Luận án: Nghiên cứu vật liệu tổ hợp thép, hợp kim đồng làm chi tiết truyền dẫn điện tiếp xúc bằng công nghệ luyện kim bột

Chia sẻ: Huynh Thi Thuy | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

141
lượt xem 19
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Với kết cấu nội dung gồm 5 chương, luận án "Nghiên cứu vật liệu tổ hợp thép, hợp kim đồng làm chi tiết truyền dẫn điện tiếp xúc bằng công nghệ luyện kim bột" giới thiệu đến các bạn những nội dung tổng quan vật liệu truyền dẫn điện tiếp xúc, cơ sở lý thuyết luyện kim bột, vật liệu, thiết bị thí nghiệm, phương pháp nghiên cứu,... Tham khảo nội dung luận án để nắm bắt thông tin chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án: Nghiên cứu vật liệu tổ hợp thép, hợp kim đồng làm chi tiết truyền dẫn điện tiếp xúc bằng công nghệ luyện kim bột

-1- -2- A. GIỚI THIỆU VỀ LUẬN ÁN - Nghiên cứu thực nghiệm chế tạo vật liệu bimetal thép 08s – hợp kim 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án đồng BCuSn4Pb4Zn2C-gr và bimetal thép 08s – hợp kim đồng Hiện nay ở Việt Nam có nhiều dự án trọng điểm của nhà nước trong BCuSn4Pb4Zn2C-grW2CdO2 bằng công nghệ luyện kim bột để chế tạo thanh lĩnh vực xây dựng các mạng lưới giao thông công cộng (tàu điện ngầm, tàu cái thu điện động lực cho đầu máy tầu điện cần vẹt vận tải khoáng sản bằng điện nổi, ô tô bánh lốp chạy điện, tàu đường sắt vận tải hàng hoá và chở đường sắt và thử nghiệm trên hiện trường khai thác mỏ ở tỉnh Quảng Ninh; khách chạy bằng đầu máy điện) theo mô hình của các nước công nghiệp - Khai thác sử dụng phần mềm chuyên dùng để phân tích cấu trúc vật phát triển trên thế giới là rất có hiệu quả, giảm thiểu sử dụng các nguồn liệu và xử lý các số liệu thực nghiệm để tìm ra quy luật ảnh hưởng của các năng lượng gây ô nhiễm môi trường. Do vậy, cần có hệ thống cung cấp thông số công nghệ chính tới hàm mục tiêu chất lượng vật liệu bimetal thép truyền dẫn điện động lực tới những mạng lưới giao thông vận tải nói trên, – hợp kim đồng. trong đó có cặp tiếp xúc điện kiểu trượt dây điện – thanh cái dẫn điện từ 5. Phương pháp nghiên cứu các vật liệu kỹ thuật điện có tính năng đặc biệt được chế tạo công nghệ Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm: luyện kim bột. - Nghiên cứu tài liệu kỹ thuật để xác định tính năng và phạm vi sử dụng Ở nước ta hiện nay chưa có nghiên cứu sâu về công nghệ này ứng của vật liệu bimetal truyền dẫn điện tiếp xúc trong ngành kỹ thuật điện và dụng cho việc chế tạo vật liệu bimetal, compozit từ bột kim loại, sử dụng công nghệ chế tạo vật liệu bimetal trên thế giới, trong đó có công nghệ luyện làm thanh cái truyền dẫn điện động lực tiếp xúc kiểu trượt. Các thông tin kim bột để giới hạn nội dung chính của đề tài luận án; được cập nhật chủ yếu là từ nguồn tư liệu qua các trang quảng cáo điện tử - Lựa chọn trang thiết bị luyện kim bột phù hợp hiện có tại các cơ sở trên mạng Internet, thiếu thông tin sâu về công nghệ chế tạo vật liệu có tính nghiên cứu ở Việt Nam để thí nghiệm; năng đặc biệt loại này. Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu vật liệu tổ hợp thép - Phần nghiên cứu thực nghiệm gồm các bước: Chuẩn bị nguyên liệu; – hợp kim đồng làm chi tiết truyền dẫn điện tiếp xúc bằng công nghệ luyện Chế tạo mẫu bimetal thép (08s) – hợp kim đồng (BCuSn4Pb4Zn2C-gr và kim bột” được đề xuất ứng dụng trong hệ thống truyền dẫn điện động lực BCuSn4Pb4Zn2C-grW2CdO2) trong quy mô phòng thí nghiệm theo quy cho tầu đường sắt vận chuyển khoáng sản trong ngành khai thác mỏ hiện hoạch thực nghiệm; Kiểm định đánh giá các thông số của vật liệu; Xác định nay ở Việt Nam là rất cấp thiết, có tính mới về khoa học và ý nghĩa thực miền các thông số công nghệ thích hợp; Chế thử sản phẩm; Giám định đánh tiễn cao. giá chất lượng. 2. Mục tiêu nghiên cứu 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án Mục tiêu nghiên cứu là làm chủ công nghệ chế tạo vật liệu tổ hợp hai a) Ý nghĩa khoa học lớp (bimetal) trên cơ sở thép kỹ thuật điện và hợp kim đồng bằng phương - Hệ thống hóa cơ sở lý thuyết và kinh nghiệm thực tiễn về quá pháp luyện kim bột. trình nghiên cứu phát triển và ứng dụng công nghệ tiên tiến trên thế giới 3. Đối tượng nghiên cứu thuộc lĩnh vực vật liệu tiếp điểm điện, các cặp tiếp xúc điện kiểu cố định, Chế tạo thử thanh cái thu điện động lực cho đầu máy tầu điện cần vẹt vận kiểu trượt làm bằng vật liệu bimetal phổ biến của các nước công nghiệp tải khoáng sản từ vật liệu bimetal thép 08s – hợp kim đồng BCuSn4Pb4Zn2C-gr phát triển như Anh, Pháp, Mỹ, Đức, Nhật Bản, Liên Xô (chủ yếu là phương và bimetal thép 08s – hợp kim đồng BCuSn4Pb4Zn2C-grW2CdO2. pháp luyện kim bột). Sử dụng vật liệu bimetal thép – hợp kim đồng trong 4. Nhiệm vụ nghiên cứu kỹ thuật điện là bước tiến mới của các nhà khoa học vật liệu trên thế giới, - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về đặc điểm tính năng và yêu cầu kỹ hướng tới mục tiêu kết hợp những tính năng điện kỹ thuật của các vật liệu thuật của các loại tiếp xúc điện kiểu đóng ngắt và kiểu trượt sử dụng trong thành phần trong sản phẩm tiếp xúc điện, đảm bảo yêu cầu làm việc ở hệ thống và vật liệu bimetal dùng cho chế tạo tiếp xúc điện; những điều kiện chịu tải cơ học và tải điện, chịu ăn mòn hóa học và xói - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết công nghệ luyện kim bột, áp dụng cho tạo mòn điện trong các môi trường làm việc khác nhau; phôi vật liệu bimetal trên cơ sở nền thép và lớp phủ hợp kim đồng; - Nghiên cứu xác định cơ sở khoa học để lựa chọn tham số công nghệ gây ảnh hưởng đến tính chất vật liệu tổ hợp thép 08s – hợp kim đồng
-3- -4- BCuSn4Pb4Zn2C-gr (BCuSn4Pb4Zn2C-grW2CdO2) có tính năng đặc biệt - Bằng phương pháp hiển vi quang học, hiển vi điện tử quét (SEM) và dùng làm thanh cái truyền dẫn điện động lực như: tính dẫn điện, cấu trúc tế phân tích thành phần cấu trúc bằng X-ray đã khảo sát và bàn luận về tổ vi tại biên giới 2 lớp, khả năng làm việc khi đóng ngắt mạch điện và quy chức tế vi tại biên giới 2 lớp bimetal thép 08s – hợp kim đồng luật biến đổi của nó nhằm làm chủ bí quyết điều khiển công nghệ trong việc BCuSn4Pb4Zn2C-gr (BCuSn4Pb4Zn2C-grW2CdO2), minh chứng cho các chế tạo chúng; mức chất lượng khác nhau trên một số mẫu thí nghiệm điển hình nhận được - Xây dựng mô hình toán học thực nghiệm mô tả quy luật sự phụ ở điều kiện quy hoạch thực nghiệm tìm miền thích hợp của các thông số thuộc của hàm mục tiêu chất lượng vật liệu (độ xốp và mật độ của lớp hợp công nghệ chính trong phạm vi khảo sát; kim đồng) vào các thông số công nghệ chính trong miền khảo sát lựa chọn, - Đã xác định độ cứng tế vi trên biên giới 2 lớp và điện trở riêng của từ đó nhờ trợ giúp của phần mềm tin học chuyên dụng đã đưa ra đồ thị ở vật liệu bimetal thép – hợp kim đồng bằng các phương pháp đo và tính toán dạng không gian 3 chiều và 2 chiều một cách trực quan, làm cơ sở khoa học tiên tiến với độ tin cậy cao và làm rõ được đặc tính của vật liệu bimetal phụ cho việc lựa chọn chế độ công nghệ thích hợp; thuộc vào tỷ lệ các lớp kim loại thành phần cấu trúc (về thành phần hóa học - Nghiên cứu xác định điện trở riêng của vật liệu bimetal thép – hợp và kích thước hình học), cấu trúc tế vi và độ xốp của lớp hợp kim đồng; kim đồng, lượng mòn nhanh và hệ số ma sát của lớp hợp kim đồng trong - Chất lượng vật liệu bimetal thép – hợp kim đồng được đánh giá phòng thí nghiệm, sử dụng thiết bị thử kỹ thuật số hiện đại. thông qua độ bền bám dính 2 lớp (σb.d), độ xốp lớp hợp kim đồng chịu b) Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Luận án mòn sau thiêu kết (γV), điện trở (R) của thanh cái dẫn điện động lực trên - Đã chế thử thanh cái thu điện động lực vào đầu máy tầu vận tải sản phẩm chế thử; khoáng sản bằng đường sắt ở quy mô sản xuất bán công nghiệp và lắp ráp - Đề xuất công nghệ chế tạo vật liệu bimetal thép 08s – hợp kim đồng khảo nghiệm thành công trên khai trường mỏ ở tỉnh Quảng Ninh, được BCuSn4Pb4Zn2C-gr (BCuSn4Pb4Zn2C-grW2CdO2) bằng phương pháp doanh nghiệp sử dụng đánh giá cao về chất lượng vật liệu bimetal thép luyện kim bột phù hợp với điều kiện sản xuất công nghiệp quy mô loạt 08s – hợp kim đồng BCuSn4Pb4Zn2C-gr với tính năng kỹ thuật tương nhỏ ở Việt Nam, đảm bảo chất lượng ổn định. đương và thời gian sử dụng dài hơn sản phẩm tương tự được nhập khẩu tử 8. Cấu trúc của Luận án. Trung Quốc; Ngoài phần Mở đầu (06 trang), Kết luận chung luận án (02 trang), - Đề tài Luận án góp phần thúc đẩy các nghiên cứu ứng dụng công Danh mục các công trình đã công bố (01 trang); Danh mục tài liệu tham nghệ luyện kim bột của thế giới vào điều kiện cụ thể ở Việt Nam để chế tạo khảo (12 trang) và Phụ lục gồm các Phiếu báo kết qủa thí nghiệm (58 các linh kiện điện kỹ thuật có hàm lượng công nghệ cao, trong đó có thanh trang), luận án được trình bày trong 5 chương: cái bimetal dẫn điện động lực, nhằm tiết kiệm vật liệu quý hiếm, giảm thiểu Chương 1: Tổng quan vật liệu truyền dẫn điện tiếp xúc (25 trang); nhập siêu, tiết kiệm ngoại tệ. Chương 2: Cơ sở lý thuyết luyện kim bột (33 trang); 7. Các điểm mới của luận án Chương 3: Vật liệu, thiết bị thí nghiệm, phương pháp nghiên cứu - Thông qua nghiên cứu thực nghiệm đã xây dựng được quan hệ giữa (19 trang); một số thông số công nghệ chính của quá trình thiêu kết bột hợp kim đồng Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm thiêu kết tạo vật liệu bimetal thép có nhiều thành phần nguyên tố hợp kim hóa và pha trộn tạo hạt cứng phân 08s – hợp kim đồng BCuSn4Pb4Zn2C-gr làm tiếp xúc điện kiểu trượt (30 tán (Sn, Zn, W), các chất bôi trơn rắn (Pb, C-gr) và dập tia lửa điện (CdO) trang); lên lớp nền thép 08s và hàm mục tiêu độ xốp phù hợp với điều kiện thiết bị Chương 5: Chế thử thanh cái thu điện vào đầu máy tầu vận tải khoáng thí nghiệm hiện có tại Việt Nam. Từ các kết quả thực nghiệm đã xác định sản từ vật liệu bimetal thép 08s – BCuSn4Pb4Zn2C-gW2CdO2 (29 trang). được độ xốp thể tích (γV) và độ xốp diện tích (γD) của lớp vật liệu hợp kim đồng BCuSn4Pb4Zn2C-g và BCuSn4Pb4Zn2C-grW2CdO2 sau thiêu kết đạt trong khoảng giới hạn cho phép, đảm bảo điện trở riêng nhỏ nhất;
-5- -6- B. NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN khả năng xuất hiện pha lỏng, khả năng cán nóng và cán nguội, thiên hướng bị biến cứng, khả năng hình thành các dung dịch rắn trong vùng liên kết hai Chương 1. TỔNG QUAN VẬT LIỆU TRUYỀN DẪN ĐIỆN TIẾP XÚC vật liệu hàn,…là những yếu tố gây ảnh hưởng tới chất lượng của vật liệu 1.1. Khái quát về các chi tiết truyền dẫn điện tiếp xúc bimetal; Cặp tiếp xúc điện một phần trong mạch điện của hệ thống điện, cho 2) Chế độ công nghệ tối ưu để chế tạo tiếp xúc điện bimetal phụ thuộc phép dòng điện đi qua một cách tin cậy và không có sự tổn hao đáng kể. vào thành phần, tính chất 2 lớp kim loại cấu thành sao cho: giảm khả năng Tiếp xúc điện được chia thành 3 nhóm chính: 1) Tiếp xúc kiểu cố định; 2) hình thành pha lỏng xuống tối thiểu; không vượt quá giá trị biến dạng tới Tiếp xúc kiểu trượt; 3) Tiếp xúc kiểu đóng ngắt. hạn làm phá hủy mối hàn giữa 2 lớp bimetal; không tạo ra sự hình thành 1.2. Nghiên cứu tổng quan về vật liệu bimetal kỹ thuật điện và công ôxit, liên kim loại và các liên kết khác trong vùng mối hàn, bởi vì chúng nghệ chế tạo làm giảm độ bền bám dính 2 lớp bimetal tới mức không cho phép theo điều Tiếp xúc điện chế tạo từ vật liệu bimetal thép – hợp kim đồng nói riêng kiện làm việc cần thiết. phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật chuyên ngành cụ thể như: tính chất dẫn 1.3.2. Vật liệu bimetal trên cơ sở đồng và thép: điện; độ bền mòn cơ học; độ bền chống ăn mòn hóa học và xói mòn điện; Việc hợp kim hóa nền đồng làm giảm nhiệt độ nóng chảy, giảm nhiệt độ độ bền vững trong môi trường làm việc nhiệt ẩm và yếu tố kinh tế khi sử cán nóng, độ bền bám dính 2 lớp bimetal thép – hợp kim đồng tùy thuộc vào dụng. Đối với các cặp tiếp xúc điện kiểu trượt trong các máy điện, lớp vật mức độ biến dạng dẻo khi cán nóng ở quy mô sản xuất công nghiệp thay đổi liệu tiếp xúc trực tiếp phải đảm bảo yêu cầu về độ bền mòn cơ học và chống trong phạm vi 150 ÷ 220 MPa (bảng 1.2 và 1.3 [37]). xói mòn điện cao hơn đáng kể so với tiếp xúc kiểu cố định và đóng ngắt. Bảng 1.2. Độ bền bám dính 2 lớp bimetal thép – đồng khi thử kéo trượt Các phương pháp chủ yếu ngoài Tỷ lệ các lớp trong bimetal, % 10 - 90 10 - 80 - 10 công nghệ luyện kim bột được sử dụng Giới hạn chảy, σs, MPa 22 32 để chế tạo tiếp xúc điện bimetal thép – Giới hạn bền, σB, MPa 32 42 Độ giãn dài tương đối, δ, % 25 38 hợp kim đồng bao gồm: hàn tiếp xúc dưới áp lực, cán dính ở trạng thái Bảng 1.3. Ảnh hưởng của thời gian ủ tới độ bền bám dính 2 lớp bimetal nóng, cán dính ở trạng thái nguội, hàn thép – đồng nóng chảy bằng dòng cảm ứng trên Thời gian ủ ở nhiệt độ 700 OC, 30 60 120 180 240 máy cán, hàn tiếp xúc ở trạng thái phút Hình 1.2 c. Thanh cái bimetal thép nguội, tạo lớp phủ kim loại bằng Độ bền bám dính 2 lớp σBD, 140 155 165 175 180 MPa 08Kп – hợp kim đồng kiểu trượt của phương pháp mạ. Luyện kim bột là Nga thu điện vào đầu máy tầu vận tải công nghệ tiên tiến nhất. 1.4. Xác định nội dung chính cần nghiên cứu của đề tài luận án khoáng sản khai trường Quảng Ninh Sau khi đã nghiên cứu tổng quan nêu trên đã chỉ ra rằng: - Ở một số nước trên thế giới đã rất thành công trong công nghệ luyện 1.3. Đặc điểm của vật liệu tiếp xúc điện bimetal kim bột, đặc biệt áp dụng làm vật liệu kỹ thuật điện từ bimetal và thép - hợp Qua việc tổng hợp, phân tích tài liệu tham khảo ta có nhận xét sau kim đồng. 1.3.1. Vật liệu bimetal đồng – bạc hợp kim hóa cadimi: - Tại Việt Nam, việc nghiên cứu luyện kim bột đã bước đầu có thành 1) Thành phần hóa học của các kim loại (hợp kim) dùng để chế tạo công trong điều kiện thí nghiệm, cho sản xuất một số phụ tùng xe máy. bimetal kỹ thuật điện có ảnh hưởng quyết định tới độ bền bám dính 2 lớp Song cũng chưa có công trình nào nghiên cứu áp dụng công nghệ luyện kim của nó. Thiên hướng bị ôxy hóa và hình thành các liên kết kim loại cục bộ, bột cho vật liệu kỹ thuật điện. Do vậy, việc nghiên cứu vật liệu bimetal thép
-7- -8- - hợp kim đồng nói chung sẽ mở ra hướng mới trong sản xuất vật liệu kỹ 2.2. Cơ sở lý thuyết về thiêu kết hệ bột kim loại đơn nguyên và đa nguyên thuật điện tại nước ta. 2.2.1. Thiêu kết bột kim loại hệ đơn nguyên: gồm có 2 giai đoạn: Kết luận chương 1 1) Giai đoạn đầu: Nhiệt độ thiêu kết 100 ÷ 140 OC làm bay hơi nước và 1) Qua việc nghiên cứu tổng quan về các loại tiếp xúc điện: kiểu cố khí. Nhiệt độ (0,4 ÷ 0,5).Tn.c sẽ phân hủy chất kết dính và bôi trơn; định, kiểu trượt, kiểu đóng ngắt, công nghệ và vật liệu chế tạo, trong đó có 2) Giai đoạn cuối: Nhiệt độ thiêu kết đạt (0,7 ÷ 0,9).Tn.c, hoàn thiện vật liệu bimetal kỹ thuật điện thép - hợp kim đồng và một số phương pháp quá trình hoàn nguyên ôxit, hình thành tiếp xúc giữa các hạt đã hoàn công nghệ chế tạo đã lựa chọn công nghệ luyện kim bột để nghiên cứu thực nguyên và các kim loại. nghiệm tạo phôi bimetal làm thanh cái dẫn điện cho hệ thống cấp điện 2.2.2. Thiêu kết bột kim loại hệ đa nguyên: được thực hiện ở pha rắn hoặc động lực cho tàu vận tải khoáng sản bằng đường sắt trên khai trường tỉnh pha lỏng và có nhiều điểm chung như thiêu kết bột đơn nguyên và có sự Quảng Ninh; tương tác giữa các nguyên tố khi thiêu kết trong pha rắn, các bột kim loại 2) Từ những công trình nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trên thế cấu thành có thể hoàn tan với nhau. giới đã cho thấy: Để tăng độ bền mòn và khả năng chống phóng tia lửa 2.2.3. Thiêu kiết có sự tham gia của pha lỏng: quá trình thiêu kết bột kim loại điện trong quá trình làm việc của bộ đôi dây dẫn – thanh cái thu điện của hệ đa nguyên xẩy ra đều có sự tham gia của pha lỏng, pha này được tạo thành tàu vận tải hoặc trong cầu dao cách ly hạ thế của hệ thống truyền tải điện do sự nóng chảy của nguyên tố kim loại dễ nóng chảy hơn. động lực, cần phải đưa chất bôi trơn rắn vào nền đồng như Sn, Pb, Zn, Gr, 2.2.4. Độ co ngót của vật ép khi thiêu kết: nằm trong phạm vi rất rộng từ CdO.... với hàm lượng khác nhau tùy theo theo điều kiện làm việc cụ thể. 0,9 ÷ 1,7 % và phụ thuộc vào 4 yếu tố: 1) Dạng phối liệu; 2) Áp lực ép bột Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT LUYỆN KIM BỘT tạo hình phôi chi tiết; 3) Nhiệt độ thiêu kết; 4) Thời gian thiêu kết. 2.3. Lý thuyết về biến dạng kim loại bột sau thiêu kết và gia công 2.1. Nguyên lý công nghệ luyện kim bột truyền thống hoàn thiện 2.3.1. Lý thuyết về biến dạng kim loại bột sau thiêu kết: Để giảm độ xốp, Sơ đồ nguyên lý công nghệ chế tạo nâng cao mật độ kim loại cần phải qua công đoạn biến dạng dẻo. chi tiết máy bằng phương pháp luyện 2.3.2. Nhiệt luyện và gia công hoàn thiện chi tiết máy luyện kim bột: là kim bột cho trên hình 2.1, gồm các công đoạn cuối cùng trong công nghệ chế tạo chi tiết bằng luyện kim bột bước: 1) Chuẩn bị bột nguyên liệu; 2) nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm. Ép bột tạo hình phôi chi tiết; 3) Thiêu kết vật ép từ bột kim loại; 4) Biến dạng 2.4. Một số định hướng nghiên cứu ứng dụng vật liệu truyền dẫn điện dẻo ở tráng thía nóng hoặc nguội phôi tiếp xúc luyện kim bột trên thế giới sau thiêu kết; 5) Xử lý nhiệt và gia Trên thế giới đã có nhiều sáng chế về vật liệu tiếp xúc điện luyện kim công hoàn thiện [1], [27]. bột chủ yếu là của các nước Anh, Pháp, Mỹ, Đức, Nhật Bản, Liên Xô và có Đây là công nghệ được áp dụng thể tham khảo trong các tài liệu [51] ÷ [86], còn các nghiên cứu về công phổ biến tại các nước công nghiệp nghệ chế tạo và tính chất của chúng − ở các tài liệu [87] ÷ [177] bằng các phát triển trên thế giới như: Anh, thứ tiếng Nga, Anh, Đức. Mỹ,Đức, Liên Xô, Nhật Bản, Thụy Kết luận Chương 2: Từ nội dung trên đây ta có các kết luận sau: Điển, ... 1) Đã trình bày khái quát về cơ sở lý thuyết của quá trình luyện kim bột truyền thống, xác định các yếu tố chính của công nghệ luyện kim bột ← Hình 2.1. Công nghệ chế tạo chi (chuẩn bị, ép tạo hình, thiêu kết, ép chỉnh, xử lý nhiệt và gia công hoàn tiết máy bằng phương pháp luyện kim thiện) làm cơ sở khoa học cho việc chọn điều kiện thí nghiệm; bột của hãng KREBSOGE
-9- - 10 - 2) Đã trình bày có hệ thống các sáng chế của một số nước trên thế 3.3.2. Điều kiện thực nghiệm thiêu kết lớp phủ trên nền thép: giới như: Anh, Pháp, Mỹ, Đức, Nhật Bản, Liên Xô (Nga) về vật liệu Sử dụng quy hoạch thực nghiệm N = qk = 33 = 27 (bảng 3.2), với các luyện kim bột sử dụng làm tiếp điểm và tiếp xúc điện, chú trọng vào mẫu có kích thước δFe x bFe x lFe = 4 x 30 x 100 mm để thí nghiệm trong phòng cặp tiếp xúc điện kiểu trượt. Đồng thời đã chỉ dẫn các công trình thí nghiệm và (4 ÷ 5) x 160 x (685 ÷ 750) mm trong lò công nghiệp. nghiên cứu quan trọng về vật liệu tiếp xúc điện của Mỹ và Liên Xô đang được sản xuất quy mô công nghiệp và sử dụng phổ biến trong các Bảng 3.2. Điều kiện thí nghiệm hiệu chỉnh công nghệ quy hoạch thực nghiệm máy điện và hệ thống điện; Thông số chính khảo sát Ký hiệu Mức 0 Mức 1 Mức 2 Bước 3) Từ việc nghiên cứu tổng quan nói trên đã lựa chọn thành phần Áp lực rải bột, p, MPa X1 0 25 50 25 vật liệu bột đồng hợp kim và giải pháp công nghệ luyện kim bột phù Nhiệt độ thiêu kết, Tt.k, OC X2 850 875 900 25 hợp với điều kiện trang thiết bị hiện có ở Việt Nam để phục vụ thí Thời gian thiêu kết, tt.k, h X3 1,0 1,5 2,0 0,5 nghiệm cho đề tài luận án là có cơ sở khoa học. Độ hạt trung bình: θd = 100 ÷ 125 μm; môi trường thiêu kết: khí NH4NO3 phân hủy Chương 3. VẬT LIỆU, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM, 3.3.3. Phương pháp thí nghiệm ép, thiêu kết tạo mẫu bimetal thép – hợp PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU kim đồng: 3.1. Vật liệu thử nghiệm: Chọn thành phần hóa học hỗn hợp bột hợp kim Thực nghiệm tạo mẫu bimetal thép – hợp kim đồng theo điều kiện quy hoạch (mô hình cho trên hình 3.15) đồng dùng cho thí nghiệm trong luận án là: BCuSn4Pb4Zn2C-gr (mác 1) và BCuSn4Pb4Zn2C-grW2CdO2 (mác 2). Điều kiện biên: X5; X6; … 3.2. Thiết bị thí nghiệm: đã sử dụng các thiết bị như: Máy nghiền trộn bột Hàm mục tiêu ly tâm hành tinh; Thiết bị trộn bột kim loại; Đồ gá để rải, ép bột hợp kim Yếu tố độc lập (đầu ra): đồng trên nền thép; Lò thiêu kết hợp kim; Máy cán 2 trục; Máy nắn chính (đầu vào): §èi t−îng Y1= γO; băng bimetal; Cân điện tử khảo sát độ xốp; Kính hiển vi quang học; Máy đo X1; X2; X3;…. nghiªn cøu Y Y2 = ρO độ cứng tế vi; Thiết bị đo điện trở kỹ thuật số; Thiết bị đo mòn nhanh và hệ số ma sát kỹ thuật số; Máy phân tích SEM-EDX và phân tích X-ray. Hình 3.15. Mô hình quy hoạch thực nghiệm thiêu kết tạo mẫu vật liệu 3.3. Phương pháp nghiên cứu bimetal thép – hợp kim đồng 3.3.1. Phương pháp tạo bột nguyên liệu lớp phủ trên nền thép: bột nguyên 3.3.4. Chọn hàm mục tiêu độ bền bám dính 2 lớp bimetal, độ xốp liệu là hợp kim đồng BCuSn4Pb4Zn2C-gr và từ đó trộn thêm một lượng nhỏ và mật độ tương ứng lớp vật liệu thiêu kết: W và CdO để tăng khả năng chịu mài mòn và dập hồ quang (bảng 3.1). Thời Tính toán xây dựng mô hình toán học hàm mục tiêu trên cơ sở các đa gian nghiền trộn tng.t = 2 ÷ 2,5 giờ trên máy ly tâm hành tinh; hoặc tng.t = 3 thức trực giao của các biến số độc lập với số lượng thí nghiệm n < 30: độ giờ khi sử dụng máy trộn trên công nghiệp. bền bám dính (σb.d.), độ xốp (γ), mật độ lớp vật liệu (ρ); xác lập mô hình Bảng 3.1. Thành phần vật liệu bột hợp kim đồng sử dụng cho thí nghiệm toán học mối tương quan giữa chỉ tiêu đánh giá chất lượng vật liệu bimetal thông qua hàm mục tiêu σb.d, γ, ρ, đảm bảo: γ mi n ≤ γ ≤ γ ma x ; ρ = Mác Bột đồng hợp kim hóa của Cty Bột trộn, Mức điều chỉnh thời ρ mi n .Phương pháp tính tham khảo tài liệu [145]. vật Cơ khí Ngô Gia Tự, % k.l. %k.l. gian trộn, tng.t, h 3.3.5. Phương pháp thử xác định độ bền bám dính2 lớp bimetal: liệu Sn Pb Zn C-gr Cu W CdO (0) (1) (2) Bước Xác định độ bền bám dính giữa hai lớp kim loại sau khi thiêu kết xác 1 & 2 4,0 4,0 2,0 1,0 Còn lại 2,0 2,0 2,0 2,5 3,0 0,5 định bằng phương pháp thử phá huỷ [145].
- 11 - - 12 - 3.3.6. Phương pháp xử lý số liệu thống kê toán học thực nghiệm: lớp hợp kim đồng trên các thiết bị hiện đại phù hợp với điều kiện hiện có ở Xử lý số liệu thống kê toán học thực nghiệm: Tính toán các giá trị Việt Nam, đảm bảo độ tin cậy cao. trung bình X, độ lệch quân phương S2X, sai số tiêu chuẩn SX và sai số tích Chương 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM THIÊU KẾT TẠO VẬT luỹ ΔXΣ theo phương pháp toán học [145]. LIỆU BIMETAL THÉP 08s – HỢP KIM ĐỒNG BCuSn4Pb4Zn2C-gr 3.3.7. Phương pháp tính toán độ xốp và mật độ lớp hợp kim đồng sau LÀM TIẾP XÚC ĐIỆN KIỂU TRƯỢT thiêu kết: theo phương pháp đo thể tích hoặc cân thủy tĩnh tham khảo ở tài 4.1. Phối liệu và nghiền trộn bột nguyên liệu: liệu [44]. Phối liệu bột hợp kim đồng BCuSn4Pb4Zn2C-gr và sử dụng thiết bị 3.3.8. Phương pháp khảo sát cấu trúc vật liệu bột hợp kim sau thiêu kết: trộn năng suất cao trong 2 giờ, đảm bảo độ đồng đều tương đối tốt. Khảo sát cấu trúc vật liệu bột hợp kim sau thiêu kết bằng cách sử dụng 4.2. Thiêu kết tạo phôi vật liệu bimetal thép 08s – BCuSn4Pb4Zn2C-gr: phân tích EDX để xác định vi cấu trúc [44]. Bột BCuSn4Pb4Zn2C-gr được rải lên tấm thép 08s có kích thước 5 x 3.3.9. Phương pháp đo điện trở suất thanh cái bimetal thép – hợp kim 50 x 100 mm để thí nghiệm với miền điều chỉnh: 1) p = 0; 25; 50 MPa; 2) đồng: tiêu chí quan trọng để đánh giá chất lượng vật liệu bimetal làm thanh Tt.k = 850; 900; 950 OC; 3) tt.k.= 1,0; 1,5; 2,0 giờ đạt yêu cầu. cái dẫn điện trong công trình này được chọn là điện trở suất của nó [9], [10], 4.2.1. Nghiên cứu khảo sát hình thái bề mặt phôi bimetal sau thiêu kết [43]. Đo điện trở suất thanh cái bimetal thép – hợp kim đồng bằng thiết bị Hình thái bề mặt lớp hợp kim đồng BCuSn4Pb4Zn2C-gr sau thiêu kết kỹ thuật số đo điện trở trực tiếp chuyên dụng. lần 1 cho trên hình 4.1 và hình 4.2. 3.3.10. Phương pháp khảo sát mòn và đo hệ số ma sát lớp hợp kim đồng: nghiên cứu khảo sát mòn và đo hệ số ma sát lớp hợp kim đồng được thực hiện trên thiết bị thí nghiệm thử nhanh TRIBOtechnic kỹ thuạt số chuyên dụng trong phòng thí nghiệm. Kết luận Chương 3 1) Đã chọn vật liệu lớp phủ là mác hợp kim đồng BCuSn4Pb4Zn2C-gr a) p = 25 MPa; Tt.k.= 850÷ b) p = 50 MPa; Tt.k.= c): p = 75 MPa; Tt.k.= 850÷ 900OC; tt.k =1÷2 h 850÷ 900 C; tt.k = 1÷2 h O và BCuSn4Pb4Zn2C-grW2CdO2, lớp thép nền mác 08s và các thiết bị thí 900OC; tt.k =1÷ 2 h nghiệm gồm: máy trộn bột ly tâm hành tinh, đồ gá ép bột, lò thiêu kết, máy Hình 4.2. Một số mẫu thí nghiệm điển hình theo điều kiện quy hoạch thực nghiệm cán tinh, thiết bị kiểm định chất lượng mẫu hiện có trong nước ở trình độ thiêu kết bột hợp kim đồng BCuSn4Pb4Zn2C-gr lên nền thép 08s tiên tiến của thế giới (xác định độ bền bám dính 2 lớp bimetal; xác định độ 4.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ thiêu kết đến độ xốp, mật độ xốp và mật độ lớp phủ đồng hợp kim; nghiên cứu tổ chức tế vi; phân tích lớp hợp kim đồng: pha cấu trúc SEM-EDX trên biên giới 2 lớp; đo điện trở thanh cái bimetal); Kết quả thực nghiệm xác định độ xốp (γ) và mật độ ban đầu (ρ ) của 2) Đã lựa chọn phương pháp quy hoạch thực nghiệm kiểu 3 mức với 3 lớp hợp kim đồng thiêu kết lần 1 trên nền thép trong bảng 4.1. Phân tích số biến số độc lập chính: 1) Áp lực ép bột khi rải (p); 2) Nhiệt độ thiêu kết liệu thực nghiệm ta có nhận xét rằng cùng với chiều tăng của 3 thông số p, (Tt.k); 3) Thời gian thiêu kết (tt.k) với thời gian trộn bột hợp lý chọn trong Tt.k, tt.k trong vùng khảo sát đã chọn trong quy hoạch thực nghiệm, độ xốp miền đã xác định dựa trên kết quả thực nghiệm của một số công trình giảm tỷ lệ thuận, còn mật độ tương ứng tăng. nghiên cứu trong nước (tng.t); 4.2.3. Mô hình hóa toán học độ xốp, mật độ lớp hợp kim đồng sau 3) Đã chọn phương pháp đo thể tích, cân thủy tĩnh để tính toán xác thiêu kết: định độ xốp của mẫu thí nghiệm, phân tích cấu trúc kim loại tại biên giới 2 Sử dụng phần mềm tin học chuyên dụng xử lý số liệu thống kê toán lớp bimetal thép – hợp kim đồng, cũng như các phương pháp mới để đo học cho trong bảng 4.1 trên đây theo phương pháp đã trình bày trong điện trở suất thanh cái bimetal, đo hệ số ma sát và đo lượng mòn nhanh của Chương 3, ta nhận được các đồ thị mô tả sự ảnh hưởng cặp đôi đồng thời
- 13 - - 14 - giữa 3 thông số (p.Tt.k; Tt.k.tt.k; p.tt.k) ở dạng trong không gian 3 chiều (3D) Hàm mục tiêu là mật độ trung bình của lớp vật liệu hợp kim đồng thiêu như cho trên các hình 4.6 ÷ 4.8. kết trên nền thép được cho trên các hình 4.9 ÷ 4.11. a) p = 25 MPa b) p = 50 MPa c) p = 75 MPa a) p = 25 MPa b) p = 50 MPa c) p = 75 MPa Hình 4.9. Sự phụ thuộc của mật độ trung bình lớp hợp kim đồng Hình 4.6. Sự phụ thuộc của độ xốp diện tích lớp hợp kim đồng BCuSn4Pb4Zn2C-gr vào thời gian thiêu kết (tt.k) và nhiệt độ thiêu kết BCuSn4Pb4Zn2C-gr vào nhiệt độ thiêu kết (Tt.k.) và thời gian thiêu kết (Tt.k.) ở các mức áp lực ép bột (p) khác nhau (tt.k) ở các mức áp lực ép bột (p) khác nhau a) Tt.k = 850 OC b) Tt.k = 875 OC c) Tt.k = 900 OC Hình 4.10. Sự phụ thuộc của mật độ trung bình lớp hợp kim đồng a) Tt.k = 850 OC b) Tt.k = 875 OC c) Tt.k = 900 OC BCuSn4Pb4Zn2C-gr vào thời gian thiêu kết (tt.k) và áp lực ép bột (p) Hình 4.7. Sự phụ thuộc của độ xốp diện tích lớp hợp kim đồng ở các mức nhiệt độ thiêu kết (Tt.k.) khác nhau BCuSn4Pb4Zn2C-gr vào áp lực ép bột (p) và thời gian thiêu kết (tt.k) ở các mức nhiệt độ thiêu kết (Tt.k.) khác nhau a) tt.k = 1,0 h b) tt.k = 1,5 h c) tt.k = 2,0 h Hình 4.11. Sự phụ thuộc của mật độ trung bình lớp hợp kim đồng a) tt.k = 1,0 h b) tt.k = 1,5 h c) tt.k = 2,0 h BCuSn4Pb4Zn2C-gr vào nhiệt độ thiêu kết (Tt.k.) và áp lực ép bột (p) Hình 4.8. Sự phụ thuộc của độ xốp diện tích lớp hợp kim đồng ở các mức thời gian thiêu kết (tt.k) khác nhau BCuSn4Pb4Zn2C-gr vào áp lực ép bột (p) và nhiệt độ thiêu kết (Tt.k.) Hàm mục tiêu mật độ trung bình phụ thuộc vào tổ hợp 3 thông số công ở các mức thời gian thiêu kết (tt.k) khác nhau nghệ chính ở dạng bậc 2 với các biến thực y2 (p, Tt.k, tt.k) nhận được như Hàm mục tiêu độ xốp phụ thuộc vào tổ hợp 3 thông số công nghệ sau: chính ở dạng bậc 2 với các biến thực y1 (p, Tt.k, tt.k) nhận được như sau: y2 (p, Tt.k, tt.k) = – 14,77924 – 0,029146.p + 0,04035567.Tt.k y1 (p, Tt.k, tt.k) = 60240,01 – 96,59197.p – 122,1025.Tt.k – 4856,082.tt.k + 2,143761.tt.k + 0,00004967.p.Tt.k – 0,00390867.p.tt.k + 0,0933853.p.Tt.k + 4,6816.p.tt.k + 4,6676.Tt.k.tt.k – 0,00149.Tt.k.tt.k – 0,000046204.p2 – ,000020675.T2t.k. + 0,06207.p2 + 0,062198.T2t.k. + 150,8022.t2t.k (4.1) +0,1737778.t2t.k (4.2)
- 15 - - 16 - 4.3. Nghiên cứu tổ chức tế vi biên giới liên kết 2 lớp bimetal sau thiêu 4.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của biến dạng đến độ bền bám dính 2 kết: Kết quả điển hình cho trên các hình 4.15 ÷ 4.17. lớp bimetal thép 08s-BCuSn4Pb4Zn2C-gr Kết quả nghiên cứu được cho trong bảng 4.2. Độ bền bám dính hai lớp vật liệu bimetal thép – hợp kim đồng sau thiêu kết (ε0 = 0) đạt: σb.d.= 14,60 ÷ 81,85 MPa, còn sau biến dạng dẻo trạng thái nguội với ε2 = 15 % đạt σb.d.= 7,8 ÷ 77,15 MPa; với ε3 = 30 % đạt σb.d.= 7,8 ÷ 55,06 MPa (không qua ủ). Nguyên nhân là do sau khi cán không ủ khử ứng suất nên độ bền bám dính 2 lớp bimetal tương ứng trên các mẫu thí nghiệm ở cả 27 chế độ H.K.Cu B.G↑Fe e) Độ xốp diện tích f) Vùng xốp có mầu quy hoạch giảm đáng kể. 4.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tính chất vật liệu b) Mẫu số 07 (Đức) γ 04 = 17,37 % đen Hình 4.15. Tổ chức tế vi vật liệu bimetal thép 08s - BCuSn4Pb4Zn2C-gr (Lô bimetal thép – hợp kim đồng làm thanh cái dẫn điện số 1 sau thiêu kết): b) Tại biên giới 2 lớp (ảnh chụp tại CHLB Đức); e) - Lớp 4.5.1. Tổ chức tế vi tại biên giới hai lớp bimetal: Kết quả cho trên hình hợp kim đồng; d, f) - Biểu đồ phân tích các vùng cấu trúc (VN) 4.20 và hình 4.21 (mũi tên trên hình (b) chỉ hướng cán ép). H.K.Cu B.G↑Fe c) Độ xốp diện tích d)Vùng xốp có mầu a) Mẫu số 12 γ 12 = 18,01 % đen a) γ 06 = 18,45 % b) Hướng cán ép c) Vùng xốp mầu đen Hình 4.16. Tổ chức tế vi vật liệu bimetal thép 08s – BCuSn4Pb4Zn2C-gr (Lô Hình 4.20. Tổ chức tế vi mẫu vật liệu bimetal thép 08s – BCuSn4Pb4Zn2C-gr sau số 2 sau thiêu kết): a) Tại biên giới 2 lớp không có khuyết tật b) Tại biên giới 2 thiêu kết và cán nguội (mẫu số 06): a) Biên giới 2 lớp; b) Lớp hợp kim đồng; c) Biểu lớp (ảnh chụp tại CHLB Đức); c) Lớp hợp kim đồng; f) Biểu đồ phân tích các đồ phân tích các vùng cấu trúc bằng phần mềm Pro-Materrial analyzer vùng cấu trúc (Việt Nam) H.K.Cu B.G↑Fe c) Độ xốp diện tích d)Vùng xốp có mầu đen a) γ 26 = 8,92 % b) Hướng cán ép c) Vùng xốp a) Mẫu số 21 γ = 12,17 % mẫu số 21 mầu đen Hình 4.17. Tổ chức tế vi vật liệu bimetal thép 08s – BCuSn4Pb4Zn2C-gr (Lô Hình 4.21. Tổ chức tế vi mẫu vật liệu bimetal thép 08s – BCuSn4Pb4Zn2C-gr sau số 3 sau thiêu kết): a) Tại biên giới 2 lớp (ảnh chụp tại CHLB Đức); c) Lớp thiêu kết và cán nguội (mẫu số 26): a) Biên giới 2 lớp; b) Lớp hợp kim đồng; c) Biểu hợp kim đồng; d) Biểu đồ phân tích các vùng cấu trúc (Việt Nam) đồ phân tích các vùng cấu trúc bằng phần mềm Pro-Materrial analyzer
- 17 - - 18 - Từ các hình 4.20 (mẫu số 06, mã số 210) và hình 4.21 (mẫu số 26, mã Kết luận Chương 4: số 212) cho nhận thấy: trên biên giới 2 lớp mẫu số 06 vật liệu bimetal thép 1) Đã thực nghiệm trộn bột hợp kim đồng BCuSnPb4ZnC-gr trên máy trộn 08s – hợp kim đồng BCuSn4Pb4Zn2C-gr có một vài đoạn cục bộ “lỗ xốp năng suất cao ở quy mô phòng thí nghiệm và sản xuất công nghiệp và xác định thời đường biên” kích thước không lớn, lỗ xốp và cấu trúc bị biến dạng nén, lỗ gian trộn tốt nhất là 2 giờ. Từ đó đã thiêu kết tạo mẫu thí nghiệm theo điều kiện quy xốp giảm đáng kể; còn trên biên giới mẫu số 26 – có một vài đoạn cục bộ hoạch thực nghiệm với các mức cho trước của 3 thông số công nghệ chính (p, Tt.k và “lỗ xốp đường biên” với kích thước nhỏ hơn nhiều, các lỗ xốp và cấu trúc tt.k) đạt kết quả tốt; bị biến dạng cán ép mạnh hơn nhiều so với mẫu số 06. Như vậy, nguyên 2) Đã xác định độ xốp thể tích và độ xốp diện tích cho thấy có quy luật giảm tỷ công cán ép là rất cần thiết vì nó làm giảm độ xốp đáng kể trong lớp hợp lệ thuận theo chiều tăng của p, Tt.k và tt.k (số liệu cụ thể xem Luận án); kim đồng, điều đó làm giảm điện trở riêng của vật liệu bimetal nói chung. 3) Đã xác định độ xốp thể tích và độ xốp diện tích lớp hợp kim đồng thiêu kết 4.5.2. Độ cứng tế vi tại biên giới 2 lớp bimetal: tại biên giới 02 lớp trên nền thép và cho thấy có quy luật giảm tỷ lệ thuận theo chiều tăng của p, Tt.k và thép 08s và hợp kim đồng trên mẫu thanh dẫn điện hợp kim đồng tt.k đồng thới với quy luật tăng mật độ trung bình tỷ lệ thuận với chiều tăng của 3 BCuSn4Pb4Zn2C-gr sau thiêu kết (được đo ở tải trọng nhỏ HV0,1 và P = 10 thông số p, Tt.k và tt.k; G), kết quả cho trong bảng 4.3 và có giá trị trong khoảng: 4) Đã xác định được quy luật độ bền bám dính 2 lớp vật liệu bimetal thép 08s – 1) Lớp hợp kim đồng HVCu0,1 = 96 ÷ 132; lớp thép 08s HVFe0,1 = 131 ÷ hợp kim đồng BCuSn4Pb4Zn2C-gr (sau cán nguội không qua ủ khử ứng suất) 152; trên biên giới 2 lớp HVB.G0,1 = 161 (sau thiêu kết lần 1); giảm tỷ lệ thuận theo chiều tăng của mức độ biến dạng tương đối qua các bước 2) Lớp hợp kim đồng HVCu0,1 = 82 ÷ 122; lớp thép 08s HVFe0,1 = 128 ÷ biến dạng dẻo và có giá trị tương ứng là: σb.do = 14,6 ÷ 81,85 MPa (ε0 = 0) 152; trên biên giới 2 lớp HVB.G0,1 = 147 (sau thiêu kết lần 2). tới σb.d2 = 7,8 ÷ 55,06 MPa (ε2 = 30 %); Trên hình 4.23 a là ảnh chụp vết đô độ cứng tế vi vùng biên giới 2 lớp 5) Đã nghiên cứu khảo sát chụp ảnh tổ chức tế vi biên giới 2 lớp trên bimetal thép – hợp kim đồng sau thiêu kết lần 1, còn hình 4.23 b – sau thiêu một số mẫu thí nghiệm điển hình, phân tích ảnh kỹ thuật số bằng phần mềm kết lần 2 (khoảng cách giữa các vết đo là 50 μm). Material Pro- Analyzer để xác định độ xốp diện tích và so sánh với độ xốp thể tích, kết quả nhận được trùng khớp với kết quả kiểm chứng trên các mẫu Lớp 1 Lớp 2 tương ứng giửu đi giám định tại CHLB Đức; 6) Từ kết quả nghiên cứu của đê ftaif luận án đã áp dụng thử nghiệm thiêu kết thành công tấm vật liệu bimetal thép 08s – hợp kim đồng BCuSn4Pb4Zn2C-gr kích thước lớn (6 + 2) x (150 ÷ 220) x (800 ÷ 1.800 mm) trong lò thiêu kết công nghiệp để chế tạo thanh cái thu điện trong hệ thống tầu vận tải khoáng sản bằng đường sắt kết trên khai trường mỏ ở tỉnh Lớp 2 Lớp 3 Quảng Ninh.. a) b) Chương 5. CHẾ THỬ THANH CÁI THU ĐIỆN VÀO ĐẦU MÁY TẦU Hình 4.25. Ảnh chụp mẫu đo độ cứng tế vi biên giới 2 lớp bimetal thép 08s – VẬN TẢI KHOÁNG SẢN TỪ VẬT LIỆU BIMETAL THÉP 08s – HỢP hợp kim đồng BCuSn4Pb4Zn2C-gr sau thiêu kết: a) Lần 1; b) Lần 2 KIM ĐỒNG BCuSn4Pb4Zn2C-grW2CdO2 Ta nhận thấy độ cứng tế vi lớp hợp kim đồng sau thiêu kết lần 2 giảm 5.1. Phối liệu, trộn và rải bột nguyên liệu BCuSn4Pb4Zn2C-grW2CdO2 rõ rệt hơn so với sau thiêu kết lần 1, còn lớp thép 08s cũng có giảm nhẹ, do Phối liệu từ 1,5 % đến 2,0 % W và CdO vào bột BCuSn4Pb4Zn2C-gr trên đó khi cần tạo lớp phủ hợp kim đồng cả 2 mặt lớp thép phải chấp nhận hiện máy trộn ly tâm hành tinh để tiến hành thí nghiệm. Thời gian trộn là 2 giờ, sau đó tượng giảm độ cứng tế vi nói trên. đem đi rải lên nền thép 08s và thiêu kết trong lò có khí bảo vệ.
- 19 - - 20 - Qua kết quả X- ray cho thấy VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau CuSn6Zn6Pb3-W-CdO(I) 1800 1700 d=2.1021 1600 các thành phần hợp kim bột 1500 1400 1300 1200 với hàm lượng: 23,14 % 1100 Lin (Cps) 1000 900 800 d=1.8189 CuSn; 27,7 % CuZn; 10 % 700 600 500 d=3.353 Pb; 2,85 % SnO2; còn lại là 400 d=2.8601 d=2.4764 300 d=1.7503 d=1.4935 d=1.6794 d=1.4291 d=2.6254 200 100 Cu. Như vậy, các mẫu trên 0 11 20 30 40 50 60 7 2-Theta - Scale File: Hung-Vien NCCK-CuSn6Zn6Pb3-W-CdO(I).raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 11/24/11 11:19:04 khá tương đồng nhau và có 02-1436 (D) - Copper Tin - CuSn - Y: 23.14 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 06-0657 (D) - Copper Zinc - CuZn - Y: 27.27 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 04-0686 (*) - Lead, syn - Pb - Y: 10.00 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 05-0467 (D) - Cassiterite, syn - SnO2 - Y: 2.85 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 Hình 5.1. Kết quả X-ray mẫu 1 độ ổn định tương đối cao. Hình 5.11 c. Mẫu số 09: p = 50 MPa; Hình 5.12 a. Mẫu số 10: p = 0 MPa; Lxop 5.2. Hình thái bề mặt lớp hợp kim đồng BCuSn4Pb4Zn2C-grW2CdO2 sau Lxop≈60 ÷ 80 µm; Không có lỗ xốp ≈ 200 ÷ 250 µm; Không có lỗ xốp trên thiêu kết: Kết quả cho thấy độ bám dính của lớp hợp kim đồng với lớp nền tăng dần trên biên giới 2 lớp (liên kết tốt) biên giới 2 lớp (liên kết tốt) theo chiều tăng của các thông số quy hoạch và khá tốt (hình 5.6). a) Mẫu số 01 (MS:000): p = 0; Ttk = 850 OC; tt.k = 1,0 h b) Mẫu số 02 (MS:010): p = 0; Ttk = 875 OC; tt.k = 1,0 h Hình 5.13 a. Mẫu số 13: p = 25 MPa; Hình 5.13 c. Mẫu số 15: p = 50 MPa; Lxop≈ 180÷200µm; Không có lỗ xốp Lxop ≈ 80 ÷ 150 µm; Không có lỗ xốp trên biên giới 2 lớp (liên kết rất tốt) trên biên giới 2 lớp (liên kết rất tốt) c) Mẫu số 03 (MS:020): p = 0; Ttk = 900 OC; tt.k = 1,0 h Hình 5.6. Hình thái bề mặt lớp hợp kim đồng BCuSn4Pb4Zn2C-rW2CdO2 sau thiêu kết trên nền thép 08s (Lô số 01, rải bột tự do p = 0) 5 3. Nghiên cứu khảo sát tổ chức tế vi biên giới liên kết 2 lớp bimetal sau thiêu kết: Ảnh chụp tổ chức tế vi trên biên giới 2 lớp bimetal thép – hợp kim đồng sau thiêu kết lần 1 cho trên các hình 5.9 ÷ 5.14. Hình 5.14 a. Mẫu số 16: p= 50 MPa; Hình 5.14 b. Mẫu số 17: p= 50 MPa; Lxop ≈ 20 ÷ 30 µm; Không có lỗ xốp Lxop≤ 30 µm; Không có lỗ xốp trên trên biên giới 2 lớp (liên kết rất tốt) biên giới 2 lớp (liên kết rất tốt) Từ các hình 5.9 ÷ 5.14 cho thấy độ bám dính 2 lớp bimetal thép – hợp kim đồng có xu hướng tăng dần theo chiều tăng của các thông số p, Tt.k và tt.k. Các lỗ xốp trong lớp hợp kim đồng sau thiêu kết có chiều hướng giảm tỷ lệ nghịch theo chiều tăng của 3 thông số công nghệ khảo sát. Còn biên giới giữa nó với lớp nền thép không còn dầu hiệu có các khuyết tật dạng “lỗ xốp đường biên”. Hình 5.9 a.Mẫu số 02: p = 0 MPa; Hình 5.10 c. Mẫu số 06: p = 25 MPa; Điều đó làm tăng chất lượng bám dính 2 lớp bimetal thép 08s – hợp kim Lxop ≈ 200 ÷250 µm (liên kết chưa tốt) Lxop ≈ 100÷120 µm (liên kết khá tốt) đồng BCuSn4Pb4Zn2C-rW2CdO2.
- 21 - - 22 - 5.4. Xác định độ tin cậy kết quả nghiên cứu cấu trúc tế vi do có hạn chế về thời gian thực hiện đề tài luận án nên không tiến hành đo Để xác định độ tin cậy thực nghiệm trong nước, luận án đã có sự trợ kiểm trên các mẫu bimetal sau biến dạng dẻo. giúp của đồng nghiệp tại CHLB Đức trong việc khảo sát và chụp ảnh tổ 5.6. Nghiên cứu xác định lượng mòn nhanh và hệ số ma sát trong chức tế vi lớp hợp kim đồng ở vùng lân cận biên giới liên kết với lớp nền phòng thí nghiệm thép trên hai mẫu có ký hiệu số 12 và số 16. Kết quả được thể hiện trên hình Nghiên cứu xác định lượng mòn nhanh của lớp hợp kim đồng được thực hiện với chế độ làm việc của 04 cặp ma sát thử nghiệm: I = 600A, P = 5.12 ÷ 5.13 cho thấy rất tương đồng với nhau. Điều đó chứng tỏ độ tin cậy 1,5 kG/cm2, V= 3,5 m/s, t = 40 giờ, chế độ ma sát khô theo phương pháp của chúng cao (hình 5.13 dưới đây trích dẫn đối với mẫu số 16). thử của tác giả công trình [40]. Lượng mòn của lớp hợp kim đồng trên các mẫu thử nghiệm theo thời gian đạt trong khoảng: U1 = 2,13÷2,14 mm (cặp 1); U2 = 1,11÷ 1,13 mm (cặp 2); U3 = 0,52÷ 0,53 mm (cặp 1); U4 = 0,31 ÷ 0,32 mm (cặp 4). Kết quả cho trên hình 5.17. Lượng mòn, U, mm H.K.Cu B.G↑Fe b) Độ xốp diện tích c) Vùng xốp mầu a) Mẫu số 16 γ 16 = 14,85 % đen M1-M1 Hình 5.13. Tổ chức tế vi bimetal thép 08s – BCuSn4Pb4Zn2C-grW2CdO2: M1- BCuSn4Pb4Zn2C-gr a) Liên kết tại biên giới 2 lớp rất tốt (chụp ở CHLB Đức); b) Lớp hợp kim M1- BCuSn4Pb4Zn2C-grW1,5CdO2 đồng; c) Biểu đồ phân tích vùng cấu trúc tế vi (Việt Nam) M1- BCuSn4Pb4Zn2C-grW2CdO2 5.5. Nghiên cứu chế thử sản phẩm thanh cái dẫn điện động lực vào đầu Chế độ thử: Imax = 600A; máy tầu vận tải p = 1500 MPa; Do đặc tính của lớp thép 08s và lớp hợp kim đồng luyện kim bột có độ dẫn điện v = 3,5 m/s Thời gian thử, t, phút thấp hơn đồng nguyên chất, nên cần tiến hành thí nghiệm đo điện trở (thông qua điện Hình 5.17 Biểu đồ sự phụ thuộc của lượng mòn nhanh của lớp tiếp xúc điện trên thanh dẫn G) trên 09 mẫu bimetal thép 08s – hợp kim đồng BCuSn4Pb4Zn2C-grW2CdO2 cái bimetal theo thời gian thử ở điều kiện ma sát khô và có dòng điện chuyển mạch sản xuất thử nghiệm. Chiều dài mẫu đo điện trở chọn L = 150 mm cắt từ xá Hệ số ma sát của lớp hợp kim đồng BCuSn4Pb4Zn2C-grW3CdO2 trên tấm bimetal có kích thước dày mẫu: 5mm; chiều rộng mẫu 18 ÷ 22 mm và thanh cái bimetal được xác định trong điều kiện môi trường không khí với tải trung 685 ÷ 750 mm, kết quả cho trong bảng 5.1 trong bản Luận án như sau: bình 6 N, 12 N và trong môi trường dầu 12 N trên thiết bị TRIBOtechnic. Kết quả 1) Điện dẫn đo được trên 09 mẫu bimetal thép 08s – hợp kim đồng cho thấy khi lực ma sát càng tăng thì hệ số ma sát tăng điều đó dẫn đến BCuSn4Pb4Zn2C-grW2CdO2 đạt trong khoảng tương đối rộng: Gbimet = lượng mòn do ma sát tăng, khi thử trong dầu thì hệ số ma sát giảm (xem 0,002534 ÷ 0,003727 S, còn điện trở đo được trên máy đo kỹ thuật số là: hình 5.18 ÷ 5.20 Luận án). giảm dần theo chiều tăng các thống số công nghệ khảo sát từ Rbimet = 5.7. Kết quả lắp ráp và chạy thử khảo nghiệm quy mô hiện trường 339,53 ÷ 394,58 Ω (Lô số 1) đến Rbimet= 267,14 ÷ 275,81 Ω (lô số 3); a) Điều kiện khảo nghiệm: Sản phẩm được lắp đặt và khảo nghiệm trên 2) Vật liệu bimetal thép 08s – hợp kim đồng BCuSn4Pb4Zn2C-grW2CdO2 sau thiêu kết và biến dạng đã có độ xốp dư thể tích (tương ứng là độ xốp đầu máy tầu điện vận tải khoáng sản - Model CJY(S)14/6.7.9G/250, điện áp diện tích) giảm mạnh, do đó điện dẫn của nó còn tăng hơn nữa.Tuy nhiên, làm việc 1 chiều 250 V, độ cao của cần vẹt 1800 ÷ 2200 mm, dùng để vận chuyển các khoáng vật và vật liệu dưới hầm lò. Độ cao làm việc so với mực
- 23 - - 24 - nước biển không quá 1200m. Nhiệt độ môi trường xung quanh cao nhất vật liệu thép (sắt armko) và hợp kim đồng để đảm bảo độ bền lâu sử dụng không quá + 40OC, thấp nhất không quá − 25OC. Độ ẩm tương đối của trong điều kiện tải điện có ma sát trượt và phóng hồ quang điện mạnh; không khí lớp nhất 95 % (thấp nhất không lớn hơn + 25OC); 2) Luyện kim bột là một công nghệ tiên tiến đã được nghiên cứu áp b) Đặc điểm của thanh cái bimetal thép – hợp kim đồng chế thử: dụng phổ biến tại các nước công nghiệp phát triển trên thế giới để chế Thanh cái bimetal thép 08s – hợp kim đồng BCuSn4Pb4Zn2C-gr và tạo vật liệu tổ hợp, nên được chọn để nghiên cứu. Vật liệu, thiết bị thí BCuSn4Pb4Zn2C-grW2CdO2 có kích thước hình học của mẫu thiết kế là: nghiệm hiện có ở Việt Nam đảm bảo đủ điều kiện thí nghiệm. Bằng dày x rộng x dài = 5 x 18 ÷ 22 x 685 ÷ 750 mm được lắp để khảo nghiệm phương pháp thực nghiệm khoa học phân tích tính chất cơ lý và kim trên hiện trường Công ty TNHH NN MTV Than Dương Huy; tương học, mô hình hóa toán học đã xây dựng được mối quan hệ giữa 03 c) Đánh giá kết quả khảo nghiệm trên thực tế khai trường: cho thấy thông số công nghệ chính (p, Tt.k, tt.k) và hàm mục tiêu lựa chọn nhằm với chế độ làm việc bình thường đã đạt các yêu cầu kỹ thuật đề ra, tương nâng cao độ bền bám dính 2 lớp vật liệu bimetal và khả năng chịu mài đương với sản phẩm cùng loại đang được Công ty nhập khẩu . mòn cơ học, xói mòn điện. Từ đó có thể chỉ định các bộ thông số p, Tt.k, Kết luận Chương 5 tt.k đảm bảo yêu cầu ở mức cần thiết khi sử dụng; 1) Đã thực hiện thành công việc chế tạo vật liệu bimetal thép 08s – hợp kim 3) Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm đã xác định quy luật đồng BCuSn4Pb4Zn2C-grW2CdO2 có kích thước lớn trên quy mô công thay đổi độ xốp thể tích và độ xốp diện tích lớp hợp kim đồng sau thiêu nghiệp, nghiên cứu khảo sát tổ chức tế vi tại biên giới 2 lớp với các kết quả điển kết bằng các phương pháp tương ứng có xu hướng giảm tỷ lệ thuận theo hình nhận được trong điều kiện Việt Nam trùng khớp với kết quả kiểm chứng chiều tăng của p, Tt.k và tt.k. trên các mẫu tương ứng tại CHLB Đức; 4) Đã xác định được quy luật biến đổi của độ bền bám dính 2 lớp 2) Từ việc phân tích tổ chức tế vi trên biên giới 2 lớp vật liệu bimetal bimetal thép 08s – hợp kim đồng BCuSn4Pb4Zn2C-grW3CdO2 sau thiêu đã minh chứng cho hiện tượng giảm độ xốp của lớp hợp kim đồng sau thiêu kết qua cán nguội (không ủ khử ứng suất) là: giảm tỷ lệ thuận theo chiều kết theo quy luật tỷ lệ thuận với chiều tăng của p, Tt.k và tt.k, từ đó giải thích được quy tăng của mức độ biến dạng tương đối ở các bước biến dạng dẻo chỉ định: luật ảnh hưởng của độ xốp lớp hợp kim đồng trên mẫu vật liệu bimetal sau thiêu kết σb.do = 14,6÷ 81,85 MPa (tương ứng với mức độ biến dạng dẻo (ε0 = 0) tới điện trở chung của nó. tới σb.d2 = 7,8 ÷ 55,06 MPa (tương ứng với mức độ biến dạng dẻo ε2 = 3) Đã chế tạo thử một số thanh cái dẫn điện động lực vào đầu máy tầu 30 %); vận tải khoáng sản vận chuyển bằng đường sắt trên khai trường mỏ ở tỉnh 5) Đã nghiên cứu khảo sát trên ảnh tổ chức tế vi biên giới 2 lớp Quảng Ninh và chạy thử trên thực tế. Kết quả thanh cái trong thời gian vận trên một số mẫu thí nghiệm điển hình nhận được trong quy hoạch thực hành có hoạt động bình thường. nghiệm bằng phương pháp hiển vi quang học và phân tích ảnh kỹ thuật KẾT LUẬN CHUNG LUẬN ÁN số để xác định độ xốp diện tích và phân tích so sánh với độ xốp thể tích. 1) Đã nghiên cứu tổng quan vê tình hình nghiên cứu ứng dụng các loại Kết quả nhận được trong điều kiện Việt Nam trùng khớp với kết quả vật liệu mới, công nghệ mới trong sản xuất các chi tiết tiếp xúc điện ở quy mô kiểm chứng trên các mẫu tương ứng tại CHLB Đức; công nghiệp tại các nước như Anh, Pháp, Mỹ, Đức, Liên Xô cho thấy: việc 6) Đã chế thử và lắp ráp chạy thử khảo nghiệm thành công một số sử dụng vật liệu bimetal thép – hợp kim đồng trong hệ thống truyền dẫn điện thanh cái dẫn điện động lực cho đầu máy tầu vận tải khoáng sản trên khai động lực cho ngành vận tải đường sắt, hệ thống tàu diện và xe ô tô buýt chạy trường mỏ ở tỉnh Quảng Ninh, kết quả bước đầu rất khả quan. điện, cũng như tầu vận tải khoảng sản đã kết hợp nhiều ưu điểm của các lớp