Bộ công THƯƠNG
TổNG CÔNG TY THéP VIệT NAM
Viện Luyện kim Đen
--------------------
Báo cáo tổng kết
đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển CÔNG
NGHệ cấp bộ
Tên đề tài:

NGHIấN CU CH TO GANG HP KIM BN CAO
MC GX330NiCr42 LM A NGHIN
PHC V CễNG NGHIP SN XUT GIY

DFGEDFGEDFGE

Cơ quan chủ quản:

tổng công ty thép vN

Cơ quan chủ tr
ì:

Viện Luyện kim Đen

Chủ nhiệm đề tài:
NGUYN
VĂN SA


4
Vũ Thái Sơn
Kĩ s Cty CP Giấy Hoàng Văn Thụ
5
Bùi Quang Sơn
Kĩ s Cty CP Giấy Hoàng Văn Thụ 2
Mục lục
Mở đầu 3
1. Tổng quan về gang hợp kim chịu mài mòn 5
1.1 Phân loại gang hợp kim chịu mài mòn 5
1.2 Gang trắng crôm niken (Ni-hard) 7
1.2.1 Tính chất vật lý của gang Ni-hard 9
1.2.2 Tính chất cơ học của gang Ni-hard 9
1.2.3 Đặc tính đúc của gang Ni-hard 10
1.2.4 Tính gia công của gang Ni-hard 10
1.2.5 Chế độ nhiệt luyện 10
1.2.6 Khả năng chịu mài mòn của gang Ni-hard 11
1.3 ảnh hởng các nguyên tố hợp kim đối với gang Ni-hard 13
1.3.1 ảnh hởng của niken 13
1.3.2 ảnh hởng của silic 14
1.3.3 ảnh hởng của crôm 14
1.3.4 ảnh hởng của mangan 14
1.3.5 ảnh hởng của đồng 14
1.3.6 ảnh hởng của molipđen 15

năm, thiết bị dự phòng không còn, do đó việc thay thế gặp nhiều khó khăn...
Sau khi tìm hiểu tình hình ở một số cơ sở sản xuất lớn nh Công ty Giấy Bãi
Bằng, Công ty Giấy Hoàng Văn Thụ Chúng tôi nhận thấy dao nghiền đĩa là
một trong những chi tiết phải làm việc trong điều kiện chịu va đập và mài mòn,
nên cần thay thế liên tục. Hiện nay, dao nghiền đĩa đợc cung cấp từ nhiều
nguồn: nhập từ Trung Quốc, sản xuất trong nớc... Tuy nhiên, vật liệu chế tạo
đều là gang xám không hợp kim, độ bền thấp, khả năng chịu mài mòn kém.
Từ thực tế trên, chúng tôi cho rằng nên chế tạo dao nghiền đĩa bằng gang
hợp kim chịu mài mòn. Trong nhóm gang hợp kim này, mác GX330NiCr42 theo
tiêu chuẩn DIN 1695-81 của Đức có nhiều đặc tính tốt, phù hợp cho việc chế tạo
các chi tiết chịu va đập và mài mòn nêu trên.
Viện Luyện kim Đen đã đề xuất và đợc Bộ Công nghiệp (nay là Bộ Công
Thơng) giao cho thực hiện đề tài Nghiên cứu chế tạo gang hợp kim độ bền
cao mác GX330NiCr42 làm đĩa nghiền phục vụ công nghiệp sản xuất giấy.
Qua một thời gian triển khai, đề tài đã hoàn thành các nội dung nghiên cứu.
Trong báo cáo tổng kết đề tài chúng tôi xin trình bày các phần sau:
- Mở đầu
- Tổng quan về gang hợp kim chịu mài mòn abrasive.
- Phơng pháp nghiên cứu
- Kết quả đạt đợc
- Kết luận và kiến nghị
- Tài liệu tham khảo
- Phụ lục

4
Nhân dịp này, Ban chủ nhiệm đề tài xin chân thành cảm ơn sự quan tâm và
chỉ đạo sát sao của Vụ Khoa học & Công nghệ- Bộ Công Thơng, sự hợp tác
giúp đỡ tận tình của Công ty Giấy Hoàng Văn Thụ Thái Nguyên, các cơ sở
nghiên cứu nh Trờng ĐHBK Hà Nội, Trung tâm Đo lờng Việt nam và một
cơ sở nghiên cứu khác đã giúp chúng tôi thực hiện thành công đề tài.


6
Gang hợp kim là loại gang chủ yếu dùng làm vật liệu chịu mài mòn và đúc
thành những chi tiết cần thiết trong việc chế tạo máy đập, nghiền và nhiều loại
dụng cụ chịu mài mòn khác.
Trong gang trắng hợp kim cao, lợng Cr cao làm tăng khả năng chịu ăn
mòn của gang. Phần thể tích lớn của kim loại nền và cácbid cùng tinh trong tổ
chức tế vi sẽ tạo nên độ cứng lớn cần thiết cho tác động va đập, nghiền nhỏ các
vật liệu khác. Trong gang này, pha cácbid gắn chắc trên nền kim loại và biến đổi
tuỳ thuộc vào hàm lợng hợp kim đa vào. Quá trình nhiệt luyện sẽ tạo ra sự
cân bằng đặc biệt giữa khả năng chịu mài mòn và tính dẻo cần thiết cho khả
năng liên tục chịu va đập .
Trong khi vật đúc từ gang trắng hợp kim thấp có hàm lợng hợp kim dới
4%, độ cứng chỉ trong khoảng 350 550 HB trong khi gang hợp kim cao có dải
độ cứng từ 450 800 HB.
Tiêu chuẩn ASTM A552 đa ra thành phần và độ cứng của nhiều mác gang
trắng chịu mài mòn. Rất nhiều vật đúc đợc chế tạo theo mác gang của tiêu
chuẩn này.
Tuy nhiên một số lợng lớn vật đúc đợc sản xuất có sự thay đổi về thành
phần hoá học tuỳ theo từng ứng dụng riêng. Điều cần nói là các chuyên gia thiết
kế, kỹ s luyện kim và thợ đúc cần hợp tác với nhau để đa ra đợc các mác
gang có thành phần, phơng pháp nhiệt luyện và quy trình đúc hợp lý cho từng
ứng dụng đặc biệt.
Gang trắng hợp kim cao đợc phân ra các nhóm chính nh sau:
- Gang niken-crôm (Ni-hard) : Chứa 3-5 % Ni và 1-4 % Cr , Ngoài ra có
một loại hợp kim với thành phần biến đổi, chứa 7-11 % Cr.
- Gang crôm molipđen: Chứa 11-23 % Cr và đến 3 % Mo, thông thờng
nó đợc hợp kim hoá với niken và đồng.
- Gang cao crôm: hàm lợng Cr từ 25-28 % và chứa các nguyên tố hợp kim
hoá khác nh Mo hoặc Ni tới 1,5 %.

Nguyên tố
Thành phần hoá học (%)
C 2,7 - 3,2 2,7 -3,2
Si 0,9 0,7 0,6 0,5 0,4 1,0 0,8 0,7 0,6 0,5
Mn 0,3 0,5 0,3 0,5
Ni 4,0 4,2 4,5 4,8 5,0 3,5 3,8 4,2 4,5 4,8
Cr 1,5 1,7 1,9 2,2 2,5 1,4 1,6 1,8 2,0 2,3
- Hợp kim loại ID (Ni-hard 4) là loại gang niken - crôm biến đổi, nó chứa
hàm lợng crôm cao hơn, trong khoảng từ 7 11% và hàm lợng niken tăng dần
theo trong khoảng 5 7%. Cacbon thay đổi tuỳ theo tính chất yêu cầu cho điều
kiện làm việc. Hàm lợng cacbon trong khoảng 3,2 3,6 % đợc quy định khi

9
độ bền chịu mài mòn đợc yêu cầu lớn nhất. Còn khi khả năng chịu va đập đợc
u tiên thì hàm lợng cacbon phải đợc khống chế trong khoảng 2,7 3,2 %
(Bảng 3)
Bảng 3. Thành phần hoá học của gang Ni-Hard có ứng dụng đặc biệt

Thành phần hoá học (%)

Mác gang
C Si Mn Cr Ni Mo S P
Tip III
1,0-1,6 0,4 - 0,7 0,4 0,7 1,4 - 1,6 4,0 -4,75 -
0,05 0,05
HK 3-2-1
3,3 - 3,6 0,3 - 0,6 0,5 0,8 1,5 - 2,0 2,75 -3,75 0,7 1,1
0,15 0,40
Ni-Hard4
2,6 - 3,2 1,7 - 2,0 0,4 0,6 7,5 - 9,0 5,5 -6,5 -

trội so với gang trắng không hợp kim. Độ cứng cao đi đôi với việc giảm trị số
giới hạn bền khi uốn và kéo. Các chi tiết chế tạo từ gang Ni-hard cần đợc sử
dụng trong các điều kiện chịu va đập và có tải trọng.
Bảng 4 . Tính chất cơ học của gang Nihard

B
HB

U

Loại gang Phơng pháp làm khuôn
kG/mm
2

Độ võng f khi
uốn tính bằng
mm
I
- Cát
- Kim loi
28-35
35-42
550-650
600-725
48-60
54-82
2,0 2,8
II
- Cát
- Kim loi

lõi trục bằng gang xám hợp kim hay gang cầu.
1.2.4 Tính gia công của gang Ni-hard
Các vật đúc từ gang Ni-hard không thể gia công bằng dụng cụ cắt gọt mà
chỉ nên hoàn thiện bằng phơng pháp mài. Nếu việc gia công là bắt buộc, thì ở
nơi cần gia công cơ khí của vật đúc, nên bổ sung bằng cách đúc phụ thêm gang
xám hay thép cacbon. Điều này rất có lợi khi thiết kế các chi tiết từ gang chịu
mài mòn hợp kim hoá cao.
1.2.5 Chế độ nhiệt luyện
Chế độ nhiệt luyện vật đúc từ gang Ni-hard có mục đích là loại bỏ ứng suất
và giảm nhỏ lợng austenit d.
Việc ram mactensit vật đúc và chuyển hoá austenit d thành bainit hay
mactensit khi nhiệt luyện là loại trừ những thay đổi mạnh về thể tích austenit
trong quá trình vận hành và cải thiện các chỉ tiêu về độ mỏi của chi tiết gang Ni-
hard, đặc biệt là làm việc trong điều kiện va đập có tải trọng ví dụ nh cối nghiền
bi . Với mục đích này ngời ta dùng nhiệt luyện đơn giản: ram ở 250-275
o
C
trong khoảng 4-6 giờ hay nhiệt luyện kép các chi tiết chịu va đập nặng : nung tới
475
o
C hay 700-780
o
C trong 4 giờ làm nguội ngoài không khí và ram thấp ở 275

11
o
C trong 4 giờ. Gang Ni-hard-4 có thể nhiệt luyện ở 750
o
C trong 8 giờ và làm
nguội ngoài không khí.

13
Khả năng chịu mài mòn cao của gang Ni-hard trong điều kiện có tác động
mài mòn đợc lý giải bởi có một lợng lớn crôm hợp kim hoá dới dạng
xementit (Fe,Cr)
3
C có vi độ cứng HV 950-1100 kG/mm
2
và nền mactensit-
austenit cũng không thua kém cacbid về vi độ cứng (HV 670-840 kG/mm
2
).
trong điều kiện mài mòn ớt, hệ số mài mòn tơng đối của gang Ni-hard so với
thép CT20 là 5,0-5,7. ngời ta đã thiết lập đợc bảng so sánh độ bền chịu mài
mòn của gang Ni-hard và của gang hợp kim khác (bảng 5 )
Bảng 5 : Tốc độ mài mòn của gang Ni-hard và loại gang hợp kim khác
Thành phần hoá học
Độ mài mòn tơng đối
Mác gang
C Si Mn Cr Ni Mo S P

HB
Lớp lót rãnh tháo
quạng và máng
Lớp trong cùng
máy nghiền bi

Đầu máy phân