ở n-ớc ta, việc nghiên cứu chế tạo, phục hồi hệ hợpkim cứng BK, TK đã
đ-ợc thực hiện từ lâu, songđể nghiên cứu hệ hợp kim này trong các điều kiện
nhiệt độ cao và trong điều kiện làm việc cụ thể thì hiện rất ít đơn vị thực hiện, do
quá trình nghiên cứu cần các thiết bị rất hiện đại và đắt tiền, đồng thờicác dụng cụ
phục vụ thí nghiệm rất chóng hỏng. Hơn nữa, việc khảosát đánh giá thực nghiệm
ở một trình độ khá hiện đại mà thời sinh viên ít hoặc ch-a từng đ-ợc tiếp cận.
Năm 2005, Viện Cơ khí Năng l-ợng và Mỏ - TKV đ-ợc trang bị thiết bị
phân tích nhiệt chuyển biến pha TG – DTA – DSC, thiết bị này cho phép phân
tích chuyển biến pha và khối l-ợng theo nhiệt độ.Nhằm từng b-ớc nâng cao chất
l-ợng đánh giá, phân tích các sốliệu thực nghiệm ở điềukiện nhiệt độ cao của
một số loại vật liệu, trong đó có hợp kim cứng, cho một số đơn vị trong và ngoài
n-ớc, Viện đã đề xuất đề tài: Khảo sát trong điều kiệnnhiệt độ cao hệ hợp kim
cứng BK, TK sử dụng trong chế tạo dao cắt, khoan khai thác đá. Nội dung nghiên
cứu của đề tài là:
- Khảo sát sản phẩm hệ BK, TK với các thành phần hợp kim khác nhau;
- Khảo sát nhiệt độ làm việc của hệhợp kim cứng BK, TK sử dụng các
ph-ơng pháp thử nghiệm sau:
+ Phân tích pha định tính, định l-ợng ở nhiệt độ cao;
+ Nghiên cứu chuyển biến pha theonhiệt độ bằng hệ máy phân tích
nhiệt TG – DTA- DSC;
+ Nghiên cứu tổ chức ảnh kim t-ơng ở độ phóng đại đến 1000 lần từ
nhiệt độ môi tr-ờng đến 1200
0
C;
+ Xác định hệ số ma sát và c-ờng độ mòn của mẫu với thành phần
hợp kim khác nhau;
+ Xác định độ bền nén với thành phần hợp kim khác nhau;
+ Xác định độ cứng với thành phần hợp kim khác nhau.
Kết quả của đề tài còn đạt đ-ợc mục tiêu dịch toàn bộ h-ớng dẫn sử dụng,
tài liệu kỹ thuật của thiết bị sang tiếng Việt; tự đào tạo và nâng cao trình độ cho
CBCNV của Phòng thí nghiệm; đ-a thiết bị vào vận hành sửdụng tốt, đáp ứng nhu
cầu nghiên cứu chuyểnbiến pha, khối l-ợng của vật liệu ở nhiệt độ cao với kết
quả chính xác và đáng tin cậy, khẳng định khả năng làm việc và tính chính xác
của thiết bị nói trên. Kết quả của đề tài sẽlà cơ sở nâng cao sự tín nhiệm của các
8
cơ sở nghiên cứu KHKT trong n-ớc và cũng nh-tự đào tạo đ-ợc nguồn nhân lực
hiểu biết trong công tác nghiên cứu, thí nghiệm kiểm tra cho Phòng thí nghiệm vật
liệu tính năng kỹ thuật cao.
Với thời gian nghiên cứu còn hạn chế, nội dung báo cáo ch-a thể hiện hết
tất cả những mong muốn của nhóm nghiên cứu, rất mong nhận đ-ợc sự đóng góp
ý kiến của các quí vị.
71 trang |
Chia sẻ: oanhnt | Lượt xem: 1519 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Báo cáo Khảo sát trong điều kiện nhiệt độ cao hệ hợp kim cứng BK, TK sử dụng trong chế tạo dao cắt, khoan khai thác đá, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Bộ công th−ơng
Tập đoàn công nghiệp than khoáng sản việt nam
viện cơ khí năng l−ợng và mỏ - tkv
báo cáo tổng kết đề tài
nghiên cứu khoa học công nghệ
Khảo sát trong điều kiện nhiệt độ cao
hệ hợp kim cứng BK, TK sử dụng trong chế tạo
dao cắt, khoan khai thác đá
6779
12/4/2008
Hà Nội 2.2008
2
Bộ công th−ơng
Tập đoàn công nghiệp than khoáng sản việt nam
viện cơ khí năng l−ợng và mỏ - tkv
báo cáo tổng kết đề tài
nghiên cứu khoa học công nghệ
Khảo sát trong điều kiện nhiệt độ cao
hệ hợp kim cứng BK, TK sử dụng trong chế tạo
dao cắt, khoan khai thác đá
Cơ quan chủ quản: Bộ Công Th−ơng
Cơ quan chủ trì: Viện Cơ khí Năng l−ợng và Mỏ TKV
Chủ nhiệm đề tài: Th.s Bạch Đông Phong
Chủ nhiệm đề tài Duyệt viện
Bạch Đông Phong
Hà Nội 2.2008
3
Danh sách cơ quan phối hợp:
Stt Tên cơ quan
Nội dung thực hiện,
phối hợp
1 Viện Cơ khí Năng l−ợng và Mỏ TKV Chủ trì, thực hiện
2 Hãng Sectaram – Pháp Cung cấp tài liệu
và mẫu chuẩn
3 Hãng Brucker - Đức Cung cấp tài liệu
và mẫu chuẩn
Danh sách ng−ời thực hiện
Stt Họ và tên Học vị Chức vụ Nơi công tác
1 Bạch Đông Phong Thạc sỹ T.Phòng- Chủ
nhiệm đề tài
Viện CKNL và Mỏ -
TKV
2 Lê Thanh Bình Kỹ s− Nghiên cứu viên-
Thực hiện chính.
Viện CKNL và Mỏ -
TKV
3 Nguyễn Thu Hiền Kỹ s− P.Phòng –
Nghiên cứu viên
Viện CKNL và Mỏ -
TKV
4 Trần Thị Mai Kỹ s− Nghiên cứu viên Viện CKNL và Mỏ -
TKV
5 Vũ Chí Cao Kỹ s− Nghiên cứu viên Viện CKNL và Mỏ -
TKV
6 Nguyễn Văn Sáng Kỹ s− Nghiên cứu viên Viện CKNL và Mỏ -
TKV
4
Bảng chú giải các chữ viết tắt, ký hiệu, đơn vị đo, từ ngắn và thuật ngữ:
DTA: Diffirential Thermal Analysis: Phân tích sai khác nhiệt vi sai.
TG: Thermal Gross: Nhiệt khối l−ợng.
DTG: Derivative Thermogravimetry: Tốc độ giảm khối l−ợng.
5
lời nói đầu ..................................................................................................... 7
Ch−ơng 1: tổng quan............................................................................... 9
I.1. Khái quát về luyện kim bột ........................................................ 9
I.II. Quy trình công nghệ chung của luyện kim bột......... 11
I.II. Quy trình công nghệ chung của luyện kim bột......... 11
I.3. Hợp kim cứng BK, TK và ph−ơng pháp chế tạo................ 12
I.3.1 Khái quát về hợp kim cứng hệ BK, TK .................................................. 12
I.3.2. Các b−ớc chế tạo hợp kim cứng hệ BK, TK .......................................... 14
Ch−ơng 2: cơ sở lý thuyết ph−ơng pháp thực nghiệm ... 17
II.1. Phân tích nhiệt chuyển biến pha TG - Dta....................... 17
II.1.1. Quá trình phát triển............................................................................... 17
II.1.2. Những nguyên tắc cơ bản ...................................................................... 18
II.1.3. Mục đích của phân tích nhiệt................................................................ 19
II.1.4. Kỹ thuật đ−ờng cong nhiệt vi sai DTA................................................. 19
II.1.5. Ph−ơng pháp phân tích nhiệt khối l−ợng (TG, DTG)......................... 21
II.1.6. Những yếu tố ảnh h−ởng đến đ−ờng cong nhiệt.................................. 22
II.1.7. Cách đọc và xác định đ−ờng cong nhiệt DTA, TG, DTG................... 23
II.2. Thử mài mòn và ma sát................................................................. 26
II.2.1. Sơ l−ợc về ma sát .................................................................................... 26
II.2.2. Cơ chế mài mòn của các bề mặt kim loại............................................. 27
II.3. Đo độ cứng........................................................................................... 27
II.3.1. Sơ l−ợc về độ cứng .................................................................................. 27
II.3.2. Các ph−ơng pháp đo độ cứng................................................................ 28
II.4. Nghiên cứu tổ chức tế vi ........................................................... 28
II.5. Phân tích Rơnghen ........................................................................ 29
II.5.1. Cơ sở lý thuyết ........................................................................................ 29
II.5.2. Bản chất của tia X .................................................................................. 29
II.5.3. Sự t−ơng tác của tia X với vật chất ....................................................... 30
Ch−ơng 3: Thực nghiệm và thảo luận........................................ 32
III.1. Phân tích nhiệt chuyển biến pha TG – DTA - DSC ......... 32
III.1.1. Thiết bị sử dụng ................................................................................... 32
III.1.2. Quy trình chuẩn bị và phân tích ......................................................... 32
6
III.1.3. Các kết quả phân tích........................................................................... 38
III.1.4. Nhận xét................................................................................................. 43
III.2. Đo độ mài mòn và hệ số ma sát.............................................. 44
III.2.1. Thiết bị................................................................................................... 44
III.2.2. Chuẩn bị mẫu........................................................................................ 44
III.2.3. Các b−ớc tiến hành thử nghiệm........................................................... 44
III.2.4. Kết quả đo mài mòn và hệ số ma sát .................................................. 45
III.4. Đo độ cứng ......................................................................................... 46
III.3.1. Thiết bị................................................................................................... 46
III.3.2. Chuẩn bị mẫu........................................................................................ 46
III.3.3. Các b−ớc tiến hành thử nghiệm........................................................... 46
III.3.4. Kết quả đo độ cứng trên các mẫu hợp kim cứng............................... 46
III.3.5. Nhận xét................................................................................................. 47
III.4. Nghiên cứu tổ chức tế vi.......................................................... 48
III.4.1. Thiết bị thử nghiệm .............................................................................. 48
III.4.2. Quy trình phân tích ảnh tổ chức tế vi tại nhiệt độ phòng................. 48
III.4.3. Quy trình quan sát và chụp ảnh tổ chức tế vi tại nhiệt độ cao...... 50
III.4.4. ứng dụng nghiên cứu tổ chức tế vi...................................................... 51
III.5. Phân tích cấu trúc pha bằng nhiễu xạ tia X ............... 56
III.5.1. Thiết bị sử dụng ................................................................................... 56
III.5.2. Quy trình chuẩn bị ............................................................................... 56
III.5.3. Phân tích cấu trúc................................................................................. 65
III.5.4. Xử lý kết quả ......................................................................................... 66
III.5.5. Giản đổ nhiễu xạ Rơnghen của một số mẫu hợp kim cứng .............. 66
Kết luận và kiến nghị .......................................................................... 70
Tài liệu tham khảo ................................................................................ 71
Phụ LụC ........................................................................................................... 72
7
Lời nói đầu
ở n−ớc ta, việc nghiên cứu chế tạo, phục hồi hệ hợp kim cứng BK, TK đã
đ−ợc thực hiện từ lâu, song để nghiên cứu hệ hợp kim này trong các điều kiện
nhiệt độ cao và trong điều kiện làm việc cụ thể thì hiện rất ít đơn vị thực hiện, do
quá trình nghiên cứu cần các thiết bị rất hiện đại và đắt tiền, đồng thời các dụng cụ
phục vụ thí nghiệm rất chóng hỏng. Hơn nữa, việc khảo sát đánh giá thực nghiệm
ở một trình độ khá hiện đại mà thời sinh viên ít hoặc ch−a từng đ−ợc tiếp cận.
Năm 2005, Viện Cơ khí Năng l−ợng và Mỏ - TKV đ−ợc trang bị thiết bị
phân tích nhiệt chuyển biến pha TG – DTA – DSC, thiết bị này cho phép phân
tích chuyển biến pha và khối l−ợng theo nhiệt độ. Nhằm từng b−ớc nâng cao chất
l−ợng đánh giá, phân tích các số liệu thực nghiệm ở điều kiện nhiệt độ cao của
một số loại vật liệu, trong đó có hợp kim cứng, cho một số đơn vị trong và ngoài
n−ớc, Viện đã đề xuất đề tài: Khảo sát trong điều kiện nhiệt độ cao hệ hợp kim
cứng BK, TK sử dụng trong chế tạo dao cắt, khoan khai thác đá. Nội dung nghiên
cứu của đề tài là:
- Khảo sát sản phẩm hệ BK, TK với các thành phần hợp kim khác nhau;
- Khảo sát nhiệt độ làm việc của hệ hợp kim cứng BK, TK sử dụng các
ph−ơng pháp thử nghiệm sau:
+ Phân tích pha định tính, định l−ợng ở nhiệt độ cao;
+ Nghiên cứu chuyển biến pha theo nhiệt độ bằng hệ máy phân tích
nhiệt TG – DTA- DSC;
+ Nghiên cứu tổ chức ảnh kim t−ơng ở độ phóng đại đến 1000 lần từ
nhiệt độ môi tr−ờng đến 12000C;
+ Xác định hệ số ma sát và c−ờng độ mòn của mẫu với thành phần
hợp kim khác nhau;
+ Xác định độ bền nén với thành phần hợp kim khác nhau;
+ Xác định độ cứng với thành phần hợp kim khác nhau.
Kết quả của đề tài còn đạt đ−ợc mục tiêu dịch toàn bộ h−ớng dẫn sử dụng,
tài liệu kỹ thuật của thiết bị sang tiếng Việt; tự đào tạo và nâng cao trình độ cho
CBCNV của Phòng thí nghiệm; đ−a thiết bị vào vận hành sử dụng tốt, đáp ứng nhu
cầu nghiên cứu chuyển biến pha, khối l−ợng của vật liệu ở nhiệt độ cao với kết
quả chính xác và đáng tin cậy, khẳng định khả năng làm việc và tính chính xác
của thiết bị nói trên. Kết quả của đề tài sẽ là cơ sở nâng cao sự tín nhiệm của các
8
cơ sở nghiên cứu KHKT trong n−ớc và cũng nh− tự đào tạo đ−ợc nguồn nhân lực
hiểu biết trong công tác nghiên cứu, thí nghiệm kiểm tra cho Phòng thí nghiệm vật
liệu tính năng kỹ thuật cao.
Với thời gian nghiên cứu còn hạn chế, nội dung báo cáo ch−a thể hiện hết
tất cả những mong muốn của nhóm nghiên cứu, rất mong nhận đ−ợc sự đóng góp
ý kiến của các quí vị.
9
Ch−ơng 1: tổng quan
I.1. Khái quát về luyện kim bột :
Vật liệu bột là một lĩnh vực rộng, ở đây chỉ hạn chế chủ yếu trong phạm vi
vật liệu trên cơ sở các kim loại và hợp kim bột, tức thuộc lĩnh vực luyện kim bột.
Khác với các ph−ơng pháp luyện kim thông th−ờng là chế tạo kim loại và
hợp kim bằng cách nấu chẩy rồi qua kết tinh trong khuôn để tạo hình, công nghệ
luyện kim bột sử dụng bột kim loại nh− nguyên liệu ban đầu rồi qua ép và thiêu
kết để tạo hình nh− mong muốn. Nh− vậy muốn có một sản phẩm từ bột, nói
chung phải qua các b−ớc chính sau:
Chế tạo bột → Tạo hình → Thiêu kết → Sản phẩm
- Chế tạo bột với độ hạt và độ sạch thích hợp (nguyên liệu dạng bột);
- Tạo hình bằng cách ép hỗn hợp bột trong khuôn d−ới áp suất thích hợp
(gọi là bột ép);
- Định hình kết thúc bằng cách sấy và nung (thiêu kết) ở nhiệt độ thích hợp
(th−ờng là thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của cấu tử chính).
Luyện kim bột đ−ợc áp dụng trong thực tế cuộc sống loài ng−ời từ rất
sớm, tr−ớc cả luyện kim trong lò cao. Tuy nhiên, những vật liệu trên cơ sở kim
loại và hợp kim bột thì mới đ−ợc phát triển trong vòng khoảng 80 năm trở lại
đây, do bột kim loại và hợp kim không có sẵn trong thiên nhiên (nh− đất sét để
làm đồ gốm), mà phải qua chế tạo rất công phu, đòi hỏi kỹ thuật cao về mặt
trang thiết bị (sản xuất cũng nh− kiểm tra chất l−ợng), vốn đầu t− ban đầu lớn…
B−ớc đầu luyện kim bột đ−ợc áp dụng với kim loại khó hoà tan nh− : Pb, Pt, W...
sau đó áp dụng đối với các vật liệu khác nh− : hợp kim cứng, vật liệu compozit.
Ngày nay kỹ thuật luyện kim bột đã phát triển mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực:
1. Sản xuất các dụng cụ từ hợp kim cứng, bền nhiệt: WC, Ti, Ta và kim
c−ơng nhân tạo... để chế tạo dụng cụ cắt gọt: dao tiện, dao phay, mũi khoan...
2. Sản xuất các vật liệu đặc biệt, vật liệu tổ hợp của các kim loại, ôxyt kim
loại và phi kim loại để chế tạo các sản phẩm chịu nhiệt đến 1000°C nh− : cánh
tuốc bin, vật liệu gốm, vật liệu từ ...
3. Sản xuất vật liệu ma sát và chống ma sát, vật liệu xốp có chứa dầu nh−:
bạc xốp, má phanh, xéc măng ...
4. Sản xuất các chi tiết máy (gia công không phoi).
10
Bảng 1.1: Những loại vật liệu có thể chế tạo
bằng ph−ơng pháp luyện kim bột.
Loại vật liệu Các cấu tử chính
Vật liệu kết cấu (Chi tiết máy) Fe, Fe-Cu, Fe-Ni-Cu, Fe-P
Fe-C, Fe-Cu-C, Fe-Ni-Cu-Mo-C
Thép không gỉ, Brông, Latông
Ti, Al-Cu.
Hợp kim đặc biệt:
- Hợp kim từ cứng
- Hợp kim từ mềm
- Hợp kim hàn với thuỷ tinh
- Hợp kim siêu dẫn
- Hợp kim tiếp điểm và điện cực
- Hợp kim nặng
Al-Ni-Co, SbCo5, ferit từ cứng
Fe-Ni, Fe-Si, Fe-P, ferit từ mềm
Fe-Ni-Co
Nb3Sn, Ca-Cu-O
W-Cu, W-Ag, Ni-Ag
W-Ni-Cu, W-Ni-Fe
Kim loại và hợp kim sít chặt:
- Kim loại chịu nhiệt
- Kim loại dùng trong kỹ thuật hạt nhân
- Siêu hợp kim
- Thép hợp kim
W, Mo, Ta, Nb, Re
Be, Zr
Các hợp kim trên cơ sở Ni, Co
Thép dụng cụ, thép gió
Vật liệu liên kim loại Ni-Al, MoSi2, Ti-Al, Co-Mo-Si
Vật liệu chịu lửa độ sạch cao TaC, Mo2C, ZrB2, AlN, Si3N4, SiC
Vật liệu có độ xốp cao:
- Bạc xốp tự bôi trơn
- Tấm lọc
Brông, Fe-Cu, thép không gỉ, Al-Cu
Brông, Ni, Ni-Cr, monel
Thép không gỉ, Ti, Zr, Ag, Ta
Vật liệu compozit:
- Hợp kim cứng
- Cermet (hợp kim cứng nền kim loại)
- Vật liệu ma sát
- Vật liệu ít ma sát
- Vật liệu có pha phân tán
- Vật liệu cắt gọt có kim c−ơng
(W, Ti, Ta)C+Co, TiC+Ni-Mo,
Cr3C2+Ni
Cr-Al2O3, TiC+Ni-Cr, Mo+ZrO2
Brông+C+Ôxyt kim loại
Cu+graphit, Fe+graphit
Ni+ThO2, Al+Al2O3, AgCdO,
Cu+Al2O3
Brông+kim c−ơng, WC-Co+kim
c−ơng
11
So với ph−ơng pháp luyện kim thông th−ờng, ph−ơng pháp luyện kim bột
có những −u việt khá rõ rệt, cho nên dù có ra đời muộn hơn, nó vẫn có t−ơng lai
phát triển vững chắc. Những −u việt đó là:
- Nguyên liệu (bột) đ−ợc sử dụng gần nh− 100%, bởi vì hầu nh− không có
phế liệu (kiểu phoi) sau các giai đoạn gia công.
- Thành phần của sản phẩm có thể khống chế dễ dàng ngay từ khâu chọn và
trộn bột ban đầu.
- Bảm đảm tính đồng nhất về kích th−ớc, tổ chức tế vi và tính chất của sản
phẩm (khi chế tạo hàng loạt) do khâu ép và thiêu kết có tính lặp lại cao, vấn đề
chỉ còn là trộn đều nguyên liệu bột ban đầu.
- Vốn đầu t− ban đầu khá cao, nh−ng sẽ đ−ợc bù lại nhờ tính đơn giản của
các nguyên công và bởi khả năng tự động hóa cao, năng suất cao và cần ít nhân
lực (khi quá trình sản xuất ổn định).
- Một số sản phẩm chỉ có thể chế tạo bằng ph−ơng pháp luyện kim bột,
hoặc bằng luyện kim bột sẽ rẻ hơn so với luyện kim thông th−ờng (nh− việc chế
tạo các kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao, các vật liệu cứng và siêu cứng, các
vật liệu chịu nhiệt và cách nhiệt, hoặc một số sản phẩm cần có rỗ xốp đều nh−
các loại bạc xốp, các tấm lọc…).
Tuy nhiên, luyện kim bột vẫn có một số nh−ợc điểm sau:
- Khả năng chế tạo các sản phẩm có kích th−ớc lớn bị hạn chế vì liên quan
đến khuôn ép, thiết bị áp lực, lò thiêu kết ...
- Không hiệu quả trong sản xuất quy mô nhỏ do tốn kém trong việc chế tạo
khuôn.
- Kim loại bột có độ xốp nhất định, giữa các hạt bột tiếp xúc có khoảng
trống (với vật liệu xốp thì đây là −u điểm của luyện kim bột).
I.2. Quy trình công nghệ chung của luyện kim bột:
Những nguyên công chính của việc chế tạo sản phẩm bằng ph−ơng pháp
luyện kim bột:
- Tạo bột kim loại:
Tạo bột kim loại với độ sạch và cỡ hạt phù hợp với yêu cầu. Độ sạch và
kích th−ớc hạt là một trong những yếu tố quan trọng quyết định tính chất của sản
phẩm sau khi ép và thiêu kết.
- Trộn bột:
Có hai ph−ơng pháp trộn bột là: trộn bột khô và trộn bột −ớt.
12
Trộn bột −ớt khác trộn bột khô là trong hỗn hợp bột có mặt của chất lỏng
nh−: cồn công nghiệp, xăng, Crếp ...
- ép tạo hình sản phẩm:
Chuyển từ trạng thái rời rạc của các hạt bột thành vật có hình dạng và kích
th−ớc xác định theo khuôn ép.
- Sấy và thiêu kết:
Tr−ớc khi đem thiêu kết, chi tiết có thể đ−ợc sấy ở nhiệt độ cao nhằm tạo
cơ tính nhất định cho sản phẩm, để có thể tiến hành gia công cơ kích th−ớc theo
ý muốn.
Sau đó, nung vật phẩm lên nhiệt độ cao, nh−ng thấp hơn nhiệt độ nóng
chảy của cấu tử chính th−ờng ở nhiệt độ biến mềm, với mục đính tăng độ kết
dính và nâng cao độ bền của sản phẩm:
(ttk
o <tnc
o của cấu tử chính)
- Gia công tinh:
Kiểm tra kích th−ớc, mài sửa, đánh bóng.
I.3. Hợp kim cứng BK, TK và ph−ơng pháp chế tạo:
I.3.1. Khái quát về hợp kim cứng hệ BK, TK:
Hợp kim cứng là loại chuyên dùng để chế tạo các chi tiết làm việc trong
điều kiện khắc nghiệt chịu ma sát, mài mòn (nh− dao tiện, mũi khoan các loại
v.v...), đòi hỏi chúng phải có độ cứng, tính chống mài mòn cao và có khả năng
giữ nguyên đ−ợc tính chất đến nhiệt độ nhất định. Những yêu cầu trên đây đặc
biệt quan trọng khi chi tiết phải làm việc trong điều kiện mài mòn, ma sát cao.
Đối với dụng cụ cắt (nh− tiện, phay, bào, khoan, doa, chuốt…), khi làm
việc chúng tiếp xúc trực tiếp với bề mặt vật. Tốc độ cắt càng cao, nhiệt do ma sát
sinh ra càng nhiều, do vậy ngoài độ cứng cao, dụng cụ đòi hỏi có tính cứng nóng
và bền nóng cao. Tr−ớc đây, các loại chi tiết trên th−ờng đ−ợc chế tạo bằng thép
hợp kim cao và có cơ lý tính t−ơng đối tốt nh−ng tuổi thọ ch−a cao. Với thép
dụng cụ cacbon và hợp kim thấp chỉ chịu đ−ợc không quá 250oC, với thép gió
cũng chỉ d−ới 600oC.
Ngày nay, nhờ ph−ơng pháp luyện kim bột, chúng ta có thể tạo ra các hợp
kim thay thế với chất l−ợng v−ợt trội. Dụng cụ cắt bằng hợp kim cứng BK, TK có
thể làm việc đ−ợc tới 800-1000oC, nâng cao năng suất cắt và tuổi thọ cho dụng
cụ lên nhiều lần.
Thành phần chủ yếu của hợp kim cứng thông dụng là các hạt WC dính kết
với nhau bởi Co (loại một cacbit) hoặc WC + TiC + Co (loại 2 cacbit) hoặc WC
13
+ TiC + TaC + Co (loại 3 cacbit). L−ợng Co dao động trong phạm vi 2-30% tùy
theo độ dai va đập cần thiết (Co càng nhiều độ dai va đập càng cao nh−ng độ
cứng càng thấp).
D−ới đây là một số loại hợp kim cứng hệ BK, TK và TTK khác nhau có
thể chế tạo bằng ph−ơng pháp luyện kim bột:
Bảng 1.2: Một số loại hợp kim cứng hệ BK, TK và TTK.
Thành phần hóa học, % Nhóm
hợp
kim cứng
Ký hiệu Công thức
WC TiC TaC Co
BK2 WCCo2 98 - - 2
BK3 WCCo3 97 - - 3
BK4 WCCo4 96 - - 4
BK6 WCCo6 94 - - 6
BK8 WCCo8 92 - - 8
BK10 WCCo10 90 - - 10
BK15 WCCo15 85 - - 15
BK20 WCCo20 80 - - 20
Nhóm
một
cacbit
BK25 WCCo25 75 - - 25
T30K4 WCTiC30Co4 66 30 - 4
T15K6 WCTiC15Co6 79 15 - 6
T14K8 WCTiC14Co8 78 14 - 8
T5K10 WCTiC5Co10 85 5 - 10
Nhóm
hai
cacbit
T5K12 WCTiC5Co12 83 5 - 12
TT7K12 WCTTC7Co12 81 4 9 12
TT10K8 WCTTC10Co8 82 3 7 8
Nhóm ba
cacbit
TT20K9 WCTTC20Co9 71 8 12 9
14
I.3.2. Các b−ớc chế tạo hợp kim cứng hệ BK, TK:
Hình 1.1: Quy trình công nghệ chế tạo hợp kim cứng BK, TK.
1. Tạo bột:
ở Việt Nam hiện nay có hai ph−ơng pháp phổ biến để chế tạo hợp kim
cứng BK, TK là:
- Chế tạo hợp kim từ bột WO3;
- Chế tạo hợp kim theo ph−ơng pháp tái sinh từ hợp kim cứng đã qua sử
dụng.
a) Chế tạo hợp kim từ bột WO3:
Bột W đ−ợc tạo ra bằng cách cho hoàn nguyên bột WO3 trong dòng khí H2
ở 700-900oC. Bột W thô thu đ−ợc đem nghiền nhỏ, qua sàng để có độ hạt nh− ý
(0.10-0.15 àm đến 3-5 àm).
Trộn bột W với mồ hóng (muội than) và nung lên đến 1400oC trong 1h để
thu đ−ợc WC (nếu chế tạo loại TK phải trộn thêm TiO2 để sau khi nung đ−ợc
ngay hỗn hợp hai cacbit).
b) Chế tạo hợp kim theo ph−ơng pháp tái sinh:
Quy trình tr−ng hợp kim với Zn:
Mục đích của quá trình này là nhằm phá vỡ liên kết của Co với cacbit WC
và TiC. Quá trình tr−ng đ−ợc tiến hành trong lò chân không ở nhiệt độ (820 ữ
850) 0C và thời gian giữ nhiệt khoảng (20 ữ 22) giờ. Môi tr−ờng chân không với
mức chân không (20 ữ 30) mbar. Các mẩu