Các dạng tơng tác giữa các lớp trong vật liệu Bimetal Theo đặc điểm liên kết giữa các lớp của Bimetal có thể phân thành ba dạng cơ bản sau: 1- Khơng hồ tan lẫn nhau và khơng tạo thành h
Trần Thế quang Bộ giáo dục đào tạo Trờng đh bách khoa hà nội *** - Luận văn thạc sĩ khoa học Ngành: công nghệ khí Công nghệ khí Nghiên cứu công nghệ cán phôi Bimetal thép CD70 thép C45 làm dụng cụ cắt Trần Thế Quang 2004 – 2006 Hµ Néi 2006 Hµ Néi – 2006 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131409571000000 Mục Lục Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình Mở đầu Chơng - Tổng quan trình nghiên cứu chế tạo bimetal làm dụng cụ cắt 1.1 Vật liệu Bimetal 1.1.1 Đặc điểm chung vật liệu Bimetal 1.1.2 Phân loại vật liệu Bimetal 1.1.3 Các dạng tơng tác lớp vật liệu Bimetal 1.1.4 Các kiểu liên kết lớp vật liệu Bimetal 1.2 Vật liệu Bimetal dụng cụ cắt gọt 1.2.1 Yêu cầu kỹ tht vỊ vËt liƯu Bimetal dơng c¾t gät 1.2.2 Các tính chất vật liệu Bimetal dụng cụ cắt gọt 1.2.3 Đặc điểm yêu cầu kỹ thuật số loại vật liệu Bimetal dụng cụ cắt gọt 1.3 Các phơng pháp chế tạo Bimetal làm dụng cụ cắt 1.3.1 Phơng pháp chế tạo liên kết thể lỏng 1.3.2 Tạo liên kết thể rắn 1.3.3 Các kết đạt đợc sản xuất Bimetal phơng pháp cán 1.4 Công nghệ sản xuất băng Bimetal phôi dụng cụ cắt 1.4.1 Quy trình chung 1.4.2 Đề xuất quy trình công nghệ 1.5 Kết luận chơng 9 10 11 13 13 15 Ch¬ng - Phơng pháp nghiên cứu 48 18 24 24 27 31 43 43 44 46 2.1 Đánh giá chất lợng sản phẩm băng Bimetal 48 2.1.1 Phơng pháp xác định biến dạng lớp kim loại kép 48 2.1.2 Phơng pháp xác định độ bền độ bền liên kết theo toàn bề mặt tiếp xúc Bimetal C45 CD70 49 2.1.3 Phơng pháp nghiên cứu cÊu tróc tÕ vi 52 2.1.4 Nghiªn cøu cÊu tróc tế vi lớp thép CD70 chịu mài mòn vùng lân cận biên giới hai lớp kim loại băng Bimetal 54 2.2 Thiết bị phơng pháp tiến hành thÝ nghiƯm 55 2.2.1 ThiÕt bÞ thÝ nghiƯm 55 2.2.2 Nội dung nghiên cứu phơng pháp thí nghiệm 57 2.3 KÕt luËn ch¬ng 58 Ch¬ng - Xây dựng mô hình mô chất lợng Bimetal dụng cụ cắt 3.1 Nghiên cứu ảnh hởng thông số công nghệ đến chất lợng băng Bimetal 3.1.1 ảnh hởng tổng lợng biến dạng đến ®é bỊn liªn kiÕt Bimetal thÐp C45 – CD70 3.1.2 ảnh hởng nhiệt độ ủ đến độ liên kiết Bimetal thÐp C45–CD70 3.1.3 ¶nh hëng cđa thêi gain đ đến độ liên kiết Bimetal thépC45CD70 3.2 Mô hình nghiên cứu 3.2.1 Chọn mô hình xây dựng ma trận thực nghiệm 3.2.2 Phơng trình toán học kiểm tra tính thống kê 3.3 Kết luận chơng 58 59 60 62 62 63 65 73 78 Ch¬ng - ThÝ nghiệm tối u hoá miền thông số công nghệ 79 4.1 Thí nghiệm tối u hoá miền thông số công nghệ 80 4.2 Kiểm tra chất lợng mẫu thu đợc 80 4.2.1 Độ bền liên kiết hai lớp kim loại 80 4.2.2 Độ cứng lớp 81 4.2.3 ¶nh chơp cÊu tróc tÕ vi mét sè mÉu ®iĨn hình 82 4.3 Kết thí nghiệm xây dựng đồ thị phụ thuộc độ bền liên kiết hai lớp kim loại thông số công nghệ: tổng lợng biến dạng , nhiệt độ ủ T thêi gian đ t 85 4.3.1 KÕt qu¶ thÝ nghiƯm 85 4.3.2 Xây dựng đồ thị biểu diễn phụ thuộc chất lợnếnản phẩm Bimetal thép C45-CD70 vào thông số công nghệ 86 4.4 Kết luận chơng 91 Chơng - Kết luận kiến nghị Tài liệu tham kh¶o Phơ lơc 92 95 100 Danh mơc bảng Bảng 1.1 Thành phần hoá học thép C45 Bảng 1.2 Thành phần hoá học thép CD70 Bảng 1.3 Tính chất lý phạm vi sử dụng số mác thép Cácbon dụng cụ Bảng 1.4 Chiều dày lớp vật liệu Bimetal Bảng 1.5 Kết độ bền liên kết kim loại khác Bảng 1.6 Kết gia công nhiệt độ lợng biến dạng khác thép hợp kim thép Cacbon thấp (CT2) Bảng 2.1 Các thiết bị sử dụng trình làm thí nghiệm Bảng 3.1 Bảng khảo sát yếu tố ¶nh hëng B¶ng 3.2 B¶ng chuyÓn biÕn tõ Zj sang x j R R R R B¶ng 3.3 B¶ng ma trận cấu trúc F quy hoạch thực nghiệm Bảng 3.4 Kết đo giá trị ba mẫu tâm Bảng 3.5 Bảng kết tính toán thông số Bảng 4.1 Bảng kết đo độ bền liên kết mẫu thí nghiệm Danh mục hình Hình 1.1 Sơ đồ dạng liên kết Hình 1.2 Một số vật liệu Bimetal có vị trí lớp dán khác Hình 1.3 Một số dụng cụ cắt gỗ, giấy da Hình 1.4 Kết cấu phôi Bimetal để cán bó Hình 1.5 Phôi Bimetal làm dụng cụ cắt Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý phơng pháp đúc tổ hợp Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý phơng pháp mạ nhúng Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý phơng pháp hàn đắp plasma sản phẩm hàn đắp Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý phơng pháp hàn chảy Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý phơng pháp phun phủ súng phun lửa Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý phơng pháp bốc vật lí Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý phơng pháp bốc hoá học Hình 1.13 Sơ đồ cán dính Hình 1.14 Cấu tạo phôi hộp cán nóng Hình 1.15 Sơ đồ hàn ép Hình 1.16 Sơ đồ phơng pháp nổ dính Hình 2.1 Sơ đồ đo độ dày kim loại Bimetal thép C45 CD70 Hình 2.2 Mẫu thử độ bền liên kết Bimetal Hình 2.3 Xác định độ bền liên kết Bimetal phơng pháp thử tĩnh Hình 2.4 Đồ thị biĨu diƠn ®é cøng tÕ vi cđa Bimetal thÐp – Titan nhiệt độ 9600C P P Hình 2.5 Máy cán hai trục Hình 2.6 Lò ủ điện trở vùng nhiệt độ Hình 2.7 Máy đo độ bền liên kết 100 Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hởng tổng lợng biến dạng đến độ bền liên kết băng Bimetal thép - thép, thép - thép hợp kim Hình 3.2 Mô hình nghiên cứu Hình 3.3 Mô hình quy hoạch thực nghiệm Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn độ cứng tế vi Bimetal thép C45 – CD70 ë nhiƯt ®é đ T = 6700C, ε = 55%, t = 240 P P H×nh4.2 Đồ thị biểu diễn độ cứng tế vi Bimetal thÐp C45 – CD70 ë nhiƯt ®é đ T = 7200 C, ε = 73%, t = 240 P P Hình 4.3 ảnh tổ chức tế vi mẫu (9) độ phóng đại 100 lần Hình 4.4 ảnh tổ chức tế vi mẫu (9) độ phóng đại 200 lần Hình 4.5 ảnh tổ chức tế vi mẫu (12) độ phóng đại 100 lần Hình 4.6 ảnh tổ chức tế vi mẫu (12) độ phóng đại 200 lần Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn ảnh hởng thời gian ủ nhiệt độ ủ đến độ bền liên kiết Bimetal ( = 40 %) Hình 4.8.Đồ thị biểu diễn ảnh hởng thời gian ủ nhiệt độ ủ đến độ bền liên kiết Bimetal ( = 52 %) Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn ảnh hởng thời gian ủ nhiệt độ ủ đến độ bền liên kiết Bimetal ( = 70 %) Hình 4.10 Đồ thị biểu diễn ảnh hởng lợng biến dạng thời gian ủ đến độ bền liên kiết Bimetal (T = 6800C) P P Hình 4.11 Đồ thị biểu diễn ảnh hởng lợng biến dạng thời gian ủ ®Õn ®é bỊn liªn kiÕt cđa Bimetal (T = 7200C) P P Hình 4.12 Đồ thị biểu diễn ảnh hởng lợng biến dạng thời gian ủ đến ®é bỊn liªn kiÕt cđa Bimetal (T = 7700C) P P Hình 4.13 Đồ thị biểu diễn ảnh hởng lợng biến dạng nhiệt độ ủ đến độ bền liên kiết Bimetal (t = 180 phút Hình 4.14 Đồ thị biểu diễn ảnh hởng lợng biến dạng nhiệt độ ủ đến độ bền liên kiết Bimetal (t = 240 phút) Hình 4.15 Đồ thị biểu diễn ảnh hởng lợng biến dạng nhiệt độ ủ đến độ bền liên kiết Bimetal (t = 300 phút) Mở đầu nớc ta, công nghiệp ngày phát triển mạnh mẽ, thiết bị đòi hỏi phải có kết cấu gọn nhẹ, độ bền cao, vật liệu chế tạo chi tiết cần phải có tính tơng ứng Dụng cụ cắt chi tiết quan trọng đợc sử dụng nhiều thiết bị chế tạo chi tiết, sản phẩm gia công cắt gọt Yêu cầu kỹ thuật dụng cụ cắt kết cấu gọn nhẹ, tiết kiệm đợc vật liệu quý hiếm, khả chống mài mòn cao, hệ số ma sát thấp, khả tự mài sắc cao, chịu nhiệt, chịu tải trọng va đập lớn độ dẻo dai cao Các tính định tiêu hao lợng tuổi thọ dụng cụ cắt Chính dụng cụ cắt Bimetal đà đợc thay dụng cụ cắt đơn kim loại Để chế tạo vật liệu Bimetal phôi dụng cụ cắt sử dụng phơng pháp truyền thống nh đúc, phơng pháp nh hàn nổ, phun phủ, ép bột, cán dính,Việc lựa chọn phơng pháp chế tạo vật liệu Bimetal phụ thuộc vào nhiều yếu tố có điều kiện thực tế Công nghệ chế tạo băng Bimetal dụng cụ cắt phơng pháp cán nóng thép dụng cụ thép kết cấu không yêu cầu đầu t thiết bị phức tạp, đắt tiền Thiết bị tự tạo nớc, có khả tự động hoá cao dây chuyền công nghệ, tạo băng Bimetal đa dạng chủng loại, kích thớc hình học với chất lợng tốt, thích hợp cho việc chế tạo dụng cụ cắt cao cấp, làm việc chế độ tải trọng vận tốc cắt lớn, có độ bền cao, độ chống mài mòn cao, ma sát nhỏ, độ dẻo dai cao khả chịu nhiệt lớn Nhằm mục đích nâng cao hiệu sản xuất chất lợng sản phẩm, đợc giao đề tài Nghiên cứu công nghệ cán phôi Bimetal thép CD70 thép C45 làm dụng cụ cắt Luận văn trình bày số kết nghiên cứu ảnh hởng thông số công nghệ cán đến chất lợng băng Bimetal phôi dụng cụ cắt gọt, tối u hoá thông số công nghệ để băng Bimetal đạt chất lợng cao phụ vụ công nghiệp chế biến gỗ, giấy da đồng thời làm sở nghiên cứu, chế tạo dụng cụ cắt chất lợng cao cho máy công cụ phụ vụ gia công khí vật liệu kim loại Luận văn đợc trình bày thành chơng: Chơng 1: Tổng quan vật liệu Bimetal phơng pháp chế tạo; Chơng 2: Các phơng pháp nghiên cứu; Chơng 3: Xây dựng mô hình mô chất lợng phôi Bimetal làm dụng cụ cắt; Chơng 4: Thí nghiệm tối u hoá thông số công nghệ; Chơng 5: Kết luận kiến nghị Tác giả mong muốn có đợc góp ý thày, cô bạn đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 28 tháng 09 năm 2006 Tác giả Trần Thế Quang Chơng Tổng quan trình nghiên cứu chế tạo bimetal làm dụng cụ cắt Sự phát triển nhanh chóng ngành công nghiệp ngành mũi nhọn nh Hàng không, Vũ trụ mà ngành công nghiệp truyền thống nh điện tử, nhiệt lạnh, chế tạo máy, xây dựng, hoá học, công nghiệp giấy, gỗ, da, đòi hỏi phải có vật liệu có tính chất u việt vật liệu thông thờng Kim loại hợp kim tuý có tính chất lý xác định Khó có kim loại hợp kim lúc có đợc tất tính chất lý tốt, ngày tồn số lợng lớn kim loại hợp kim, song lúc vật liệu đáp ứng đợc yêu cầu đặt Nh quy luật tất yếu, vật liệu tổ hợp nhiều lớp, có vật liệu kim loại kép (Bimetal) đà đời Kết hợp tính chất vật liệu khác vào vật liệu tạo tính chất hoàn toàn có khả thoả mÃn nhu cầu, đa dạng phong phú công nghiệp phát triển nh tơng lai Với tính đặc biệt nh khả chịu mài mòn, khả chống ăn mòn, khả chịu nhiệt, chịu ma sát số tính khác mà vật liệu truyền thống Sự xuất phát triển mạnh mẽ vật liệu nhằm giảm thiểu kích thớc, trọng lợng linh kiện thiết bị hay thay kim loại quí đắt tiền Vì vậy, vật liệu Bimetal ngày thu hút đợc quan tâm nhà nghiên cứu, nhà sản xuất đợc ứng dụng rộng rÃi nhiỊu ngµnh kinh tÕ 1.1 VËt liƯu Bimetal 1.1.1 Đặc điểm chung vật liệu Bimetal Bimetal vật liệu không đồng nhất, đợc tạo nên hai hay nhiều thành phần kim loại liên kết bền với nhau, thành phần trội thể tích kim loại hợp kim Bimetal vật liệu nhiều pha, pha tạo nên Bimetal thờng khác chất, không hoà tan lẫn phân cách ranh giới pha Pha liên tục toàn khối vật liệu trội so với pha khác thể tích đợc gọi pha nền, pha phân bố gián đoạn toàn khối vật liệu so với pha khác thể tích đợc gọi pha dán, phủ pha cốt Trong Bimetal tỷ lệ, hình dáng, kích thớc nh phân bố cốt tuân theo thiết kế có định hớng trớc Tính chất pha thành phần đợc kết hợp lại để tạo nên tính chất chung cđa vËt liƯu míi t¹o Tuy vËy, tÝnh chÊt vật liệu tạo không bao hàm tất tính chất pha thành phần chúng đứng riêng rẽ mà lựa chọn tính chất cần thiết phát huy tính chất 1.1.2 Phân loại vật liệu Bimetal Theo lĩnh vực ứng dụng Bimetal kim loại chia thành năm nhóm sau: a Bimetal chống gỉ: Là loại Bimetal có thép Cácbon thép hợp kim thấp, lớp phủ kim loại chống gỉ: Đồng, Niken, Nhôm, Titan, hợp kim nhôm, hợp kim Titan số hợp kim khác Độ dày lớp phủ chiếm khoảng ÷ 25% chiỊu dµy tỉng céng b Bimetal chèng ma sát: Là loại Bimetal có lớp thép lớp dán hợp kim chống ma sát sở nhôm sở đồng Loại thờng đợc dùng để chế tạo dạng bạc lót trục, độ dày lớp dán chiếm khoảng 25ữ45% chiều dày tổng c Bimetal tự mài sắc: