Nghiên cứu nâng cao độ bền chịu mài mòn của xupap động cơ diesel bằng công nghệ hàn đắp plasma với bột hợp kim nền cobalt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI        TRƯƠNG TIẾN LỘC NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ðỘ BỀN CHỊU MÀI MÒN CỦA XUPAP ðỘNG CƠ ðIÊZEL BẰNG CÔNG NGHỆ HÀN ðẮP PLASMA VỚI BỘT HỢP KIM NỀN COBALT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, NĂM 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI        TRƯƠNG TIẾN LỘC NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ðỘ BỀN CHỊU MÀI MÒN CỦA XUPAP ðỘNG CƠ ðIÊZEL BẰNG CÔNG NGHỆ HÀN ðẮP PLASMA VỚI BỘT HỢP KIM NỀN COBALT CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mà SỐ : 60.52.01.03 . NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. ðÀO QUANG KẾ TS. HOÀNG VĂN CHÂU HÀ NỘI, NĂM 2014 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả, số liệu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào. Tác giả luận văn Trương Tiến Lộc Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page ii LỜI CÁM ƠN Trong suốt quá trình thực hiện luận văn, tôi ñã nhận ñược sự giúp ñỡ và cộng tác nhiệt tình của nhiều tập thể cũng như các cá nhân trong và ngoài Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, Phòng thí nghiệm trọng ñiểm Quốc gia về công nghệ hàn và xử lý bề mặt, Viện Nghiên cứu cơ khí,Bộ Công Thương. ðến nay luận văn của tôi ñã hoàn thành, tôi xin ñược bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS ðào Quang Kế và TS. Hoàng Văn Châu ñã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo cho tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cám ơn các Thầy giáo, Cô giáo Khoa Cơ ñiện, Ban ñào tạo sau ñại học, ñặc biệt là Bộ môn Công nghệ Cơ khí Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã ñóng góp ý kiến, tạo ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn. Tôi cũng xin chân thành cám ơn tập thể cán bộ của Phòng thí nghiệm trọng ñiểm Quốc gia về công nghệ hàn và xử lý bề mặt,Viện Nghiên cứu cơ khí, Bộ Công Thương ñã giúp ñỡ, tạo mọi ñiều kiện về cơ sở vật chất, trang thiết bị cho tôi triển khai thực hiện và hoàn thành luận văn. Nhân dịp này cho tôi ñược gửi lời cảm ơn tới các Thầy giáo, Cô giáo ñã giảng dạy và truyền ñạt cho tôi những kiến thức khoa học trong suốt thời gian học tập ở lớp Cao học Cơ khí nông nghiệp khóa 21, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội. Tôi xin chân thành cám ơn ! Tác giả luận văn Trương Tiến Lộc Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page iii MỤC LỤC Trang Lời cam ñoan i Lời cám ơn ii Mục lục iii Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt vi Danh mục bảng vii Danh mục hình viii MỞ ðẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 4 1.1. Công nghệ hàn plasma bột 4 1.1.1. ðặc ñiểm công nghệ hàn bột plasma. 4 1.1.2. Ưu, nhược ñiểm của công nghệ hàn bột Plasma 12 1.1.3. Ứng dụng công nghệ hàn plasma bột 13 1.2. Tổng quan về xupap 15 1.2.1. Cấu tạo xupap 15 1.2.3. ðiều kiện làm việc của xupap xả ñộng cơ ñiezel 21 1.2.4. Tình trạng hư hỏng và tuổi thọ của xupap xả ñộng cơ ñiezel 22 1.3. Tình hình nghiên cứu và các kết quả ñạt ñược ở nước ngoài 25 1.4. Tình hình nghiên cứu và một số kết quả ñạt ñược tại Việt Nam 27 1.5. Kết luận chương 1 28 CHƯƠNG 2: ðỐI TƯỢNG, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.1. ðối tượng nghiên cứu 30 2.2. Phương pháp nghiên cứu, ñịa ñiểm, thời gian 30 2.2.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 30 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 30 2.2.3. Phương pháp kiểm tra 35 2.2.4. ðịa ñiểm nghiên cứu 37 2.2.5. Thời gian nghiên cứu 37 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page iv 2.3. Vật liệu, thiết bị công nghệ 37 2.3.1. Nghiên cứu, phân tích bột hợp kim cobal dùng trong công nghệ hàn ñắp plasma 37 2.3.2. Trang thiết bị hàn ñắp plasma 40 2.4. Kết luận chương 2 40 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 43 3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế ñộ công nghệ hàn ñắp plasma với hợp kim nền cobalt ñến ñộ bền chịu mài mòn của xupap ñộng cơ ñiêzel 43 3.1.1. Dòng ñiện, ñiện áp hàn và lưu lượng khí plasma 43 3.1.2. Thành phần bột hàn 45 3.1.3. Cỡ bột hàn 46 3.1.4. Khoảng cách làm việc 47 3.1.5. Lưu lượng khí bảo vệ, khí mang bột 47 3.1.6. Nhiệt ñộ nung sơ bộ 48 3.1.7. Chế ñộ công nghệ hàn 49 3.2. Nghiên cứu biện pháp xử lý nhiệt khi hàn plasma bột 52 3.2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán chế ñộ gia nhiệt 52 3.2.2. Xử lý nhiệt trước khi hàn 52 3.2.3. Xử lý nhiệt trong quá trình hàn 53 3.2.4. Xử lý nhiệt sau khi hàn 53 3.2.5. Thiết bị công nghệ xử lý nhiệt 55 3.2.6. Thứ tự các bước công nghệ xử lý nhiệt 56 3.2.7. Các biện pháp giảm ứng suất dư ñể tăng ñộ dai va ñập của chi tiết 56 3.3. Kết luận chương 3 59 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN VỀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 60 4.1. Phương pháp tiến hành thực nghiệm trên mẫu thử 60 4.1.1. Chuẩn bị ñiều kiện thực nghiệm 60 4.1.2. Chế ñộ hàn thực ngiệm 65 4.2. Tiến hành thực nghiệm trên mẫu thử xupap. 66 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page v 4.2.1. Mô tả quá trình thực nghiệm 66 4.2.2. Kết quả thực nghiệm trên mẫu thử hàn ñắp xupap 67 4.3. Kiểm tra, ñánh giá ñộ bền chịu nhiệt bằng phương pháp thử kéo vật liệu [4] 74 4.3.1. Phạm vi áp dụng 74 4.3.2. Tóm tắt phương pháp thử 74 4.3.3. Vật liệu và phương pháp thí nghiệm 74 4.4. Kết luận chương 4 82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83 1. Kết luận 83 2. Kiến nghị 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 PHỤ LỤC 86 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT - PAW : Công nghệ hàn hồ quang plasma (plasma Are Welding) - PTA : Công nghệ hàn plasma bột (plasma Transferred Are) - TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam - TCTV : Tổ chức tế vi - B : Chiều rộng mối hàn - H : Chiều cao mối hàn - W : Biên ñộ dao ñộng ngang ñầu hàn - G : Lượng cấp bột hợp kim - Q : Lưu lượng khí - U h : ðiện áp hàn (v) - I h : Dòng ñiện hàn (A) - V : Tốc ñộ hàn - DC : Dòng ñiện hàn một chiều - AC : Dòng ñiện hàn xoay chiều Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page vii DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 1-1: Một số loại thép thông dụng chế tạo xupap trên thế giới 20 1-2: Cơ tính của thép 40Х9С2 21 2-1: Thành phần hóa học, cỡ hạt, tỷ trọng của bột hợp kim Co 263-3 37 4-1: Thành phần, cỡ hạt và tỷ trọng bột Co 263-3 60 4-2: Chế ñộ hàn thực nghiệm 3 mẫu xupap 65 4-3: Kết quả ño ñộ cứng của 3 mẫu thử xupap 68 4-4: Sai số cho phép của nhiệt ñộ qui ñịnh θ và nhiệt ñộ chỉ thị θi [4] 78 4-5 : Chế ñộ thực nghiệm của mẫu thử 78 4-6: Kết quả kiểm tra ñộ bền của mẫu thử 79 4-7: Kết quả kiểm tra ñộ bền của mẫu thử, vật liệu Co 263-3, thời gian nung 36 giờ 81 4-8: Kết quả kiểm tra ñộ giãn dài của mẫu thử, vật liệu Co 263-3, thời gian nung 36 giờ 81 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page viii DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 1-1: Sơ ñồ cấu tạo của mỏ hàn bột Plasma. 5 1-2: Nguyên lý công nghệ hàn bột Plasma. 6 1-3 : Hàn bột Plasma 8 1- 4: Sơ ñồ những yếu tố ảnh hưởng ñến chất lượng mối hàn 8 1-5: Sơ ñồ mối ghép hàn (a) và tác dụng của nguồn nhiệt khi hàn hồ quang (b) 9 1-6: Sơ ñồ ñường hàn và vị trí vũng hàn 9 1-7: Tổ chức kim loại vũng hàn 10 1-8: Vùng ảnh hưởng nhiệt 10 1-9: Tổ chức kim loại vùng mối hàn và cận mối hàn 10 1-10: Tạo lớp ñắp cứng bề mặt các chi tiết 14 1-11: Tạo lớp ñắp cứng bề mặt chịu mài mòn các chi tiết 14 1-12: Tạo lớp ñắp cứng bề mặt chịu mài mòn các chi tiết 14 1-13: Phục hồi bề mặt làm việc của xupap 15 1-14: Cấu tạo của xupap 15 1-15: Nấm xupap 16 1-16: Thân xupáp 16 1-17: ðuôi xupap(a) và kết cấu một số ñuôi xupap(b) 17 1-18: Các quy ñịnh chuẩn về kích thước của xupap 18 1-19: Phân bố nhiệt ñộ trên nấm xupap 22 1-20: Xupap bị rõ bề mặt tiếp xúc với buồng ñốt 22 1-21: Hiện tượng mòn, rỗ bề mặt làm việc của xupap 23 1-22: Xupap bị mẻ phần ñỉnh nấm 23 1-23: Nấm xupap bị nứt, vớ, cháy 24 2-1: Tính chất kim loại thay ñổi phụ thuộc vào nhiệt ñộ 31 2-2: ðường cong dão 32 2-3: Cơ chế chảy dẻo thông thường của hợp kim 32 [...]... - Nghiên c u ng d ng công ngh hàn ñ p plasma v i h p kim n n cobalt ñ nâng cao ñ b n ch u mài mòn xupap x ñ ng cơ ñiêzel ph c v trong giao thông, xây d ng, v n t i bi n… - Xác ñ nh ñư c các y u t chính nh hư ng ñ n ñ b n ch u mài mòn c a xupap và quá trình làm vi c c a xupap ñ ng cơ ñiêzel - Trên cơ s phân tích lý thuy t và th c nghi m ñ l a ch n các thông s công ngh hàn ñ p plasma v i h p kim n n cobalt. .. hàn ñ p nâng cao ñ b n ch u mài mòn c a xupap x ñ ng cơ ñiezell H c vi n Nông nghi p Vi t Nam – Lu n văn Th c s Khoa h c K thu t Page 3 CHƯƠNG 1: T NG QUAN V N ð NGHIÊN C U 1.1 Công ngh hàn plasma b t 1.1.1 ð c ñi m công ngh hàn b t plasma 1.1.1.1 Nguyên lý công ngh hàn b t Plasma Quy trình hàn b t Plasma (PTA) ñư c s d ng ñ ñ p lên v t li u n n m t l p kim lo i làm tăng kh năng ch ng ch u mài mòn ho... - Vùng vi n ch y (2) : Là vùng kim lo i nóng ch y không hoàn toàn n m gi a kim lo i m i hàn ( nóng ch y) và kim lo i v t hàn ( không ch y) vùng này kim lo i v t hàn có pha l ng và ñ c có pha l n kim lo i b t hàn H t kim lo i nh và nh hư ng t t ñ n cơ tính m i hàn Vùng này kim lo i nóng ch y không hoàn toàn Thành ph n kim lo i m i hàn có l n các nguyên t c a v t li u hàn Do có s tác d ng qua l i gi... Hình 1-3 : Hàn b t Plasma 1.1.1.3.Quá trình luy n kim khi hàn nóng ch y a Quá trình luy n kim khi hàn nóng ch y Khi hàn nóng ch y nhi t ñ vùng hàn trung bình là 1700 - 1800oC tr ng thái nhi t ñ cao kim lo i l ng ch u s tác ñ ng m nh c a môi trư ng xung quanh và các nguyên t có trong thành ph n que hàn và thu c b c que hàn; Kim lo i m i hàn tr ng thái l ng và m t ph n b bay hơi Trong vùng m i hàn x y ra... vũng hàn; II-Vùng ñuôi vũng hàn 1- Vùng có nhi t ñ không xác ñ nh; 2- Vùng có nhi t ñ kho ng 1800oC; 3-Vùng có nhi t ñ g n nhi t ñ nóng ch y (kho ng 1500oC) B- Chi u r ng m i hàn; C- Chi u cao m i hàn; H - Chi u sâu m i hàn c T ch c kim lo i m i hàn và vùng c n m i hàn Sau khi ñông ñ c, kim lo i m i hàn s có thành ph n khác so v i kim lo i cơ b n Dư i tác d ng c a nhi t ñ t ch c kim lo i m i hàn cũng... cũng ñư c chia thành nhi u vùng khác nhau Dư i ñây là sơ ñ các vùng m i hàn [2]: H c vi n Nông nghi p Vi t Nam – Lu n văn Th c s Khoa h c K thu t Page 9 Hình 1-7: T ch c kim lo i vũng hàn Hình 1-8: Vùng nh hư ng nhi t Hình 1-9: T ch c kim lo i vùng m i hàn và c n m i hàn T ch c kim lo i m i hàn ph thu c phương pháp hàn, kim lo i v t hàn, và ch ñ hàn T ch c kim lo i vùng m i hàn và g n m i hàn ñư c chia... ch n ñ tài nghiên c u: Nghiên c u nâng cao ñ b n ch u mài mòn c a xupap ñ ng cơ ñiêzel b ng công ngh hàn ñ p plasma v i b t h p kim n n cobalt I N i dung c a ñ tài Chương 1: T ng quan v n ñ nghiên c u Chương 2: ð i tư ng, thi t b và phương pháp nghiên c u Chương 3: Nghiên c u lý thuy t Chương 4: Th c nghi m và th o lu n v k t qu th c nghi m K t lu n và ki n ngh II.M c ñích, cơ s khoa h c và th c ti... vùng kim lo i nóng ch y t o nên m t vũng hàn Kim lo i ñây là h n h p các nguyên t c a kim lo i cơ b n và kim lo i v t li u hàn Vũng hàn ñư c chia ra 2 vùng chính: vùng ñ u và vùng ñuôi vũng hàn Hình 1-5: bi u di n sơ ñ m i ghép hàn và tác d ng c a ngu n nhi t khi hàn h quang [6]: Hình 1-5: Sơ ñ m i ghép hàn (a) và tác d ng c a ngu n nhi t khi hàn h quang (b) Hình 1-6: Sơ ñ ñư ng hàn và v trí vũng hàn. .. gi ng như quá trình luy n kim ví d quá trình oxy hoá, kh oxy, cháy h p ch t h p kim, h p kim hoá … nhưng nó có d c ñi m riêng c a nó Khi hàn h quang kim lo i b ch y ra r t nhanh ( kho ng vài giây) và lư ng kim lo i b nóng ch y r t nh (kho ng 8cm3) nhi t ñ kim lo i vũng hàn cao hơn r t nhi u so v i các lò luy n Sau khi hàn xong kim lo i vùng hàn do ti p xúc v i kim lo i v t hàn nên ngu i l nh r t nhanh... rãi trên th gi i t i các nư c công nghi p phát tri n ñ ch t o m i và ph c h i chi ti t máy - ð tài ñã tri n khai áp d ng công ngh hàn ñ p t ñ ng b ng h quang Plasma d ch chuy n v i b t h p kim trong ph c h i Xupap ñ ng cơ máy th y ph c v cho s n xu t, t o ñi u ki n nâng cao ch t lư ng công ngh s n ph m công ngh hàn - Ch t lư ng l p hàn ñ p ph thu c vào nhi u y u t c a ch ñ hàn ñ p trong ñó y u t dòng . tôi ñã chọn ñề tài nghiên cứu : Nghiên cứu nâng cao ñộ bền chịu mài mòn của xupap ñộng cơ ñiêzel bằng công nghệ hàn ñắp plasma với bột hợp kim nền cobalt . I. Nội dung của ñề tài Chương. ðỀ NGHIÊN CỨU 4 1.1. Công nghệ hàn plasma bột 4 1.1.1. ðặc ñiểm công nghệ hàn bột plasma. 4 1.1.2. Ưu, nhược ñiểm của công nghệ hàn bột Plasma 12 1.1.3. Ứng dụng công nghệ hàn plasma bột. TRƯƠNG TIẾN LỘC NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ðỘ BỀN CHỊU MÀI MÒN CỦA XUPAP ðỘNG CƠ ðIÊZEL BẰNG CÔNG NGHỆ HÀN ðẮP PLASMA VỚI BỘT HỢP KIM NỀN COBALT CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mà SỐ : 60.52.01.03