Chế tạo mô hình xử lý nhiệt bề mặt trục bằng hồ quang

60 Trang 12 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮTViết tắt Giải trình GTAW Gas Tungsten Arc Welding TIG Tungsten Inert Gas SEM Scanning Electron MicroscopeK-M Koistinen–Marburger DCEN Direct Curre

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

Ngành công nghiệp cơ khí hiện nay đang phát triển mạnh mẽ, đồng thời chất lượng sản phẩm cũng ngày càng được cải thiện đáng kể Quá trình xử lý nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các vật liệu có độ bền cao và vượt trội, trở thành nền tảng cho những sản phẩm chất lượng cao được đánh giá cao trên thị trường.

Các doanh nghiệp vừa và nhỏ thường gặp khó khăn khi đầu tư vào công nghệ lò nung cao tần do hạn chế về vốn sản xuất Để giải quyết vấn đề này, đề tài "Chế tạo mô hình xử lý nhiệt bề mặt trục bằng hồ quang" được thực hiện với mục tiêu nghiên cứu phương pháp xử lý nhiệt hồ quang bằng điện cực không nóng chảy có khí bảo vệ, nhằm mang lại giải pháp tiết kiệm và hiệu quả cho các doanh nghiệp này.

Tình hình nghiên cứu trong nước

Công nghệ xử lý nhiệt (Tempering) là một phương pháp làm tăng độ cứng khá phổ biến trong ngành công nghiệp Tuy nhiên, công nghệ xử lý nhiệt bằng hồ quang điện cực không nóng chảy có khí bảo vệ vẫn còn là một lĩnh vực nghiên cứu mới mẻ và chưa được khai thác nhiều ở Việt Nam, đòi hỏi sự quan tâm và đầu tư hơn nữa từ các nhà khoa học và doanh nghiệp trong nước.

Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Công nghệ xử lý nhiệt bằng hồ quang điện cực không nóng chảy có khí bảo vệ là một lĩnh vực nghiên cứu mới nổi, với một số dự án tiêu biểu đã được thực hiện và ghi nhận một số kết quả đáng chú ý.

Researchers have explored the microstructure of duplex stainless steel welds using the arc heat treatment technique, as discussed in the study "Microstructure investigation of duplex stainless steel welds using arc heat treatment technique" by authors Andrea Putz, Vahid, and their team.

A Hosseini, Elin M Westin & Norbert Enzinger, xuất bản năm 2020 Bài báo này tác giả nghiên cứu chủ yếu sự hình thành pha sigma và sự phân hủy ferrite Đối với mẫu được xư lý nhiệt hồ quang 10 phút pha sigma được hình thành trong phạm vi nhiệt độ 730ºC – 1000ºC và pha chi được tìm thấy trên 700ºC Đối với trường hợp 60 phút pha sigma được hình thành trong khoảng từ 675ºC – 1025ºC trong khi pha chi hình thành trên 600ºC Các thử nghiệm theo tiêu chuẩn ASTN A262

Hình 1.1 Mô hình minh họa thiết bị xử lý nhiệt hồ quang

- “Surface Laser Quenching as an Alternative Method for Conventional Quenching and

Xử lý nhiệt là một tập hợp các quá trình nhằm cải thiện tính chất cơ học của vật liệu kim loại bằng cách sửa đổi cấu trúc tinh thể ban đầu của chúng Một trong những quy trình này là xử lý làm nguội và ủ thông thường (CQT), được sử dụng để tăng độ cứng của các thành phần cơ khí dựa trên thép dự kiến sẽ chịu được tải trọng bề mặt cao Nguyên tắc cơ bản của quá trình làm nguội thông thường của vật liệu kim loại là làm nóng vật liệu làm việc cho đến khi thoát nhiệt độ austenit hoá, sau đó làm nguội đột ngột để thu được pha martensitic, mang lại cho các thành phần cơ khí có độ cứng cao và chống mài mòn Tuy nhiên, phương pháp này thường đòi hỏi toàn bộ vật liệu trải qua sự thay đổi pha, trong khi chỉ cần một lớp cứng bề mặt tại các vị trí cụ thể trong một số thành phần máy mới với thân chính còn nguyên vẹn.

Hình 1.2 Mô hình thí nghiệm bóng trên đĩa của cặp ma sát giữa đĩa thép AISI 1538 MV và bóng WC

Nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số nhiệt luyện và phân phối lên quá trình biến đổi pha và tính chất cơ học của thép mangan trung bình đã chứng minh rằng thép này có thể đạt được tính chất cơ học tuyệt vời kết hợp độ bền và độ dẻo cao thông qua quá trình làm nguội và phân vùng có mục tiêu Để áp dụng tiềm năng của thép mangan trung bình trong quá trình làm cứng máy ép công nghiệp, việc xác định một cửa sổ quy trình mạnh mẽ là rất quan trọng Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng austenite được giữ lại là 12-21% kết hợp với một phần pha thấp của martensit thứ cấp không được xử lý nhiệt luyện dẫn đến tính chất cơ học tuyệt vời với độ bền kéo cao hơn 1500 MPa và tổng độ giãn dài là 18% Ngoài ra, hàm lượng austenite giữ lại tối ưu đã được điều chỉnh cho nhiệt độ phân vùng trong khoảng từ 130°C đến 150°C bằng phương pháp phân vùng thích nghi.

Hình 1.3 Mô phỏng nhiệt của các pha ổn định nhất cho Fe-0,3% C-5% Mn-1,5% Si

- Bài báo “Models for selecting GMA Welding Parameters for Improving Mechanical

Nghiên cứu "Properties of Weld Joints" của các tác giả P Srinivasa Rao, Pragash Ramachandran và S Jebaraj từ Đại học Teknologi PETRONAS, Malaysia, đã chỉ ra rằng các yếu tố ảnh hưởng đến cơ tính của mối hàn có thể tạo ra sự khác biệt đáng kể trong độ sâu thâm nhập và độ bền của mối hàn Trong nghiên cứu này, thép S45C được sử dụng làm kim loại cơ bản để thử nghiệm với các thông số tốc độ nạp dây, điện áp và loại khí bảo vệ Các tính chất vật lý như độ bền kéo và độ cứng được xem xét và kiểm tra theo tiêu chuẩn ASTM Các mô hình toán học để dự đoán độ bền kéo và độ sâu ngấu của mối hàn đã được phát triển thông qua phân tích hồi quy dựa trên kết quả thực nghiệm.

Hình 1.4 Kích thước mẫu ASTM E8/E8M

The article "Effect Of Heat Treatment On The Mechanical Properties Of Steel S45c Welding Process With Smaw (Shielded Metal Arc Welding)" by Risa Bernadip Umar, Munawar, and Natsir Thamrin from the Fakultas Teknik, Universitas Pejuang R.I, Indonesia, published in 2017, explores the impact of heat treatment on the mechanical properties of S45c steel after welding.

Hình 1.5 Phương pháp thử nghiệm xác định sự phân bố độ cứng trong từng vùng của kim loại, HAZ, kim loại hàn của mối hàn và xử lý nhiệt

Bài báo khoa học "Welding Microstructure and Tensile Properties of S45C Carbon Steel" được công bố năm 2018 bởi các tác giả Chin-Guo Kuo, Jin-Chung Chang, Yi-Hsuan Hung, Yen-Tien Kang, Chen-Yang Kao và Jung-Hsuan Chen đã nghiên cứu về tính liên kết của thép C45 khi hàn nhiều lớp Thông qua việc sử dụng kính hiển vi quang học, các tác giả đã quan sát và phân tích các cấu trúc vi mô của hạt thép C45 sau quá trình hàn.

Hình 1.6 Vị trí hàn được chọn để phân tích cấu trúc vi mô

Công nghệ xử lý nhiệt thép bằng hồ quang đang được nghiên cứu rộng rãi trên thế giới nhờ những tính năng nổi bật và tiềm năng kinh tế đáng kể Tuy nhiên, ở Việt Nam, lĩnh vực này vẫn còn hạn chế về số lượng nghiên cứu Vì vậy, việc chế tạo mô hình xử lý nhiệt bề mặt trục bằng hồ quang sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc phổ biến công nghệ này trong ngành cơ khí chế tạo và công nghiệp cơ khí tại Việt Nam.

Mục tiêu của đề tài

Đề tài “Chế tạo mô hình xử lý nhiệt bề mặt trục bằng hồ quang” được thực hiện với mục đích:

- Chế tạo mô hình xử lý nhiệt bề mặt trục bằng hồ quang

- Nghiên cứu tổng quan về xử lý nhiệt bề mặt

- Tìm ra bộ thống số tối ưu xử lý nhiệt bằng hồ quang điện cực không nóng chảy

- Nghiên cứu độ cứng bề mặt, cấu trúc tế vi, độ cứng tế vi của thép C45 sau khi xử lý nhiệt.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích các bộ thông số ảnh hưởng đến độ cứng, cấu trúc tế vi và chất lượng bề mặt của mẫu khi áp dụng phương pháp xử lý nhiệt hồ quang điện cực không nóng chảy có khí bảo vệ (TIG) Các thông số này bao gồm cường độ dòng điện, tốc độ di chuyển hồ quang, khoảng cách giữa điện cực và mẫu, và loại khí bảo vệ được sử dụng Bằng cách điều chỉnh và tối ưu hóa các thông số này, nghiên cứu này nhằm mục đích cải thiện chất lượng của mẫu sau quá trình xử lý nhiệt, từ đó mở rộng ứng dụng của phương pháp TIG trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau.

Nghiên cứu này tập trung vào việc điều tra quá trình xử lý nhiệt bằng công nghệ hàn TIG trên vật liệu thép C45, nhằm đánh giá ảnh hưởng của các thông số khác nhau đến độ cứng, tổ chức tế vi và chất lượng bề mặt của mẫu Thông qua việc phân tích các bộ số liệu khác nhau, nghiên cứu này cung cấp cái nhìn sâu sắc về cơ tính của sản phẩm và đánh giá chất lượng đường hàn dựa trên các tài liệu nghiên cứu về tổ chức tế vi.

Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm

Thu thập và phân tích các tài liệu liên quan đến công nghệ xử lý nhiệt thép bằng hồ quang là bước đầu tiên quan trọng Tiếp theo, sử dụng phần mềm chuyên dụng để đánh giá và phân tích kết quả thực nghiệm, từ đó xây dựng mô hình ràng buộc để dự đoán và so sánh với thực tế về độ bền và biến dạng của sản phẩm thép sau xử lý nhiệt.

1.6.2 Nghiên cứu thực nghiệm Đưa ra nhiều mô hình sản phẩm ứng với các thông số khác nhau, thực hiện kiểm tra độ cứng bằng máy đo độ cứng, tổ chức tế vi bằng kính hiển vi Từ đó thu thập số liệu từ những mẫu sản phẩm đó Sử dụng phương pháp thống kê để tìm hiểu sự thay đổi cũng như ràng buộc của các yếu tố ảnh hưởng đến sản phẩm, so sánh với nghiên cứu lý thuyết để từ đó có thể rút ra được kết luận tối ưu nhất.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Xử lý nhiệt bằng hồ quang là một công nghệ gia công tiên tiến, giúp tạo ra các sản phẩm có độ cứng cao trên bề mặt chi tiết Để đạt được kết quả này, cần phải hiểu mối quan hệ giữa các bộ thông số khi xử lý nhiệt bằng hồ quang, bao gồm cường độ dòng điện, tốc độ di chuyển hồ quang, khoảng cách hồ quang và thời gian xử lý nhiệt Các chỉ tiêu đánh giá sản phẩm xử lý nhiệt bằng hồ quang bao gồm độ cứng bề mặt, độ sâu thấm carbon, độ mịn hạt và độ đồng đều của lớp cứng.

Các công ty vừa và nhỏ thường gặp hạn chế về ngân sách đầu tư, khiến họ khó có thể đầu tư vào các lò nung cao tần Tuy nhiên, phương pháp xử lý nhiệt bằng hồ quang đã mở ra một giải pháp mới, giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm với chi phí đầu tư thấp, phù hợp với mô hình sản xuất vừa và nhỏ, không liên tục.

Giới hạn của đề tài

- Nghiên cứu chế tạo mô hình máy tiện

- Nghiên cứu công nghệ xử lý nhiệt thép bằng hồ quang điện cực không nóng chảy

- Kiểm tra độ cứng và tổ chức tế vi của mẫu hàn

- Sử dụng máy hàn TIG.

Kết cấu đồ án

Nội dung nghiên cứu của đồ án được cấu trúc trong các chương, bao gồm phần mở đầu và mục lục theo quy định, nhằm cung cấp một cái nhìn tổng quan và chi tiết về đề tài nghiên cứu.

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

1.3 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

1.4 Mục tiêu của đề tài

1.5 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

1.7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.8 Giới hạn của đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

2.1 Khái niệm xử lý nhiệt

2.2 Tổng quan về xử lý nhiệt thép

2.3 Các phương pháp xử lý nhiệt thép

2.4 Tổng quan hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường có khí bảo vệ 2.5 Cơ sở lý thuyết kiểm tra đánh giá mẫu

Chương 3: Thiết kế và chế tạo mô hình

3.1 Giới thiệu và mục tiêu thiết kế

3.4 Thiết kế mô hình cơ khí chung

3.5 Bảng vẽ lắp đặt mạch điện

Chương 4: Chế tạo mẫu đo phương pháp đo, số liệu đo và xử lý số liệu thí nghiệm 4.1 Mẫu thực nghiệm

4.2 Xử lý nhiệt mẫu đo

Chương 5: Kết quả thực nghiệm

5.3 Hình ảnh đo tế vi

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tổng quan hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường có khí bảo vệ

Cơ sở lý thuyết kiểm tra đánh giá mẫu

3.4 Thiết kế mô hình cơ khí chung

3.5 Bảng vẽ lắp đặt mạch điện

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tôi là một quá trình nhiệt luyện kim loại hoặc hợp kim, bao gồm các bước nung nóng đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt trong khoảng thời gian thích hợp và làm nguội với tốc độ không đổi Quá trình này giúp thay đổi cấu trúc và tạo ra các đặc tính cơ học cũng như các đặc tính khác theo ý muốn.

- Không nung nóng đến thể lỏng hay làm chảy lỏng bộ phận, trong quá trình nhiệt luyện kim loại vẫn ở trạng thái rắn

- Trong quá trình xử lý nhiệt hình dáng và kích thước chi tiết không thay đổi (thực tế là có thay đổi nhưng không đáng kể)

- Xử lý nhiệt làm thay đổi tổ chức tế vi bên trong do đó dẫn đến thay đổi cơ tính cho chi tiết

2.1.2 Các phương pháp xử lý nhiệt

Quá trình ủ là phương pháp nhiệt luyện quan trọng, giúp đạt được tổ chức gần với trạng thái cân bằng Quá trình này bao gồm nung nóng đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt và làm nguội chậm để giảm độ cứng, độ bền và tăng độ dẻo của vật liệu.

Hình 2.1 Các thông số đặc trưng của quá trình xử lý nhiệt

Thường hóa là một phương pháp nhiệt luyện quan trọng, trong đó vật liệu được nung nóng đến nhiệt độ hoàn toàn austenit, sau đó giữ nhiệt trong một khoảng thời gian nhất định và cuối cùng làm nguội từ từ ở ngoài không khí Quá trình này giúp tạo ra tổ chức gần với trạng thái cân bằng, mang lại những đặc tính cơ học và vật lý tốt hơn cho vật liệu.

Quá trình xử lý nhiệt là một phương pháp nhiệt luyện quan trọng, trong đó vật liệu được nung nóng đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn, tạo điều kiện cho sự hình thành tổ chức austenite Sau đó, vật liệu được giữ nhiệt và làm nguội nhanh chóng để tạo ra tổ chức không cân bằng có độ cứng cao nhất.

Quá trình ram là phương pháp nhiệt luyện thép bằng cách nung nóng đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn, sau đó giữ nhiệt và làm nguội để điều chỉnh các chỉ tiêu cơ tính như độ bền, độ cứng, nhằm đáp ứng yêu cầu làm việc cụ thể của sản phẩm.

Hóa nhiệt luyện là một phương pháp gia công tiên tiến, giúp bão hòa các nguyên tố đã chọn vào bề mặt chi tiết ở nhiệt độ xác định Quá trình này làm biến đổi thành phần hóa học, tổ chức và cơ tính của bề mặt, mang lại những đặc tính mới cho chi tiết Nhờ đó, hóa nhiệt luyện giúp cải thiện độ cứng, độ bền và khả năng chống mài mòn của bề mặt, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cao trong nhiều lĩnh vực công nghiệp.

Cơ nhiệt luyện là phương pháp kết hợp độc đáo giữa quá trình hóa bền bề mặt vật liệu và biến dạng dẻo đồng thời trong một nguyên công Nhờ đó, phương pháp này mang lại hiệu quả hóa bền vượt trội so với nhiệt luyện thông thường, giúp vật liệu đạt được độ bền cao hơn đáng kể.

Xử lý nhiệt là một quá trình nhiệt luyện quan trọng, trong đó hợp kim được nung nóng đến một nhiệt độ nhất định để tạo ra tổ chức Austenit Quá trình này đòi hỏi phải giữ nhiệt trong thời gian nhất định, sau đó làm nguội nhanh chóng để chuyển đổi Austenit thành mactenxit hoặc một tổ chức không ổn định khác, từ đó tăng độ cứng của hợp kim.

Xử lý nhiệt là một phương pháp nhiệt luyện quan trọng, bao gồm việc nung nóng chi tiết hoặc thép đến trạng thái , sau đó giữ nhiệt trong thời gian  nhất định và cuối cùng làm nguội nhanh với tốc độ nguội lớn hơn tốc độ nguội tới hạn.

Hình 2.2 Sơ đồ quá trình nhiệt luyện

Tốc độ nguội tới hạn là tốc độ nguội nhỏ nhất cần thiết để chi tiết kim loại chuyển biến hoàn toàn thành martensite, đảm bảo tổ chức tế vi của martensite được hình thành một cách đầy đủ và hoàn chỉnh.

- Các loại thép khác nhau có tốc độ làm nguội tới hạn khác nhau

- Vnguội: Tốc độ làm nguội của môi trường được làm nguội a) Thép C45 ở trạng thái ủ b) Thép C45 sau khi xử lý nhiệt

Hình 2.3 Tổ chức tế vi của thép C45

Hiện nay có hai hình thức xử lý nhiệt là xử lý nhiệt xuyên tâm và xử lý nhiệt mặt ngoài

Xử lý nhiệt xuyên tâm là một phương pháp nhiệt luyện thép dựa trên thành phần cacbon trên giản đồ Quá trình này bao gồm việc nung thép trước và sau cùng tích ở nhiệt độ ổn định, sau đó làm nguội nhanh trong các môi trường khác nhau Kết quả thu được là sản phẩm thép có độ cứng đồng đều cả bên trong lẫn bên ngoài, đáp ứng yêu cầu về tính chất cơ lý của thép.

Xử lý nhiệt mặt ngoài là một phương pháp nhiệt luyện hiệu quả, giúp tăng cường độ cứng của bề mặt chi tiết mà vẫn giữ nguyên tính chất mềm, dẻo của phần lõi Quá trình này bao gồm nung nóng và làm nguội nhanh lớp bề mặt bên ngoài của chi tiết, tạo ra bề mặt cứng và bền nhưng vẫn đảm bảo tính linh hoạt của phần bên trong.

2.2.3 Nhiệt độ xử lý nhiệt thép C45 (%C: 0,42-0,5%)

Nhiệt độ xử lý nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định cơ tính của thép sau quá trình xử lý nhiệt Khi xử lý nhiệt thép cacbon, việc lựa chọn nhiệt độ phù hợp dựa trên giản đồ trạng thái Fe-C và hàm lượng cacbon là rất quan trọng Nếu nhiệt độ xử lý nhiệt không đủ, thép sẽ không đạt được độ cứng mong muốn, trong khi nhiệt độ quá cao có thể khiến thép trở nên giòn và dễ gãy.

Xử lý nhiệt hoàn toàn là phương pháp nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn austenite, với nhiệt độ cao hơn AC3 Quá trình này giúp thép đạt được cấu trúc tinh thể đồng nhất, từ đó cải thiện tính chất cơ học và độ bền của thép.

Trong khoảng hàm lượng Carbon từ 0,1 đến 0,8 đường AC3 của thép giảm dần xuống Nếu nung nóng chậm thì AC3 = A3

Hình 2.4 Một số khoảng nhiệt độ xử lý nhiệt của thép carbon

Hình 2.5 Giản đồ trạng thái 𝐹𝑒 − 𝐹𝑒 3 𝐶

2.2.4 Tốc độ xử lý nhiệt tới hạn và độ thấm xử lý nhiệt

2.2.4.1 Tốc độ xử lý nhiệt tới hạn

Tốc độ xử lý nhiệt tới hạn là tốc độ nguội nhỏ nhất cần thiết để nhận được chuyển biến martensite khi xử lý nhiệt

Ta có thể tính gần đúng nhiệt độ này theo công thức sau:

Trong đó: 𝐴 1 là nhiệt độ tới hạn dưới (𝐴 𝑟1 ), ℃

𝑇 𝑚 0 , 𝜏 𝑚 là nhiệt độ và thời gian ứng với austenite quá nguội kém ổn định nhất

Tốc độ xử lý nhiệt tới hạn của thép đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra độ cứng cao và hạn chế biến dạng Khi tốc độ này càng nhỏ, thép càng dễ xử lý nhiệt vì quá trình làm nguội diễn ra từ từ, tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành martensite - yếu tố quan trọng quyết định độ cứng của thép Kết quả là thép sẽ đạt được độ cứng cao, biến dạng ít và giảm thiểu nguy cơ nứt vỡ.

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH

Bảng vẽ lắp đặt mạch điện

Tôi là quá trình nhiệt luyện kim loại hoặc hợp kim, bao gồm nung nóng đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt trong khoảng thời gian thích hợp và làm nguội với tốc độ không đổi Quá trình này giúp thay đổi cấu trúc kim loại, tạo ra các đặc tính cơ học và các đặc tính khác theo ý muốn.

Quá trình ủ là phương pháp nhiệt luyện quan trọng, trong đó vật liệu được nung nóng đến nhiệt độ xác định, sau đó giữ nhiệt trong thời gian cần thiết và làm nguội chậm Quá trình này giúp vật liệu đạt được tổ chức gần với trạng thái cân bằng, từ đó giảm độ cứng và độ bền xuống mức thấp nhất, đồng thời tăng độ dẻo lên mức cao nhất.

Thường hóa là một phương pháp nhiệt luyện quan trọng, trong đó vật liệu được nung nóng đến nhiệt độ hoàn toàn austenit, sau đó giữ nhiệt trong một khoảng thời gian nhất định và cuối cùng làm nguội từ từ ở ngoài không khí tự nhiên Quá trình này giúp tạo ra tổ chức gần với trạng thái cân bằng, mang lại những tính chất cơ lý mong muốn cho vật liệu.

Xử lý nhiệt là một phương pháp nhiệt luyện quan trọng, trong đó vật liệu được nung nóng đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn, tạo điều kiện cho sự hình thành tổ chức austenite Sau đó, vật liệu được giữ nhiệt và làm nguội nhanh chóng để tạo ra tổ chức không cân bằng có độ cứng cao nhất Quá trình này giúp tăng cường độ cứng và tính chất cơ học của vật liệu, đồng thời cải thiện khả năng chống ăn mòn và độ bền của chúng.

Quá trình ram là phương pháp nhiệt luyện thép đã qua xử lý nhiệt đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn, sau đó giữ nhiệt và làm nguội để điều chỉnh các chỉ tiêu cơ tính như độ bền, độ cứng, nhằm đáp ứng yêu cầu làm việc cụ thể.

Hóa nhiệt luyện là một phương pháp gia công nhiệt tiên tiến, giúp bão hòa các nguyên tố đã chọn vào bề mặt chi tiết ở nhiệt độ xác định Quá trình này làm biến đổi thành phần hóa học, tổ chức và cơ tính của bề mặt, từ đó nâng cao chất lượng và tuổi thọ của sản phẩm.

Cơ nhiệt luyện là phương pháp kết hợp độc đáo giữa quá trình hóa bền bề mặt vật liệu và biến dạng dẻo đồng thời trong một nguyên công Điều này cho phép đạt được hiệu quả hóa bền vượt trội so với nhiệt luyện thông thường, mang lại lợi ích đáng kể cho các ứng dụng công nghiệp.

Xử lý nhiệt là một quá trình nhiệt luyện quan trọng, trong đó hợp kim được nung nóng đến một nhiệt độ nhất định để tạo ra tổ chức Austenit Quá trình này đòi hỏi phải giữ nhiệt trong thời gian nhất định, sau đó làm nguội nhanh chóng để Austenit chuyển thành mactenxit hoặc một tổ chức không ổn định khác, từ đó tạo ra độ cứng cao hơn cho hợp kim.

Xử lý nhiệt là một phương pháp nhiệt luyện quan trọng, bao gồm việc nung nóng chi tiết hoặc thép đến trạng thái γ, sau đó giữ nhiệt trong thời gian τ và làm nguội nhanh với tốc độ nguội lớn hơn tốc độ nguội tới hạn.

Tốc độ nguội tới hạn là tốc độ nguội nhỏ nhất cần thiết để chi tiết chuyển biến hoàn toàn thành martensite, từ đó tạo ra tổ chức tế vi đặc trưng của martensite.

Xử lý nhiệt xuyên tâm là một phương pháp nhiệt luyện tiên tiến, giúp tạo ra sản phẩm thép có độ cứng đồng đều cả bên trong lẫn bên ngoài Quá trình này bắt đầu bằng việc chọn nhiệt độ nung thép dựa trên thành phần cacbon trên giản đồ, sau đó thép được giữ ở nhiệt độ ổn định và làm nguội nhanh trong các môi trường khác nhau Kết quả là sản phẩm thép có độ cứng cao và đồng đều, đáp ứng yêu cầu của nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau.

Xử lý nhiệt mặt ngoài là một phương pháp hiệu quả giúp tăng độ cứng bề mặt của chi tiết mà vẫn giữ được tính chất mềm, dẻo của phần lõi Quá trình này bao gồm việc nung nóng và làm nguội nhanh lớp bề mặt bên ngoài của chi tiết, tạo ra một bề mặt cứng và bền vững Kết quả là sản phẩm sau khi xử lý nhiệt có được bề mặt chi tiết với độ cứng cao, đồng thời vẫn giữ được tính chất mềm, dẻo của phần lõi, không thay đổi.

Nhiệt độ xử lý nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định cơ tính của thép sau khi trải qua quá trình này Khi xử lý nhiệt thép cacbon, việc lựa chọn nhiệt độ phù hợp dựa trên giản đồ trạng thái Fe-C và hàm lượng cacbon là điều cần thiết Nếu nhiệt độ xử lý nhiệt không đủ, thép sẽ không đạt được độ cứng mong muốn, trong khi nhiệt độ quá cao sẽ khiến thép trở nên giòn và dễ gãy.

Xử lý nhiệt hoàn toàn là phương pháp nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn austenite, với nhiệt độ xử lý cao hơn AC3 Quá trình này giúp thép đạt được cấu trúc tinh thể đồng nhất, từ đó cải thiện tính chất cơ học và độ bền của thép.

Tốc độ xử lý nhiệt tới hạn của thép càng nhỏ thì càng dễ xử lý nhiệt, vì quá trình làm nguội chậm giúp tạo ra martensite, từ đó đạt được độ cứng cao, biến dạng ít và giảm thiểu nguy cơ nứt.

Lưu đồ hoạt động

Con trượt chạy sang phải với tốc độ v (mm/phút)

Con trượt chạm cảm biến ở cuối hành trình

Trục chính quay với tốc độ v (mm/phút)

Bơm tưới nguội hoạt động

CHẾ TẠO MẪU ĐO PHƯƠNG PHÁP ĐO, SỐ LIỆU ĐO VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM

Dữ liệu đo

Tôi là một quá trình xử lý kim loại hoặc hợp kim bằng cách nung nóng đến nhiệt độ xác định, sau đó giữ nhiệt trong một khoảng thời gian thích hợp và làm nguội với tốc độ không đổi để thay đổi cấu trúc và tạo ra các đặc tính cơ học và tính chất khác theo ý muốn.

Quá trình ủ là phương pháp nhiệt luyện quan trọng, giúp đạt được tổ chức gần với trạng thái cân bằng của vật liệu Quá trình này bao gồm việc nung nóng đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt trong thời gian cần thiết và làm nguội chậm Kết quả của quá trình ủ là đạt được độ cứng và độ bền thấp nhất, đồng thời tăng độ dẻo cao nhất cho vật liệu.

Quá trình thường hóa là phương pháp nhiệt luyện quan trọng, trong đó vật liệu được nung nóng đến nhiệt độ cần thiết để tạo ra tổ chức hoàn toàn austenit, sau đó giữ nhiệt trong một khoảng thời gian nhất định và làm nguội từ từ ở ngoài không khí tự nhiên để thu được tổ chức gần với trạng thái cân bằng, giúp cải thiện tính chất cơ học và độ bền của vật liệu.

Xử lý nhiệt là một phương pháp quan trọng trong việc tạo ra vật liệu có độ cứng cao Quá trình này bao gồm việc nung nóng vật liệu đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn, tạo ra tổ chức austenite và giữ nhiệt trong một khoảng thời gian nhất định Sau đó, vật liệu sẽ được làm nguội nhanh chóng để nhận được tổ chức không cân bằng có độ cứng cao nhất.

Quá trình ram là phương pháp nung nóng thép đã qua xử lý nhiệt đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn, sau đó giữ nhiệt và làm nguội để điều chỉnh các chỉ tiêu cơ tính như độ bền và độ cứng, nhằm đáp ứng yêu cầu làm việc cụ thể của thép.

Hóa nhiệt luyện là một phương pháp gia công tiên tiến, cho phép bão hòa các nguyên tố đã chọn vào bề mặt chi tiết ở nhiệt độ xác định Quá trình này giúp biến đổi thành phần hóa học, tổ chức và cơ tính của bề mặt, mang lại những tính chất đặc biệt cho chi tiết Nhờ đó, hóa nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng và tuổi thọ của sản phẩm.

Cơ nhiệt luyện là một phương pháp tiên tiến kết hợp quá trình hóa bền bề mặt vật liệu và biến dạng dẻo đồng thời trong một nguyên công, giúp đạt được hiệu quả hóa bền mạnh mẽ hơn nhiều so với nhiệt luyện thông thường.

Xử lý nhiệt là một quá trình nhiệt luyện quan trọng, trong đó hợp kim được nung nóng đến một nhiệt độ nhất định để tạo ra tổ chức Austenit Sau đó, nhiệt độ được giữ ổn định trong thời gian nhất định trước khi làm nguội nhanh chóng, giúp Austenit chuyển đổi thành mactenxit hoặc một tổ chức không ổn định khác, từ đó tăng độ cứng của hợp kim.

Xử lý nhiệt là một phương pháp nhiệt luyện quan trọng, bao gồm việc nung nóng chi tiết hoặc thép đến trạng thái γ, sau đó giữ nhiệt trong thời gian τ và cuối cùng làm nguội nhanh với tốc độ nguội lớn hơn tốc độ nguội tới hạn.

Tốc độ nguội tới hạn là tốc độ nguội nhỏ nhất cần thiết để chi tiết kim loại chuyển biến hoàn toàn thành martensite, một loại tổ chức tế vi đặc trưng với cấu trúc tinh thể nhất định.

Xử lý nhiệt xuyên tâm là một phương pháp nhiệt luyện thép dựa trên thành phần cacbon trên giản đồ Quá trình này bao gồm việc nung thép đến nhiệt độ ổn định, sau đó giữ nhiệt trong một khoảng thời gian nhất định trước khi làm nguội nhanh trong các môi trường khác nhau Kết quả là sản phẩm thép có độ cứng đồng đều cả bên trong lẫn bên ngoài, đáp ứng yêu cầu về chất lượng và độ bền.

Xử lý nhiệt mặt ngoài là phương pháp nung nóng và làm nguội nhanh lớp bề mặt bên ngoài của chi tiết, giúp tạo ra bề mặt chi tiết với độ cứng cao Đồng thời, phương pháp này vẫn giữ được phần lõi của chi tiết với tính chất mềm, dẻo không thay đổi Nhờ đó, sản phẩm sau khi xử lý nhiệt mặt ngoài sẽ sở hữu độ cứng bề mặt cao nhưng vẫn đảm bảo tính linh hoạt và độ bền của phần lõi.

Nhiệt độ xử lý nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định cơ tính của thép sau khi xử lý nhiệt Khi xử lý nhiệt thép cacbon, việc lựa chọn nhiệt độ phù hợp dựa trên giản đồ trạng thái Fe-C và hàm lượng cacbon là vô cùng quan trọng Nếu nhiệt độ xử lý nhiệt không đủ, thép sẽ không đạt được độ cứng mong muốn, trong khi nhiệt độ quá cao có thể khiến thép trở nên giòn và mất đi tính chất cơ học cần thiết.

Xử lý nhiệt hoàn toàn là phương pháp nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn austenite, nghĩa là chọn nhiệt độ xử lý nhiệt cao hơn AC3.

Tốc độ xử lý nhiệt tới hạn của thép càng nhỏ thì càng dễ xử lý nhiệt, do quá trình làm nguội không quá nhanh, giúp tạo thành martensite, từ đó đạt được độ cứng cao, biến dạng ít và giảm thiểu khả năng nứt.

Quá trình đo độ cứng Rockwell

4.4.1 Chẩu bị mẫu và dụng cụ a) Giấy nhám b) Mẫu đã được gá lên máy đo độ cứng Rockwell c)Mũi đo HRC

Hình 4.3 Mẫu và dụng cụ cần chuẩn vị a) b) c)

4.4.2 Phương pháp đo độ cứng

Hình 4.4 Đo độ cứng mẫu trên máy đo độ cứng Rockwell

Bước 2: Tiến hành xoay từ từ trục vít cho đến khi chạm mẫu, đồng thời quan sát kim nhỏ của đồng hồ đo quay đến chấm đỏ Sau đó, điều chỉnh đồng hồ để kim lớn trở về vị trí 0, đảm bảo độ chính xác trong quá trình đo.

- Bước 3: Gạc cần gạc ngang chờ 1 khoảng thời gian ngắn cho cần gạc đứng về đúng vị trí

- Bước 4: Gạc cần gạc đứng, chờ kim lớn ngừng lại sau đó ghi lại kết quả đo.

Quá trình quan sát tế vi

) ) a) Kính hiển vi; b) Giấy nhám c) Axit d) Máy đánh bóng; e) Thước trắc vi

Hình 4.5 Các dụng cụ và thiết bị cần chuẩn bị

4.5.2 Phân loại và cắt mẫu

Để theo dõi tổ chức tế vi ở vị trí nung, nhiệm vụ nghiên cứu và thí nghiệm yêu cầu cắt ống thành những khoanh nhỏ với chiều dài 8mm bằng máy cưa, nhằm đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong quá trình quan sát.

Hình 4.6 Máy cưa dùng để cắt mẫu

Sau đó dùng máy cắt dây để cắt dọng theo bán ính mẫu, cắt ngay qua vị tri nung với chiều dài 5mm

Hình 4.7 Máy cắt dây và mẫu sau khi cắt

4.5.3 Phương pháp xử lý mẫu a) Mài

Mẫu sau khi cắt được mài thô trên giấy nhám được mài nhám từ thô đến mịn

Giấy nhám thường được phân loại dựa trên độ hạt, với các số đánh dấu từ nhỏ đến lớn, trong đó số càng lớn thì độ hạt càng mịn Các loại giấy nhám phổ biến bao gồm số 180, 240, 320, 400 Để bắt đầu quá trình mài, giấy nhám 180 thường được sử dụng đầu tiên Quá trình mài được thực hiện bằng cách đặt giấy nhám trên bề mặt phẳng hoặc tấm kính dày, sau đó áp sát mẫu vào giấy và đẩy mẫu theo một chiều nhất định, lặp lại liên tục động tác này để tạo ra bề mặt mẫu có các vết xước song song Tiếp theo, mẫu được xoay khoảng 90 độ và tiếp tục mài để khử các vết xước cũ và tạo ra vết mới, giúp loại bỏ các khuyết tật trên bề mặt mẫu.

Quá trình mài thô cần được lặp lại trên các loại giấy nhám mịn hơn như 240, 320, 400 để đạt được bề mặt mịn màng hơn Khi chuyển sang giấy nhám mịn hơn, cần phải lau sạch mẫu để loại bỏ các hạt mài thô còn bám lại, giúp quá trình đánh bóng đạt hiệu quả cao hơn.

Sau khi hoàn thành quá trình mài thô, mẫu vẫn còn tồn tại những vết xước mịn Để loại bỏ những vết xước này, cần thực hiện bước đánh bóng Quá trình đánh bóng được thực hiện trên một máy chuyên dụng có gắn miếng dạ lên trên, giúp tạo độ mịn và hoàn thiện bề mặt mẫu.

Hình 4.8 Đánh bóng mẫu trên máy MP-2B Grinder Polisher

Quá trình đánh bóng mẫu đòi hỏi sự cẩn thận và chính xác Để bắt đầu, dung dịch mài nhỏ cần được áp dụng lên miếng dạ hoặc nỉ, sau đó sử dụng hỗn hợp Crôm (III) oxit (Cr2O3) để đánh bóng bề mặt cho đến khi không còn xước Sau khi hoàn thành quá trình đánh bóng, mẫu cần được rửa sạch và sấy khô, đồng thời kiểm tra trên kính hiển vi để đảm bảo không còn xước, nếu còn thì phải đánh bóng lại.

Quá trình tẩm thực là một kỹ thuật quan trọng trong xử lý bề mặt kim loại, đòi hỏi bề mặt mẫu phải sạch sẽ, không có vết xước, rỉ sét và tạp chất Để thực hiện tẩm thực, người ta sử dụng dung dịch hóa học thích hợp, còn được gọi là dung dịch tẩm thực, giúp ăn mòn bề mặt kim loại một cách hiệu quả.

Sau tẩm thực ta sẽ thấy được bề mặt mẫu bị ăn mòn va lồi lõm ứng với các pha và tổ chức

Khi sử dụng bông tẩm xoay bông, cần đảm bảo thực hiện nhanh chóng và đều trên bề mặt mẫu trong vài giây để tránh gây ra các vết đen đậm do ăn mòn hóa học Sau đó, rửa sạch bề mặt mẫu bằng vòi nước nhanh chóng để ngăn chặn quá trình ăn mòn tiếp tục Cuối cùng, lau khô nhẹ nhàng trên bề mặt mẫu để chuẩn bị cho bước quan sát tiếp theo trên kính hiển vi.

Hình 4.9 Kính hiển vi OX.2653-PLM

- Bước 1: Cắm điện bật công tắc đèn

- Bước 2: Chọn vật kính, thị kính và điều chỉnh dãn cách mắt

- Bước 3: Đặt mẫu lên bàn mẫu, nơi ánh sáng chiếu vào

- Bước 4: Điều chỉnh núm thô và quan sát trong màn hình máy tính

Để quan sát tổ chức tế vi một cách rõ ràng, bước 5 yêu cầu điều chỉnh núm tinh Đầu tiên, bạn cần xác định giá trị thước đo ở độ phóng đại X50 để đảm bảo độ chính xác trong quá trình quan sát.

Để đo vật kính chính xác, ta sử dụng thước đo vật kính, một tấm kim loại được đánh bóng ở giữa với các vạch thước được chia làm 100 vạch, mỗi vạch tương ứng với 0,01mm Thước đo này đóng vai trò là thước đo chuẩn, giúp ta đo lường chính xác kích thước của vật kính Để thực hiện đo đạc, cần đặt thước đo vật kính lên bàn đo mẫu kính hiển vi và chỉnh sao cho có thể nhìn rõ toàn bộ các vạch chia trên thước đo.

Với camera model CMEX DC 5000-C, bạn có thể sử dụng phần mềm ImageFocus 4 do nhà phát triển cung cấp để quan sát và đo kích thước hạt một cách chính xác Để thực hiện, hãy chụp thước đo vật kính ở độ phóng đại nhất định, sau đó sử dụng chuột để nối các vạch chia và gán giá trị cho chúng Hệ thống phần mềm sẽ tự động lưu lại và cho phép bạn đo kích thước hạt dễ dàng chỉ bằng cách click chuột vào các đường biên giới của hạt.

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

Hình ảnh đo tế vi

Tôi là quá trình xử lý nhiệt kim loại hoặc hợp kim, bao gồm nung nóng đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt trong khoảng thời gian thích hợp và làm nguội với tốc độ không đổi để thay đổi cấu trúc và tạo ra các đặc tính cơ học và đặc tính khác theo ý muốn.

Ủ là phương pháp nhiệt luyện quan trọng giúp đạt được tổ chức gần với trạng thái cân bằng của vật liệu Quá trình ủ bao gồm nung nóng đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt trong một khoảng thời gian nhất định và làm nguội chậm Kết quả của quá trình ủ là vật liệu có độ cứng và độ bền thấp nhất, đồng thời có độ dẻo cao nhất.

Quá trình thường hóa là một phương pháp nhiệt luyện quan trọng, trong đó vật liệu được nung nóng đến nhiệt độ cần thiết để tạo ra tổ chức hoàn toàn austenit, sau đó giữ nhiệt trong một khoảng thời gian nhất định và cuối cùng làm nguội từ từ ở ngoài không khí để đạt được tổ chức gần với trạng thái cân bằng.

Quá trình xử lý nhiệt là một phương pháp nhiệt luyện quan trọng, trong đó vật liệu được nung nóng đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn, tạo ra tổ chức austenite Sau đó, quá trình giữ nhiệt và làm nguội nhanh chóng giúp tạo ra tổ chức không cân bằng có độ cứng cao nhất, mang lại những tính chất cơ học vượt trội cho vật liệu.

Quá trình ram là phương pháp nhiệt luyện thép, trong đó thép đã qua xử lý nhiệt được nung nóng đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn, sau đó giữ nhiệt và làm nguội để điều chỉnh các chỉ tiêu cơ tính như độ bền, độ cứng, nhằm đáp ứng yêu cầu làm việc cụ thể.

Hóa nhiệt luyện là một phương pháp gia công tiên tiến, cho phép bão hòa bề mặt chi tiết với các nguyên tố đã chọn ở nhiệt độ xác định Quá trình này làm biến đổi thành phần hóa học, tổ chức và cơ tính của bề mặt, từ đó tạo ra những tính chất đặc biệt như độ cứng cao, khả năng chống mài mòn và chịu nhiệt tốt.

Cơ nhiệt luyện là phương pháp kết hợp độc đáo, tích hợp quá trình hóa bền bề mặt vật liệu và biến dạng dẻo trong một nguyên công duy nhất Nhờ đó, phương pháp này mang lại hiệu quả hóa bền vượt trội so với nhiệt luyện thông thường, giúp tăng cường đáng kể độ bền của vật liệu.

Xử lý nhiệt là một quá trình nhiệt luyện quan trọng, trong đó hợp kim được nung nóng đến một nhiệt độ cụ thể để tạo ra tổ chức Austenit Quá trình này đòi hỏi phải giữ nhiệt trong thời gian nhất định, sau đó làm nguội nhanh chóng để chuyển đổi Austenit thành mactenxit hoặc một tổ chức không ổn định khác, từ đó mang lại độ cứng cao hơn cho vật liệu.

Xử lý nhiệt là một phương pháp nhiệt luyện quan trọng, bao gồm các bước nung nóng chi tiết hoặc thép đến trạng thái , giữ nhiệt trong khoảng thời gian  và làm nguội nhanh chóng với tốc độ nguội lớn hơn tốc độ nguội tới hạn.

Tốc độ nguội tới hạn là tốc độ nguội nhỏ nhất mà chi tiết có thể chuyển biến hoàn toàn thành martensite, tại đó tổ chức tế vi của martensite được hình thành Đây là tốc độ quan trọng trong quá trình nhiệt luyện, quyết định đến cấu trúc và tính chất của vật liệu.

Xử lý nhiệt xuyên tâm là một phương pháp nhiệt luyện thép dựa trên thành phần cacbon của thép Quá trình này bao gồm việc nung thép ở nhiệt độ ổn định được chọn dựa trên giản đồ thành phần cacbon, sau đó giữ thép ở nhiệt độ đó và làm nguội nhanh trong các môi trường khác nhau Kết quả là sản phẩm thép có độ cứng đồng đều cả bên trong lẫn bên ngoài.

Xử lý nhiệt mặt ngoài là phương pháp nung nóng và làm nguội nhanh lớp bề mặt bên ngoài của chi tiết, giúp tạo ra bề mặt chi tiết có độ cứng cao Đồng thời, phương pháp này vẫn giữ nguyên tính chất mềm, dẻo của phần lõi sản phẩm, không gây ra sự thay đổi đáng kể.

Nhiệt độ xử lý nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định cơ tính của thép sau quá trình xử lý Khi xử lý nhiệt thép cacbon, việc lựa chọn nhiệt độ phù hợp dựa trên giản đồ trạng thái Fe-C và hàm lượng cacbon là rất quan trọng Nếu nhiệt độ xử lý nhiệt không đủ, thép sẽ không đạt được độ cứng mong muốn, trong khi nhiệt độ quá cao sẽ khiến thép trở nên giòn và dễ gãy.

Xử lý nhiệt hoàn toàn là phương pháp nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn austenite, nghĩa là chọn nhiệt độ xử lý nhiệt cao hơn AC3.

Tốc độ xử lý nhiệt tới hạn của thép càng nhỏ thì càng dễ xử lý nhiệt, do quá trình làm nguội diễn ra chậm giúp tạo thành martensite, từ đó đạt được độ cứng cao, biến dạng ít và giảm thiểu nguy cơ nứt.

Tiêu đề	Chế Tạo Mô Hình Xử Lý Nhiệt Bề Mặt Trục Bằng Hồ Quang
Tác giả	Đặng Trần Phương Nam, Đặng Quốc Nghĩa, Nguyễn Thanh Duy Phương
Người hướng dẫn	KS. Hoàng Văn Hướng
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	99
Dung lượng	12,73 MB