Bộ Công thơng
Tổng Công ty Máy động lực và máy nông nghiệp
Viện Công nghệ Báo cáo tổng kết đề tài KH-CN
M số: 244.07.RD/HĐ-KHCN
Tên đề tài:

nghiên cứu công nghệ và chế tạo bộ răng gầu
máy xúc thủy lực bl365 trong khai thác mỏ Cơ quan chủ quản: Bộ Công thơng
Cơ quan chủ trì: Viện Công nghệ
Chủ nhiệm đề tài: kS. Trần tự trác


Hà Nội, 3 - 2008
Cơ quan chủ trì
Viện Công nghệ
Chủ nhiệm đề tài

Những ngời tham gia đề tài:

1. Trần Tự Trác Viện Công nghệ
2. Đặng Thành Công Viện Công nghệ
3. Trần Trọng Nghĩa Viện Công nghệ
4. Võ Thanh Sơn Viện Công nghệ
5. Thái Văn An Viện Công nghệ
6. Hoàng Thị Mai Viện Công nghệ
7. Nguyễn Thanh Tùng Viện Công nghệ
8. Nguyễn Cao Minh Viện Công nghệ
9. Nguyễn Đức Chung Viện Công nghệ
Báo cáo đề tài NCKH
Nghiên cứu công nghệ và chế tạo bộ răng gàu máy xúc thuỷ lực BL 365 trong khai thác mỏ

2.2. Các yếu tố ảnh hởng đến tính chất của thép hợp kim 11
2.2.1. ảnh hởng của thành phần hoá học
11
2.2.2. ảnh hởng của công nghệ đúc
13
2.2.3. ảnh hởng của quá trình xử lý nhiệt
13
Phần 3. công nghệ chế tạo
15
3.1. Sơ đồ tổng thể quy trình công nghệ chế tạo 15
3.2. Công nghệ đúc 17
3.2.1. Thiết kế công nghệ đúc 17
3.2.2. Công nghệ chế tạo khuôn đúc 19
3.3. Công nghệ nấu luyện thép 13
20
3.3.1. Tính toán phối liệu nấu luyện 20
3.3.2. Công nghệ nấu luyện và đúc rót 23
3.4. Công nghệ nhiệt luyện thép 13
25
3.4.1. Xác định chế độ gia nhiệt 25
3.4.2. Thiết bị và đồ gá 26
Báo cáo đề tài NCKH
Nghiên cứu công nghệ và chế tạo bộ răng gàu máy xúc thuỷ lực BL 365 trong khai thác mỏ
...............................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................
2
3.4.3. Thao tác nhiệt luyện 27

Báo cáo đề tài NCKH
Nghiên cứu công nghệ và chế tạo bộ răng gàu máy xúc thuỷ lực BL 365 trong khai thác mỏ
...............................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................
3

Lời nói đầu Trong những năm 1975-2004 các loại máy xúc chạy điện (EK 4,6, EK
5A và 8) nhập khẩu từ Liên Xô cũ đóng vai trò chủ đạo trong việc bốc xúc đất
đá tại các công trờng khai thác mỏ. Từ năm 2004 đến nay sản lợng khai thác

Nghiên cứu công nghệ và chế tạo bộ răng gàu máy xúc thuỷ lực BL 365 trong khai thác mỏ
...............................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................
4
Phần 1
tổng quan

1.1. Thực trạng sử dụng răng gàu máy xúc thuỷ lực cat bl 365
1.1.1. Điều kiện làm việc
Bộ răng gàu máy xúc thuỷ lực BL365 gồm 5 chi tiết lắp ở gàu xúc. Trong
quá trình làm việc răng gàu chịu tác dụng của lực đẩy thủy lực và bị va đập, chà
sát với vật liệu cần bốc xúc rất mạnh. Vật liệu bốc xúc là đá, sỏi, bìa bắp, đất...
đều rất cứng nên răng gàu bị mài mòn nhanh, thậm chí gãy, vỡ Khi phần mũi
mòn tới giới hạn quy định, phải tiến hành thay thế.
1.1.2. Thực trạng sử dụng

Răng gàu máy xúc thuỷ lực BL365 do các đơn vị khai thác mỏ nhập ngoại
có chất lợng sử dụng ổn định và đáp ứng yêu cầu sản xuất. Sản lợng xúc đất
đá trung bình cho 01 bộ (5 cái) với độ cứng f = 10-12 là 65.000-70.000 m
3
.
Răng gàu máy xúc thuỷ lực BL365 của các đơn vị cơ khí trong nớc chế
tạo có chất lợng sử dụng rất thấp. Số liệu khảo sát tại Công ty than Cao Sơn,
Cọc Sáu, Đèo Nai thấy rằng:

PC 750; BL365; CAT 5090; CAT 320; CAT 1250.
Số liệu khảo sát tại các đơn vị khai thác mỏ Quảng Ninh sử dụng răng gàu
máy xúc thuỷ lực cho thấy mỗi năm một máy xúc sử dụng 30 bộ răng gàu. Một
bộ răng gàu có 05 cái, trọng lợng trung bình của 01 răng gàu: 35-40 kg. Tổng
trọng lợng răng gàu máy xúc thuỷ lực có nhu cầu 01 năm tại các đơn vị khai
thác mỏ là:
( 80 máy x 30 bộ ) x (5 cái x 40 kg ) = 480.000 kg.
Nh vậy để cung cấp cho các đơn vị khai thác mỏ khu vực Quảng Ninh
hàng năm cần có 480 tấn sản phẩm răng gàu máy xúc thuỷ lực với giá trị
khoảng 17-18 tỷ đồng.

1.3.

Tình hình nghiên cứu, sản xuất và cung cấp răng gàu máy
xúc thuỷ lực BL365.
Các đơn vị sản xuất cơ khí trong nớc đã chế tạo răng gàu máy xúc thuỷ
lực BL365 và một số loại khác cung cấp cho khai thác mỏ từ năm 2005. Khảo
sát tại các đơn vị cơ khí đã và đang chế tạo răng gàu máy xúc thuỷ lực cung cấp
cho khai thác mỏ thấy rằng:
- Việc lựa chọn và khống chế thành phần hợp kim trên cơ sở thép 13
trong quá trình sản xuất để chế tạo răng gàu máy xúc thuỷ lực cha đợc khoa
học và phù hợp với điều kiện làm việc.
- Công nghệ đúc cha áp dụng công nghệ tiên tiến đáp ứng đợc yêu cầu
vật đúc kết tinh có tổ chức nhỏ mịn.
- Công nghệ nhiệt luyện còn mang tính thủ công, cha giám sát đợc các
thông số của quá trình nhiệt luyện.
Đối với các nớc công nghiệp tiên tiến công nghệ chế tạo răng gàu các
loại đợc nghiên cứu cơ bản và áp dụng rộng rãi trong sản xuất. Đây là những
công nghệ hoàn chỉnh từ khâu lựa chọn hợp kim cho từng loại răng gàu làm
việc trong các điều kiện khác nhau, nấu luyện hợp kim, đúc, nhiệt luyện. Các

- Kiểm tra, đánh giá các quá trình công nghệ chế tạo và các chỉ tiêu của vật
liệu.
- Đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật, kinh tế.

1.4.2. Mục tiêu của đề tài
- Nghiên cứu lựa chọn đợc vật liệu thích hợp để chế tạo răng gàu máy xúc
thuỷ lực BL365.
- Đề ra quy trình công nghệ chế tạo phù hợp với trang thiết bị công nghệ
hiện có tại Việt Nam để chế tạo răng gàu máy xúc thuỷ lực BL365.
- Mở rộng để áp dụng chế tạo các loại răng gàu máy xúc thuỷ lực hiện
đang sử dụng trong khai thác mỏ và các ngành kinh tế khác.
Báo cáo đề tài NCKH
Nghiên cứu công nghệ và chế tạo bộ răng gàu máy xúc thuỷ lực BL 365 trong khai thác mỏ
...............................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................
7 Phần 2

Lựa chọn vật liệu

quá trình làm việc để có độ cứng tăng cao, dẫn đến tính chống mài mòn tốt.
Báo cáo đề tài NCKH
Nghiên cứu công nghệ và chế tạo bộ răng gàu máy xúc thuỷ lực BL 365 trong khai thác mỏ
...............................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................
8 2.1.2. những Đặc tính cơ bản của thép chịu mài mòn va đập.
2.1.2.1. Đặc tính cơ bản
Thép chịu mài mòn va đập có tên gọi chung là thép Hadfield là loại thép
có tính chống mài mòn đặc biệt khi làm việc dới tải trọng va đập có những đặc
tính cơ bản sau:
- Là loại thép đúc chứa các bon và mangan cao, có tổ chức austenít, do có
nhiều Mn là nguyên tố mở rộng vùng trong giản đồ trạng thái sắt- các bon
Fe-C (Hình1).
- Có độ cứng ban đầu khoảng 200 HB và có độ dẻo cao.
- Khi làm việc bị ma sát dới áp lực và chịu tải trọng va đập lớn, bề mặt
của thép bị biến dạng dẻo và xảy ra các quá trình sau:
+ Biến cứng: Mạng tinh thể austenít bị xô lệch và làm nhỏ tổ chức blốc.
+ Tạo thành máctenxít: Dới tác dụng của ứng xuất cao một phần
austenít chuyển biến thành máctenxít và đợc gọi là máctenxít biến dạng. Do
lợng chứa các bon trong thép cao tới 1,3% nên độ cứng của máctenxít tạo
thành rất cao. Kết quả là lớp chịu biến dạng dẻo và biến cứng có độ cứng cao
tới 600 HB và chống mài mòn rất tốt. Trong quá trình làm việc lớp hoá bền này
không bị mất, vì lớp cũ bị mòn đi thì lớp mới tiếp tục bị biến dạng dẻo và biến
cứng. Đặc tính này làm thép Hadfield khác hẳn các thép khác đợc tôi bề mặt

2.
Bảng 1: Thành phần hoá học cơ bản của thép Hadfield (%).
C Si Mn P S
0,9-1,4 0,8-1,0 11,5-14,5 <0,10 <0,05

Bảng 2: Yêu cầu về cơ tính của thép Hadfield
Rm
(Mpa)
R0,2
(Mpa)
A
(%)
Z
(%)
KCU
(J/cm2)
HB
624-830 360-380 34-53 34-43 260-350 186-229

Q
Fe
Thép

L
+

F + P
(F +Xe) = P
(F)
+

(P + Xe) +Xe
I
F
K
C
(P +Xe)
(

+Xe) Báo cáo đề tài NCKH
Nghiên cứu công nghệ và chế tạo bộ răng gàu máy xúc thuỷ lực BL 365 trong khai thác mỏ
...............................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................
10
2.1.3 các loại thép chịu mài mòn va đập
+ Tiêu chuẩn Nga: ở Nga chỉ có một mác thép Hadfield với kí hiệu 110 13II
(trớc đây là 13II hay đơn giản là 13) thành phần hoá học đợc quy định
theo bảng 3.
Bảng 3: Thành phần hoá học của thép

13 theo GOCT 2176-77 (%)

C Si Mn P S Cr Ni Cu
0,9-1,4 0,8-1 11,5-15 <0,12 <0,05 <1,0 <1,0 <0,3


11
D 0,7-1,3 1,0 11,5-14,0 <0,07 3,0-4,0 -
E-1 0,7-1,3 1,0 11,5-14,0 <0,07 - 0,9-1,2
E-2 1,05-1,45 1,0 11,5-14,0 <0,07 - 1,8-2,1
F 1,05-1,35 1,0 6-8 <0,07 - 0,9-1,2

2.1.4. Lựa chọn vật liệu chế tạo răng gàu máy xúc thuỷ lực BL365.

Nh đã nêu trên, thép đúc Hadfield có tổ chức austenít theo các tiêu
chuẩn của Nga, Mỹ, Nhật có các đặc điểm sau:
- Có thành phần Hợp kim cơ bản: C: 0,7-1,4%; Mn: 6-15%; Si: 0,3-1%;
Pmax: 0,12%; Smax: 0,05%.
- Một số mác đặc biệt theo tiêu chuẩn Mỹ, Nhật có các nguyên tố hợp
kim: Ni, Cr, Mo, V.
Răng gàu máy xúc thuỷ lực BL365 làm việc trong điều kiện chịu mài
mòn va đập với độ cứng đất đá f = 10-12, giới hạn các nguyên tố để chế tạo
đợc lựa chọn trên cơ sở thép 13 theo bảng 6.
Bảng 6: Thành phần hoá học của thép

13(%) để chế tạo răng gàu BL365

C Si Mn P S
1,0-1,2 0,8-1,0 12,5-14,0 <0,10 <0,05

2.2. Các yếu tố ảnh hởng đến tính chất của Thép Hợp kim
2.2.1. ảnh hởng của thành phần hoá học
.
ảnh hởng của thành phần hoá học đến tính chất của thép và gang đợc
biểu thị ở giản đồ trạng thái Sắt - Cácbon ứng dụng (hình 2). Đờng chấm đứt
là đờng giản đồ ứng dụng cho hợp kim nhiều nguyên tố. Các nguyên tố hợp

:
Giản đồ Sắt - Cacbon ứng dụng trong điều kiện thực tế
đối với vật đúc bằng thép cacbon và thép hợp kim thấp
N
Nhiệt độ ( C)
0
0
0
0
Đuờng giản đồ thực tế ứng dụng cho vật đúc

Đuờng giản đồ bình thuờng

H- 1494 C, C-0,07%; J-1494 C, C- 0,18%
B- 1494 C, C- 0,51%; N-1394 C, C- 0,07%
Hàm luợng C, %
0
O
J
B
H
H'
Báo cáo đề tài NCKH
Nghiên cứu công nghệ và chế tạo bộ răng gàu máy xúc thuỷ lực BL 365 trong khai thác mỏ
...............................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................
13

xử lý nhiệt đều phải qua các bớc: Gia nhiệt nung nóng, giữ nhiệt và làm nguội.
Phải nghiên cứu để thực hiện các nguyên công cho phù hợp với mỗi loại hợp
kim, thành dày và độ phức tạp của từng chi tiết. Nếu thực hiện không đúng quá
trình nhiệt luyện sẽ gây nứt vỡ hoặc dẫn đến cơ tính của vật liệu không đảm
bảo.
Báo cáo đề tài NCKH
Nghiên cứu công nghệ và chế tạo bộ răng gàu máy xúc thuỷ lực BL 365 trong khai thác mỏ
...............................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................
14
Chế độ nâng nhiệt của các quá trình nhiệt luyện đều có nhiệm vụ đa tổ
chức ban đầu về austenít và tạo ra cấu trúc có tổ chức nhỏ hạt. Với thép
hadfield, quá trình nâng nhiệt còn có nhiệm vụ hoà tan cácbít mangan vào
austenít. Chế độ nâng nhiệt của thép hadfield cần chậm vì độ truyền nhiệt của
vật liệu kém, dễ gây ra nứt do ứng xuất khi nung.
Thời gian giữ nhiệt của các nguyên công nhiệt luyện cần hợp lý, đảm bảo
thấu nhiệt cho toàn bộ chi tiết và hoàn thành quá trình biến đổi pha, nhng
cũng không đợc quá dài vì sẽ làm thô hạt và thoát các bon bề mặt của thép.
Chế độ làm nguội sau khi nung của quá trình nhiệt luyện cũng rất phức tạp
và phụ thuộc vào chế độ nhiệt luyện đã chọn. Nó bao gồm làm nguội chậm theo
lò, nguội ngoài không khí, nguội trong môi trờng dầu, nguội trong môi trờng
nớc. Mỗi chế độ làm nguội cho ta cơ tính khác nhau. Vì vậy, với mỗi loại vật
liệu cũng nh chi tiết phải chọn chế độ làm nguội phù hợp.