Luận văn khảo sát trong điều kiện nhiệt độ cao hệ hợp kim cứng bk tk sử dụng trong chế tạo dao cắt khoân khai thác đá

Khảo sát hệ hợp kim cứng BK TK trong điều kiện nhiệt độ cao, ứng dụng chế tạo dao cắt khoan khai thác đá, nâng cao hiệu suất và độ bền.

• Người hướng dẫn: Th.s. Bạch Đăng Phong
• Trường học: Viện Cơ Khí Năng Lượng và Mỏ TKV
• Đề tài: Khảo Sát Hệ Hợp Kim BK, TK Trong Điều Kiện Nhiệt Độ Cao Cho Dao Cắt Khoan Khai Thác Đá
• Loại tài liệu: báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học
• Năm xuất bản: 2008
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Khái quát về luyện kim bết
• 1.2. Quy trình công nghệ chung của luyện kim bết
• 1.3. Hợp kim cứng BK, TK và phương pháp chỗ tạo
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 2.1. Phân tích nhiệt chuyển biến pha TG - DTA
• 2.2. Quá trình phát triển
• 2.3. Nguyên tắc cơ bản
• 2.4. Mục đích của phân tích nhiệt
• 2.5. Kỹ thuật đường cong nhiệt vi sai DTA
• 2.6. Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng (TG, DTG)
• 2.7. Những yếu tố ảnh hưởng đến đường cong nhiệt
• 2.8. Cách đọc và xác định đường cong nhiệt DTA, TG, DTG
• 2.9. Cơ sở mài mòn của các bề mặt kim loại
• 2.10. Các phương pháp đo độ cứng
• 2.11. Nghiên cứu tổ chức tổ vi
• 2.12. Phân tích Rơnghen
• 2.13. Bản chất của tia X
• 2.14. Sự tương tác của tia X với vật chất
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Phân tích nhiệt chuyển biến pha TG – DTA - DSC
• 3.2. Quy trình chuẩn bị và phân tích
• 3.3. Các kết quả phân tích
• 3.4. Các bước tiến hành thí nghiệm
• 3.5. Kết quả đo mài mòn và hồ sơ ma sát
• 3.6. Các bước tiến hành thí nghiệm
• 3.7. Kết quả đo độ cứng trên các mẫu hợp kim cứng
• 3.8. Nghiên cứu tổ chức tổ vi
• 3.9. Thiết bị thí nghiệm
• 3.10. Quy trình phân tích ảnh tổ chức tổ vi tại nhiệt độ phòng
• 3.11. Quy trình quan sát và chụp ảnh tổ chức tổ vi tại nhiệt độ cao
• 3.12. Đóng đóng nghiên cứu tổ chức tổ vi
• 3.13. Phân tích cấu trúc pha bằng nhiễu xạ tia X
• 3.14. Quy trình chuẩn bị
• 3.15. Phân tích cấu trúc
• 3.16. Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của một số mẫu hợp kim cứng
• 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ hợp kim BK TK

Hệ hợp kim BK TK là loại vật liệu cứng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất dao cắt và khoan khai thác đá. Những hợp kim này được chế tạo từ các thành phần chính như WC, TiC, và Co, mang lại độ cứng và khả năng chịu nhiệt cao. Khảo sát hệ hợp kim này trong điều kiện nhiệt độ cao là cần thiết để đánh giá hiệu suất và độ bền của chúng trong môi trường làm việc khắc nghiệt. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích các đặc tính nhiệt và cơ học của hợp kim, từ đó tối ưu hóa quy trình sản xuất và ứng dụng thực tế.

1.1. Quy trình chế tạo hợp kim BK TK

Quy trình chế tạo hợp kim BK TK bao gồm các bước chính: tạo bột cacbit, nghiền và trộn bột, ép tạo hình, và thiêu kết. Bột cacbit WC và TiC được trộn với bột Co để tạo thành hỗn hợp đồng nhất. Sau đó, hỗn hợp được ép dưới áp lực cao và thiêu kết ở nhiệt độ từ 1400-1500°C. Quá trình này giúp tăng độ kết dính giữa các hạt cacbit, giảm độ xốp và nâng cao độ bền của hợp kim.

1.2. Ứng dụng của hợp kim BK TK

Hợp kim BK TK được sử dụng chủ yếu trong sản xuất dao cắt và khoan khai thác đá nhờ khả năng chịu nhiệt và độ cứng cao. Chúng có thể hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ lên đến 800-1000°C, giúp tăng năng suất và tuổi thọ của dụng cụ. Ngoài ra, hợp kim này còn được ứng dụng trong các lĩnh vực khác như sản xuất tuabin và vật liệu chịu nhiệt.

II. Phương pháp khảo sát hệ hợp kim BK TK

Khảo sát hệ hợp kim BK TK trong điều kiện nhiệt độ cao được thực hiện thông qua các phương pháp phân tích nhiệt và cơ học. Phương pháp phân tích nhiệt chuyển biến pha (TG-DTA) được sử dụng để xác định các nhiệt độ chuyển biến pha của hợp kim. Điều này giúp đánh giá khả năng chịu nhiệt và độ ổn định của vật liệu. Ngoài ra, các phương pháp đo độ cứng và mài mòn được áp dụng để đánh giá hiệu suất làm việc của hợp kim trong môi trường thực tế.

2.1. Phân tích nhiệt chuyển biến pha

Phương pháp phân tích nhiệt chuyển biến pha (TG-DTA) là công cụ quan trọng để xác định các nhiệt độ chuyển biến pha của hợp kim. Quá trình này giúp hiểu rõ cơ chế chuyển biến pha và ảnh hưởng của nhiệt độ đến cấu trúc vật liệu. Kết quả phân tích được sử dụng để tối ưu hóa quy trình nhiệt luyện và lựa chọn vật liệu phù hợp cho các ứng dụng cụ thể.

2.2. Đo độ cứng và mài mòn

Độ cứng và khả năng chống mài mòn của hợp kim BK TK được đo bằng các phương pháp tiêu chuẩn. Kết quả cho thấy hợp kim này có độ cứng cao và khả năng chống mài mòn tốt, đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ cao. Điều này khẳng định tính ưu việt của hợp kim trong các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi độ bền và hiệu suất cao.

III. Kết quả và ứng dụng thực tế

Kết quả khảo sát hệ hợp kim BK TK cho thấy vật liệu này có khả năng chịu nhiệt và độ bền cao, phù hợp cho các ứng dụng trong khoan khai thác đá và dao cắt. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng hợp kim này có thể hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ lên đến 1000°C, giúp tăng năng suất và giảm chi phí bảo trì. Những kết quả này là cơ sở quan trọng để phát triển các vật liệu mới và cải tiến quy trình sản xuất trong tương lai.

3.1. Ứng dụng trong công nghiệp khai thác đá

Hợp kim BK TK được sử dụng rộng rãi trong sản xuất khoan khai thác đá nhờ khả năng chịu nhiệt và độ cứng cao. Kết quả nghiên cứu cho thấy hợp kim này giúp tăng tuổi thọ của dụng cụ khoan và giảm thời gian ngừng máy, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế trong ngành khai thác đá.

3.2. Triển vọng phát triển

Nghiên cứu này mở ra triển vọng phát triển các hợp kim mới với tính năng vượt trội, đặc biệt trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền và khả năng chịu nhiệt cao. Việc áp dụng các phương pháp phân tích hiện đại như TG-DTA sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc cải tiến và tối ưu hóa vật liệu trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Bé c«ng th−¬ng TËp ®oµn c«ng nghiÖp than kho¸ng s¶n viÖt nam viÖn c¬ khÝ n¨ng l−îng vµ má - tkv b¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ Kh¶o s¸t trong ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é cao hÖ hîp kim cøng BK, TK sö dông trong chÕ t¹o dao c¾t, khoan khai th¸c ®¸ 6779 12/4/2008 Hµ Néi 2.2008 Bé c«ng th−¬ng TËp ®oµn c«ng nghiÖp than kho¸ng s¶n viÖt nam viÖn c¬ khÝ n¨ng l−îng vµ má - tkv b¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ Kh¶o s¸t trong ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é cao hÖ hîp kim cøng BK, TK sö dông trong chÕ t¹o dao c¾t, khoan khai th¸c ®¸ C¬ quan chñ qu¶n: Bé C«ng Th−¬ng C¬ quan chñ tr×: ViÖn C¬ khÝ N¨ng l−îng vµ Má TKV Chñ nhiÖm ®Ò tµi: Th.s B¹ch §«ng Phong Chñ nhiÖm ®Ò tµi DuyÖt viÖn B¹ch §«ng Phong Hµ Néi 2.2008 2 Danh s¸ch c¬ quan phèi hîp: Néi dung thùc hiÖn, Stt Tªn c¬ quan phèi hîp 1 ViÖn C¬ khÝ N¨ng l−îng vµ Má TKV Chñ tr×, thùc hiÖn Cung cÊp tµi liÖu 2 H·ng Sectaram – Ph¸p vµ mÉu chuÈn Cung cÊp tµi liÖu 3 H·ng Brucker - §øc vµ mÉu chuÈn Danh s¸ch ng−êi thùc hiÖn Stt Hä vµ tªn Häc vÞ Chøc vô N¬i c«ng t¸c 1 T.Phßng- Chñ ViÖn CKNL vµ Má - B¹ch §«ng Phong Th¹c sü nhiÖm ®Ò tµi TKV 2 Nghiªn cøu viªn- ViÖn CKNL vµ Má - Lª Thanh B×nh Kü s− Thùc hiÖn chÝnh.Phßng – ViÖn CKNL vµ Má - NguyÔn Thu HiÒn Kü s− Nghiªn cøu viªn TKV 4 ViÖn CKNL vµ Má - TrÇn ThÞ Mai Kü s− Nghiªn cøu viªn TKV 5 ViÖn CKNL vµ Má - Vò ChÝ Cao Kü s− Nghiªn cøu viªn TKV 6 ViÖn CKNL vµ Má - NguyÔn V¨n S¸ng Kü s− Nghiªn cøu viªn TKV 3 B¶ng chó gi¶i c¸c ch÷ viÕt t¾t, ký hiÖu, ®¬n vÞ ®o, tõ ng¾n vµ thuËt ng÷: DTA: Diffirential Thermal Analysis: Ph©n tÝch sai kh¸c nhiÖt vi sai. TG: Thermal Gross: NhiÖt khèi l−îng. DTG: Derivative Thermogravimetry: Tèc ®é gi¶m khèi l−îng. 7 Ch−¬ng 1: tæng quan.

Kh¸i qu¸t vÒ luyÖn kim bét. Quy tr×nh c«ng nghÖ chung cña luyÖn kim bét. Quy tr×nh c«ng nghÖ chung cña luyÖn kim bét. Hîp kim cøng BK, TK vµ ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o.1 Kh¸i qu¸t vÒ hîp kim cøng hÖ BK, TK.

C¸c b−íc chÕ t¹o hîp kim cøng hÖ BK, TK. 14 Ch−¬ng 2: c¬ së lý thuyÕt ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm. Ph©n tÝch nhiÖt chuyÓn biÕn pha TG - Dta. Qu¸ tr×nh ph¸t triÓn.

Nh÷ng nguyªn t¾c c¬ b¶n. Môc ®Ých cña ph©n tÝch nhiÖt. Kü thuËt ®−êng cong nhiÖt vi sai DTA. Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch nhiÖt khèi l−îng (TG, DTG).

Nh÷ng yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn ®−êng cong nhiÖt. C¸ch ®äc vµ x¸c ®Þnh ®−êng cong nhiÖt DTA, TG, DTG. C¬ chÕ mµi mßn cña c¸c bÒ mÆt kim lo¹i. C¸c ph−¬ng ph¸p ®o ®é cøng.

Nghiªn cøu tæ chøc tÕ vi. Ph©n tÝch R¬nghen. B¶n chÊt cña tia X. Sù t−¬ng t¸c cña tia X víi vËt chÊt.

30 Ch−¬ng 3: Thùc nghiÖm vµ th¶o luËn. Ph©n tÝch nhiÖt chuyÓn biÕn pha TG – DTA - DSC. Quy tr×nh chuÈn bÞ vµ ph©n tÝch. C¸c kÕt qu¶ ph©n tÝch.

C¸c b−íc tiÕn hµnh thö nghiÖm. KÕt qu¶ ®o mµi mßn vµ hÖ sè ma s¸t. C¸c b−íc tiÕn hµnh thö nghiÖm. KÕt qu¶ ®o ®é cøng trªn c¸c mÉu hîp kim cøng.

Nghiªn cøu tæ chøc tÕ vi. ThiÕt bÞ thö nghiÖm. Quy tr×nh ph©n tÝch ¶nh tæ chøc tÕ vi t¹i nhiÖt ®é phßng. Quy tr×nh quan s¸t vµ chôp ¶nh tæ chøc tÕ vi t¹i nhiÖt ®é cao.

øng dông nghiªn cøu tæ chøc tÕ vi. Ph©n tÝch cÊu tróc pha b»ng nhiÔu x¹ tia X. Quy tr×nh chuÈn bÞ. Ph©n tÝch cÊu tróc.

Gi¶n ®æ nhiÔu x¹ R¬nghen cña mét sè mÉu hîp kim cøng. 66 KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ. 70 Tµi liÖu tham kh¶o. 72 6 Lêi nãi ®Çu ë n−íc ta, viÖc nghiªn cøu chÕ t¹o, phôc håi hÖ hîp kim cøng BK, TK ®· ®−îc thùc hiÖn tõ l©u, song ®Ó nghiªn cøu hÖ hîp kim nµy trong c¸c ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é cao vµ trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc cô thÓ th× hiÖn rÊt Ýt ®¬n vÞ thùc hiÖn, do qu¸ tr×nh nghiªn cøu cÇn c¸c thiÕt bÞ rÊt hiÖn ®¹i vµ ®¾t tiÒn, ®ång thêi c¸c dông cô phôc vô thÝ nghiÖm rÊt chãng háng.

H¬n n÷a, viÖc kh¶o s¸t ®¸nh gi¸ thùc nghiÖm ë mét tr×nh ®é kh¸ hiÖn ®¹i mµ thêi sinh viªn Ýt hoÆc ch−a tõng ®−îc tiÕp cËn. N¨m 2005, ViÖn C¬ khÝ N¨ng l−îng vµ Má - TKV ®−îc trang bÞ thiÕt bÞ ph©n tÝch nhiÖt chuyÓn biÕn pha TG – DTA – DSC, thiÕt bÞ nµy cho phÐp ph©n tÝch chuyÓn biÕn pha vµ khèi l−îng theo nhiÖt ®é. Nh»m tõng b−íc n©ng cao chÊt l−îng ®¸nh gi¸, ph©n tÝch c¸c sè liÖu thùc nghiÖm ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é cao cña mét sè lo¹i vËt liÖu, trong ®ã cã hîp kim cøng, cho mét sè ®¬n vÞ trong vµ ngoµi n−íc, ViÖn ®· ®Ò xuÊt ®Ò tµi: Kh¶o s¸t trong ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é cao hÖ hîp kim cøng BK, TK sö dông trong chÕ t¹o dao c¾t, khoan khai th¸c ®¸. Néi dung nghiªn cøu cña ®Ò tµi lµ: - Kh¶o s¸t s¶n phÈm hÖ BK, TK víi c¸c thµnh phÇn hîp kim kh¸c nhau; - Kh¶o s¸t nhiÖt ®é lµm viÖc cña hÖ hîp kim cøng BK, TK sö dông c¸c ph−¬ng ph¸p thö nghiÖm sau: + Ph©n tÝch pha ®Þnh tÝnh, ®Þnh l−îng ë nhiÖt ®é cao; + Nghiªn cøu chuyÓn biÕn pha theo nhiÖt ®é b»ng hÖ m¸y ph©n tÝch nhiÖt TG – DTA- DSC; + Nghiªn cøu tæ chøc ¶nh kim t−¬ng ë ®é phãng ®¹i ®Õn 1000 lÇn tõ nhiÖt ®é m«i tr−êng ®Õn 12000C; + X¸c ®Þnh hÖ sè ma s¸t vµ c−êng ®é mßn cña mÉu víi thµnh phÇn hîp kim kh¸c nhau; + X¸c ®Þnh ®é bÒn nÐn víi thµnh phÇn hîp kim kh¸c nhau; + X¸c ®Þnh ®é cøng víi thµnh phÇn hîp kim kh¸c nhau.

KÕt qu¶ cña ®Ò tµi cßn ®¹t ®−îc môc tiªu dÞch toµn bé h−íng dÉn sö dông, tµi liÖu kü thuËt cña thiÕt bÞ sang tiÕng ViÖt; tù ®µo t¹o vµ n©ng cao tr×nh ®é cho CBCNV cña Phßng thÝ nghiÖm; ®−a thiÕt bÞ vµo vËn hµnh sö dông tèt, ®¸p øng nhu cÇu nghiªn cøu chuyÓn biÕn pha, khèi l−îng cña vËt liÖu ë nhiÖt ®é cao víi kÕt qu¶ chÝnh x¸c vµ ®¸ng tin cËy, kh¼ng ®Þnh kh¶ n¨ng lµm viÖc vµ tÝnh chÝnh x¸c cña thiÕt bÞ nãi trªn. KÕt qu¶ cña ®Ò tµi sÏ lµ c¬ së n©ng cao sù tÝn nhiÖm cña c¸c 7 c¬ së nghiªn cøu KHKT trong n−íc vµ còng nh− tù ®µo t¹o ®−îc nguån nh©n lùc hiÓu biÕt trong c«ng t¸c nghiªn cøu, thÝ nghiÖm kiÓm tra cho Phßng thÝ nghiÖm vËt liÖu tÝnh n¨ng kü thuËt cao. Víi thêi gian nghiªn cøu cßn h¹n chÕ, néi dung b¸o c¸o ch−a thÓ hiÖn hÕt tÊt c¶ nh÷ng mong muèn cña nhãm nghiªn cøu, rÊt mong nhËn ®−îc sù ®ãng gãp ý kiÕn cña c¸c quÝ vÞ. 8 Ch−¬ng 1: tæng quan I.

Kh¸i qu¸t vÒ luyÖn kim bét : VËt liÖu bét lµ mét lÜnh vùc réng, ë ®©y chØ h¹n chÕ chñ yÕu trong ph¹m vi vËt liÖu trªn c¬ së c¸c kim lo¹i vµ hîp kim bét, tøc thuéc lÜnh vùc luyÖn kim bét. Kh¸c víi c¸c ph−¬ng ph¸p luyÖn kim th«ng th−êng lµ chÕ t¹o kim lo¹i vµ hîp kim b»ng c¸ch nÊu chÈy råi qua kÕt tinh trong khu«n ®Ó t¹o h×nh, c«ng nghÖ luyÖn kim bét sö dông bét kim lo¹i nh− nguyªn liÖu ban ®Çu råi qua Ðp vµ thiªu kÕt ®Ó t¹o h×nh nh− mong muèn. Nh− vËy muèn cã mét s¶n phÈm tõ bét, nãi chung ph¶i qua c¸c b−íc chÝnh sau: ChÕ t¹o bét → T¹o h×nh → Thiªu kÕt → S¶n phÈm - ChÕ t¹o bét víi ®é h¹t vµ ®é s¹ch thÝch hîp (nguyªn liÖu d¹ng bét); - T¹o h×nh b»ng c¸ch Ðp hçn hîp bét trong khu«n d−íi ¸p suÊt thÝch hîp (gäi lµ bét Ðp); - §Þnh h×nh kÕt thóc b»ng c¸ch sÊy vµ nung (thiªu kÕt) ë nhiÖt ®é thÝch hîp (th−êng lµ thÊp h¬n nhiÖt ®é nãng ch¶y cña cÊu tö chÝnh). LuyÖn kim bét ®−îc ¸p dông trong thùc tÕ cuéc sèng loµi ng−êi tõ rÊt sím, tr−íc c¶ luyÖn kim trong lß cao.

Tuy nhiªn, nh÷ng vËt liÖu trªn c¬ së kim lo¹i vµ hîp kim bét th× míi ®−îc ph¸t triÓn trong vßng kho¶ng 80 n¨m trë l¹i ®©y, do bét kim lo¹i vµ hîp kim kh«ng cã s½n trong thiªn nhiªn (nh− ®Êt sÐt ®Ó lµm ®å gèm), mµ ph¶i qua chÕ t¹o rÊt c«ng phu, ®ßi hái kü thuËt cao vÒ mÆt trang thiÕt bÞ (s¶n xuÊt còng nh− kiÓm tra chÊt l−îng), vèn ®Çu t− ban ®Çu lín… B−íc ®Çu luyÖn kim bét ®−îc ¸p dông víi kim lo¹i khã hoµ tan nh− : Pb, Pt, W. sau ®ã ¸p dông ®èi víi c¸c vËt liÖu kh¸c nh− : hîp kim cøng, vËt liÖu compozit. Ngµy nay kü thuËt luyÖn kim bét ®· ph¸t triÓn m¹nh mÏ trong nhiÒu lÜnh vùc: 1. S¶n xuÊt c¸c dông cô tõ hîp kim cøng, bÒn nhiÖt: WC, Ti, Ta vµ kim c−¬ng nh©n t¹o.

®Ó chÕ t¹o dông cô c¾t gät: dao tiÖn, dao phay, mòi khoan. S¶n xuÊt c¸c vËt liÖu ®Æc biÖt, vËt liÖu tæ hîp cña c¸c kim lo¹i, «xyt kim lo¹i vµ phi kim lo¹i ®Ó chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm chÞu nhiÖt ®Õn 1000°C nh− : c¸nh tuèc bin, vËt liÖu gèm, vËt liÖu tõ. S¶n xuÊt vËt liÖu ma s¸t vµ chèng ma s¸t, vËt liÖu xèp cã chøa dÇu nh−: b¹c xèp, m¸ phanh, xÐc m¨ng. S¶n xuÊt c¸c chi tiÕt m¸y (gia c«ng kh«ng phoi).1: Nh÷ng lo¹i vËt liÖu cã thÓ chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p luyÖn kim bét.

Lo¹i vËt liÖu C¸c cÊu tö chÝnh VËt liÖu kÕt cÊu (Chi tiÕt m¸y) Fe, Fe-Cu, Fe-Ni-Cu, Fe-P Fe-C, Fe-Cu-C, Fe-Ni-Cu-Mo-C ThÐp kh«ng gØ, Br«ng, Lat«ng Ti, Al-Cu.