Như chúng ta đã biết vật liệu học là môn khoa học được ứng dụng về quan hệ giữa cácthành phần, cấu tạo và tính chất của vật liệu, nhằm giải quyết những vấn đề kỹ thuật quantrọng trong ng
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT TÀU THỦY
TIỂU LUẬN MÔN HỌC
Lớp : 51CKCT
NHA TRANG, Ngày 26 Tháng 12 Năm 2010
Trang 2
MỤC LỤC
1 Nội dung thực hiện………
- Tên sản phẩm
- Khả năng thích nghi và khả năng thay thế
2 Kí hiệu của vật liệu (mác thép) theo tiêu chuẩn việt nam và các tiêu chuẩn của các nước khác…
3 Cấu trúc tổ chức tế vi của thép gió……
4 Thành phần hóa học…
5 Hóa bền và nhiệt luyện…
- Cho vật liệu chính
- Cho dụng cụ gia công
6 Quy trình sản xuất thép gió…
7 Cấu tạo và các thông số của mũi khoan…
8 Các phương pháp tạo ra mũi khoan trong thực tế …
9 Phương pháp kiểm tra đánh giá sản phẩm(vật liệu :thép gió)
10 Chống ăn mòn và bảo vệ vật liệu…
- Phương pháp thông thường(dùng đá mài)
- Phương pháp dùng khí nén
- Phương pháp kiểm tra tự động
11 Bảo quản thép
12 Các biện pháp bảo vệ vật liệu thép gió …
13 Giải quyết rác thải sau khi sử dụng …
14 Đề xuất
Trang 3LỜI NÓI ĐẦU
Trong thực tế cuộc sống hiện nay, việc sản xuất ra của cải vật chất được thay thế bởi máymóc là xu hướng tất yếu của xã hội nhằm giải phóng sức lao động của con người
Một hệ thống sản xuất tự động giúp sản phẩm có chất lượng cao ,sản phẩm đồng đều, chophép thay đổi kiểu dáng sản xuất 1 cách linh hoạt phù hợp với nhu cầu của con người là điềutất yếu của cuộc sống, nhưng vẫn đảm bảo về mặt kinh tế và thời gian chuyển đổi mẫu mã linhhoạt ….là một điều cấp thiết đối với nền sản xuất công nghiệp hiện đại
Như chúng ta đã biết vật liệu học là môn khoa học được ứng dụng về quan hệ giữa cácthành phần, cấu tạo và tính chất của vật liệu, nhằm giải quyết những vấn đề kỹ thuật quantrọng trong ngành kỹ thuật (cơ khí,đóng tàu…), liên quan đến việc tiết kiệm vật liệu, giảmkhối lượng thiết bị máy móc và dụng cụ, nâng cao độ chính xác, độ tin cậy và khả năng làmviệc của máy Để hiểu rõ hơn những đặc điểm trên thì chúng ta sẽ đi vào một mẫu cụ thể đượclàm từ thép gió là “MŨI KHOAN”
Với mục đích làm quen và tiếp cận với các thiết bị sản xuất tiên tiến, con người đã biếtdùng mũi khoan để khoan lỗ trên những vật thể cứng như:sắt ,thép, đá, bê tông,…nhằm có thểbiết được độ bền, độ cứng bên trong của vật thể
Mũi khoan có rất nhiều công dụng trong cuộc sống, nó giúp cho con người biết ở đâu cónước, ở đâu có nước sạch, giúp con người khoan lỗ nhưng vật thể cứng mà bằng dụng cụ thô
sơ (bằng tay)không thể làm được vậy có thể nói mũi khoan là thiết bị máy móc rất có ích vớicon người trong cuộc sống hiện đại ngay nay
Trong thực tế có rất nhiều loại mũi khoan và mỗi loại mũi khoan được làm từ những vậtliệu khác nhau như:thép (thép gió, thép dụng cụ ), đá…, và được sử dụng đối với những vậtthể khác nhau có độ cứng, độ bền khác nhau cho nên trong cuộc sống chúng ta phải biết lựachọn những mũi khoan thích hợp để dùng vào nhưng vật thể thích hợp
*MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ MŨI KHOAN TỪ THÉP GIÓ
Trang 41.Nội dung thực hiện
+ Tên sản phẩm : “mũi khoan” là một thiết bị được dùng rất phổ biến trong cuộc sống củachúng ta hiện nay.Và hiện nay có rất nhiều loại mũi khoan được làm từ nhiều loại vật liệu
Trang 5khác nhau nhưng em thấy loại mũi khoan được làm từ thép gió là thông dụng nhất (vì nó cứng,bền …)
Thép gió là một loại thép dụng cụ có đặc tính đặc biệt: có thể tôi (nhiệt luyện) trong gió Ở đa
số các quốc gia khác thép gió được gọi là "thép cắt nhanh" (thí dụ, tiếng Anh: high speed steel).
+Khả năng thích nghi và khả năng thay thế :
Để nâng cao chất lượng, mở rộng phạm vi sử dụng thay thế được thép gió cổ điển phải nghiên cứu từ cơ sở khoa học của cơ chế hóa bền Vấn đề rất phức tạp, mức độ phức tạp không chỉ liên quan đến tương tác giữa các nguyên tố thành phần mà còn phụ thuộc vào các điều kiện cụ thể hình thành và biến đổi cấu trúc thép gió đúc Lấy nguyên tố Al làm ví dụ: Nếu đặc trưng ảnh hưởng của Al và Co lên nhiệt độ chuyển biến pha khi nung nóng, lên độ cứng thứ cấp và độ cứng nóng của thép gió là như nhau thì khác với Co, Al còn có khả năng liên kết từng phần trong thép thành nitrit nhỏ mịn bổ sung độ bền và độ giai va đập Những kết quả nghiên cứu năm 1986 của L X Kremnhep hóa bền thép gió 11Mo5V bằng Al (tới 1%)tạo được mác thép gió 11Mo5VAl có các tính chất công nghệ không thua kém, thậm chí cao hơn thép gió W6Mo5Cr4V4(P6M5) (xem bảng1)
Cũng cần phải nhấn mạnh rằng, hiện nay có một xu hướng mang tính bảo thủ là cố gắng tìm kiếm các giải pháp loại trừ những nhược điểm do tính không ổn định của thép gió cổ điển, song không thể mong chờ tăng nhiều tính chất công nghệ Mặc dù vậy, chúng ta vẫn nên chú ýđến khả năng này Thép gió cổ điển vẫn còn giá trị công nghiệp trong sản xuất hiện tại và tương lai vì việc đầu tư thiết bị sản xuất quá tốn kém chưa thể bỏ đi ngay được
Trong thực tế chúng ta đã biết mũi khoan là loại vật liệu rất thông dụng trong cuộc
sống ,được tạo ra nhằm mục đích nâng cao chất lượng ,thời gian của công việc
Mũi khoan được sử dụng để tạo ra nhiều vật thể trong cuộc sống như:cái bàn ,ghế, nhà cửa và các công trình lớn, các mỏ dầu(rất cần thiết đến mũi khoan )…
Ví dụ :mũi khoan dùng để khoan gỗ,bê tông,đá,sắt.và các vật liệu bằng kim loại…
Trang 6
*Video về mũi khoan thép gió:
2.*Kí hiệu của vật liệu (mác thép )theo tiêu chuẩnviệt nam và các tiêu chuẩn của các nước khác
-TCVN:CD70,CD80Mn,CD90,CD100,CD110,CD120và CD130
T-Thép gió họ volfram
Video - mui khoan thép gió.flv
Trang 7-T1
Dao tiện, phay, bào, mũi khoan,…
-T6
1 Bảng sau giới thiệu một số mác thép gió và thành phần:
Thép gió được chia làm 2 nhóm:
- Nhóm thép có năng suất thường gồm các thép vonfram (P18,P12,P9,P9Co5) và thépVonfram-môlipđen (P6M3,P6M5) có khả năng duy trì độ cứng không thấp hơn 58HRC nhiệt
độ làm việc đến 620°C Cùng với độ chịu nóng như nhau các mác thép này khác nhau chủ yếu
ở cơ tính và tính công nghệ
- Nhóm thép có năng suất cao là các thép chứa côban và một lượng vanadi khá cao: P6M5K5,P9M4K8, P9K5, P9K10, P10K5Փ5, P18K5Փ2 Chúng hơn hẳn các nhóm thép trước về độcứng nóng ( khoảng 64-65HRC, nhiệt độ 640-650°C) và dộ chống mài mòn, nhưng lại thua về
dộ bền và độ dẻo Các thép có năng suất cao được dung để gia công các thép có độ bền cao,thép chống ăn mòn và thép bền nóng có tổ chức austenite và các vật liệu khó gia công khác
Dùng thép Cr-Ni (hay Cr-Mn) có thêm Mo hay W và %C =0,5%.Các mác50CrNiMo ,50CrNiW , 50CrNiSiW, 50CrMnMo trong đó 50CrNiMo là mác:
60Si2: lò xo trong toa xe ,nhíp ôtô ,trục mềm
50CrMn được dùng làm nhíp ôtô với tính công nghệ tốt hơn
60Si2CrVA và 60Si2Ni2A , σb= 1000 ÷ 1200Mpa,e =1500Mpa làm nhíp, lò xo lớn, chịu tải trọng nặng, riêng loạichịu va đập mạnh nên dùng 60Si2Ni2A
SAE/AISI: 1065, 1566, 9260, 50B60, 5160 và 51B60, 8655
JIS :SUP3(thép cacbon ),SUP6 và SUP7(thép silisc),SUP9và Mn),SUP10,SUP11A,SUP12 và SUP13(thép khác)
Trang 8SUP9A(thépCr-Thép gió đặc biệt là các mác thép thuộc nhóm thứ 2 có giá thành cao Để giảm giá thànhngười ta tìm cách hạn chề kim loại quý như W, mác thép P6M5 đang được sử dụng rộng rãinhất Hiên nay đang có rất nhiều các công trình nghiên cứu thép gió không sử dụng W.
W18Cr4V 0.70 ~0.80 0.20 ~0.40 0.10 ~0.40 0.03£ 0.03£ 3.80 ~4.40 0.30< 1.00 ~1.40 17.50 ~19.00Mác thép
Độ cứng(HBS) £ Nhiệt luyện và độ cứng sau tôi, ram
Ủ Phươngphápkhác
Nhiệt độ nungtrước/oC
Nhiệt độ tôi /oC
Làmnguội
Ram /oC
Độcứng ³
Lòmuối giếngLòW18Cr4V255 269 820 ~ 870 1270 ~1285 1270 ~1285 Dầu 550 ~570 63
Trang 103.* Cấu trúc tổ chức tế vi của thép gió
Sau ủ và thường hóa :sau ủ :Lê,sau thường hóa :M Thép chứa nhiều cacbit(15÷25%),sau khiđúc cacbit chủ yếu ở dạng cùng tinh Lê hình xương cá nên rất giòn và phải làm nhỏ chúngbằng biến dạng nóng (cán,rèn)
Trang 11+Tổ chức tế vi của thép của thép ở hình trên :gồm M giàu W,(γ) dư (30%) và cacbit dư
(15÷20%) với độ cứng HRC chỉ khoảng 62 Cacbit dư có ảnh hưởng tốt đến tính chống mài
mòn song lượng lớn (γ) dư làm giảm độ cứng của thép tôi vài đơn vị HRC (γ) dư nhiều vì tôi
ở nhiệt độ cao ,(γ) hòa tan nhiều nguyên tố hợp kim làm hạ thấp điểm MK Do (γ) quá nguội
có tính ổn định rất cao nên có thể tôi cho thép gió :
-Tôi trong dầu (>60°C): áp dụng cho các dao có hình dạng đơn giản
-Tôi phân cấp trong muối nóng chảy (400÷600°C):với thời gian giữ nhiệt 3-5min, ápdụng cho các dao nhỏ, hình dạng phức tạp, yêu cầu độ cong vênh rất nhỏ như mũi khoan -Tôi trong không khí (tự tôi):tuy vẫn đạt độ cứng cao đối với dao mỏng, song có thể cho
độ cứng không đều (độ cứng thấp hơn ở chỗ dày),dễ bị ooxxi hóa, thoát cacbon bề mặt, tiết
cacbit khỏi (γ)làm giảm tính cứng nóng, nên rất ít dùng
-Tôi đẳng nhiệt ra ra bainit (giữ ở 240÷280°C):cho biến dạng nhỏ nhất song độ cưng HRCkhông quá 6 ,năng suất thấp, ít dùng
Cacbon: 0,7-1,5%: đảm bảo đủ hoà tan vào mactenxit tạothành cacbit với các nguyên tố tạo thành cacbit mạnh là Volfram, Mô lip đen và đặc biệt
là Vanađi
Crom: Khoảng 4% (từ 3,8÷4,4%) có tác dụng làm tăng mạnh
độ thấm tôi Nhờ tổng lượng Cr+W+Mo cao (>15%) nên thép gió có khả năng tự tôi (đây
là lý do khiến người ta đặt tên là thép gió), tôi thâu với tiết diện bất kỳ và có thể áp dụngtôi phân cấp
Vanađi: Nguyên tố tạo thành các bít rất mạnh Mọi thép gióđều có ít nhất 1%V, khi cao hơn 2% tính chống mài mòn tăng lên, tuy nhiên không lêndùng quá 5% vì làm giảm tính mài
Coban: Không tạo thành các bít, nó chỉ hoàn tan vào sắt ởdạng dung dịch rắn, với hàm lượng không vượt quá 5% tính cứng nóng của thép gió tănglên rõ rệt
+Cho vật liệu chính:
Nếu tính chất cơ bản của thép gió được xác định là tính cắt gọt của dụng cụ thì tính chất côngnghệ (tính mài, độ ổn định chống quá nung, thoát các bon và ôxy hóa, tính dẻo công nghệ ởtrạng thái nóng và trạng thái nguội…) ảnh hưởng không chỉ đến hiệu quả sản xuất côngnghiệp mà còn ảnh hưởng đến độ ổn định, tức độ tin cậy của dụng cụ.Nhiệt luyện thép gióthường là tôi+ram để quyết định độ cứng, tính chống mài mòn và đặc biệt là tính cứng nóngtheo yêu cầu
Trang 12Thông thường sau khi nấu luyện thép gió được ủ đồng đều (tổ chức lêđêburit) Sau đó đượcrèn (đây là nguyên công rất quan trọng) Khi rèn không đủ sẽ xuất hiện thiên tích cacbit làmgiảm độ bền, tăng tính giòn của dụng cụ.Sau khi rèn thép được ử đẳng nhiệt để giảm độ cứng, tăng tính giacông.Thép gió chỉ có tính năng sử dụng cao sau khi nhiệt luyện theo quy trình như sau:
1 Nung phân cấp lần lượt ở 4500C và 8500C ( thời gian giử nhiệt phụ thuộc vào chitiêt, thong thường khoang 1,5 phút/mm chiều dầy) Chú ý môi trường chống ôxi hóa vàthoát cacbon( có thể dung bể muối, khí bào vệ hay chân không)
2 Nung tôi ở nhiệt độ 1260-1280°C thời gian giữ nhiệt khoảng 1 phút /mm chiều dầy
Ở nhiệt độ này austenite đã bão hòa với Crôm hòa tan toàn bộ, 8%W, 1%V, 0,5%C
0,4-3 Sau đó các dụng cụ được làm nguội trong không khí, các dụng cụ lớn được làmnguội trong dầu Các dụng cụ có hình dạng phức tạp được tôi phân cấp ở 500-5500C đểgiảm biến dạng
Sau khi tôi thép chưa đạt độ cứng cực đại vì trong tổ chức ngoài mactenxit và cacbit sơ cấp ,còn chưa 30-40% austenite dư mà sự có mặt của nó làm giảm nhiệt độ chuyển biến kết thúc
Mk thấp hơn 00C Austenite dư chỉ chuyển thành mactenxit khi ram hay gia công lạnh Nhiệt
độ ram được tiến hành khong khoảng 550-570°C Trong quá trình ram cacbit M6C phân tánđược tiết ra khỏi mactenxit và austenite dư Austenite nghèo cacbon và nguyên tố hợp kim trởnên kém ổn định hơn và khi làm nguội xuống thấp hơn điểm Mđ thì chuyển biến thànhmactenxit Ram một lần chưa đủ để chuyển biến hoàn toàn austenit dư Người ta áp dụng ram
3 lần, mỗi lần 1 giờ và nguội trong không khí Sau khi ram, lượng austenit giảm xuống chỉ còn3-5% Việc áp dụng gia công lạnh khi tôi rút ngắn quy trình nhiệt luyện
+Cho dụng cụ gia công:
Thông thường phôi được cung cấp có tiết diện càng nhỏ chứng tỏ đã được cán với độ biếndạng (ɛ) mạnh nên đã có cacbit nhỏ mịn và phân bố đều Phôi lớn (Φ>40) thường phảirèn sau khi rèn bị biến cứng ,thép phải được qua ủ không hoàn toàn ở 840÷860°C đạt độ cứng
HB 241÷269 với tổ chức peclit (dạng xoocbit )+cacbit nhỏ mịn phân bố đều ,mới có thể giacông cắt tạo mũi khoan được.đối với gia công lạnh thì :để khử austenit dư sau khi tôi ,áp dụngkhi cần ộn định kích thước
Điều đặc biệt quan trọng khi sử dụng dụng cụ trong sản xuất tự độnghóa:
Những mác thép gió cổ điển W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2 có thành phần dựa trên cơ sở kết quảnghiên cứu cơ bản và thực nghiệm về hợp kim hóa và khả năng thực hiện sản xuất trong điềukiện wolfram và molipđen là quý hiếm và giá đắt Từ những năm 70 của thế kỷ XX, thép gióW6Mo5Cr4V2 đã được sản xuất đến 70% sản lượng thép gió (mác thép gió W18Cr4V hiệnnay sản xuất không vượt quá 45% ) Đồng thời với xu hướng nghiên cứu ổn định và nâng caochất lượng
thép gió cổ điển, một hướng khác là nghiên cứu khả năng hợp kim hóa hóa bền thép gió hợpkim hóa thấp, thậm chí không hợp kim hóa W, tạo ra các mác thép gió thay thế được thépW6Mo5Cr4V2[5]
Thép gió hợp kim hóa thấp có thành phần rất đa dạng, theo chúng tôi, có thể chia một cách
Trang 13tương đối thành 3 nhóm chính :Nhóm 1: Là các mác thép gió có hàm lượng W thấp đã được nghiên cứu sản xuất từ nhữngnăm 30, sau này hoàn thiện thêm đưa vào tiêu chuẩn như ABCIII (tiêu chuẩn Nº320-63) củaĐức hoặc 11P3AM32 (tiêu chuẩn GOCT 19265-73) của Liên Xô cũ Các mác thép gió này cóhàm lượng W ~ 3%; Mo ~ 3%; V ~2% và C ~1%.Nhóm 2: Là các mác thép gió có hàm lượng W thấp mới được nghiên cứu sản xuất trong thờigian gần đây như P2M5 của Liên Xô (1978), D-950 của Thụy Điển (1985) hoặc M52 của Mỹ.Các mác thép gió này có hàm lượng W = 1,02,0%; Mo =5,08,0%;V=1,02,0%vàC~1%.Nhóm 3: là các mác thép gió không hợp kim hóa W Từ những năm 30 của thế kỷ XX, người
ta đã nghiên cứu sản xuất các mác thép gió không có W mà điển hình là các mác EU 260(1938) , EU 277 (1939) Những năm gần đây, nhiều mác thép mới đã được nghiên cứu sản
Các mác thép gió này chỉ được sử dụng hạn chế thay thế thép W6Mo5Cr4V2 bởi vì nhượcđiểm chung của nó là nhiệt độ tôi thấp, V cao làm xấu tính mài, Mo cao làm tăng khuynh
2 Những giải pháp công nghệ nâng cao chất lượng thép gió
Về mặt công nghệ cũng có thề nâng cao chất lượng thép gió cổ điển bằng các phương pháp
Giải pháp đầu tiên tăng độ cứng của thép gió bằng cách tăng hàm lượng các bon nhưng khôngthay đổi hàm lượng các nguyên tố hợp kim hóa Giải pháp này đã được áp dụng rộng rãi ởnhiều nước Hầu hết các nước công nghiệp phát triển đều dùng mác thép gió W6Mo5Cr4V2
có hàm lượng C = 0,951,05% Thép có độ cứng thứ cấp tăng, độ chịu nhiệt tăng, thỏa mãntính mài bóng (V< 2,5%), nhưng các-bon tăng làm giảm tính dẻo công nghệ khi rèn hoặc cán
Một giải pháp khác có hiệu quả là hợp kim hóa thép gió bằng Nitơ Hợp kim hóa N bằng cáchcho FeV (hoặc FeCr) có ngậm nitơ khi nấu trong lò thường hoặc hóa khí khi nấu trong lò hồquang plazma nồi lò ceramic Độ bền của dụng cụ thép gió được hợp kim hóa nitơ tăng tới1520% khi nitơ cho vào 0,1% Khó khăn của giải pháp này là rất khó điều chỉnh hàm lượngnitơ Hiện nay chưa có nhiều tài liệu về phương pháp hợp kim hóa nitơ thép gió.Trong điều kiện sản xuất quy mô vừa và nhỏ, công nghệ biến tính thép lỏng hoặc biến tínhtrong khuôn (đúc huyền phù ) có nhiều lợi thế áp dụng và đạt hiệu quả nhất định Đặc biệt,việc sử dụng nguyên tố kim loại đất hiếm xử lý thép lỏng nâng cao chất lượng tinh luyện vàbiến tính thép gió có thể cải thiện đáng kể cấu trúc thỏi đúc kim loại nâng cao tính chất công
Công nghệ tinh luyện điện xỉ có ưu việt tạo được thỏi đúc thép gió cải thiện đáng kể độ khôngđồng đều cấu trúc Chi phí đầu tư cho công nghệ tinh luyện điện xỉ có tăng lên nhưng sảnphẩm đảm bảo chất lượng và hiệu quả kinh tế cao Vì thế chỉ trong thời gian ngắn, công nghệtinh luyện điện xỉ đã được ứng dụng rộng rãi với quy mô lớn trong sản xuất thép gió hiện đại[7]
Công nghệ luyện kim bột có khả năng tạo được các mác thép gió hợp kim hóa cao và có thểtăng hàm lượng các bít Thép gió lỏng được phun tạo bột trong khí trơ (Argon), ép nóng tạophôi gia công nóng thông thường có thể tạo được chi tiết có cấu trúc rất nhỏ mịn và đồng đều.Phương pháp luyện kim bột ép nguội và thiêu kết có khả năng trực tiếp tạo ra được dụng cụ
