Đề tài Nghiên cứu công nghệ sản xuất gang bền nhiệt hệ fe – al thay thế hệ fe – cr- Ni

1 Bé c«ng TH¦¥NG TæNG C¤NG TY THÐP VIÖT NAM ViÖn LuyÖn kim §en -------------------- B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc vµ ph¸t triÓn C¤NG NGHÖ cÊp bé Tªn ®Ò tµi: “NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GANG BỀN NHIỆT HỆ Fe – Al THAY THẾ HỆ Fe – Cr- Ni” DFGEDFGEDFGE C¬ quan chñ qu¶n: tæng c«ng ty thÐp vN C¬ quan chñ tr×: ViÖn LuyÖn kim §en Chñ nhiÖm ®Ò tµi: L£ V¡N NGUY£N 6825 28/4/2008 Th¸ng 12/2007 2 MỤC LỤC MỤC LỤC TRANG MỞ ĐẦU 2 I. TỔNG QUAN 3 1. Tính chịu nhiệt 3 2. Tính bền nhiệt 7 2.1. Khái niệm về biến dạng dão 7 2.2. Dão trong vật liệu kim loại 8 3. Gang bền nhiệt 9 4. Gang nhôm (Fe-Al) 10 4.1. Vai trò của nhôm và silic 10 4.2. Các mác gang nhôm thường gặp 17 4.3. Lựa chọn mác gang nghiên cứu 20 II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 22 1. Nội dung nghiên cứu 22 2. Phương pháp nghiên cứu 22 III. NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 24 1. Công nghệ nấu luyện 24 2. Công nghệ đúc 27 2.1. Xác định độ co của gang nhôm 28 2.2. Xác định độ chảy loãng 29 3 2.3. Vật liệu làm khuôn 30 2.4 Một số vấn đề liên quan khác đến công nghệ nấu luyện 30 2.5 Công nghệ nhiệt luyện gang nhôm 31 3. Các tính chất cơ học đạt được 32 4. Cấu trúc 32 5. Quá trình dùng thử sản phẩm 33 IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 35 1. Kết luận 35 2. Kiến nghị 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 PHỤ LỤC 37 4 Danh sách những người thực hiện chính Họ và tên Học hàm, học vị chuyên môn Cơ quan công tác 1. Lê Văn Nguyên Ks Viện Luyện Kim Đen 2. Lê Quang Hiếu Th.s Viện Luyện Kim Đen 3. Nguyễn Thanh Bình Ks Viện Luyện Kim Đen 4. Trần Đình Hưng Ts Viện Luyện Kim Đen 5. Nguyễn Quang Dũng Th.s Viện Luyện Kim Đen 5 MỞ ĐẦU Gang bền nhiệt đã được nghiên cứu từ lâu, cùng với phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật khác, gang bền nhiệt cũng phát triển đa dạng và phong phú. Tuỳ thuộc vào yêu cầu cụ thể của môi trường làm việc mà sử dụng lựa chọn mác gang cho phù hợp, sao cho công nghệ sản xuất đơn giản, chất lượng sử dụng tốt, giá thành rẻ. Gang bền nhiệt ngày càng được sử dụng rộng rãi vì so với các loại vật liệu bền nhiệt khác loại gang này có khả năng chống rung cao, tính đúc tốt cho phép nhận được các chi tiết có hình dạng phức tạp. Do có khả năng bền nhiệt kết hợp với khả năng chống ăn mòn, chống mài mòn gang bền nhiệt được sử dụng nhiều trong ngàng cơ khí, công nghiệp hoá chất và dầu khí: trong ngành chế tạo tuôcbin khí, chế tạo các chi tiết trong máy diezen hiện đại, máy nén khí… Ở nước ta gang bền nhiệt đã được sử dụng nhiều để làm sàn lò nung, sàn lò nhiệt luyện, các thiết bị trao đổi nhiệt…Các chi tiết đòi hỏi phải làm việc ở nhiệt độ cao hoặc vừa làm việc ở nhiệt độ cao vừa chịu ăn mòn, mài mòn hầu hết vẫn phải nhập ngoại. Để khác phục khó khăn khi phải nhập ngoại nhằm thay thế kịp thời phục vụ sản xuất, một số chi tiết đã được chế tạo trong nước, song hầu hết các mác gang này đều theo hệ Fe-Cr, Fe-Si, Fe-Cr-Ni. Ngoài các hệ này, các nước còn dùng hệ Fe-Al.Gang hệ Fe – Al (gọi tắt là gang nhôm) có nhiều ưu điểm nổi bật: có khả năng làm việc lâu dài ở nhiệt độ cao mà không bị nứt, không bị cong vênh, biến dạng. Gang nhôm ngoài khả năng bền nhiệt còn có khả năng chống ăn mòn và mài mòn cao. Đặc biệt trong những năm gần đây khi mà giá Niken tăng cao, gang nhôm càng được chú ý và nghiên cứu kỹ càng hơn vì giá thành của nó thấp hơn sử dụng Niken rất nhiều. Đề tài “nghiên cứu công nghệ sản xuất gang bền nhiệt hệ Fe-Al thay thế hệ Fe- Cr-Ni” rõ ràng là đề tài vừa có ý nghĩa khoa học vừa có ý nghĩa kinh tế cao. Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của vụ KHCN Bộ Công Thương, phòng KT Tồng Công ty thép Việt Nam (VSC), Xí nghiệp 79 Tổng cục CNQP, Viện Luyện Kim Đen và các bạn đồng nghiệp. Nhân dịp này, ban chủ nhiêm đề tài xin trân thành cảm ơn! 6 I. TỔNG QUAN Gang bền nhiệt là loại vật liệu kim loại làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, có áp suất lớn và nhìn chung đều ở trong môi trường xâm thực. Để đảm bảo các chi tiết chế tạo từ gang bền nhiệt có tuổi thọ làm việc cao, loại gang này phải đảm bảo hai điều kiện: - Có tính chịu nhiệt cao (tính bền hoá ở nhiệt độ cao) - Có tính bền nhiệt cao (giữ được độ bền ở nhiệt độ cao trong thời gian dài dưới tác động của tải trọng làm việc). 1. Tính chịu nhiệt Đối với vật liệu kim loại nói chung, tính chịu nhiệt là khả năng chống lại sự phá huỷ của môi trường ở nhiệt độ cao. Môi trường làm việc của kim loại bền nhiệt thường là không khí nóng, sản phẩm cháy của nhiên liệu chứa khí CO, H2S, O2, các loại ion của muối nóng chảy…Trong các môi trường phá huỷ này môi trường phá huỷ thường gặp nhất là môi trường ôxy. Vật liệu kim loại ở nhiệt độ cao bị oxy hoá. Sản phẩm của quá trình oxy hóa là các loại ôxyt: Fe2O3, Fe3O4, FeO, Cr2O3, Al2O3. Các loại ôxyt Fe2O3, Fe3O4, FeO có cấu tạo mạng không khít chặt, lại không liên kết chặt với kim loại nền nên bị tách ra khỏi nền. Quá trình hình thành ôxýt và tách ra khỏi nền của ôxýt tiếp tục xẩy ra khi vẫn được cung cấp ôxy, cứ như vậy kim loại nền bị phá huỷ nhanh chóng. Cơ chế của quá trình oxy hoá được mô tả như sau: - Ở lớp bền mặt phân chia kim loại /oxyt có phản ứng: Me Æ Men+ + ne - Ở lớp bề mặt phân chia oxyt/oxy có phản ứng: ½ O2 Æ Ohp + 2e Æ O2- Phản ứng tổng hợp của cả quá trình sẽ là: Men+ + m.n O2/2 Æ MnnOm.n/2 Trong các phản ứng trên m, n là chỉ số và hoá trị của kim loại, Ohp là oxy bị hấp phụ trên bề mặt kim loại. 7 Trong quá trình oxy hoá kim loại, một lớp màng oxýt rắn được tạo thành trên bề mặt. Quá trình ôxy hoá muốn tiếp tục thì Ohp phải khuyếch tán qua lớp ôxýt mới hình thành đó để tiếp xúc trực tiếp với kim loại nền hoặc các ion kim loại từ nền khuyếch tán qua lớp oxýt này để tiếp xúc với Ohp. Từ cơ chế ăn mòn trên đây ta thấy lớp oxyt tạo thành lúc ban đầu rất quan trọng, cấu trúc của lớp oxy, độ bền và độ phân tán cũng như kích thước hạt quyết định đến tính chịu nhiệt của kim loại nền. Cấu trúc, độ bền, độ phân tán và kích thước của các phần tử ôxýt phụ thuộc vào thành phần hoá học của nó, tức là ngoài oxy nó phụ thuộc vào thành phần cấu tạo nên hợp kim chịu nhiệt. Mỗi nguyên tố có trong thành phần hợp kim đều có ảnh hưởng nhất định đến việc tạo thành ôxyt, nhưng sự thể hiện thì không riêng rẽ vì trong đại đa số các trường hợp người ta thấy có sự oxy hóa chọn lọc, vì quá trình oxy hoá phụ thuộc nhiều yếu tố như vùng nhiệt độ mà nguyên tố đó có ái lực mạnh với oxy hơn các nguyên tố khác hoặc quá trình oxy hoá còn là quá trình làm nghèo nguyên tố này, tức là gián tiếp làm giàu nguyên tố khác. Có nhiều loại ôxyt tạo ra trên bề mặt hợp kim. Bảng 2 thống kê cấu trúc, tính chất và thông số mạng của các loại ôxyt thường gặp này. 8 Bảng 1 : Các ôxyt thường gặp và các tính chất của chúng Thông số Nhiệt độ Ôxyt Loại mạng tinh thể A α Nóng chảy Thiêu kết Sôi N /lư ợn g gi ải ph ón ng , K ca l Tỷ k hố i FeO Fe3O4 Fe2O3 Fe2O3 NiO CoO Co3O4 Cr2O3 CrO3 Al2O3 Al2O3 TiO SiO2 SiO2 V2O5 V2O3 VO MoO2 MoO3 MnO2 α γ γ α α α β γ Lập phương kiểu NaCl Spinel Mặt thoi kiểu Cr2O3 Lập phương Lập phương kiểu NaCl - Nt - Spinel Mặt thoi, D5 Hình thoi Spinel Kiểu Cr2O3 Lập phương kiểu NaCl Lục giác C8 Lập phương Mặt thoi Kiểu Cr2O3 Kiểu NaCl Đơn tinh thể Hình thoi Kiểu rutil 4.28 8,38 5,42 8,32 4,17 4,25 8,11 7,74 7,9 5,12 8,11 5,42 5,45 4,08 55o17’ 55o17’ 56o50’ 53o49’ 1377 1527 1565 1990 1810 *910 2257 1870 2050 1825 575 1710 650 1970 2050 - 795 510* 720 810 840 1260 1160 880 * * 2500 1700 1460 +129 146 +104 +96 +117 +115 +48 +180 +5.5 +261 +266 +208 +207 +61 +177 +211 +132 +90 +35 - 2,10 2,14 1,65 1,86 2,01 2,07 5,1 - 1,28 1,88 3,19 1,82 1,51 2,10 3,24 2,34 9 Từ bảng 1 ta thấy, mỗi loại oxyt có một nhiệt độ nóng chảy và một nhiệt độ thiêu kết riêng. Để có màng bảo vệ tốt, màng bảo vệ phải có nhiệt độ nóng chảy cao và có nhiệt độ thiêu kết cao. Rõ ràng Cr, Al , Si, Zr, Ni, …tạo ra màng oxyt có tính bảo vệ tốt. Các nguyên tố Cr, Al, Si, …ngoài việc tạo thành oxyt có nhiệt độ nóng chảy cao. Oxyt của các nguyên tố này còn không bị bay hơi ở nhiệt độ cao, có cấu trúc xít chặt và có liên kết chắc chắn nền kim loại. Vì vậy tốc độ oxy hoá của kim loại nền rất thấp. Tốc độ oxy hoá trong trường hợp này được biểu thị bằng phương trình: X2 = K.t Trong đó: X- Độ dày màng ôxyt t- Thời gian K- Hằng số, có liên quan đến hệ số khuyếch tán. Hằng số K có thể được tính theo phương trình khuyếch tán: K = 2VDn Trong đó: D- Hệ số khuyếch tán V- Thể tích trung bình ion khuyếch tán trong màng ôxyt. W- Nồng độ ion khuyếch tán qua ranh giới giữa ôxyt và kim loại. Từ phương trình này ta thấy, quá trình ôxy hoá là quá trình khuyếch tán. Trong trường hợp khi bề mặt kim loại tạo nên màng ôxyt xốp có vết rạn nứt nghĩa là màng mỏng không tạo thành lớp bảo vệ vững chắc cho kim loại khỏi ôxy hoá, khi đó tốc độ ôxy hoá được tính theo phương trình tuyến tính: X =K.t Khi nhiệt độ tăng lên, làm tăng tính linh động của ion kim loại và nguyên tử, kéo theo sự khuyếch tán ion kim loại qua màng ôxyt, nhưng đối với các hợp kim khác nhau, màng ôxy hoá ở nhiệt độ khác nhau cho cấu trúc, thành phần, độ bền ôxy hoá khác nhau, khả năng khuyếch tán cũng khác nhau. Lúc đó tốc độ ôxy hoá hay hằng số K trong phương trình X2= K.t phụ thuộc vào nhiệt độ. 10 Qua việc nghiên cứu các màng mỏng ôxyt của thép chịu nhiệt chứa Cr, Al, Si người ta xác định rằng ôxyt chịu nhiệt của các nguyên tố này nằm ngay sát phía trong lớp gỉ, gắn bám trực tiếp bề mặt kim loại, còn lớp bề mặt kim loại nằm ở dưới lớp ôxyt thì bị ôxy hoá khi tiếp xúc với Ohp . Với tác dụng hoá học của kim loại và môi trường khí tạo nên trên bề mặt kim loại chịu nhiệt lớp bảo vệ gồm cấu trúc của chính nó với cấu trúc kim loại. Mạng tinh thể kim loại vẫn tiếp tục được bảo toàn ngay khi kiến tạo mạng mới trong pha ôxyt. Lớp chuyển tiếp giữa màng ôxyt và nền kim loại đảm bảo độ bền cần thiết của mối liên kết kim loại với ôxyt và đóng vai trò chủ yếu đối với khả năng chịu nhiệt của kim loại. Qua những kết quả nghiên cứu trên đây ta thấy, cho đến ngày nay các nguyên tố Cr, Al, Si…vẫn là các nguyên tố hợp kim chính tạo thành hợp kim chịu nhiệt. 2 Tính bền nhiệt Tính bền nhiệt của vật liệu là khả năng giữ được độ bền ở môi trường nhiệt độ cao trong điều kiện tải trọng xác định. Trên thực tế, tính bền nhiệt được coi là khả năng làm việc lâu bền của vật liệu trong điều kiện có tải trọng và nhiệt độ cao. Như ta đã biết, khi kim loại làm việc ở nhiệt độ cao, dưới tác dụng của tỉ trọng không đổi và thấp hơn giới hạn chảy trong thời gian dài thì kim loại vẫn bị biến dạng dẻo một cách chậm chạp gọi là dão (creep). Đó là sự nối tiếp nhau một cách liên tục của 2 quá trình ngược nhau: biến dạng dẻo gây ra hoá bền và kết tinh lại gây ra thải bền. Hiện tượng dão trở nên đặc biệt nguy hiểm khi nhiệt độ làm việc cao hơn nhiều so với nhiệt độ kết tinh lại vì kim loại sẽ bị biến dạng dẻo và dẫn tới phá huỷ sau một thời gian nào đó. Để nâng cao tính bền nóng ta phi tìm cách chống lại hiện tượng biến dạng dão. 11 2.1 Khái niệm về biến dạng dão Biến dạng dão là quá trình biến dạng thuận nghịch phụ thuộc vào thời gian do ti trọng cố định gây ra. Biến dạng dão εdão(t) gồm biến dạng đàn hồi trễ và biến dạng dẻo. Biến dạng dão có 3 giai đoạn: + Dão sơ cấp (dão chuyển tiếp) đặc trưng bằng quá trình các lệch được hoạt nhiệt cắt nhau, tạo hoá bền chủ yếu nhờ các bậc lệch và cấu trúc lệch ổn định, quá trình thi bền không đáng kể. + Dão thứ cấp (dão ổn định) thể hiện sự cân bằng động học giữa hoá bền và thi bền nhờ giải toả các tập hợp lệch bền chướng ngại bằng các chuyển động hoạt nhiệt của lệch như leo, trượt ngang. Cấu trúc lệch không thay đổi, dẫn đến được đa cạnh hoá hoặc kết tinh lại tuỳ theo năng lượng khuyết tật xếp lớn hay nhỏ. + Dão nhanh dần bắt đầu khi quá trình thi bền chiếm ưu thế. Biên hạt có thể trượt, các vết nứt được hình thành ở đó, mẫu co thắt và phá huỷ theo biên hạt. 2.2 Dão trong vật liệu kim loại Đối với vật liệu kim loại, dão ổn định là quan trọng nhất, đặc biệt là đối với các chi tiết làm việc ở nhiệt độ cao (động cơ phản lực), môi trường ăn mòn ( nhà máy nhiệt điện, các lò nung công nghiệp) môi trường bức xạ (nhà máy điện hạt nhân)... Hai yếu tố trực tiếp ảnh hưởng đến dão là nhiệt độ và ứng suất. Khi tăng một trong hai yếu tố hay tăng cả hai thì tốc độ dão thứ cấp tăng và tuổi thọ chi tiết gỉam. Độ bền dão chính là chỉ số của tính bền nhiệt của vật liệu. Muốn nâng cao độ bền nhiệt, phải chống dão ở nhiệt độ cao tức là phải tạo ra cấu trúc có khả năng chống lại có hiệu qủa sự chuyển động của lệch (lêch trượt và lệch leo) cũng như sự xê dịch biên giới hạt và nó ít thay đổi ở nhiệt độ đó. Thép có cấu trúc austenit đáp ứng được yêu cầu trên. Kim loại có nhiệt độ nóng chảy càng cao thì có tính bền nóng càng cao. Khi có cùng nhiệt độ nóng chảy, kim loại có nhiệt độ kết tinh lại cao hơn sẽ có tính bền nóng cao hơn. Tổ chức của hợp kim cũng ảnh hưởng đến tính bền nóng. Thép có tổ 12 chức austenit có tính bền nóng cao hơn thép có tổ chức ferit do austenit có nhiệt độ kết tinh lại cao hơn. ở nhiệt độ cao, biên giới hạt kém bền so với bên trong hạt, quá trình biến dạng dão dẫn tới phá huỷ thường xảy ra trước tiên ở biên giới hạt. Do vậy, cấu trúc hạt càng nhỏ (tức là biên giới hạt càng nhiều) thì tính bền nhiệt càng kém. Đối với vật liệu kim loại để chống lại hiện tượng dão, người ta thường đưa vào vật liệu các nguyên tố hợp kim như: Mo, W, Nb, Ti, Si, Al… 3. Gang bền nhiệt Gang bền nhiệt là một phần quan trọng trong vật liệu kim loại bền nhiệt. Trong quá trình xây dựng tiêu chuẩn về gang bền nhiệt đều dựa vào thành phần hóa học và yêu cầu kỹ thuật làm cơ sở. Các tiêu chuẩn về gang bền nhiệt hiện nay chúng ta thường gặp là tiêu chuẩn Nga (ΓOCT 7769-82), tiêu chuẩn Trung Quốc (GB 9437- 88), tiêu chuẩn Cộng hoà Liên Bang Đức (DIN 1694-81), tiêu chuẩn Pháp (NF A 32-301), tiêu chuẩn của Nhật (JIS G5510 (1987) và tiêu chuẩn Quốc tế (ISO 2892). Nhìn chung nước đều xếp gang bền nhiệt theo các nhóm: - Nhóm gang Crôm - Nhóm gang Silic - Nhóm gang Niken - Nhóm gang Nhôm Trong các nhóm này nguyên tố hợp kim có hàm lượng cao nhất đại diện cho tên nhóm. Để phát huy tác dụng của các nguyên tố hợp kim đến tính chất cơ lý của gang như độ bền cơ học, khả năng chịu ăn mòn, khả năng chịu nhiệt, trong các nhóm gang cơ bản trên người ta đã đưa thêm vào nhiều nguyên tố hợp kim khác với mức hàm lượng thấp hơn. Điều này tạo ra các nhóm gang mới nhiều nguyên tố hợp kim tương ứng: - Nhóm Crôm-Niken - Nhóm Nhôm-Silic 13 - Nhóm Crôm-Niken-Đồng - Nhóm Nhôm-Silíc-Crôm Từ sự phân loại ở trên ta thấy trong các mác gang bền nhiệt, mác gang nào được hợp kim hoá nhiều nguyên tố hợp kim sẽ có độ bền cơ học và độ bền nhiệt cao hơn. Song, cùng với sự tăng lên của các nguyên tố hợp kim, giá thành sản phẩm cũng tăng cao hơn. Nhóm gang Fe-Al là nhóm gang bền nhiệt có giá thành thấp hơn các nhóm khác mà độ bền nhiệt vẫn đảm bảo yêu cầu sử dụng. Vì vậy nó đã được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới. 4. Gang nhôm (Fe-Al) 4.1 Vai trò của nhôm và silic Nét đặc biệt của hệ cân bằng Fe-Al là việc tạo thành trong dung dịch rắn của hợp kim, các hợp chất liên kim FeAl3, Fe2Al5, FeAl2 và cả FeAl, Fe3Al. Các hợp chất này có tính chất hoá lý khác biệt nhau. Nhôm cũng tương tự như Si, Cr là có khả năng thu hẹp vùng γ và mở rộng vùng α. Ở trạng thái lỏng, Al và Fe hoà tan vào nhau vô hạn, còn ở trạng thái rắn độ hoà tan giảm xuống, độ hoà tan cực đại ở 12320C chỉ còn 34,5%. Hợp kim hệ Fe-Al là hệ hợp kim nhiều pha. Ngoài pha γ và α còn có thêm 3 pha khác với các bon đó là pha ε, các bít nhôm Al4C2 và graphit. Pha ε được nhận biết qua sự chuyển biến của pha Fe3Al. Sau khi hình thành pha Fe3Al, một số tinh thể có cấu trúc mạng khác biệt hấp thụ thêm các bon mà thành. Sau khi hình thành pha ε có dạng Fe3AlCx, đây là pha có độ cứng rất cao. Khi hàm lượng nhôm đạt đến 10%, một phần có khi toàn bộ các bon nằm ở dạng graphít. Điều này nói lên ảnh hưởng rõ rệt của nhôm đến tính chất của hợp kim gang nhôm. Ảnh hưởng của hàm lượng nhôm đến quá trình graphít hoá và cấu trúc cơ bản của gang được đưa ra trên hình 1. 14 Hình 1: Ảnh hưởng của hàm lượng nhôm đến quá trình graphít hoá và cấu trúc của gang 1- Ferit + Peclit + Graphit 2- Ferit + cacbit (pha ε, Fe3AlCx) 3- Ferit + Graphit 4- Ferit + Cacbit + (Al4C3) Cr/Cn là tỉ số hàm lượng graphit/ hàm lượng các bon tổng Ảnh hưởng của hàm lượng nhôm cũng như của cacbon đến cấu trúc và đến đặc tính chịu nhiệt của gang được đưa ra trên hình 2. 15 Hình 2: Quan hệ giữa hàm lượng nhôm và cacbon đến khả năng chịu nhiệt của gang 1- Khả năng bền nhiệt đến 7000C 2- Khả năng bền nhiệt và chịu mài mòn đến 9000C 3- Khả năng bền nhiệt đến 11000C Đường A-B là đường cùng tinh Từ hình 2 ta thấy gang chứa 5% nhôm trở lên đã có khả năng chịu nhiệt và có độ bền khá tốt. Với hàm lượng Al: 10-18% tạo ra cacbit phức tạp dạng Fe3AlCx. Gang loại này có mặt gẫy mầu trắng, rất cứng khó gia công cắt gọt, cho nên gang loại này chỉ dùng để đúc các chi tiết không qua gia công. Hợp kim Fe-Al khi có hàm lượng Al cao mà hàm lượng cacbon lại thấp có xu hướng bị phân huỷ dưới tác dụng của hơi nước. Điều này phù hợp với phương trình phân huỷ Al4C3. Al4C3 + 12H2O Æ 4Al(OH)3 + 3CH4↑ Thực tế cho thấy hợp kim Fe – Al chứa Al4C3 thời kỳ đầu có độ cứng và tính giòn cao, sau khoảng 48giờ bắt đầu suất hiện hiện tượng bở. 16 Độ bền kéo (σb) của hợp kim Fe - Al dao động trong khoảng 65-70KN/mm2 với các bon ở dạng graphit hình cầu, lớn hơn nhiều khi graphit ở dạng tấm. Ảnh hưởng của hàm lượng nhôm đến cơ tính và phạm vi sử dụng của gang nhôm được thể hiện trên hình 3. Hình 3: Sự phụ thuộc của cơ tính (a) và đặc tính sử dụng (b) của gang nhôm phụ thuộc vào hàm lượng nhôm (Cr hàm lượng graphit) 1- Tính gia công 2- Tính chống oxy hoá ở 10000C trong 60giờ Khi hàm lượng cacbon và silic thấp (dưới 0,5%) độ cứng của gang nhôm giảm, điều này thể hiện rõ trong hình 4. 17 Hình 4: Ảnh hưởng của hàm lượng Cacbon Silic đến độ cứng của Gang – Nhôm Ghi chú: hình 4 là kết quả nghiên cứu đối với gang 19-21%Al. Thí nghiệm đã chứng minh được rằng mác gang này khi tăng hàm lượng Silic lên trên 0,5% độ cứng sẽ tăng lên rõ rệt [1]. Sự sai lệch không đáng kể của Al, Si, C so với thành phần tiêu chuẩn không làm giảm khả năng chịu nhiệt nhưng nó ảnh hưởng đến độ cứng và tính gia công. Ảnh hưởng của hàm lượng nhôm đến tính gia công của gang đúc được miêu tả qua tốc độ cắt phôi. Khi hàm lượng nhôm trong gang từ 12-14% , tốc độ cắt không vượt quá 13m/phút, còn trong điều kiện các thành phần khác như nhau mà hàm lượng nhôm là 20-22% tốc độ cắt đạt đến 65% m/phút nghĩa là lớn gấp 5lần. Điều này chứng tỏ độ cứng của gang nhôm liên quan đến nhiều yếu tố như hàm lượng các nguyên tố, chủng loại các nguyên tố và kết cấu của graphít. Riêng về điều kiện cắt gọt, nhôm càng cao càng dễ cắt. Hệ gang Fe - Al nếu hợp kim hoá thêm crôm ngoài khả năng bền nhiệt tăng khả năng chống ăn mòn hoá học cũng tăng. Gang 7% Al và 3%Cr có độ bền hoá học ở nhiệt độ cao rất cao. Loại gang chưa 4%Al và 2,5%Cr giảm không đáng kể 18 độ bền gia công. Nói chung gang nhôm hợp kim hoá thêm crôm vừa có độ bền cao vừa có khả năng chống ăn mòn hoá học cao ở khoảng nhiệt độ 9000C vì thế có thể thay thế được nhiều hợp kim crôm quý hiếm đắt tiền để chế tạo thiết bị chưng cất lưu huỳnh, sản xuất một số loại muối sunfat. Silic ngoài khả năng làm tăn