Nghiên cứu công nghệ chế tạo bạc hợp kim đồng - Graphite sử dụng trong ngành cán thép

Hiện nay, loại bạc hợp kim đồng - graphite dạng đúc được sử dụng phổ biến trong ngành cán thép trên thế giới và nhu cầu thay thế loại bạc này ở Việt Nam đang trở nên cấp thiết. Vấn đề đặt ra là công nghệ chế tạo loại bạc này không được công bố rộng rãi nên việc nội địa hóa loại bạc đồng - graphite đúc ở nước ta đang gặp rất nhiều khó khăn, đặc biệt là vai trò và ảnh hưởng của graphite tới khả năng bôi trơn và nâng cao tuổi thọ làm việc cho bạc đồng - graphite đúc và lựa chọn loại hợp kim đồng phù hợp cho từng điều kiện làm việc cụ thể.

Trong các nhà máy cán thép trong nước, nhu cầu thay thế các sản phẩm bạc chịu mài mòn từ hợp kim đồng rất lớn. Tùy theo yêu cầu làm việc mà cần các loại bạc tương thích. Như ở các vị trí đầu các trục con lăn, điều kiện làm việc khắc nghiệt: tải trọng lớn, nhiệt độ cao, bụi bẩn nhiều. Nhiệt độ làm việc có lúc lên đến 300-400 độ C, điều này làm cho các loại dầu bôi trơn có thể bị bốc cháy, hoặc không còn khả năng bôi trơn. Để đáp ứng điều kiện làm việc này, bạc đồng cần có thêm tính chất tự bôi trơn, tức là khi làm việc, bản thân nó phải tiết ra các chất bôi trơn chính nó, thay vì được bôi trơn trong dầu mỡ thông thường.

Trong dây chuyền sản xuất thép của Công ty Cán thép Lưu Xá, lượng bạc tự bôi trơn loại này được thay thế theo định kì, có thể lên đến hàng trăm chi tiết/năm. Hiện tại bạc tự bôi trơn đơn vị đều phải nhập khẩu mới đáp ứng được chất lượng.

Công ty Cơ khí chính xác Thiên An, đơn vị chuyên cung cấp các sản phẩm cơ khí hỗ trợ công nghiệp cán thép có nhận được nhiều yêu cầu đặt hàng bạc hợp kim đồng - graphite để thay thế cho dàn bạc đầu trục cán từ phía công ty thép Hòa Phát. Hiện cũng đang khó khăn về công nghệ chế tạo loại bạc trên.

Dựa vào điều kiện làm việc, các thông số kỹ thuật của bạc và dựa trên thực tế bạc nhập khẩu, đã khẳng định bạc hợp kim đồng - graphite được tạo thành từ hai vật liệu chính: bạc đồng dạng đúc kết hợp các lỗ gắn graphit. Bạc đồng đúc kết hợp nhiệt luyện mới có thể đạt được độ cứng 240-260HB, graphite có tác dụng bôi trơn. Tuy nhiên trong quá trình làm việc nếu lượng graphite tiết ra quá ít hoặc quá nhiều thì đều làm cho tuổi thọ của bạc bị giảm.

Xuất phát từ thực tế trên, nhóm nghiên cứu do Cơ quan chủ trì Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài Th.S. Nguyễn Quang Huỳnh thực hiện nghiên cứu với mục tiêu: Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo bạc hợp kim đồng - graphite có chất lượng cao đáp ứng nhu cầu thay thế hàng ngoại nhập; Sản xuất chế tạo một số sản phẩm sử dụng tại Nhà máy Cán thép Lưu Xá - Công ty cổ phần Gang Thép Thái Nguyên, Công ty TNHH cơ khí chính xác Thiên An.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thực hiện được những kết quả như sau:

- Lựa chọn vật liệu nền đồng để chế tạo bạc hợp kim đồng - graphite là hợp kim BcuAl10Fe10Ni4Mn với chế độ nhiệt luyện tôi ở nhiệt độ 950 độ C với thời gian giữ nhiệt là 120 phút cho nguội trong môi trường nước. Bạc sau tôi được hóa già ở 600 độ C trong khoảng thời gian 30 phút và nguội cùng lò

 - Đưa ra qui trình chế tạo bạc hợp kim đồng - graphite đạt độ cứng từ 240 - 260 HB, độ hao mòn < 150 mg với tải trọng 12N.

- Đã chạy thử nghiệm 12 chi tiết bạc ở nhà máy cán thép Lưu Xá, bán được 30 chi tiết bạc cho nhà máy này với giá trị hợp đồng là 19.140.000 đồng. Sản xuất và cung cấp 20 chi tiết bạc cho công ty TNHH cơ khí chính xác Thiên An thử nghiệm tại các nhà máy cán thép xây dựng đạt kết quả tốt. Thời gian sử dụng 128 ngày (vượt yêu cầu từ phía khách hàng), với giá thành chỉ bằng 40% so với hàng ngoại nhập. Chủ động về công nghệ và phương pháp gia công hoàn thiện chi tiết đảm bảo chất lượng thay thế hàng ngoại nhập.

- Một bài báo đăng trong tạp chí Khoa học vật liệu kim loại tháng 8

- Trong quá trình thực hiện đề tài đã định hướng nghiên cứu cho nhóm sinh viên thuộc bộ môn Vật liệu & Công nghệ Đúc, Viện Khoa học và kĩ thuật vật liệu, Đại học Bách Khoa Hà Nội làm nghiên cứu khoa học với 1 phần nội dung của đề tài.

Đề tài này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn có tính thực tế rất lớn trong việc đáp ứng nhu cầu bạc hợp kim đồng - graphite cho các nhà máy cán trong nước thay thế hàng nhập khẩu. Ngoài ra các kết quả của đề tài còn được ứng dụng để chế tạo các chi tiết khác cho ngành mỏ, ngành nhựa… nhằm nâng cao chất lượng và tuổi thọ của chi tiết.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 15810/2019) tại Cục Thông tin KHCNQG.

Đ.T.V (NASATI)