Nghiên cứu công nghệ tôi kết hợp 2 môi trường (nước và dầu), ứng dụng để tôi trục cán chế tạo từ thép hợp kim Cr, Cr-Mo

VIỆN CÔNG NGHỆ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TÔI KẾT HỢP MÔI TRƯỜNG (NƯỚC VÀ DẦU), ỨNG DỤNG ĐỂ TÔI TRỤC CÁN CHẾ TẠO TỪ THÉP HỢP KIM CR, CR-MO CNĐT: PHẠM VĂN LÀNH 9605 HÀ NỘI – 2012 LỜI NÓI ĐẦU Nhiệt luyện công nghệ quan trọng thiếu ngành chế tạo máy Trong năm qua công nghệ nhiệt luyện nước ta trọng đến Nhờ số thiết bị tăng lên, quy trình thao tác nghiên cứu theo dõi đầy đủ hơn, chất lượng chi tiết qua nhiệt luyện tốt lên nhiều Nhưng so với u cầu cịn xa đáp ứng Chính máy móc, thiết bị phụ tùng sản xuất chưa đạt tuổi thọ cao, xác, phụ tùng thay khơng sử dụng thời gian quy định.Tình trạng nhiều nguyên nhân, có nguyên nhân người thao tác, chưa nắm vững tối thiểu cơng nghệ nhiệt luyện, nên có xảy sai sót ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Như biết: trình nhiệt luyện, mác vật liệu, kích thước hình dạng chi tiết khác nhau, nên cần có tốc độ nung, nhiệt độ nung nóng, thời gian giữ nhiệt, tốc độ làm nguội khác Do bốn yếu tố quan trọng q trình nhiệt luyện là: Tốc độ nung nóng, nhiệt độ nung, thời gian giữ nhiệt tốc độ làm nguội Cả bốn yếu tố quan trọng mức độ khác nhau, yếu tố khơng sản phẩm sau nhiệt luyện khơng đạt yêu cầu kỹ thuật chí dẫn đến sai hỏng như: cong vênh, nứt vỡ dẫn đến phế phẩm Hiện nhu cầu sử dụng trục cán để cán mỏng lá, nhôm,đồng phục vụ cho ngành sản xuất công nghiệp kỹ thuật điện, sản phẩm đồ gia dụng…ngày nhiều Tôi trục cán đến Viện Công nghệ làm, công việc thực từ lâu Nhưng chưa nghiên cứu đầy đủ lý thuyết thực nghiệm, kết thực chưa ổn định xẩy tình trạng tơi chưa đạt Việc thực tập trung vào kinh nghiệm số người chưa phổ biến rộng Do thông qua đề tài chúng tơi hồn tồn chủ động làm chủ công nghệ trục cán với đường kính khác sử dụng sản xuất với chất lượng ổn định, đạt kết cao Vật liệu để chế tạo loại trục thường 40Cr; 40CrMo có đường kính từ D200 ÷ D300, u cầu độ cứng sau nhiệt luyện từ 52 ÷ 56 HRC đảm bảo cán sản phẩm có độ bóng cao, nhẵn Thông thường vật liệu thép 40Cr; 40CrMo nhiệt luyện thường tơi dầu Trục cán có đường kính lớn tơi dầu độ cứng thường đạt từ 35 ÷ 42 HRC tùy theo đường kính to hay nhỏ Nếu đem trục cán nước độ cứng > 56 HRC, song trục thường bị nứt vỡ tốc độ làm nguội lớn gây phế phẩm Do để nhiệt luyện trục cán nhôm, đồng vừa phải đạt độ cứng cao, vừa không bị nứt vỡ phải chọn môi trường nước qua dầu Nghiên cứu công nghệ kết hợp môi trường ( nước dầu) ứng dụng để trục cán chế tạo từ thép hợp kim Cr, CrMo nhiệm vụ nghiên cứu đề tài Nội dung nghiên cứu khuôn khổ đề tài đặt là: - Nghiên cứu tổng quan thép, phương pháp thép công dụng - Tổng quan môi trường tôi: Tôi môi trường, hai môi trường (nước dầu) - Nghiên cứu thực nghiệm số mẫu thép hợp kim crơm, crơm mơlipđen có kích thước φ 100 ÷ φ300 (mm) - Kết độ cứng số mẫu thép hợp kim crơm, crơm mơlipđen có kích thước khác φ 100 ÷ φ300 (mm) - Thiết lập quy trình cơng nghệ tơi trục cán chế tạo từ thép hợp kim crôm, crôm môlipđen đạt độ cứng, độ bền đạt yêu cầu trục cán nhôm đồng - Ứng dụng số trục cán thép hợp kim crôm, crôm môlipđen dùng để cán nhôm đồng Trên sở thiết lập hồn chỉnh quy trình cơng nghệ trục cán chế tạo từ thép 40Cr, 40CrMo CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tôi thép Như biết thép phương pháp nhiệt luyện bao gồm: Nung nóng lên cao nhiệt độ tới hạn AC1 để làm xuất austenit, giữ nhiệt độ thời gian làm nguội nhanh thích hợp, để biến thành mactenxit hay tổ chức khơng ổn định khác với độ cứng cao Mục đích chủ yếu thép đạt độ cứng cao sau kết hợp với ram nhiệt độ thích hợp để nhằm đạt yêu cầu sau * Nâng cao độ cứng tính chống mài mịn - Các thép bon ≤ 0,35%C tơi độ cứng vượt HRC 50 + Các thép 0,4 ÷ 0,65%C đạt độ cứng HRC 52 ÷ 58 có tính chống mài mịn + Thép 0,7 ÷ 1,0 %C đạt độ cứng HRC 60 ÷ 64 có tính chống mài mịn cao + Thép 1,0 ÷ 1,5 %C đạt độ cứng HRC 64÷65 tính chống mài mịn cao * Nâng cao độ bền sức chịu tải chi tiết máy: Để hiểu rõ trình xảy tơi, tìm hiểu thêm đặc điểm chuyển biến austenit thành mactenxit 1.1.1 Chuyển biến austenit thành mactenxit Trong trình nhiệt luyện, phân rã austenit xảy điều kiện làm nguội liên tục làm nguội đẳng nhiệt Quá trình phân rã austenit q nguội phân thành hai dạng - Chuyển biến khuếch tán – chuyển biến peclít chuyển biến trung gian (bainít) - Chuyển biến không khuếch tán – chuyển biến mactenxit Trong phần ta sâu vào đặc điểm chuyển biến austenit thành mactenxit Trong thực tế thường dùng cách làm nguội liên tục Cũng xây dựng giản đồ chuyển biến austenit làm nguội liên tục với độ nhanh chậm khác nhau, với tốc độ nguội xác định nhiệt độ austenit nguội bắt đầu kết thúc phân hoá hỗn hợp ferit – xêmentit, nối điểm tương đồng hình 1.1 Xây dựng thí nghiệm phức tạp khó đạt mức độ xác cần thiết Song để đơn giản lợi dụng giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt để xác định tổ chức tạo thành làm nguội với tốc độ khác ( Hình 1.2) Hình 1.1: Các đường bắt đầu kết thúc chuyển biến austenit thành ferit – xêmemtit thô mịn tương ứng với tốc độ làm nguội chậm nhanh thép tích.[4] Trên sơ đồ chuyển biến đẳng nhiệt xem Hình 1-2 ta thấy giản đồ có tên gọi đơn giản thường dùng giản đồ T-T-T biểu thị độ chuyển biến (tranformation) austenit phụ thuộc vào nhiệt độ (temperature) thời gian (time) giản đồ có hai đường cong hình chữ “C” Hình 1.2: Giản đồ T-T-T thép tích véc tơ biểu thị tốc độ nguội V1 < V2 < V3 < V4 < V5 [4] Trong chữ “C” (bên trái) biểu thị bắt đầu.Còn chữ “C” thứ biểu thị kết thúc chuyển biến austenit thành hỗn hợp tích feritxêmentit (trong sách kỹ thuật Nga người ta gọi giản đồ chữ “C”) Đây giản đồ quan trọng nhiệt luyện thép sử dụng nhiều để xác định tổ chức sau làm nguội austenit, cần nắm vững Đặc điểm phân hoá austenit làm nguội liên tục là: - Với tốc độ nguội khác nhau, austenit bị nguội đến nhiệt độ khác ( Tính tới thời điểm gặp đường cong chữ “C”) phân hoá thành tổ chức tương ứng với nhiệt độ Làm nguội chậm lị biểu thị véc tơ V1 ( Hình 1.2), cắt đường cong chữ “C” sát A1: Austenit nguội phân hoá nhiệt độ cao peclit với độ cứng thấp Làm nguội khơng khí tĩnh biểu thị véc tơ V2, cắt đường cong chữ “C” phần nhánh trên: Austenit nguội phân hố thành xoocbit Làm nguội khơng khí nén biểu thị bặng véc tơ V3 cắt đường cong chữ “C” phần lồi: Austenit nguội phân hố thành trơxtit Làm nguội dầu biểu thị véc tơ V4, cắt phần lồi đường cong chữ “C” thứ nhất, austenit nguội chuyển biến phần thành trơstit, phần cịn lại chuyển biến thành mactenxit, cuối có tổ chức trơxtit + mactenxit ( hay gọi bán mactenxit) Làm nguội nước lạnh biểu thị véctơ V5, khơng cắt đường cong chữ “C” nào, tức austenit không chuyển biến chút thành hỗn hợp ferit + xêmentit, phần lớn austenit nguội chuyển thành mactenxit Như vậy, làm nguội liên tục tạo thành tổ chức hồn tồn phụ thuộc vào vị trí véc tơ biểu thị tốc độ nguội đường cong chữ “C” - Tổ chức đạt thường không đồng toàn tiết diện trường hợp tiết diện lớn - Chuyển biến mactenxit xảy hai nhiệt độ (điểm) bắt đầu Ms kết thúc Mf Ngồi khoảng austenit q nguội khơng chuyển biến thành mactenxit - Bằng thực nghiệm xây dựng giản đồ nhiệt động loại thép, nhờ xác định tốc độ nguội tới hạn, gọi tốc độ tới hạn – Vth, với tốc độ trở lên austenit chuyển biến thành mactenxit nhiệt độ Ms thấp (Hình 1.3) Hình 1.3a: Làm nguội đẳng nhiệt Hình 1.3b: Làm nguội liên tục Hình 1.3: Giản đồ T-T-T thép 40Cr [6] Các giản đồ nhiệt động có ý nghĩa lớn công nghệ nhiệt luyện, nguyên tắc khác với giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt austenit chỗ xây dựng điều kiện làm nguội liên tục mẫu thép tương ứng Giản đồ nhiệt động đặc trưng quan trọng, cho phép biết dạng chuyển biến pha tổ chức nhận thép phụ thuộc vào tốc độ làm nguội - Như làm nguội thép với tốc độ lớn Vth nhận tổ chức mactenxit, tổ chức pha không cân dung dịch rắn bão hòa cacbon sắt α - Fe Các tinh thể mactenxit có cấu tạo dạng tấm, phát triển với tốc độ lớn, tốc độ truyền âm thép (≈ 5000m/ giây) Sự lớn lên mactenxit bị ngăn cản biên hạt austenit mactenxit sinh trước Tính chất mactenxit phụ thuộc vào lượng cac bon hịa tan (Hình 1.4) Hình 1.4: Sự thay đổi độ cứng (a) thể tích riêng (b) mactenxit với hàm lượng bon thép khác [7] Hình 1.4a cho ta thấy ảnh hưởng cacbon đến độ cứng mactenxit Giới hạn bền thép thay đổi theo đường cong tương tự Mactenxit có độ cứng cao, lượng cacbon 0,4% độ cứng lớn 60 HRC Độ giòn mactenxit tăng mạnh hàm lượng cacbon tăng Chuyển biến mactenxit thép kèm theo tăng thể tích đáng kể (Hình 1.4b) tính chất vật lý khác thay đổi mạnh - Chuyển biến mactenxit xảy khơng hồn tồn, sau tơi lượng nhỏ austenit dư (1 ÷ %) cịn lại thép, nhiệt độ Mf cao 20 ÷ 25 0C - Ngồi hàm lượng cacbon, nguyên tố hợp kim hòa tan austenit ảnh hưởng mạnh đến nhiệt độ Ms Mf Hầu hết nguyên tố hợp kim hạ thấp nhiệt độ Ms Mf thép hợp kim, với hàm lượng bon chưa cao, sau nguội đến nhiệt độ 20 ÷ 25 oC cịn lại lượng austenit dư đáng kể 1.1.2 Chọn nhiệt độ thép a Đối với thép trước tích tích (≤ 0,80 %C) Totơi = AC3 + (30 ÷ 50 oC) Tổ chức đạt sau mactenxit + austenit b Đối với thép sau tích (≥ 0,90%C) Totơi = AC1 + (30 ÷ 50 oC) ≈ 760 ÷ 780 0C c Đối với thép hợp kim - Cách chọn nhiệt độ theo giản đồ pha Fe – C áp dụng cho thép cacbon Đối với thép hợp kim người ta phân hai trường hợp để xét + Đối với thép hợp kim thấp (ví dụ: 0,40%C + 1%Cr) nhiệt độ tơi khơng khác thép cacbon tương đương (tức có 0,40%C) hay có sai khác (thường tăng lên khơng nhiều 10 ÷ 200C) Thép 40Cr có nhiệt độ tơi là: 840oC ÷ 860oC + Đối với thép hợp kim trung bình cao, nhiệt độ khác nhiều với thép cacbon tương đương mà ta phải tra sổ tay kỹ thuật 1.1.3 Tốc độ tới hạn Như biết tốc độ tới hạn, tốc độ nguội nhỏ cần thiết để austenit chuyển biến thành mactenxit xác định gần giá trị theo sơ đồ (Hình 1.2) theo cơng thức sau: Vth = Trong đó: A1 − Tmo tm o C/ giây A1: nhiệt độ tới hạn thép T0m:, tm: nhiệt độ thời gian ứng với nguội ổn định (0C; s) 10 ... phải chọn môi trường nước qua dầu Nghiên cứu công nghệ kết hợp môi trường ( nước dầu) ứng dụng để trục cán chế tạo từ thép hợp kim Cr, CrMo nhiệm vụ nghiên cứu đề tài Nội dung nghiên cứu khuôn khổ... tài đặt là: - Nghiên cứu tổng quan thép, phương pháp thép công dụng - Tổng quan môi trường tôi: Tôi môi trường, hai môi trường (nước dầu) - Nghiên cứu thực nghiệm số mẫu thép hợp kim crơm, crơm... yêu cầu trục cán nhôm đồng - Ứng dụng số trục cán thép hợp kim crôm, crôm môlipđen dùng để cán nhơm đồng Trên sở thiết lập hồn chỉnh quy trình cơng nghệ tơi trục cán chế tạo từ thép 4 0Cr, 40CrMo