • 2.3.4.2 Xác định độ cứng tế vi
    • 2.3.5 Mức độ cùng tinh các mẫu nghiên cứu
    • 2.3.6 Nghiên cứu tổ chức
    • 2.3.7 Nghiên cứu, đánh giá quá trình mài mòn
    • 2.3.8 Nghiên cứu quá trình phá hủy mẫu do va đập
    • 2.3.9 Xác định tổng hàm lượng cácbit cùng tinh

• CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ PHÁ HỦY CỦA GTCr TRONG MÔI TRƯỜNG MÀI MÒN VÀ VA ĐẬP CAO

  • 3.1. Đặc điểm, tính chất của hệ gang crôm 13%
  • 3.2. Cơ chế mòn của GTCr 13% trong môi trường trượt
  • 3.3. Quá trình phá hủy của gang trắng 13% crôm.
    • 3.3.1. Mô phỏng quá trình chịu lực của viên bi chế tạo từ GTCr
      • 3.3.1.1. Bài toán mô phỏng
      • 3.1.1.2. Kết quả của quá trình mô phỏng sự va đập của bi
    • 3.1.2 Sự phát triển vết nứt và cơ chế gãy vỡ, bong tróc của GTCr

• CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH HỢP KIM HÓA BẰNG TITAN VÀ BIẾN TÍNH BẰNG ĐẤT HIẾM VÀ HỖN HỢP TITAN VÀ ĐẤT HIẾM ĐẾN GTCr 13%

  • 4.1 Ảnh hưởng của quá trình hợp kim hóa bằng Ti
    • 4.1.1. Sự tạo thành TiC từ gang lỏng và fero titan
    • 4.1.2 Ảnh hưởng của Ti đến tổ chức cácbit cùng tinh của GTCr
    • 4.1.3 Ảnh hưởng của Titan đến độ cứng gang crôm
    • 4.1.4 Ảnh hưởng của Ti đến độ chịu mòn
    • 4.1.5. Ảnh hưởng của Ti đến độ dai va đập của GTCr 13%
  • 4.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố RE đến tổ chức cùng tinh, cơ tính của gang trắng crôm 13%
    • 4.2.1. Sự kết tinh cùng tinh và sự phân bố của các nguyên tố đất hiếm trong hệ gang 13% crôm
      • 4.2.1.1. Sự kết tinh cùng tinh của gang trắng 13% Crôm
      • 4.2.1.2 Sự phân bố của các nguyên tố RE trong gang crôm
    • 4.2.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố đất hiếm đến tổ chức cùng tinh, thành phần cùng tinh và cơ tính của các hợp kim nhóm 3
      • 4.2.2.1 Ảnh hưởng của các nguyên tố đất hiếm tới tổ chức cùng tinh của hợp kim nhóm 3
      • 4.2.2.2. Ảnh hưởng của RE đến độ chịu mòn hệ hợp kim nhóm 3
      • 4.2.2.3. Ảnh hưởng của RE đến độ dai va đập
  • 4.3. Ảnh hưởng của Ti và RE đến sự phân bố, hình thái, kích thước cácbit của gang crôm.
    • 4.3.1. Sự có mặt của Ti và đất hiếm trong các mẫu nhóm 3
    • 4.3.2. Ảnh hưởng của Ti và RE đến tổ chức hợp kim nhóm 3
    • 4.3.3. Ảnh hưởng của Ti và RE đến thể tích cácbit cùng tinh
    • 4.3.4. Ảnh hưởng đồng thời Ti và RE đến độ cứng của các hợp kim nhóm 3
    • 4.3.5. Ảnh hưởng đồng thời của Ti và RE đến độ mài mòn
    • 4.3.6. Ảnh hưởng của Ti và RE đến độ dai va đập

• Chương 5: ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH NHIỆT LUYỆN ĐẾN TỔ CHỨC, CƠ TÍNH CỦA HỆ GANG CRÔM 13%

  • 5.1. Ảnh hưởng của nhiệt luyện tới tổ chức, cơ tính gang crôm
  • 5.2 Ảnh hưởng của nhiệt luyện đến thể tích cácbit
  • 5.3 Ảnh hưởng của nhiệt luyện đến độ cứng
  • 5.4 Ảnh hưởng của nhiệt luyện đến khả năng chịu mòn
  • 5.5 Ảnh hưởng của nhiệt luyện đến độ dai va đập