Nghiên cứu chế độ xử lí nhiệt thép nòng súng pháo 35CrNi3MoV

Héi th¶o Khoa häc toµn quèc C«ng nghÖ vËt liÖu vµ bÒ mÆt - Th¸i Nguyªn 2008 78 NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ XỬ LÍ NHIỆT THÉP NÒNG SÚNG PHÁO 35CrNi3MoV Đinh Bá Trụ (Học viện Kĩ thuật quân sự) - Đinh Văn Chiến(Trường ĐH Mỏ-Địa chất Hà Nội), Trần Đức Hưng ( Z179 Bộ Quốc phòng) Thép 35CrNi3MoV là một loại thép kết cấu hợp kim thấp độ bền cao, được sử dụng chế tạo các chi tiết chịu tải trọng lớn, tải xung đòi hỏi độ bền cao, tính dẻo tốt, như các trục chân vịt, trục khuỷu, trục chính các máy điện hoặc máy mỏ, đồng thời dùng chế tạo nòng súng pháo. Trong quá trình chế tạo, do chế độ nhiệt khi rèn và khi ủ, tôi và ram không thích hợp, như nhiệt độ và thời gian giữ nhiệt không đúng, tổ chức tế vi của thép xuất hiện hạt không đều, hạt thô to xen lẫn các hạt nhỏ. Nguyên nhân hiện tượng hạt không đều và thô to, theo nhiều nghiên cứu của các nước, là do tính di truyền của hạt, một thuộc tính cố hữu của thép CrNiMoV và do hàm lượng Al và Mg dư trong quá trình nấu luyện và tinh luyện có tác dụng thúc đNy sự lớn lên của hạt khi nung ở nhiệt độ cao. Đối với các chi tiết dạng trục, khi rèn, hai đầu phôi chịu tác động của lực trong các điều kiện biến dạng và nhiệt độ khác nhau, nên kết tinh lại trong điều kiện khác nhau, dẫn đến độ lớn của hạt không đồng đều giữa hai đầu phôi. Do hạt to và không đều cục bộ, sự giảm các chỉ tiêu cơ tính, trong đó có độ dai va đập, không đồng đều trên một tiết diện sản phNm, trên các tiết diện khác nhau tại các đoạn đầu cuối của một trục, nên đối với nòng súng pháo cần kiểm định chất lượng tại các đoạn đầu cuối và kể cả kiểm tra tại phần giữa phôi. Từ thực tế sản xuất các chi tiết dạng trục to và dài, nhiều phế phNm đã xảy ra gây lãng phí và tăng giá thành sản phNm. Hình 1. Tổ chức kim tế vi sau khi điện xỉ, hạt thô to và không đều Mục tiêu nghiên cứu: Xác định chế độ nhiệt khi rèn và xử lí nhiệt phôi nòng súng pháo, khẳng định khả năng cung cấp phôi nòng cho quân đội. Cụ thể là: Nghiên cứu khẳng định chế độ công nghệ ủ đồng đều và khử khuyết tật điểm trắng; công nghệ tôi và ram. Phương pháp nghiên cứu: trên cơ sở phân tích lí thiết tiến hành thực nghiệm xác định tổ chức và tính chất của thép sau từng chặng công nghệ. 2. Phương pháp và thiết bị nghiên cứu Các bước công nghệ: Xử lí nhiệt - Rèn – tôi và ram (nhiệt luyện hóa tốt) Phôi và thiết bị rèn: Đường kính ban đầu phôi Φ140, đường kính sản phNm Φ50, sử dụng công nghệ rèn tóp nóng 2 đầu búa. T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(48) Tập 2/N¨m 2008 79 Thiết bị nghiên cứu kim tương: Kính hiển vi quang học Axiovert 40MAT; Máy đô độ dai va đập RKR450 Đức; Máy thử kéo nén UH – 25; Kính hiển vi điện tử. a. Xử lí nhiệt sau khi nấu đúc và tinh luyện điện xỉ Sau khi điện xỉ, các thỏi kim loại được ủ đồng đều khử ứng suất và làm đồng đều hạt. Chế độ xử lí nhiệt - Ủ đồng đều T= 9100C 18 h Nguội theo lò - Thường hóa T= 8500C 1,5h Nguội trong KK Sau khi xử lí nhiệt, tổ chức kim loại tương đối đồng đều. Hình 2. Tổ chức tế vi sau xử lí nhiệt: a. ủ 9100C,18 h; Thường hoá 8500C,1,5h b. Xử lí nhiệt khi rèn vuốt Phạm vi nhiệt độ rèn T = 1250 ÷ 850oC. Rèn xong làm nguội trong thùng cát nóng. Chế độ nhiệt: Nung chậm trong lò, tốc độ nung phân theo các sau: bước 1. Nung chậm 500/h đến nhiệt độ 6500C, bước 2. nung 1000/h đến 8500C, bước 3. nung theo tốc độ lò đến 12500C, giữ nhiệt được tính theo kích thước phôi. Rèn xong làm nguội chậm trong hố cát nóng, sau 12 giờ mới bỏ ra nguội trong không khí. c. Xử lí nhiệt cuối cùng Ủ: T= 860~8800C, 2 h nguội cùng lò; Tôi: T = 870 ÷ 890oC, trong dầu. Ram: T = 450oC, 550oC, 650oC, Ủ có mục đích khử các khuyết tật về ứng suất và tổ chức sau rèn còn dư lại. Tôi cần sử dụng nhiệt độ cao để các nguyên tố hợp kim và các cacbit tan được trong Feα, tạo điều kiện hóa bền cho thép sau tôi. Đối với thép kết cấu sử dụng làm nòng pháo, vấn đề quan trọng phải ram ở nhiệt độ trên nhiệt độ làm việc. Vì vậy thường sử dụng ram ở 6500C. Hình 5.8. Các quy trình xử lí nhiệt Héi th¶o Khoa häc toµn quèc C«ng nghÖ vËt liÖu vµ bÒ mÆt - Th¸i Nguyªn 2008 80 3. Kết quả thực nghiệm Bảng 1. Kết quả nghiên cứu cơ tính Tên mẫu Ku, j/cm2 σ0.2 MPa σbm MPa δ, % ψ, % A1 99,7 768.1 896,1 20,0 64,8 A2 105,7 749,8 892,5 20,0 62,8 A3 97,0 753,4 894,4 20,0 66,0 B3-1 139,3 715,5 795,0 23,3 69,1 B3-2 136,8 735,8 817,1 16,7 64,0 B3-3 129,2 739,2 821,4 20,0 67,0 B5-1 183,0 766,8 895,1 26,7 67,0 B5-2 163,6 705,8 872,6 23,3 69,1 B5-3 140,8 725,1 979,1 23,3 67,3 B5-4 47,0 1324,9 1474,0 16,7 51,9 B5-5 48,6 1331,6 1480,0 13,3 49,6 B5-6 51,6 1297,1 1440,8 16,7 48,0 B5-7 68,7 1225,5 1363,5 16,7 55,6 B5-8 87,1 1150,1 1280,7 13,3 59,0 B5-9 68,8 1199,9 1333,5 16,7 56,9 B5-10 165 963,6 1053,8 18,3 66,6 B5-11 197,8 954,8 1047,2 18,3 67,1 B5-12 170,6 962,5 1045,9 18,3 67,3 Bảng 5.2.Kết quả thử cơ tính sau gia công, giá trị trung bình GH chảy, MPa GH bền, MPa Độ dãn dài, % Độ co thắt, % Độ dai va đập, J/cm2 Ban đầu 757 895 20.0 65.0 101.0 Sau vuốt 729 811 20.0 67.0 135.1 Sau tóp chưa NL 732 915 24.3 67.7 162.6 Sau tóp, T+R450 1318 1465 15.7 50.0 49.0 Sau tóp, T+R550 1192 1326 15.7 58.3 74.9 Sau tóp, T+R650 961 1049 18.3 67.1 77.8 Phân tích kết quả cơ tính - Cơ tính của thép phôi ban đầu Φ140 so với phôi sau vuốt Φ100 và sau rèn tóp chưa nhiệt luyện, không có thay đổi lớn. Có nghĩa là, trong điều kiện thường hóa, tác dụng của rèn vuốt với tỉ số rèn cao, chưa làm thay đổi cơ bản các giá trị cơ tính của vật liệu. Như vậy, việc rèn tóp chủ yếu tác dụng thu nhỏ đường kính sản phNm theo yêu cầu của phôi. - Cơ tính của thép sau tóp và tôi – ram có thay đổi rõ rệt. Khi ram ở nhiệt độ 4500C, giá trị độ bền và giới hạn chảy cao. Nhưng độ dai va đập thấp. Khi tăng nhiệt độ ram, các chỉ tiêu bền giảm. Xét về giá trị khi ram ở nhiệt độ 6500C giới hạn đàn hồi cũng đạt đến 1000MPa. Đặc biệt nhận thấy, khi ram ở nhiệt độ cao, độ co thắt và độ dai va đập tăng. Có nghĩa, khi ram cao, được các tổ chứ kim tương nhỏ mịn, làm cho tính dẻo của thép cải thiện. T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(48) Tập 2/N¨m 2008 81 Kết quả phân tích kim tương Ảnh 9. Mẫu 1 t=m thực Klem (mầu)- 100x. Ảnh 10. Mẫu 1 t=m thực Klem (mầu) Pha ferit màu xanh. Pha ferit nhuộm màu xanh. Mẫu sau tóp trước tôi – ram Ảnh 21. Mẫu 2 t=m thực Klem (mầu) Ảnh 22. Mẫu 2 t=m thực Klem (mầu) 100x. Pha ferit xanh.200x. Pha ferit xanh. Tôi Ram 450 Ảnh 39. Mẫu 4 t=m thực 4% Picral+ 2% Nital- 200x. Ảnh 40. Mẫu 4 t=m thực Cấu trúc mịn hơn nhiều, không thấy ferit dạng kim. 4% Picral+ 2% Nital- 200x- DIC. Tổ chức tế vi có thể là mactensit ram. Tôi ram 650 Ảnh 65. Mẫu 6 t=m thực Klem (mầu)- 100x. Ảnh 66. Mẫu 6 t=m thực Klem (mầu)- 200x. Héi th¶o Khoa häc toµn quèc C«ng nghÖ vËt liÖu vµ bÒ mÆt - Th¸i Nguyªn 2008 82 Ảnh hiển vi điện tử Kết luận Độ hạt lớn và không đồng đều sinh ra do tính di truyền của thép, do hàm lượng Al, Mg dư, và do chế độ nhiệt khi rèn gây chất lượng thép kém nhất là đối với các chi tiết dạng trục dài như nòng pháo. Khuyết tật này cần được sử dụng công nghệ nhiệt luyện để khử. Quy trình công nghệ đã thực hiện và đem lại kết quả tốt, tổ chức kim loại tương đối đồng đều theo tiết diện và đồng đều trên chiều dài, chất lượng về cơ tính đáp ứng yêu cầu. Quy trình công nghệ đã được ứng dụng cho công nghệ tạo phôi nòng súng
Tóm tắt Thép kết cấu hợp kim độ bền cao hợp kim hóa bằng Cr-Ni-Mo-V và xử lí nhiệt tôi-ram được sử dụng rộng rãi để chế tạo các chi tiết máy chịu tải lớn và trong chế tạo nòng súng pháo. Loại thép này thường xuất hiện các hạt tinh thể lớn sau ủ, và tôi-ram do tính di truyền cấu trúc. Do đó, cơ tính của chúng giảm. Báo cáo trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của xử lí nhiệt đến tổ chức tế vi và tính chất của thép 35CrNi3MoV. Kết quả nghiên cứu cho thấy, sau khi sử dụng các quy trình công nghệ tổng hợp về xử lí nhiệt, có thể thu được tổ chức hạt đồng đều và nhỏ mịn, đồng thời cho các chỉ tiêu cơ tính cao, như độ bền cao, độ cứng và tính dẻo tốt. Các quy trình công nghệ xử lí nhiệt có thể áp dụng cho xử lí nhiệt các chi tiết lớn như các loại trục trong các máy điện và máy mỏ. Tài liệu tham khảo [1]. Đinh Bá Trụ, Trần Đức Hưng (2005), “ Đặc điểm Thép nòng pháo và vấn đề công nghệ xử lí nhiệt ”, Tạp chí Cơ khí. [2]. М. Л. Бертнштейн и А. Г. Рахштадт, (1995), Металловедение и Термическая обработка, Справочник, М, Металлургия. [3]. В.П. Левченко, В.В. Кубaчек, В.А. Гольцов и др (1975). Влияние микролегировaния гидридообрaзующими элементaми нa флокеночувствительность стaли 34ХНМ. Изв. вузов, Чернaя метaллургия. - №10. - C.116-119. [4]. Т.К.Сергеева, Н.А.Башнин, В.М.Иванова и др (1996). Поведение водорода в стали 38ХН3МФА при разных схемах противофлокенной термической обработки. Изв. РАН, Металлы. . - №1. - С.74-79.