Thực nghiệm quá trình nhiệt luyện rãnh của trục bằng hồ quang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH NHIỆT LUYỆN RÃNH CỦA TRỤC BẰNG HỒ QUANG GVHD:TS NGUYỄN VĂN THỨC SVTH :TRƯƠNG VƯƠNG TIẾN KIM PHẠM QUÝ BẢO SKL010952 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH NHIỆT LUYỆN RÃNH CỦA TRỤC BẰNG HỒ QUANG” Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực 1: TS NGUYỄN VĂN THỨC TRƯƠNG VƯƠNG TIẾN KIM MSSV: 19144039 Sinh viên thực 2: PHẠM QUÝ BẢO MSSV: 19144226 Khoá: Lớp: 191442A Lớp: 191442B 2019 - 2023 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỚT NGHIỆP Đề tài: “THỰC NGHIỆM Q TRÌNH NHIỆT LỤN RÃNH CỦA TRỤC BẰNG HỒ QUANG” Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực 1: TS NGUYỄN VĂN THỨC TRƯƠNG VƯƠNG TIẾN KIM MSSV: 19144039 Sinh viên thực 2: PHẠM QUÝ BẢO MSSV: 19144226 Khoá: Lớp: 191442A Lớp: 191442B 2019 - 2023 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn Công nghệ Chế tạo máy NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Học kỳ / năm học 2023 Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Thức Sinh viên thực hiện: Trương Vương Tiến Kim MSSV: 19144039 Phạm Quý Bảo MSSV: 19144226 Điện thoại: 0794123857 Điện thoại: 0348145339 Mã số đề tài: 22223DT60 Tên đề tài: “Thực nghiệm trình nhiệt luyện rãnh trục hồ quang” Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Các số liệu nước Nội dung đồ án: - Nghiên cứu tổng quan nhiệt luyện bề mặt - Thực nghiệm mơ hình tơi rãnh trục - Thống kê phân tích kết Các sản phẩm dự kiến: - Mẫu sau nhiệt luyện - Báo cáo tổng hợp Ngày giao đồ án: 15/03/2023 Ngày nộp đồ án: 15/07/2023 Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh  Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh  Tiếng Việt  Tiếng Việt  TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) i LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: “Thực nghiệm trình nhiệt luyện rãnh trục hồ quang” - GVHD: TS Nguyễn Văn Thức - Họ tên sinh viên 1: Trương Vương Tiến Kim - MSSV: 19144039 Lớp: 191442A - Địa sinh viên: 266/64/23 Tôn Đản, P.18, Q.4, TP Hồ Chí Minh - Số điện thoại liên lạc: 079-4123-857 - Email: 19144039@student.hcmute.edu.vn - Họ tên sinh viên 2: Phạm Quý Bảo - MSSV: 19144226 Lớp: 191442B - Địa sinh viên: 15/14A Đường số 19, P Linh Chiểu, TP Thủ Đức - Số điện thoại liên lạc: 034-8145-339 - Email: 19144226@student.hcmute.edu.vn - Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): 15/07/2023 - Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình nghiên cứu thực Tôi không chép từ viết công bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 07 năm 2023 Ký tên Sinh viên Sinh viên ii LỜI CẢM ƠN Chúng em xin cảm ơn thầy Nguyễn Văn Thức hướng dẫn hỗ trợ nhóm chúng em thực đề tài “Thực nghiệm trình nhiệt luyện rãnh trục hồ quang” khóa luận tốt nghiệp 2023 Thầy dẫn dắt nhóm từ bước đầu đề tài, hỗ trợ nhóm kiến thức chuyên môn, hướng dẫn thực hành thao tác máy móc, dụng cụ Thầy hỗ trợ nhóm liên lạc thầy cơ, bạn bè để hoàn thiện đề tài Xin cảm ơn thầy Phạm Sơn Minh, thầy Trần Thế Minh Uyên, thầy Trần Tiến Anh, thầy Nguyễn Văn Sơn hỗ trợ nhóm từ ý tưởng đến trình thực đề tài, chế tạo mẫu mẫu giấy tờ liên quan Sự hướng dẫn hỗ trợ từ thầy cô vô quý báu giúp nhóm chúng em có đủ điều kiện cần thiết để hồn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp năm nay! Đồng thời, chúng em xin cảm ơn khoa Cơ khí Chế tạo máy, chủ nhiệm xưởng Thực hành Cơ khí, chủ nhiệm phịng Thí nghiệm vật liệu hỗ trợ nhóm q trình chế tạo nghiên cứu mẫu, cho phép sử dụng trang thiết bị dụng cụ để phục vụ trình làm đồ án Xin cảm ơn Trung tâm Kỹ thuật Tiêu Chuẩn Đo lường Chất lượng hỗ trợ nhóm q trình nghiên cứu độ cứng tế vi mẫu Cuối cùng, chúng em xin cảm ơn gia đình, bạn bè, anh chị hỗ trợ chúng em hoàn thiện đề tài Xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN TÊN ĐỀ TÀI “Thực nghiệm trình nhiệt luyện rãnh trục hồ quang” Công nghệ phương pháp tăng độ cứng phổ biến, nhiên cịn vài điểm hạn chế khó áp dụng với công ty vừa nhỏ Công nghệ tơi Hàn TIG bắt đầu có bước phát triển giới hứa hẹn khắc phục hạn chế phương pháp truyền thống Tại Việt Nam chưa có nhiều cơng trình nghiên cứu phương pháp tơi Hàn TIG, nhận vượt trội phương pháp nên nhóm định chọn thực đề tài thực nghiệm trình nhiệt luyện rãnh trục hồ quang Mục tiêu đề tìm hiểu thay đổi vật liệu thép C45 độ cứng, thay đổi cấu trúc tế vi sau áp dụng phương pháp Hàn TIG rãnh trục Từ rút kết luận tính khả thi phương pháp Hàn TIG thép C45 đưa hướng cho đề tài sau Để thực đề tài, nhóm sử dụng mơ hình máy tiện chế tạo trước kết hợp với máy hàn tự động sử dụng khí Argon (Ar) xưởng thực hành khí trường, tiến hành hai mẫu gồm mẫu thử nhằm nghiên cứu để chọn biến giá trị biến phù hợp cho mẫu thực nghiệm tiếp theo, mẫu thực nghiệm dựa kết nghiên cứu có mẫu thử trước Sau thu giá trị độ cứng mẫu thực nghiệm, chọn mẫu có độ cứng cao thông số ổn định để tiến hành quan sát tổ chức tế vi Tiếp theo chọn mẫu năm mẫu có độ sâu nung lớn để tiến hành đo độ cứng tế vi Cuối so sánh phân tích kết độ cứng tế vi đo Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn đo lường chất lượng với độ cứng đo máy đo độ cứng phịng thí nghiệm vật liệu trường, đưa kết luận đưa hướng phát triển đề tài iv MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ ix CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.2.1 Ý nghĩa khoa học 1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài .1 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.5.1 Cơ sở phương pháp luận 1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể 1.6 Giới hạn đề tài 1.7 Kết cấu ĐATN CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Giới thiệu 2.2 Giới thiệu phương pháp nghiên cứu 2.3 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài .4 2.4.1 Nghiên cứu nước 2.4.2 Nghiên cứu nước CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Thông số thép C45 .6 3.2 Tổng quan hàn hồ quang điện cực khơng nóng chảy mơi trường có khí bảo vệ 3.2.1 Khái niệm hàn hồ quang điện cực khơng nóng chảy mơi trường có khí bảo vệ 3.2.2 Đặc điểm Hàn TIG 3.2.3 Cấu tạo máy Hàn TIG 3.3 Tổng quan thép 10 v 3.3.1 Khái niệm thép 10 3.3.2 Phân loại 11 3.3.3 Nhiệt độ thép C45 (%C : 0,42-0,5%) 12 3.3.4 Tốc độ tới hạn độ thấm 12 3.3.5 Độ cứng không đạt 13 3.3.6 Ý nghĩa việc thép C45 14 3.4 Các thông số ảnh hưởng đến chất lượng Hàn TIG .14 3.4.1 Cường độ dòng điện hàn 14 3.4.2 Tốc độ hàn 14 3.4.3 Góc nghiêng que hàn 14 3.4.4 Chiều dài hồ quang 14 3.4.5 Góc tưới nguội 15 3.5 Cơ sở lý thuyết kiểm tra đánh giá mẫu 15 3.5.1 Kiểm tra độ cứng 15 3.5.2 Quan sát tổ chức tế vi 17 CHƯƠNG 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ GIẢI PHÁP CHO ĐỀ TÀI 24 4.1 Yêu cầu đề tài 24 4.2 Phương hướng thực đề tài .24 4.3 Giải pháp thực đề tài 24 4.4 Trình tự cơng việc tiến hành 25 CHƯƠNG 5: CHẾ TẠO MẪU THỬ NGHIỆM, MẪU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 28 5.1 Mẫu thử nghiệm .28 5.1.1 Kích thước mẫu 28 5.1.2 Vật liệu .29 5.1.3 Mạng tinh thể 29 5.1.4 Nhiệt luyện mẫu 29 5.2 Mẫu thực nghiệm 30 5.3 Nghiên cứu độ cứng mẫu 30 5.3.1 Phương pháp đo độ cứng mẫu 30 5.3.2 Kết thu mẫu thử 32 5.3.3 Kết thu mẫu thực nghiệm 33 5.4 Nghiên cứu tổ chức tế vi mẫu 42 vi Hình 5.13: Máy đánh bóng MP-2B Grinder Polisher khu vực thực Hình 5.14: Khu vực tiến hành tẩm thực 44 Hình 5.15: Đánh bóng mẫu Mặt phẳng quan sát tổ chức tế vi Hình 5.16: Mẫu sau đánh bóng ➢ Tiến hành quan sát tế vi với quy trình sau: Bước 1: Vệ sinh kiểm tra hoạt động kính hiển vi Bước 2: Sử dụng phần mềm quan sát liên kết kính hiển vi Bước 3: Xác định giá trị thước đo độ phóng đại sử dụng X50 X500 Bước 4: Đặt bề mặt mẫu lên vùng sáng bàn mẫu Bước 5: Hoàn thành việc đo thử mẫu, vệ sinh kiểm tra lại máy Bước 6: Phân tích số liệu thu 45 Hình 5.17: Thước đo độ phóng đại 50X Hình 5.18: Thước đo độ phóng đại 500X Hình 5.19: Quan sát tổ chức tế vi 46 5.4.2 Kết quan sát thu Mẫu số Hình 5.20: Tổ chức tế vi mẫu số a) b) c) d) Toàn mẫu đo với độ phóng đại 50X (độ sâu nung 977 µm) Vùng giao đo với độ phóng đại 500X Vùng nung Martensite đo với độ phóng đại 500X Vùng Ferrite Pearlite đo với độ phóng đại 500X Nhận xét: ➢ Theo hình d hàm lượng Pearlite lớn với Ferrite suy hàm lượng Cacbon mẫu 0.5% 47 Mẫu số Hình 5.21: Tổ chức tế vi mẫu số a) b) c) d) Tồn mẫu đo với độ phóng đại 50X (độ sâu nung 687 µm) Vùng giao đo với độ phóng đại 500X Vùng nung Martensite đo với độ phóng đại 500X Vùng Ferrite Pearlite đo với độ phóng đại 500X Nhận xét: ➢ Theo hình d hàm lượng Pearlite với Ferrite suy hàm lượng Cacbon mẫu chiếm 0.5% 48 Mẫu số 12 Hình 5.22: Tổ chức tế vi mẫu số 12 a) b) c) d) Toàn mẫu đo với độ phóng đại 50X (độ sâu nung 753 µm) Vùng giao đo với độ phóng đại 500X Vùng nung Martensite đo với độ phóng đại 500X Vùng Ferrite Pearlite đo với độ phóng đại 500X Nhận xét: ➢ Theo hình d hàm lượng Pearlite lớn Ferrite suy hàm lượng Cacbon mẫu 0.5% 49 Mẫu số 13 Hình 5.23: Tổ chức tế vi mẫu số 13 a) b) c) d) e) Toàn mẫu đo với độ phóng đại 50X (độ sâu nung 816 µm) Vùng giao đo với độ phóng đại 500X Vùng nung Martensite đo với độ phóng đại 500X Vùng Ferrite Pearlite đo với độ phóng đại 500X Vùng nung Martensite có dấu oxi hóa với độ phóng đại 500X Nhận xét: 50 ➢ Theo hình d hàm lượng Pearlite its Ferrite suy hàm lượng Cacbon mẫu 0.5% Mẫu số 29 Hình 5.24: Tổ chức tế vi mẫu số 29 a) b) c) d) Tồn mẫu đo với độ phóng đại 50X (độ sâu nung 783 µm) Vùng giao đo với độ phóng đại 500X Vùng nung Martensite đo với độ phóng đại 500 Vùng Ferrite Pearlite đo với độ phóng đại 500X Nhận xét: ➢ Theo hình d hàm lượng Pearlite với Ferrite suy hàm lượng Cacbon mẫu chiếm 0.5% 5.5 Nghiên cứu độ cứng tế vi mẫu 5.5.1 Phương pháp đo độ cứng tế vi Sau ta có liệu quan sát tế vi, chọn mẫu số có độ sâu nung lớn để tiến hành nghiên cứu độ cứng tế vi Trung tâm kỹ thuật Tiêu chuẩn đo 51 lường chất lượng Vì mẫu có độ sâu nung lớn giúp ta có nhiều số liệu đo độ cứng tế vi khảo sát dải số liệu trải dài Để đo độ cứng tế vi, ta phải xác định giá trị khoảng cách đo sâu, khoảng cách mũi đo, độ cứng thang đo HV, số lượng mũi đo, Mơ hình nghiên cứu độ cứng tế vi biễu diễn hình 2.26 Hình phác thảo trước đo Hình 5.25: Mơ hình nghiên cứu độ cứng tế vi Các giá trị tính sau: ❖ Khoảng cách đo sâu: 900 + 1100 = 2000 µm ❖ Khoảng cách mũi đo: 100 µm ➔ Số lượng mũi đo: 2000/100 = 20 (mũi) ❖ Độ cứng thang đo HV: 0.3 (do trung tâm đề nghị) 5.5.2 Kết thu Biểu đồ thể độ cứng HV 500 455 451 450 438 444 442 402 400 350 Độ cứng HV 300 250 215 200 185 155 150 154 150 100 50 0 500 1000 1500 Chiều sâu từ bề mặt Biểu đồ 5.8: Mối quan hệ độ cứng HV chiều sâu bề mặt 52 2000 Nhận xét: Độ cứng tế vi cao vùng nung giảm dần vùng Bảng 5.11: Mối quan hệ độ cứng HV chiều sâu bề mặt Vùng mẫu Chiều sâu từ bề mặt (µm) Độ cứng, HV 0.3 50 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 438 437 451 444 442 441 455 454 444 402 251 215 185 158 155 156 150 152 155 153 154 Nung Giao Ngồi nung Hình 5.26: Độ cứng đo máy đo độ cứng vùng ngồi nung Nhận xét: • Tại vùng ngồi nung, so sánh độ cứng tế vi với độ cứng đo máy đo độ cứng Rockwell, ta thấy giá trị hai phương pháp đo gần • Tại vùng nung, độ cứng tế vi đo cao 451 HV, giá trị trung bình độ cứng đo máy Rockwell vị trí cắt mẫu đạt 445 HV, ta thấy giá trị hai phương pháp đo gần 53 Kết luận: Số liệu kết độ cứng thu từ hai phương pháp đo khác từ mẫu vị trí đo gần → Số liệu đủ tin cậy Đồng thời đo độ cứng tế vi ta thấy thay đổi độ cứng vùng vật liệu cao vùng nung giảm dần vùng nung Cụ thể vùng vật liệu nung, phần vật liệu chưa bị nhiệt luyện, có độ cứng ban đầu 152 HV, vùng vật liệu nung, phần vật liệu bị nhiệt luyện, có độ cứng 451 HV, theo thang đo HV sau nhiệt luyện phương pháp hàn hồ quang khơng điện cực độ cứng tăng lên lần, chứng minh phương pháp có hiệu làm tăng độ cứng thép C45 54 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ KẾT LUẬN Thông qua trình thực ĐATN, nhóm hồn thành u cầu đề tổng hợp báo cáo theo format với đầy đủ hình thức nội dung, bao gồm tính cấp thiết, mục tiêu, nhiệm vụ tổng quan đề tài Nhìn chung, nội dung ĐATN hồn thành vấn đề sau: • Ứng dụng kiến thức tốn học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội thể việc nghiên cứu lý thuyết tính tốn để áp dụng vào q trình xây dựng mơ hình thực nghiệm thực nghiệm mẫu vật với nhiều thông số khác • Thực phân tích, tổng hợp, đánh giá kết liệu thu từ q trình thực nghiệm mẫu • Vấn đề thiết kế, chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế thể việc chế tạo mẫu, xử lý mẫu nghiên cứu mẫu, bên cạnh việc đưa phương pháp thích hợp sử dụng loại trang thiết bị, máy móc để thực đề tài • Khả cải tiến, phát triển thông số đầu vào dựa việc thử nghiệm mẫu thử trước tiến hành thực nghiệm, việc đo đạc nhiều lần làm tăng độ tin cậy liệu thu • Khả sử dụng loại máy móc, cơng cụ máy đo độ cứng, máy cưa, máy đánh bóng, máy cắt dây, kính hiển vi kim tương, phần mềm chuyên ngành AutoCAD, Inventor, SolidWork, TCapture, số phần mềm tin học Word, PowerPoint, Excel, Visio, Với trình thực đề tài này, kết đạt được ứng dụng việc nhiệt luyện thép, Hàn TIG với mơ hình khoa học Có thể phát triển đề tài tương lai nhiều Cuối cùng, trình thực đề tài đạt sản phẩm cụ thể sau: • Chọn thông số tối ưu nhất: - Tốc độ quay trục chính: 480mm/phút - Chiều dài hồ quang: 1.5mm - Cường độ dịng điện: 130A - Lượng khí Argon: 1.2 l/phút - Thời gian chạy: 0.8 giây - Góc hàn: 90° 55 - Góc tưới nguội: 90° • Các liệu, số liệu đáng tin cậy độ cứng gồm độ cứng đo máy đo độ cứng Rockwell với độ cứng đo lớn đo 746 HB độ cứng tế vi đo Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo Lường Chất lượng với độ cứng cao đo 455 HV • Hình ảnh quan sát tế vi, bảng biểu thể mối liên hệ hệ thông số ảnh hưởng thông số với độ cứng vật liệu, bảng đơn biến thông số thực nghiệm • Mẫu vật liệu thép sau hoàn thành thực nghiệm • Các báo cáo tổng hợp ĐỀ NGHỊ ✓ Các thông số đưa vào thực nghiệm dù tin cậy cần thêm nhiều nghiên cứu để tính khách quan tăng ✓ Nghiên cứu cần tiến hành nhiều kích thước hình dạng mẫu khác (rãnh trịn, kích thước rộng hơn, ) ✓ Nhiệt luyện phương pháp hồ quang khác ✓ Thử nghiệm vật liệu khác 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Thức, Phạm Thị Hồng Nga, Nguyễn Tử Định, Giáo trình Thí nghiệm Vật liệu học Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2020 [2] VN ARARAT, Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hàn, https://www.ngoclinh.net.vn/5-loi-han-que-thuong-gap-va-cach-khac-phuc, 05/11/2020 [3] INTERNATIONAL CONFERENCE ADRI – 5, Effect Of Heat Treatment On The Mechanical Properties Of Steel S45c Welding Process With Smaw (Shielded Metal Arc Welding), Trang 24, 2013 [4] Journal of Advances in Technology and Engineering Research, JATER, Effect of Shielded Metal Arc Welding (SMAW) parameters on mechanical properties of low-cacbon, mild and stainless-steel welded joints: A review, Trang mở đầu, 2019 [5] Sensors and Materials, MYU Tokyo, Welding Microstructure And Tensile Properties Of S45C Cacbon Steel, Vol 30, No.3, 2018 57 S K L 0