Vật liệu compozit cốt TiC nền thép là vật liệu compozit đặc biệt với các tính năng tốt như môđun đàn hồi cao, cứng, bền ăn mòn, bền mài mòn, bền nhiệt, tỷ trọng thấp, dễ gia công…

Synthesis process of high speed steel matrix composite reinforced by nanocarbide titan particles

Bùi Văn Mưu, Trần Quốc Lập, Phạm Ngọc Diệu Quỳnh
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Tóm tắt

   Bài báo trình bày quá trình thiêu kết ở nhiệt độ khác nhau của vật liệu compozit nền thép gió tái chế từ phoi với cốt hạt nanocacbit titan kích thước trung bình 60 nanomet được tạo ra bằng phương pháp nghiền cơ học. Năng lượng tích lũy trong quá trình nghiền và kích thước nano của TiC đã tạo ra điều kiện hình thành cácbit phức từ nhiệt độ thiêu kết thấp. Cơ tính của vật liệu được cải thiện đáng kể nhờ tăng cường liên kết giữa nền cốt của cácbit phức và sự phân tán đồng đều của hạt cácbit trong nền kim loại.

Abstract

   This paper presents sintering process at different temperatures of high speed steel matrix composite reinforced by TiC particles. Nanoparticle TiC (size of about 60nm), mechanical energy induced by milling and refinement of steel particles formed during mechanical milling favorated a carbide complex type (MexTi1-x)C at low sintering tem- peratures. Such carbide microstructure could slower particles growing, enhaned matrix – reinfocement interaction, thus improve mechanical property of composite.

1. MỞ ĐẦU

   Vật liệu compozit cốt TiC nền thép là vật liệu compozit đặc biệt với các tính năng tốt như môđun đàn hồi cao, cứng, bền ăn mòn, bền mài mòn, bền nhiệt, tỷ trọng thấp, dễ gia công… Vật liệu được sử dụng rộng rãi làm các nhóm chi tiết, dụng cụ khác nhau: bánh răng, gá đỡ, dụng cụ cắt, dụng cụ tạo hình, giá chịu áp lực làm việc ở nhiệt độ cao, máy bơm nhiên liệu… với chi phí sản xuất vật liệu thấp hơn so với các hợp kim cứng cùng chức năng. Xu hướng chính trong nghiên cứu ứng dụng của vật liệu compozit TiC nền thép hiện nay và trong tương lai là tăng độ cứng để chống mài mòn nhờ các chất kết dính mới, tăng độ mịn của các hạt cácbit và tối ưu hoá chế độ thiêu kết [1].

   Tính chất của vật liệu compozit cốt TiC nền thép phụ thuộc rất nhiều vào tỷ lệ thể tích cốt, sự phân bố cốt trong nền và công nghệ sản xuất vật liệu. Các phương pháp đúc hoà tan TiC trong kim loại lỏng và phương pháp in-situ có thể tạo được vật liệu compozit có cơ tính cao do tạo được liên kết bền vững giữa nền và cốt nhưng rất khó khống chế thành phần và đồng đều cấu trúc thành phẩm. Hợp kim hóa cơ học là phương pháp ưu việt để sản xuất loại vật liệu này [2]. Pha nano cácbit phân tán trong nền bột siêu mịn tạo thành trong quá trình nghiền giúp đồng đều hóa thành phần, làm cho vật liệu có cơ tính vượt trội hơn nhiều so với các com- pozit cùng loại nhưng kích thước hạt to hơn. Chỉ một lượng nhỏ cácbit titan đã làm thay đổi đáng kể cơ tính của vật liệu [3].Trở ngại lớn của phương pháp là kích thước nhỏ gây nên hoạt tính bề mặt hạt dẫn tới sự lớn lên của hạt, xu thế kết dính và sự nhiễm bẩn bột trong quá trình sản xuất, đặc biệt trong quá trình tạo bột và thiêu kết [4].

2.THỰC NGHIỆM

2.1. Nguyên vật liệu

   Bột nhận từ phoi thép gió phế được nghiền, sàng có kích thước dTB = 60μm có thành phần hoá học như ở bảng 1.

C 0,800 Mn 0,285
Si 0,240 Ni 0,116
S 0,004 Cr 4,149
P 0,028 Mo 4,410
V 1,753 W 5,843

 Bảng 1. Thành phần hóa học bột thép gió

   Bột TiC được chế tạo bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học bột TiO2 và muội than kết hợp nung tạo cácbit [5] có hình dạng và kích thước trung bình 60 nm (hình 1, 2 ).

Hình 1

Hình 1. Phổ nhiếu xạ tia X mẫu bột TiC

Hình 2

Hình 2. ảnh chụp SEM mẫu bột TiC

2.2. Quy trình thực nghiệm

   Hỗn hợp bột compozit thép gió và TiC (5-10%) được trộn với 5% chất kết dính rồi đưa vào máy nghiền thể tích 550 cm3, tỷ lệ bi/bột = 10/1, thời gian nghiền tối đa đến 100 giờ trong môi trường cồn và Hecxan, vận tốc nghiền 300 vòng/phút. Hỗn hợp sau nghiền được ép trong khuôn hình trụ thành mẫu có kích thước (15 x 10 mm, lực ép 4,5 tấn/cm2 rồi đưa vào lò thiêu kết. Quá trình thiêu kết từng bậc trong môi trường hoàn nguyên bằng khí H2 và cacbon (khí CO) với nhiệt độ thiêu kết trong khoảng từ (1200 – 1350) °C, tốc độ nâng nhiệt 400/phút, làm nguội trong dầu.

Bình luận

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>