Chi tiết cánh bắn bi trong máy phun bi là một trong những chi tiết mau hỏng và thường xuyên phải thay thế (khoảng 250 -300 giờ làm việc) với giá thành của rất đắt đỏ (300.000 đồng/kg đối với sản phẩm của Thái Lan). Gang trắng Crom cao thuộc vào nhóm hợp kim đúc có khả năng chịu mài mòn, độ bền và độ cứng cao nhờ có các tổ chức cacbit cứng phân bố trên nền gang tương tự như dạng vật liệu composite. Gang trắng Crom cao được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khai khoáng, xi măng... và thường được dùng để chế tạo các chi tiết có cơ tính cao ngay cả trong điều kiện làm việc ở nhiệt độ cao. Nhờ những đặc tính kể trên, các chi tiết trong hệ thống cấp bi và cánh bắn bi của máy làm sạch vật đúc thường được chế tạo bằng vật liệu gang crom. Mác gang, công nghệ đúc và chế độ nhiệt luyện sẽ có đôi chút khác nhau nhằm đảm bảo tính chất đặc thù của từng chi tiết. Tính chất chịu mài mòn của vật liệu gang trắng crom cao phụ thuộc chủ yếu vào tổ chức tế vi và các pha ở trạng thái đúc và sau nhiệt luyện. Tổ chức tế vi của gang cấu tạo bởi các pha nền, cacbit sơ cấp và cacbit thứ cấp. Hình thái, tỷ phần và kích thước các pha của vật liệu đóng vai trò quyết định đến tính chất cơ tính và khả năng chịu mài mòn của gang. Trong các dạng của pha nền thì pha Mactenxit là pha có khả năng chịu mài mòn tốt nhất trong khi đó các pha peclit, ferrit và austenit thì lại làm giảm tính chịu mài mòn của vật liệu. Đối với các pha cacbit thì cacbit M7C3 cho khả năng chịu mài mòn tốt do có độ cứng cao. Sự phân bố của cacbit này trên pha nền của vật liệu ảnh hưởng đến khả năng chịu mài mòn của vật liệu. Đây chính là những cơ sở quan trọng để phát triển và chế tạo các hợp kim chịu mài mòn Hiện nay, trên thị trường đã có một số sản phẩm cánh bắn bi bằng gang trắng crom cao do Việt Nam sản xuất, tuy nhiên chất lượng vẫn còn thấp so với sản phẩm nhập ngoại mặc dù đã sử dụng mác gang trắng crom cao với hàm lượng hợp kim hóa 1,5%Mo. Để đảm bảo mục tiêu vừa giảm giá thành bằng cách giảm % Mo đồng thời nâng cao tuổi thọ sản phẩm, chúng tôi dự định tiến hành nghiên cứu hợp kim hóa, nhiệt luyện cho gang trắng Crom cao (27%Cr) hợp kim hóa 0,5%Mo và lựa chọn chế độ nhiệt luyện phù hợp để nâng cao tuổi thọ sản phẩm.

Từ những phân tích trên, nhóm nghiên cứu, Viện công nghệ, thuộc Tổng Công ty Máy Động lực và Máy Nông nghiệp Việt Nam, do TS. Hoàng Anh Tuấn làm chủ nhiệm đã đề xuất và được cho phép thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo cánh bắn bi chịu mài mòn cao trong máy phun bi”.

Trong đề tài này, nhóm nghiên cứu đề tài tiến hành nghiên cứu công nghệ đúc và công nghệ nhiệt luyện cho vật liệu gang trắng crom cao Cr27Mo0,5 để chế tạo sản phẩm cánh bắn bi cho máy phun bi TM-K2D nhằm nâng cao tuổi thọ của sản phẩm. Quy trình và các thông số chế tạo cần được lựa chọn sao cho phù hợp với điều kiện trang thiết bị của Việt Nam và hạ được giá thành của sản phẩm để có khả năng cạnh tranh được với các sản phẩm cánh phun bi ngoại nhập. Các kết quả đề tài thu được như sau:

1. Gang trắng Crom cao trạng thái đúc có tổ gồm nền austenite hòa tan các nguyên tố hợp kim, cùng tinh bao gồm austenite cùng tinh và cacbit cùng tinh thô sơ cấp M7C3. Hàm lượng %Mo được thêm vào dẫn tới làm cacbit nhỏ mịn và phân tán hơn trên nền.

2. Nhiệt luyện nhằm biến đổi tổ chức từ đó biến đổi tính chất nền gang. Ở nhiệt độ austenite hóa nền gang trở thành cấu trúc hoàn toàn austenite, sau tôi tổ chức gồm mactenxite, austenite dư và cacbit. Sau ram nền thu được austenite dư, mactenxite, (cacbit thứ cấp). Sau nhiệt luyện độ cứng và độ bền giữa pha nền và pha cacbit được tương đương đảm bảo vật liệu làm việc có khả năng chịu mài mòn cao.

3. Kết quả độ cứng mẫu gang đúc: độ cứng nằm trong khoảng 58,2-59,2 HRC. Cường độ mài mòn: 22,2x10-11 g/N.mm. Gang đúc có độ cứng đạt yêu cầu nhưng có khả năng chịu mài mòn thấp nên không đạt được yêu cầu làm việc. Yêu cầu cải thiện độ cứng, khả năng chống mài mòn cũng như độ bền của vật liệu đòi hỏi phải tiến hành nhiệt luyện mẫu.

4. Kết quả độ cứng sau nhiệt luyện: M1000-1 (59,1 HRC), M1000-2 (60,3 HRC), M1050-1 (56,7 HRC), M1050-2 (57,8 HRC). Cường độ mài mòn: M1000-1 (6,96x10-11 g/N.mm), M1000-2 (4,42x10-11g/N.mm). Mẫu sau nhiệt luyện có độ cứng cao hơn so với mẫu đúc đồng nghĩa với với việc tăng khả năng chịu mài mòn của vật liệu.

5. Nhiệt độ tôi 1000 oC phù hợp hơn 1050 oC trong giới hạn nghiên cứu, vì tôi ở nhiệt độ cao dẫn đến tăng tính ổn định của austenit làm giảm độ cứng. Như vậy chế độ nhiệt luyện phù hợp là tôi 1000 oC và ram 200 oC.

6. Sản phẩm dự kiến chế tạo sẽ lựa chọn chế độ nhiệt luyện tôi 1000 oC với tốc độ nâng nhiệt 5oC/phút và ram 200 oC.

7. Căn cứ vào chi phí sản suất, chúng tôi khuyến cáo nhà sản xuất nên ứng dụng mác Cr27Mo0,5 cần nhiệt luyện theo chế độ nung đến 1000 oC giữ nhiệt trong khoảng thời gian 2 giờ, tôi bằng quạt công nghiệp.

8. Sản phẩm được lắp đặt và chạy khảo nghiệm tại Công ty TNHH ROTEC Việt Nam. Tuổi thọ của bộ 03 sản phẩm đạt 203 giờ, có tuổi thọ bằng 85% và có giá thành bằng 1/3 so với sản phẩm nhập ngoại.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 18318/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.