Đồ án môn học thiết kế xưởng nhiệt luyện

Xưởng nhiệt luyện THIẾT BỊ NHIỆT LUYỆN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG LỜI NÓI ĐẦU .196 LỜI GIỚI THIỆU .2 PHẦN TƯƠNG TÁC GIỮA ĐỐI TƯỢNG VÀ THIẾT BỊ NHIỆT LUYỆN 1.1 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ NHIỆT LUYỆN THÉP VÀ HỢP KIM.3 1.1.1 Các thông số công nghệ 1.1.2 Những vấn đề chung nhiệt luyện thép .4 1.1.3 Đặc điểm nhiệt luyện hợp kim màu .7 1.2 NGUỒN CUNG CẤP NHIỆT 11 1.2.1 Nhiên liệu 11 1.2.2 Điện .14 1.3 QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT 18 1.3.1 Các dạng truyền nhiệt 18 1.3.2 Trao đổi nhiệt lị có mơi trường khí 21 1.3.3 Trao đổi nhiệt lị có môi trường lỏng 25 1.4 MỘT SỐ VẤN ĐỀ CHUNG KHI TÍNH TỐN 27 1.4.1 Thiết lập điều kiện biên 27 1.4.2 Khái niệm vật dày – mỏng 28 1.4.3 Hệ số xếp .29 1.4.4 Tính theo cơng thức kinh nghiệm 30 1.4.5 Quy ước xác định giai đoạn nung .31 1.5 TÍNH Q TRÌNH NUNG CHO VẬT MỎNG TRONG LỊ CHU KỲ 31 1.6 TÍNH Q TRÌNH NUNG CHO VẬT DÀY TRONG LÒ CHU KỲ 40 1.7 TÍNH TỐN Q TRÌNH NUNG CHI TIẾT TRONG LỊ LIÊN TỤC 50 THIẾT BỊ NHIỆT LUYỆN Xưởng nhiệt luyện 1.8 NUNG CẤP TỐC VÀ VẤN ĐỀ TỐC ĐỘ NUNG 54 1.9 TÍNH THỜI GIAN NUNG, THỜI GIAN GIỮ NHIỆT THEO KINH NGHIỆM 56 1.9.1 Tính thời gian nung theo kinh nghiệm 56 1.9.2 Xác định thời gian giữ nhiệt theo kinh nghiệm 57 1.10 TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘ NUNG .60 1.11 TÍNH TỐN Q TRÌNH LÀM NGUỘI 61 1.12 TÍNH TỐN Q TRÌNH HĨA NHIỆT LUYỆN 63 1.12.1 Công nghệ thấm cacbon thể khí 63 1.12.2 Công nghệ thấm nitơ thể khí 65 1.13 TÍNH Q TRÌNH NUNG BỀ MẶT 67 1.13.1 Nung dòng cao tần .67 1.13.2 Các trình nung bề mặt khác 72 1.14 KHÁI QUÁT VỀ ĐẢM BẢO MỨC BỀN TRONG NHIỆT LUYỆN .74 1.14.1 Đảm bảo giới hạn bền (độ cứng) bề mặt .77 1.14.2 Đảm bảo chiều sâu lớp hóa bền (độ thấm tơi) 79 1.15 QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ NHIỆT LUYỆN 84 1.15.1 Cách lập quy trình cơng nghệ (QTCN) nhiệt luyện 84 1.15.2 Quy trình cơng nghệ nhiệt luyện chi tiết 86 PHẦN THIẾT BỊ CHÍNH 89 2.1 PHÂN LOẠI .89 2.2 THIẾT BỊ NUNG THỂ TÍCH (LÒ) 90 2.2.1 Khái lược lò .90 Buồng hoạt động chu kỳ 92 2.2.2 Đặc điểm cấu tạo chung .94 2.2.3 Lò chu kỳ khơng khí hố .108 2.2.4 Lị chu kỳ khí hố 130 THIẾT BỊ NHIỆT LUYỆN Xưởng nhiệt luyện 2.2.5 Lò liên tục 136 2.3 THIẾT BỊ NUNG BỀ MẶT 164 2.3.1 Nung dòng cảm ứng 164 2.3.2 Nung lửa 173 2.3.3 Các phương pháp nung bề mặt khác 175 2.4 THIẾT BỊ LÀM NGUỘI 179 1.4.1 Môi trường làm nguội 179 2.4.2 Thiết bị làm nguội 184 2.4.3 Thiết bị gia công lạnh 188 PHẦN THIẾT BỊ PHỤ .191 3.1 TRANG BỊ CÔNG NGHỆ 191 3.2 THIẾT BỊ PHỤC VỤ CÔNG NGHỆ .193 3.2.1 Thiết bị chế tạo khí điều khiển 193 3.2.2 Những thiết bị làm bề mặt 202 3.2.3 Máy nắn 205 3.3 THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG PHỤC VỤ ĐIỀU KHIỂN 206 3.3.1 Đo nhiệt độ 206 3.3.2 Xác định lưu lượng, áp suất điều chỉnh thành phần khí 208 3.4 THIẾT BỊ KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM .217 3.4.1 Sai số phép đo xử lí kết đo 217 3.4.2 Máy đo độ cứng 221 3.4.3 Máy thử độ bền 226 3.4.4 Kính hiển vi 229 3.4.5.Thiết bị kiểm tra không phá huỷ 236 3.4.6 Thiết bị phân tích thành phần hóa học .240 3.4.7 Thiết bị đảm bảo an toàn lao động vệ sinh môi trường 240 PHẦN XƯỞNG NHIỆT LUYỆN .243 THIẾT BỊ NHIỆT LUYỆN Xưởng nhiệt luyện 4.1 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH MÔI TRƯỜNG 243 4.1.1 Những quy định chung an toàn lao động 243 4.1.2 Một số đặc điểm riêng xưởng nhiệt luyện 245 4.1.3 Vấn đề vệ sinh môi trường 253 4.2 THIẾT KẾ XƯỞNG 212 4.2.1 Khái quát trình tự thiết kế 212 Phần tính toán .212 4.2.2 Các bước tiến hành .213 PHỤ LỤC NỘI DUNG ĐỒ ÁN THIẾT KẾ XƯỞNG NHIỆT LUYỆN 232 PHỤ LỤC QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ NHIỆT LUYỆN CHI TIẾT CỐC HỢP KIM NHÔM BIẾN DẠNG ĐỘ BỀN CAO 233 PHỤ LỤC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN DÂY ĐỐT CHO LÒ NUNG 4 .242 PHỤ LỤC MỘT SỐ KÝ HIỆU QUY ĐỊNH TRONG CÁC BẢN VẼ 1 .244 PHỤ LỤC CÁC DẠNG SAI HỎNG THƯỜNG GẶP TRONG NHIỆT LUYỆN 245 PHỤ LỤC MỘT SỐ TRANG THIẾT BỊ BẢO HỘ LAO ĐỘNG 249 PHỤ LỤC PHƯƠNG PHÁP 5S, KAIZEN VÀ VIỆC TẬP THỂ DỤC TRONG MỘT SỐ NHÀ MÁY, PHÂN XƯỞNG (NHẬT BẢN) 250 PHỤ LỤC MỘT SỐ TỪ TIẾNG ANH THÔNG DỤNG TRONG NHIỆT LUYỆN KIM LOẠI .252 PHỤ LỤC MỘT SỐ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG TRONG NHIỆT LUYỆN VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU [54] 259 PHỤ LỤC 10 MỘT SỐ BIỂN BÁO AN TOÀN LAO ĐỘNG 261 PHỤ LỤC 11 DANH MỤC TIÊU CHUẨN VIỆT NAM VỀ LUYỆN KIM (2011) 262 TÀI LIỆU THAM KHẢO 271 Xưởng nhiệt luyện THIẾT BỊ NHIỆT LUYỆN DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Mơ tả thơng số quy trình nhiệt luyện .3 Hình 1.2 Mơ tả vịng từ trễ 17 Hình 1.3 Hệ số truyền nhiệt số muối kiềm lỏng 25 Hình 1.5 Sự phụ thuộc hàm (T2/T1) vào T2/T1 33 Hình 1.6 Sơ đồ biểu thị thay đổi nhiệt độ lò chi tiết nung .35 Hình 1.7 Sơ đồ biểu thị ảnh hưởng số lượng chi tiết mẻ đến hệ số xếp kx 39 Hình 1.8 Lưu đồ thuật tốn q trình nung thể tích .40 Hình 1.9 Mơ hình nung phẳng đối lưu mơi trường có nhiệt độ khơng đổi .44 Hình 1.9 Biểu đồ Burin dùng cho tính tốn theo nhiệt độ bề mặt a) phẳng; b) trụ; c) cầu 46 Hình 1.9* Biểu đồ Burin dùng cho tính tốn theo nhiệt độ lõi a) phẳng; b) trụ; c) cầu .47 Hình 1.10 Sự phân bố nhiệt độ lò liên tục 51 Hình 1.11 Mơ tả vùng nhiệt độ số công nghệ nhiệt luyện tương ứng giản đồ Fe – Fe3C 60 Hình 1.12 .62 Hình 1.13 Biểu đồ để xác định tốc độ nguội lõi (tâm) chi tiết đơn giản 2763 Hình 1.14 Giản đồ Lehrer a) sắt sạch; b) thép 1045; c) thép 4140 [56] 65 Hình 1.15 Sơ đồ ngoại lực tác động lên trục xe (a), phản ứng vật liệu (b) sơ đồ ứng suất tác động lên tiết diện trục xe (c) 74 Hình 1.16 Quan hệ giới hạn bền với độ cứng thép, gang cầu la–tơng 75 Hình 1.17 Đường phân bố giá trị bền đặc trưng chi tiết (a), quan hệ với ngoại ứng suất (b) 76 Hình 1.18 Mơ tả quan hệ ngoại ứng suất với giới hạn bền chi tiết 76 THIẾT BỊ NHIỆT LUYỆN Xưởng nhiệt luyện Hình 1.19 Biểu đồ dùng để tính giá trị H1’ [47] 77 Hình 1.20 Biểu đồ dùng để tính giá trị độ cứng bổ sung H1’ [47] .78 Hình 1.21 Biểu đồ dùng để lựa chọn tính tốn chế độ ram [6] 79 Hình 1.22 Tương quan hàm lượng mactenxit %C thép với độ cứng [49] 80 Hình 1.23 Giản đồ CCT thép 41Cr4 cho biết tỷ phần tổ chức độ cứng phụ thuộc vào thời gian nguội tới nhiệt độ 500 oC [52] 80 Hình 1.20 Các biểu đồ Lamont (ứng với khoảng cách khác kể từ lõi) [47] 83 Hình 1.25 Biểu đồ quy đổi loại tiết diện [49] 84 Hình 2.1 Sơ đồ phân loại thiết bị 90 Hình 2.2 Sơ đồ khái quát cấu tạo lò (mặt cắt đứng) .95 Hình 2.3 Các loại dây đốt trịn dạng lò so (a), uốn khúc zic–zăc (b) đốt (c)97 Hình 2.4 Phần tử (dây, băng, đốt) cấp nhiệt lị điện trở bố trí vị trí: xung quanh, phía trên, phía buồng lị 99 Hình 2.5 Các loại buồng đốt ghi lò: a– buồng đốt thủ cơng, ghi phẳng; .101 Hình 2.6 Sơ đồ mỏ phun thấp áp kiểu Karabin (a), mỏ phun cao áp kiểu Su–khôp (b) 13 103 Hình 2.7 Mỏ đốt nhiên liệu khí: a– mỏ đốt lồng ống; b– mỏ đốt tự hút ống dẫn; c– mỏ đốt tự hút hai ống dẫn; d– mỏ đốt tự hút nhiều cổng 106 Hình 2.8 Ống xạ chữ U nằm ngang (a); mỏ đốt ống dẫn (b) mỏ đốt hai ống dẫn (c) 107 Hình 2.9 Sơ đồ loại lị chu kỳ khơng khí hố: 109 Hình 2.10 Các phương pháp cung cấp nhiệt cho buồng lò: 110 Hình 2.11 Đối lưu khí buồng lị 111 Hình 2.12 Lị buồng dùng nhiên liệu khí 112 Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý thu hồi nhiệt khí cháy 112 Hình 2.14 Lị buồng điện trở: a– CHO– 8,5.17.5/10; b– CHЗ – 2,5.5.1,7/10 113 THIẾT BỊ NHIỆT LUYỆN Xưởng nhiệt luyện Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý tạo lửa cách ly 8 114 Hình 2.16 Sơ đồ thiết bị tạo chân khơng cho lị buồng 115 Hình 2.17 Sơ đồ lò kiểu ПAП 116 Hình 2.18 Lị giếng dùng nhiên liệu khí (hoặc lỏng) 118 Hình 2.19 a) Lị giếng СШЗ –6.6/7M1; b) Lị giếng СШЗ –4.8/10 119 Hình 2.20 Sơ đồ cung cấp chất thấm lỏng cho thấm C 120 Hình 2.21 Lị bể đốt ngồi dùng nhiên liệu khí (dầu) 125 Hình 2.22 Sơ đồ khuấy trộn điện từ bể muối lỏng 126 Hình 2.23 Sơ đồ bố trí điện cực lị muối 127 Hình 2.24 Lị muối điện cực ba pha CBC–35/13 .128 Hình 2.25 Sơ đồ lị lớp sơi (a) dạng sơi (b) .130 Hình 2.26 Sơ đồ lị có đáy di động: a) trạng thái xếp; b) trạng thái nung chi tiết 130 Hình 2.27 Lị chân khơng CHB–5.15/11,5 131 Hình 2.28 Lị buồng vạn khí hố 132 Hình 2.29 Sơ đồ lị sàn lật (a) lị có đáy nâng hạ (b) .134 Hình 2.30 Sơ đồ lị có nắp di động .135 Hình 2.31 Lị nâng hạ có nắp di động hãng Uttis 135 Hình 2.32 Các cấu khí hố lị liên tục .141 Hình 2.33 Các cấu khí hố lị liên tục (tiếp theo) a– cấu băng tải chuyển đổi; 143 Hình 2.34 Lị băng tải dùng nhiên liệu khí 143 Hình 2.35 Sơ đồ lị điện băng tải có múp 144 Hình 2.36 Sơ đồ kết cấu loại lò đẩy Trung quốc 145 Hình 2.37 Sơ đồ lị trục lăn để thấm cacbon .147 Hình 2.38 Lị muối điện cực khí hố .148 Hình 2.39 Lị chân khơng liên tục 148 Hình 2.40 Lị trống quay dạng CБЗ 149 THIẾT BỊ NHIỆT LUYỆN Xưởng nhiệt luyện Hình 2.41 Sơ đồ hệ thống điều chỉnh tự động 151 Hình 2.42 Hệ thống điều khiển hở: theo chương trình (a) bù nhiễu (b) 152 Hình 2.43 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh kín (HTK) 153 Hình 2.44 Sơ đồ hệ thống theo dõi .153 Hình 2.45 Sơ đồ cấu trúc hệ thống thích nghi: a) HCT, b) HTC, c) HTƯ 154 Hình 2.46 Sơ đồ cấu trúc hệ ĐKTĐ trình tơi ram sản phẩm .155 Hình 2.47 Sơ đồ cấu trúc hệ ĐKTĐ cấu đẩy lò liên tục 155 Hình 2.48 Sơ đồ cấu trúc hệ ĐKTĐ q trình làm nguội tơi chi tiết 156 Hình 2.49 Sơ đồ điều khiển tự động nhiệt độ (a) thông qua van màng (b) 157 Hình 2.50 Sơ đồ cấu khuếch đại 160 Hình 2.51 Điều chỉnh công suất nhiệt độ rơle hai vị trí 161 Hình 2.52 Các kiểu điều chỉnh cơng suất cho lị nhiệt luyện .162 Hình 2.53 Dãy liên hợp nhiệt luyện hoá nhiệt luyện chi tiết thép (mũi tên đường di chuyển chi tiết) 27 163 Hình 2.54 Dãy liên hợp tôi, ram chi tiết nhỏ 164 Hình 2.55 Đồ thị để xác định gần giá trị công suất riêng thời gian nung theo chiều sâu lớp nhiệt độ bề mặt chi tiết thép a) tần số 10 kHz; b) tần số kHz 167 Hình 2.56 Sơ đồ máy phát trung tần (a, b) cao tần (c, d) .168 Hình 2.57 Một số loại cuộn cảm ứng: nung (a, b c) nung liên tục (d e) .170 Hình 2.58 Chiều sâu dòng cảm ứng xâm nhập vào loại vòng cảm ứng .171 Hình 2.59 Các dạng điều chỉnh tự động (ĐCTĐ) chế độ nung thiết bị cao tần .173 Hình 2.60 Sơ đồ lửa .174 Hình 2.61 Sơ đồ tơi bề mặt dòng điện tiếp xúc 175 Hình 2.62 Sơ đồ nguyên lý nung dung dịch điện phân .176 THIẾT BỊ NHIỆT LUYỆN Xưởng nhiệt luyện Hình 2.63 Sơ đồ tơi laze cho mép khuôn gia công kim loại (a) phụ thuộc chiều sâu lớp vào công suất xung laze (b) 177 Hình 2.64 Liên quan tốc độ tơi (v) với chiều sâu lớp () (f– tần số dao động ngang chùm tia, thấp xảy nung chảy) 178 Hình 2.65 Sơ đồ khối kết cấu thiết bị nhiệt luyện chùm tia điện tử EBHW– 7.5 178 Hình 2.66 Sơ đồ cấu tạo súng điện tử 179 Hình 2.67 Q trình nguội mơi trường có (a) khơng (b) thay đổi pha 180 Hình 2.68 Bể tơi đứng khơng khí hố, chứa dầu (được khuấy) .186 Hình 2.70 Bể tơi dùng băng tải 187 Hình 2.71 Máy ép 187 Hình 2.72 Nguyên lý hoạt động máy lạnh tầng (a) hai tầng (b) 188 Hình 2.73 Sơ đồ máy lạnh hai tầng 190 Hình 3.1 Các loại kẹp đồ gá thủ công dùng để xếp, giữ vận chuyển chi tiết .191 Hình 3.2 Palăng trục vít kéo tay 192 Hình 3.3 Cơ cấu chuyển động bám theo dầm từ phía (a) từ phía (b) .193 Hình 3.4 Sơ đồ chế tạo môi trường bảo vệ loại H2 – H2O – N2 195 Hình 3.5 Sơ đồ sản phẩm khí mêtan đốt khơng hồn tồn 196 Hình 3.6 Sơ đồ thiết bị chế tạo môi trường bảo vệ: a) ПC–06, ПC–09 b) ПC – 025 .199 Hình 3.7 Máy rửa băng tải kiểu MMK (a) bể tẩy (b) 202 Hình 3.8 Máy phun hạt gang kiểu 323M 205 Hình 3.9 Máy nắn thuỷ lực 206 Hình 3.10 Nhiệt áp kế (a) nhiệt kế điện trở (b) 207 Hình 3.11 Sơ đồ can nhiệt (a), hoả quang kế (b) hoả kế xạ (c) 208 THIẾT BỊ NHIỆT LUYỆN Xưởng nhiệt luyện Hình 3.12 Nguyên lý áp kế vi sai (a), lưu lượng kế kiểu quay (b) cơng tơ thể tích (c) 209 Hình 3.13 Một số loại màng lò so dùng để đo áp suất (a) .210 áp kế kiểu màng điển hình (b) 210 Hình 3.14 Nguyên lý ổn định áp suất (a) hoạt động điều áp trực tiếp (b) 211 Hình 3.16 Thiết bị đo điểm sương chu kỳ (a), liên tục (b), đồ thị điểm sương (c), đầu đo ôxi (c) 213 Hình 3.17 Sơ đồ nguyên lý buret [55] 216 Hình 3.19 Luật phân bố chuẩn sai số ngẫu nhiên (hàm Gause) 219 Hình 3.20 Máy đo độ cứng Rocwell 221 Hình 3.21 Sự phụ thuộc giá trị độ cứng HB vào lực đo (a) giá trị quy đổi thang đo HB–HR–HV–HS (b) 223 Hình 3.22 Máy đo độ cứng xách tay HARDMATIC HH-411 225 Hình 3.23 Mơ hình máy thử lực kéo 226 Hình 3.24 Máy búa thử độ dai va đập 227 Bảng 3.11 Kích thước mẫu thử bền kéo (trích từ TCVN 197–85) .227 Hình 3.25 Mẫu thử độ bền kéo (a, b), uốn (c), dai va đập (d) 228 Hình 3.26 Ảnh hiển vi quang học chế độ nhãn trường sáng (a) nhãn trường tối (b) mẫu vật liệu [53] 231 Hình 3.27 Mẫu sau đúc ép mẫu 232 Hình 3.28 Giấy giáp cấp mô tả vết xước mài .232 Hình 3.29 Mơ tả ánh sáng tương tác với bề mặt mẫu chế độ tẩm thực khác nhau: a) không tẩm thực; b) tẩm thực biên giới; c) tẩm thực pha .233 Hình 3.30 a) Số hạt Z1 = 68 Z2 = 41 vịng trịn diện tích S, độ phóng đại M; b) Atlas chuẩn 235 Hình 3.31 Ảnh tổ chức tế vi thép C10 236 ... Hình 3.10 Nhiệt áp kế (a) nhiệt kế điện trở (b) 207 Hình 3.11 Sơ đồ can nhiệt (a), hoả quang kế (b) hoả kế xạ (c) 208 THIẾT BỊ NHIỆT LUYỆN Xưởng nhiệt luyện Hình 3.12 Nguyên lý áp kế vi sai... diện tích cho lị nhiệt luyện .228 Xưởng nhiệt luyện THIẾT BỊ NHIỆT LUYỆN LỜI NÓI ĐẦU Thiết bị nhiệt luyện phận tách rời với công nghệ nhiệt luyện, số giáo trình trường đại học ghép hai nội... nhiệt luyện Xưởng nhiệt luyện THIẾT BỊ NHIỆT LUYỆN PHẦN TƯƠNG TÁC GIỮA ĐỐI TƯỢNG VÀ THIẾT BỊ NHIỆT LUYỆN 1.1 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ NHIỆT LUYỆN THÉP VÀ HỢP KIM 1.1.1 Các thông số công nghệ Nhiệt