vật liệu thép không gi - bu lông
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT TÀU THỦY Bộ môn: Cơ học – Vật liệu o0o TIỂU LUẬN MÔN HỌC VẬT LIỆU KỸ THUẬT TÊN SẢN PHẨM: BU LÔNG THÉP KHÔNG GỈ GVHD: Th.S Lê Văn Bình SVTH: Nguyễn Đức Phương MSSV: 52130284 Lớp: 52CKCT 1 Nha Trang, tháng 6 năm 2011 LỜI NÓI ĐẦU Chắc tất cả các bạn đều biết Cơ Khí là ngành kỹ thuật vô cùng quan trọng trong nền kinh tế của tất cả các nước phát triển và đang phát triển hiện nay. Công nghiệp cơ khí không chỉ cung cấp các sản phẩm tiêu dùng trong đời sống mà còn cung cấp thiết bị máy móc cho các ngành khác. Chính vì vai trò của nó quan trọng như vậy nên nó đươc ưu tiên phát triển nhất trong nhóm ngành kỹ thuật. Như chúng ta biết Bu lông đóng vai trò vô cùng quan trọng trong các máy móc thiết bị vì những tác dụng không thể thay thế của nó. Bu lông hay là một sản phẩm cơ khí được sử dụng để lắp ráp, ghép nối các chi tiết lại thành một khối. Do có nhiều ưu điểm nên bu lông được sử dụng rộng rãi trong các máy móc, thiết bị công nghiệp, các công trình xây dựng, công trình giao thông, cầu cống ở khắp mọi nơi trên thế giới. Với mong muốn đóng góp một phần nhỏ bé của mình vào sự phát triển của nghành Cơ khí Việt Nam em đã chọn đề tài tiểu luận của em là viết về sản phẩm Bu lông không gỉ. Để hiểu rõ cấu tạo, phương pháp chế tạo và cỏ cấu hoạt động của Bu lông chúng ta sẽ đi vào phần nội dung thì sẽ hiểu rõ. 2 NỘI DUNG I. TÌM HIỂU VỀ VẬT LIỆU THÉP KHÔNG GỈ Thép không gỉ 1. Các yêu cầu chung : Các chi tiết máy truyền động cần phải có độ cứng vững cao, độ bền đạt yêu cầu đối với biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo, độ tin cậy và độ bền lâu đảm bảo. Đối với bu lông phải đảm bảo độ liên kết tốt. Trong số các loại vật liệu khác nhau, thỏa mãn tốt nhất các yêu cầu nêu trên là hợp kim đặc biệt là thép không gỉ. Độ cứng vững cao và độ ăn mòn trong môi trường ít làm cho thép không gỉ được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiêp, xây dựng và một số ngành khác Thông thường các loại thép sử dụng chế tạo bu lông như thép đặc biệt phải đáp ứng được các yêu cầu cơ bản sau: a. Khái niệm Thép không gỉ hay còn gọi là inox là một dạng hợp kim sắt chứa tối thiểu 10,5% crôm. Nó ít bị biến màu hay bị ăn mòn như thép thông thường khác. b. Đặc tính của thép không gỉ Các đặc tính của nhóm thép không gỉ có thể được nhìn dưới góc độ so sánh với họ thép cacbon thấp. Về mặt chung nhất, thép không gỉ có: • Tốc độ hóa bền rèn cao • Độ dẻo cao hơn • Độ cứng và độ bền cao hơn • Độ bền nóng cao hơn • Chống chịu ăn mòn cao hơn • Độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp tốt hơn 3 • Phản ứng từ kém hơn (chỉ với thép austenit) • Các cơ tính đó thực ra đúng cho họ thép austenit và có thể thay đổi khá nhiều đối với các mác thép và họ thép khác. Các cơ tính đó liên quan đến các lĩnh vực ứng dụng thép không gỉ, nhưng cũng chịu ảnh hưởng của thiết bị và phương pháp chế tạo. Bảng 1 (Phần A). Tính chất so sánh của họ thép không gỉ. (1)- Sức hút của nam châm đối với thép. Chú ý, một số mác thép bị nam châm hút khi đã qua rèn nguội. (2)- Biến động đáng kể giữa các mác thép trong mỗi nhóm, ví dụ, các mác không gia được có tính chịu ăn mòn thấp hơn, và khi có Mo cao hơn sẽ có tính kháng cao hơn. Bảng 1 (Phần B). Cơ tính so sánh của họ thép không gỉ. (3)- Đo bằng độ dẻo dai hoặc độ dẻo ở gần 0°C. Thép không gỉ Austenit giữ được độ dẻo ở nhiệt độ thấp. c. Ký hiệu của thép không gỉ. Một số ký hiệu theo các tiêu chuẩn: 4 2. Phân loại và nhiệt luyện. Có bốn loại thép không gỉ chính: thép không gỉ hai pha, thép không gỉ một pha pherit, thép không gỉ Austenitic, thép không gỉ hóa bền tiết pha. a. Thép không gỉ hai pha. Là thép có 0,1 +0,4%C và 13%Cr với hai pha là pherit và các bít crôm. Gồm các mác sau: 12Cr13, 20Cr13, 30Cr 13 và 40Cr13. Nhóm thép nàm có tính chống ăn mòn cao trong không khí, nước sông, nước máy và axit HNO 3 . công dụng: là đồ trang sức, ốc vít không gỉ, chi tiết chịu nhiệt (<450 o C) dụng cụ mổ,, ổ bi chống ăn mòn… b. Thép không gỉ pherit: Là loại thép có lượng cacbon thấp hơn từ 0,08+0,20%C với lượng crôm rất cao từ 17 + 255%Cr, tính chống ăn mòn cao hơn nhóm thép trên. Do vậy thép chỉ có một pha là pherit. Gồm các mác sau: 8Cr13, 12Cr17, 15Cr25Ti,…chúng có đặc đểm là nung nóng lâu ở cao hơn 475 o C sẽ xuất hiện các pha dòn là cho tính dẻo kém đi, thép >20%Cr nung ở 550-800 o C xuất hiện pha rất giòn. Nung ngắn( hàn) và ủ ở trên 800 o C rồi nguội nhanh các pha trên không xuất hiện. Nhóm thép này sử dụng được trong khí hậu biển, nước biển, môi trường axít, công nghiệp hóa đầu,… Không có chuyển biến pha, thù hình, không thể hóa bền bằng tôi, khi nung nóng xẻ làm cho hạt lớn và làm xấu cơ tính. c. Thép không gỉ Austenitic Austenitic là loại thép không gỉ thông dụng nhất. Thuộc dòng này có thể kể ra các mác thép SUS 301, 304, 304L, 316, 316L, 321, 310s… Loại này có chứa tối thiểu 7% ni ken, 16% crôm, carbon (C) 0.08% max. Thành phần như vậy tạo ra cho loại thép này có khả năng chịu ăn mòn cao trong phạm vi nhiệt độ khá rộng, không bị nhiễm từ, mềm dẻo, dễ uốn, dễ hàn. Loai thép này được sử dụng nhiều để làm đồ gia dụng, bình chứa, ống công nghiệp, tàu thuyền công nghiệp, vỏ ngoài kiến trúc, các công trình xây dựng khác… Nhiệt luyện: tôi đẻ tạo một pha austenit đồng nhất chống ăn mòn tốt, T=(1050 + 1100 o C) để cacbit hòa tan hết vào austenit rồi sau đó làm nguội nhanh bằng nước 5 d. Thép không gỉ hóa bền tiết pha Có thành phần và tổ chứ tương tự thép không gỉ austenit nhưng chứa lượng crôm và niken thấp hơn (13 + 17%Cr, 4 + %Ni), ngoài ra còn có Al, Cu, Mo,…Tổ chức là austenit nhưng không ổ định. Thép này có tính công nghệ và cỏ tính cao, dễ gia công biến dạng và cắt gọt tốt, có thể tiến hành hóa bền bằng hóa già ở nhiệt độ thấp tránh được biến dạng và ôxy hóa, có tính chống ăn mòn cao tương đương họ 18,8. thướng làm kết cấu máy bay. Quy trình nhiệt luyện -Ủ ở nhiệt độ 1050 o C, nguội trong không khí, có tổ chức austenit để dể biến dạng dẻo và gia công cắt. -Nung ở 750 – 950 o C, nguội trong không khí được tổ chức austenit + một ít cacbit. -Khi gia công lạnh đến 0 + -75 o C thì austenit sẽ chuyển biến thành M. 3. Sản xuất thép không gỉ: Thép không gỉ được sản xuất trong một lò hồ điện quang trong đó các điện cực cacbon tiếp xúc với các mảnh vụn thép không gỉ tái chế và các hợp kim Crom khác nhau (có thể là hợp kim Cr Ni, Cr Mo tuỳ theo loại thép không rỉ tương ứng). Một dòng điện đi qua điện cực này và nhiệt độ sẽ tăng lên tới một điểm mà các mảnh vụn thép không gỉ và hợp kim này sẽ được tan chảy ra. Thép nóng chảy (lỏng) này sẽ được chuyển sang lò thổi.( AOD Argon Oxygen Decarbonization), Trong lò thổi này, khí trơ Argon và Oxy được thổi mạnh vào thép để khử hết tạp chất carbon . Ở đây mức các bon sẽ được giảm xuống (ghi nhớ là thép không gỉ có hàm lượng các bon thấp hơn rất nhiều so với các loại thép mềm) và việc gia tăng hợp kim cuối cùng được thực hiện nhằm đảm bảo độ chính xác về tính chất hoá học cho thép. Sau đó vật liệu này được cán nóng hay rèn thành các dạng sản phẩm thép cuối cùng. Một số nguyên liệu này được cán nguội để tiếp tục làm giảm độ dầy thành tấm hay kéo thành ống và dây có đường kính nhỏ. Phần lớn các loại thép không gỉ được ủ ở công đoạn sau cùng (là 1 công đoạn nhiệt luyện làm ổn định tổ chức tinh thể của thép, vì bị biến cứng do xô lệch trong quá trình cán) và tẩy bề mặt (1 hỗn hợp các axít được sử dụng để tẩy các vẩy gỉ sắt do quá trình nung ủ, nhằm thúc đẩy quá trình hình thành lớp màng bảo vệ cực mỏng (Ô-xit Crôm) một cách tự nhiên. (sau quá trình này: mặt đen thép sẽ thành mặt inox trắng). 6 II. KHÁI QUÁT SƠ LƯỢC VỀ BU LÔNG 1. Cấu tạo và ứng dụng trong thực tế a. Cấu tạo Bu lông hay đinh ốc là một loại dụng cụ gắn kết nhờ sự ma sát tạo bởi các vòng xoắn. Thực tế, người ta ít phân biệt đinh ốc với bu lông. Chiều xoắn của ốc có thể xác định qua quy tắc bàn tay phải, ngược lại quy tắc cái đinh ốc cũng tương đương với quy tắc bàn tay phải trong việc xác định chiều của cảm ứng từ cũng như chiều dòng điện. Bu lông là chi tiết kẹp chặt, thường có dạng thanh trụ, một đầu có mũ 6 cạnh ngoài hoặc trong (chìm), một đầu có ren để vặn với đai ốc. Mối lắp ghép bằng bu lông có thể chịu được tải trọng kéo cũng như uốn rất tốt, nó lại có độ bền, độ ổn định lâu dài. Việc tháo lắp cũng như hiệu chỉnh mối ghép bu lông rất thuận tiện, nhanh chóng và không đòi hỏi những công nghệ phức tạp như các mối lắp ghép khác. Do có nhiều ưu điểm nên bu lông được sử dụng rộng rãi trong các máy móc, thiết bị công nghiệp, các công trình xây dựng, công trình giao thông, cầu cống 7 b. Phân loại và ký hiệu Loại bulông Đặc điểm sản xuất Đặc điểm khi liên kết Phạm vi áp dụng Thô+ thường -Sản xuất bằng cách rèn và dập -Độ chính xác thấp, nhanh, rẻ. -Thân bulông nhỏ hơn đường kính lỗ từ 2-3mm -Mặt lỗ không phẳng, phần thép xung quanh lỗ bị giòn do biến cứng nguội -Ký hiệu lỗ loại C -Các lỗ không hoàn toàn trùng khít khi đặt vào các tấm liên kết -Bulông không thể tiếp xúc chặt vào thành lỗ -Dễ đặt vào lỗ -Khi làm việc trượt, bi biến dạng nhiều -Không dung cho các công trình quan trọng và khi thép cơ bản có giới hạn chảy fy > 3800 daN/cm2 -Dùng cho các cấu kiện chịu kéo và trong trường hợp định vị cấu kiện khi lắp ghép Bulông tinh -Sản xuất bằng phương pháp khoan tạo lỗ (kết hợp cả ưu điểm của khoan và đột dập nên loại bỏ được những nhược điểm là thép xung quanh lỗ bị giòn) -Ký hiệu lỗ B -Lỗ bulông tinh nhẵn, chất lượng cao -Khe hỡ giữa lỗ và bulông nhỏ nên có thể làm việc chịu cắt (tuy không bằng bulông cường độ cao và đinh tán) -Loại bulông này ít dung do tính chất phức tạp trong sản xuất và lắp đặt vào lỗ (phải gõ nhẹ bằng búa) Bulông cường độ cao -Làm từ thép hợp kim, sản xuất giống như bu lông thường nhưng được nhiệt luyện để loại bỏ hiện tượng giòn do biến cứng nguội -Dễ chế tạo và khả năng chịu lực lớn, ít biến dạng -Do làm bằng thép cường độ cao nên có thể vặn ecu chặt, than bulông chịu kéo và gây lực ép rất lớn lên tập bản liên kết. -Khi chịu lực, giữa mặt tiếp xúc của các bản thép có một lực ma sát lớn -Khi sử dụng loại này, cần gia công mặt các cấu kiện đẻ tăng tính ma sát. -Dùng rộng rãi trong các kết 8 chống lại sự trượt tương đối giữa chúng. -Lực truyền từ cấu kiện này sang cấu kiện khác chủ yếu bằng lực ma sát cấu chịu tải trọng nặng và tải trọng động. + Theo Eurocode phân loại bu lông như sau : Bulông thường Bulông cường độ cao (chỉ bu lông cường độ cao nhưng không có ứng lực trước) Bulông ứng lực trước (chỉ bulông cường độ cao có ứng lực trước) Phân loại bu lông theo độ bền + Tùy theo vật liệu làm bu lông mà phân loại các lớp độ bền khác nhau ký hiệu 4.6 ÷ 10.9. + Chữ số đầu nhân với 10 cho biết cường độ tức thời của vật liệu bulông f u (daN/mm2). + Tích chữ số đầu và số thứ 2 là giới hạn chảy của vật liệu bulông f y (daN/mm2). + Đối với Việt nam, bulông trong các công trình thông thường nên dùng lớp độ bền 4.6; 4.8 hoặc 5.6. 9 c. Ứng dụng trong thực tế Bu lông được ứng dụng rất nhiều trong đời sống, nó dùng để lắp ráp, ghép nối các chi tiết lại thành một khối. Bu lông được sản xuất rất nhiều và có nhiều loại như: bu lông đều lục giác, bu lông đỉnh lõm lục căng, bu lông đầu lục giác có loe, vít đầu chìm bốn cạnh, vít đầu tròn bốn cạnh, bu lông vòng,… Như loại bu lông thô thường: Không dung cho các công trình quan trọng và khi thép cơ bản có giới hạn chảy fy > 3800 daN/cm2 dùng cho các cấu kiện chịu kéo và trong trường hợp định vị cấu kiện khi lắp ghép. Bu lông tinh: ít dùng do tính chất phức tạp trong sản xuất và lắp đặt vào lỗ (phải gõ nhẹ bằng búa). Bu lông cường độ cao: khi sử dụng loại này, cần gia công mặt các cấu kiện đẻ tăng tính ma sát, được dùng rộng rãi trong các kết cấu chịu tải trọng nặng và tải trọng động. 3. Các giai đoạn chịu lực của bu lông thường, thô, và tinh Do vặn êcu nên bulông chịu kéo và các bản thép bị xiết chặt, giữa mặt tiếp xúc của các bản thép hình thành lực ma sát. Tuy nhiên với bu lông thường, lực ma sát này không đủ lớn để tiếp nhận hoàn toàn lực trượt do tải trọng ngoài gây nên. Khi chịu lực trượt sự làm việc của các loại bulông này chia làm bốn giai đoạn. Giai đoạn 1: Lực trượt do ngoại lực gây ra còn nhỏ hơn lực ma sát, các bản thép chưa bị trượt, bulông chưa chịu tải ngoài lực kéo ban đầu. Giai đoạn 2: Tăng tải trọng ngoài, lực trượt bắt đầu lớn hơn lực ma sát, các bản thép trượt tơng đối với nhau, thân bu lông tì sát vào thành lỗ. Giai đoạn 3: Trong giai đoạn này lực trượt truyền qua liên kết chủ yếu bằng sự ép của thân bulông lên thành lỗ. Thân bu lông chịu cắt, uốn và kéo (do mũ bu lông ngăn cản sự uốn tự do của thân). 10 [...]... chịu cắt (bulông bị đứt ngang thân) : khi vật liệu làm bu lông mềm hơn vật liệu làm bản ép Khả năng chịu ép mặt quy ước (đứt bản thép do áp lực ép mặt của thân bulông gây ra) : khi vật liệu làm bản liên kết mềm hơn vật liệu làm bu lông 4 Xử lý khi bu lông bị kẹt Trong quá trình tháo lắp bu lông Vì nhiều lí do bu lông bị gãy ngang thân hoặc đầu bu lông bị hỏng Làm thế nào để lấy ra thân bu lông đã gãy... với người tiêu dùng Tuy vậy, nhưng bulông làm từ thép thường tuổi thọ ngắn, mau hư hỏng, đặc biệt là dễ bị ôxi hóa Bulông làm từ thép thường thì không thích hợp trong các chi tiết máy cơ khí b Bulông không gi Bulông làm từ vật liệu thép không gi nên gọi là thép không gi Bulông không gi tuy không được sử dụng rộng rãi vì giá thành đắt, nhưng có rất nhiều... bị hỏng Bước 1: Dùng đục thép tạo rãnh càng sâu càng tốt 14 Bước 2: Để nghiêng cây đục 1 góc 30 độ, đóng ngược chiều kim đồng hồ: Thế là bu lông bị kẹt cũng ra được bên ngoài 15 III BU LÔNG KHÔNG GI 1 Sự khác biệt gi ̃a bulông thường và bulông không gi a Bulông thường Bulông làm từ vật liệu thép thường như: thép chế tạo, thép xây dựng,…thì có giá thành rẽ, sử dụng...Giai đoạn 4: Lực trượt tăng tiếp, độ chặt của liên kết gi m dần, lực ma sát yếu đi, liên kết chuyển sang làm việc trong giai đoạn dẻo Liên kết có thể bị phá hoại do cắt ngang thân đinh hoặc đứt bản thép gi a hai lỗ bulông hoặc từ lỗ bulông đến mép bản thép do áp lực ép mặt trên thành lỗ gây ra Từ đó có thể xác định khả năng chịu lực của bulông theo một trong hai trường hợp sau: Khả năng chịu cắt (bulông... chi tiết cơ khí, tuổi thi cao 16 2 Gi i quyết rác thải sau sử dụng Sau khi sử dụng bất cứ sản phẩm nào thì chúng ta cũng phải giải quyết rác thải, sau đây là các cách giải quyết: - Thu gom các bu lông phế liệu và mang đến các nhà máy có khả năng phục hồi lại - Bán đến các nhà máy nhiệt luyện để bắt đầu lại từ đầu - Không nên bỏ những bu lông không sử dụng được nửa một cách bừa... hưởng đến môi trường xung quanh và lãng phí 3 Đề xuất Bulông làm từ thép không gi tuy có nhiều ưu điểm nhưng giá thành đắt nên ít được dùng trong đời sống Hiện nay có rất nhiều vật liệu có thể làm bulông như thép tròn trắng thuộc thép xây dựng, thép này có đặ tính là trắng đẹp, rất thích hợp làm bulông Ngoài ra thì còn có rất nhiều vật liệu khác... đóng vào gi a tạo tâm khoan để tránh hư hỏng khi thực hiện 11 Bước 2: Dùng máy khoan 1 lổ với mũi khoan nhỏ hơn con ốc(dĩ nhiên) từ tốn và nhẹ nhàng tránh bị trượt ra phía ngoài Bước 3: Dùng 1 dụng cụ tháo bu lông với răng ngược đóng nhẹ vào lỗ khoan với 1 cây búa (nhỏ) 12 Bước 4: Sau khi cảm thấy chắc chắn, bạn từ từ vặn ngược chiều kim đồng hồ tháo con ốc ra 13 Trong trường hợp đầu bu lông bị hỏng... rất quan trọng trong các ngành cơ khí, giúp sinh viên hiểu thêm về tất cả các loại vật liệu, về đặc tính, thành phần hóa học,…Ngoài ra sinh viên còn hiểu thêm về các phương pháp như: nhiệt luyện thép, ram, tôi,…Nhằm cũng cố thêm kiến thức cho sinh viên thời nay Qua bài viết chúng ta thấy được vai trò quan trọng của bu lông trong mọi ngành đặc biệt là ngành công nghiệp . hơn vật liệu làm bu lông. 4. Xử lý khi bu lông bị kẹt Trong quá trình tháo lắp bu lông. Vì nhiều lí do bu lông bị gãy ngang thân hoặc đầu bu lông bị hỏng. Làm thế nào để lấy ra thân bu lông. máy cơ khí. b. Bulông không gi Bulông làm từ vật liệu thép không gi nên gọi là thép không gi . Bulông không gi tuy không được sử dụng rộng rãi vì giá thành đắt, nhưng có. chịu cắt (bulông bị đứt ngang thân) : khi vật liệu làm bu lông mềm hơn vật liệu làm bản ép Khả năng chịu ép mặt quy ước (đứt bản thép do áp lực ép mặt của thân bulông gây ra) : khi vật liệu làm