Đánh giá độ mòn của chày dập thuốc viên sau khi nhiệt luyện

Do đó trong quá trình chế tạo chày cối, nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng vì không những nó tạo cho chi tiết sau khi gia công có những tính chất cần thiếtnhư độ cứng, độ bền, độ dẻo da

CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ MÒN , MÒN HÓA HỌC VÀ

NHIỆT LUYỆN

1.1 Mở đầu

Mòn là hiện tượng phá huỷ bề mặt hay quá trình tách vật liệu từ một hoặc

cả hai bề mặt trong chuyển động trượt, lăn hoặc va chạm tương đối với nhau.Mòn xảy ra do các tương tác cơ, điện, hoá và nói chung chịu xúc tác của nhiệt

ma sát Do tương tác cơ học các vết nứt có thể xuất hiện do hiện tượng bẻ gãycác liên kết phân tử trong chất dẻo, sự trượt trong kim loại, sự phá vỡ biên giớihạt trong ceramics hoặc sự phá huỷ bề mặt của composite hoặc vật liệu nhiềupha Các vết nứt này sẽ phát triển và tạo ra các hạt mòn

Trong dây chuyền của máy dập thuốc, chày và cối là một trong những cụmchi tiết hay bị mài mòn, ăn mòn và thường xuyên phải thay thế Mòn bộ khuônchày nói chung có thể liên quan đến các cơ chế mòn do ma sát, mòn do cào xước

và mòn hoá học gây ra bởi tương tác hoá học của vật liệu ép giữa các bề mặt củachày, cối và sản phẩm của bột thuốc

Hình 1.1: Cơ chế tác dụng lực lên bộ khuôn chày

Vì vậy trong quá trình dập thuốc chày dập sẽ bị mòn Bị chùn (đặc biệt làphần đầu chày), hậu quả là giảm độ nén của viên, gây ra độ không đồng đều vềkhối lượng viên Bị mài mòn và ăn mòn khốc liệt phần đường kính ngoài của

1

đầu chày, đặc biệt là phần giao tuyến giữa mặt đầu và mặt ngoài, làm cho viênthuốc có nhiều lơ via, làm tăng sự nhiễm của các thành phần kim loại vào thànhphần của thuốc, làm thất thoát bột thuốc, làm giảm chất lượng, làm xấu viênthuốc, nghiêm trọng hơn làm ảnh hưởng đến liều dùng của người bệnh,….

Khi chày, cối bị mòn sẽ làm tăng thể tích của viên thuốc, điều này khôngnhững ảnh hưởng đến tiêu hao vật liệu làm thuốc mà còn ảnh hưởng đến người

sử dụng thuốc Chính vì vậy đến một giá trị hao mòn nào đó cần phải thay chày,cối

Do đó trong quá trình chế tạo chày cối, nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng

vì không những nó tạo cho chi tiết sau khi gia công có những tính chất cần thiếtnhư độ cứng, độ bền, độ dẻo dai, khả năng chống mài mòn, chống ăn mòn….,

mà còn làm tăng tính công nghệ của vật liệu.Công nghệ nhiệt luyện là quá trìnhlàm thay đổi tính chất của vật liệu (chủ yếu là vật liệu kim loại ) bằng cách thayđổi cấu trúc bên trong mà không làm thay đổi hình dáng và kích thước của chitiết Chi phí nhiệt luyện thường chiếm 10 - 15% giá thành sản phẩm (một số sảnphẩm đặc biệt có thể lên tới30%), nhưng lại nâng cao tuổi thọ chi tiết lên nhiềulần với chi tiết không qua nhiệt luyện, hoặc nhiệt luyện không đảm bảo yêu cầu

kỹ thuật đề ra

Thực tế hiện nay, tại Việt Nam phần lớn các nhà máy chế tạo cơ khí đang sửdụng thiết bị đã cũ Thiết bị công nghệ, trong đó có thiết bị nhiệt luyện đã lạchậu và hư hỏng nhiều nên khả năng và hiệu quả sử dụng rất hạn chế Nhiềuchủng loại chi tiết máy không được nhiệt luyện hoặc nhiệt luyện không đảm bảoyêu cầu kỹ thuật khi đưa vào sử dụng Cơ tính, độ biến dạng, độ cứng, độ dai vađập của những sản phẩm này không đảm bảo, tuổi thọ thấp, ảnh hưởng xấu đếnchất lượng và giá thành sản phẩm Song song với việc xuống cấp thiết bị là sựhạn chế ứng dụng các công nghệ nhiệt luyện tiên tiến: Như nhiệt luyện trongmôi trường chân không

thường yêu cầu chế độ nhiệt luyện nghiêm ngặt để đạt được các yêu cầu kỹ thuậtnhư:

- Chịu mài mòn ở nhiệt độ làm việc cao

- Khả năng chống mỏi nhiệt, chống nứt nóng

- Khả năng biến dạng do nhiệt luyện là nhỏ nhất

Vì vậy có thể nói nhiệt luyện là một trong những yếu tố công nghệ quantrọng quyết định chất lượng của sản phẩm cơ khí

Xuất phát từ những đặc điểm và tình hình trên, tác giả lựa chọn đề tài:

“Đánh giá độ mòn của chày dập thuốc viên sau khi nhiệt luyện”

CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ MÒN CỦA CHÀY DẬP THUỐC VIÊN 2.1 Nghiên cứu cơ chế mòn của chày dập thuốc viên.

2.1.1 Nguyên lí làm việc.

Chày trên, chày dưới và cối được định vị trên mâm quay Cơ cấu cấp nhiên liệu

sẽ điền bột thuốc vào trong lỗ cối →qua cơ cấu điều khiển làm cho chày trên vàchày dưới cùng ép, tùy thuộc vào yêu cầu từng loại thuốc mà lực nén là khácnhau và có thể điều chỉnh được → chày dưới đi lên đẩy viên thuốc ra khỏi cối

→ chày trên đi theo sau dẫn hướng cho thuốc đi ra → qua máng dẫn viên thuốc

ra ngoài Hiện nay có rất nhiều loại máy thuốc dạng viên đều hoạt dộng theonguyên lí trên, song mỗi loại có số lượng chày, lực dập và năng suất khác nhaunhư máy dập thuốc dạng viên ZPD 25 có 25 cặp chày và cối dập viên, năng suất

có thể đạt 25 viên/vòng quay, lực dập tối đa có thể đạt 80 KN Máy dập thuốcdạng viên GZPK 3037, có 55 cặp chày và cối, năng suất có thể đạt tới 110viên/vòng quay, lực dập tối đa 100 KN

Từ nguyên lí làm việc trên cho thấy: một trong những bộ phận làm việcchính của máy dập thuốc dạng viên là các cặp chày và cối Khi làm việc chày bịmòn nhiều ở đầu chày

Khi chày, cối bị mòn sẽ làm tăng thể tích của viên thuốc, điều này không nhữngảnh hưởng đến tiêu hao vật liệu làm thuốc mà còn ảnh hưởng đến người sử dụngthuốc Chính vì vậy đến một giá trị hao mòn nào đó cần phải thay chày, cối

2.1.2 Cơ chế mòn của chày dập thuốc viên loại viên C

Thực nghiệm bằng các ảnh chụp mặt cắt ngang bề mặt làm việc từ máy SEM

Bề mặt làm việc của chày dập thuốc viên C có đường kính Ф = 6mm, hìnhảnh trên thấy được quá trình mòn theo cơ chế dính xảy ra tại chỗ tiếp xúc ở đỉnhnhấp nhô dưới tác dụng của tải trọng pháp tuyến, khi sự trượt xảy ra vật liệu ởvùng này bị trượt dính sang bề mặt đối tiếp tạo thành các mảnh mòn rời.

Hình ảnh mòn tại vùng giữa bề mặt làm việc của chày được phóng to vàquan sát thấy những dải trượt này tạo thành các mảnh mòn dạng lá mỏng Biếndạng dẻo xảy ra trên diện rộng ở vùng tiếp xúc, mảnh mòn sinh ra có dạng hìnhchêm và dính sang bề mặt đối tiếp

Hình 2.2.c Mòn vùng biên bề mặt làm việc của chày dập thuốc viên C

Hình ảnh mòn vùng biên của chày, là những lớp mảnh mòn dạng lá mỏng hình thành theo từng vùng khác nhau

2.1.3.Cơ chế mòn của chày dập thuốc viên Fe

Thực nghiệm bằng các ảnh chụp mặt cắt ngang bề mặt làm việc từ máy SEM

5

Bề mặt làm việc của chày dập thuốc viên Fe có đường kính Ф = 8mm,hình ảnh trên thấy được quá trình mòn xảy ra theo cơ chế mòn hóa học và dínhgây nên Đầu tiên vùng mòn xuất hiện là do dính sau đó là sự kết hợp của mònhóa học và mòn do cào xước, ứng suất tiếp xúc cao có thể làm tăng ăn mòn cục

bộ dẫn đến sự tạo thành các rãnh trên bề mặt, ứng suất dư trong lòng kim loạigây ra nứt do kết hợp với sự ăn mòn trong môi trường hoạt tính cao Hình ảnhphóng to tại điểm mòn dễ dàng nhận thấy mòn xảy ra theo từng mảnh tạo nêncác điểm mòn dạng hình lỗ hổng lớn trên bề mặt làm việc của chày

Tính chất đặc biệt của viên thuốc Fe ảnh hưởng rất lớn đến vùng mòn, vùng mòn được phát triển và hình thành trên diện rộng lên bề mặt tiếp xúc của chày, hình ảnh trên cho ta thấy điều đó

Hình ảnh (2.3.e và 2.3.f) mặt cắt ngang bề mặt làm việc vùng cận biên vàvùng biên cho ta thấy bề mặt dần xuất hiện những lớp mỏng vật liệu bị mòn dần.

2.1.4 Cơ chế mòn của cối dập thuốc viên C

Thực nghiệm bằng các ảnh chụp mặt cắt ngang bề mặt làm việc từ máy SEM

Cối dập thuốc viên C duong kính đầu bề mặt làm việc của cối dập thuốc viên Fe

là µ =6,2 mm Hình ảnh trên thấy đƣợc quá trình mòn xảy ra hiện tƣợng tạorãnh do hạt cứng trƣợt và gây ra biến dạng dẻo, vật liệu bị biến dạng bị dồn sanghai bên của rãnh mà không bị tách ra góp phần hình thành mầm các vết nứt tế vi.Quá trình làm việc của cối chịu tải làm các vết nứt tế vi song song với bề mặt

phát triển, lan truyền, liên kết với nhau tạo thành các màng mỏng

7

2.1.5 Cơ chế mòn của cối dập thuốc viên Fe

Thực nghiệm bằng các ảnh chụp mặt cắt ngang bề mặt làm việc từ máy SEM

Bề mặt làm việc của cối dập thuốc viên Fe có đuờng kính Φ = 8,2 mm, hình ảnhtrên thấy đuợc quá trình mòn xảy ra theo cơ chế mòn hóa học và dính gây nên.Đầu tiên mòn là do dính sau đó là sự kết hợp của mòn hoá học và mòn do càoxuớc; ứng suất tiếp xúc cao có thể làm tăng ăn mòn cục bộ dẫn đến sự tạo thànhcác lỗ trên bề mặt; ứng suất du trong lòng kim loại gây ra nứt do kết hợp với sự

ăn mòn trong môi trường hoạt tính cao Hình ảnh phóng to tại điểm mòn dễdàng nhận thấy mòn xảy ra theo từng mảnh tạo nên các điểm mòn dạng hình lổhỏng lớn trên bề mặt làm việc của chày

CHƯƠNG III QUÁ TRÌNH NHIỆT LUYỆN THÉP 9XC VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ MÒN SAU

NHIỆT LUYỆN

3.1.Khái quát về nhiệt luyện

3.1.1.Sơ đồ tổng quát nhất về nhiệt luyện

3.2.3 Thiết bị nhiệt luyện

3.3 Quá trình nhiệt luyện thép 9XC và đánh giá mòn sau nhiệt luyện

Soi tổ chức tế vi sau nhiệt luyện

Thực hiện quá trình mài mòn

Thực hiện quá trình đo mòn

Soi tổ chức tế vi sau quá trình đo mòn

3.3.1 Quy trình nhiệt luyện thép 9XC

Thép 9XC

- Thành phần hóa học : (0,85-0,95)%C là thép sau cùng tích

- Chế độ nhiệt luyện: Tôi + Ram

+ Tôi thép 9XC : Là phương pháp nhiệt luyện nung thép đến nhiệt độ cao hơnđường Ac1 hoặc Ac3 làm xuất hiện γ, giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh để đạt tổchức Mactenxit hay các tổ chức không ổn định có độ cứng cao Mục đích của tôi

là nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn Do thép 9XC có (0,85-0,95)%C,(0,95-1,25)% Cr (1,2-1,6) %Si, nên nhiệt độ nung cần thiết là: A c1+(30÷500) nên

ta chọn nhiệt độ tôi cho thép là (800-850)0C và thời gian giữ nhiệt là 30 phút,chính vì cần độ cứng cao nên ta không nung thép tới nhiệt độ là γ vì ở khoảngnhiệt độ 8500C tổ chức của thép là (γ+XeII) mà có mặt XeII sẽ tăng độ cứng chothép khi tôi Sau đó làm nguội trong dầu là môi trường tôi mạnh, dầu 10÷300 tốc

độ nguội rất lớn 4000C/s

Độ cứng của thép 9XC sau tôi là (63-65) HRC Sau khi tôi và đo độ cứng

ta tiếp tục mài mẫu và đánh bóng soi tổ chức sau tôi tổ chức đạt được

sau tôi là (M +γdư+XeII)

+ Ram thép 9XC: Sau khi tôi tổ chức của thép có độ cứng rất cao nhưng rất giònnên chưa thể đem chi tiết đó ra thành phẩm được, nên công đoạn tiếp theo làphải làm giảm độ cứng giòn nên dựng phương pháp nhiệt luyện tiếp ngay sau đó

là ram Ram là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đã qua tôi đến nhiệt độthấp hơn nhiệt độ Ac1 giữ khoảng 30 phút đến 1 giờ để M và γdư chuyển biếnthành các tổ chức phù hợp rồi làm nguội, làm giảm ứng suất bên trong để khônggây nứt, cong vênh cho sản phẩm

Ram thép 9XC : 2000C tổ chức nhận được là Mram độ cứng đạt 60 HRC

3000C tổ chức nhận được là trustit độ cứng đạt 50HRC

4500C tổ chức nhận được là xoocbit ram độ cứng đạt 43HRC

-Tổ chức sau khi tôi Độ cứng (63-65) HRC

- Tổ chức sau khi ram ở 200 0 C (59-60) HRC

-Tổ chức sau khi ram ở 3000C (50-51) HRC

13

-Tổ chức sau khi ram ở 4500C (42-43) HRC

Phân tích ảnh tổ chức tế vi cho thấy:

+ Sau khi tôi đạt độ cứng (63-65) HRC sẽ cho tổ chức nền Mactenxit có phân tánnhững hạt cacsbit dư, lượng austennit dư rất ít Tổ chức này có độ cứng cao, tínhchống mài mòn tốt, đồng thời độ dai được cải thiện

- Ram ở 200oC tổ chức tế vi nhận được với nền sáng là mactenxit (cacbitcủa tổ chức ban đầu chưa hòa tan hết khi tôi), cacbit này là nguyên nhân gây rahiện tượng giòn trong quá trình làm việc, ngoài ra trên nền mactenxit còn có một

số cacbit nhỏ (hạt màu sáng) đó là cacbit không tan khi tôi

- Ram ở 3000C tổ chức tế vi chưa có nhiều thay đổi so với 200oC, lượngcacbit nhỏ mịn được tiết ra khỏi mactenxit nhiều hơn, kích thước lớn

hơn, độ cứng lúc này giảm do xô lệch mạng giảm

- Ram ở 4500C nền Mactenxit và Cementit gần như hòa trộn vào nhau làmcho độ cứng giảm do đó mòn sẽ tăng

Kết hợp với ảnh hưởng của nhiệt độ ram đến độ cứng, ta nhận thấy có thểram để nhận được độ cứng khá cao với lượng cacbit nhỏ mịn phân bố đều, điềunày quyết định khả năng chống mài mòn, có nghĩa là nâng cao được tuổi thọcủa chi tiết

3.4.THÍ NGHIỆM ĐO MÒN

3.4.1 Thiết bị thí nghiệm

Hình 4.1:Máy đo mòn Hình4.2: Cân điện tử

Mẫu sau khi mài mòn được làm sạch lại bằng cồn công nghiệp, sấy khô

và cân khối lượng của từng mẫu trên cân điện tử Electronic Mode: WT3003NE

3.4.3 Kết qủa đo độ mòn

Mẫu Độ cứng

(HRC)

Khối lượng trước khi mòn (g)

Khối lượng sau khi mòn (g)

Lượng mòn (g)

Bảng đo khối lượng trước khi mòn và sau khi mài mòn

Từ kết quả thí nghiệm nhận thấy rằng, muốn chi tiết có chất lượng làmviệc tốt, tuổi thọ cao thì việc xác định độ cứng và khả năng chống mài mòn làyếu tố quan trọng Thép có độ cứng cao sẽ có tính chống mài mòn cao

Từ đó tận dụng việc nâng cao độ cứng của thép sau tôi sẽ có ý nghĩa quan trọng

3.4.4 Be mat của thép 9XC sau khi tiến hành đo mòn.

Trước khi mài mòn Sau khi mài mòn

17

CHƯƠNG IV : KẾT QUẢ 4.1.Phân tích kết quả của quá trình làm thực nghiệm

cứng 42-43 HRC là có lượng mòn nhiều hơn so với các mẫu còn lại Vì vậymuốn chi tiết có chất lượng làm việc tốt , tuổi thọ cao, việc xác định đúng độbền, độ cứng và khả năng chống mài mòn là yếu tố quan trọng.Thép có độ bền,

độ cứng cao sẽ có tính chống mài mòn cao.Như vậy xác định đúng độ cứng làmviệc của chi tiết, tận dụng tuyệt đối việc nâng cao độ cứng của thép sau tôi sẽ có

ý nghĩa quan trọng trong việc tăng tuổi thọ của chi tiết

Mặt khác tuổi thọ của chi tiết còn phụ thuộc vào tính chống mài mòn, điềunày còn phụ thuộc vào lượng cacbit Thép có lượng cacbit nhỏ mịn phân bốnhiều thì có tính chống mài mòn cao Như vậy ngoài việc chọn độ cứng phù hợpcòn phải chọn chế độ sử lí nhiệt sao cho trong tổ chức của nó có nhiều cacbitnhỏ mịn phân bố đều

Với độ cứng 60HRC ứng suất đã được khử triệt để, với nhiều cacbit nhỏ mịn, phân bố đều sẽ cho chi tiết có độ cứng, độ dai, khả năng chống mài mòn

4.2 Kết luận

Trong đề tài này tác giả đã nghiên cứu khảo sát và đạt được kết quả như sau:Nghiên cứu tìm hiểu tổng quan các lý thuyết về mòn, các cơ chế mòn như:Mòn do dính, mòn do cào xước, mòn do biến dạng dẻo, mòn do cào xước bằngnút tách, mòn do va chạm của hạt cứng, mòn do mỏi, mòn hóa học

Nghiên cứu tìm hiểu về quá trình nhiệt luyện, tính chất, đặc điểm của quátrình nhiệt luyện.Trên cơ sở lý thuyết về mòn tác giả đã tìm hiểu về cơ chế màimòn của chày dập thuốc, bằng các hình ảnh từ máy chụp kính hiển vi điện tử(1-100)μm cho thấy cơ chế mài mòn của các bộ chày cối, từ đó thực hiện quátrình nhiệt luyện thép 9XC để đạt được các độ cứng khác nhau từ đó đánh giáđược độ bền của chi tiết sau khi bị mài mòn

Thực hiện quá trình đo mòn trên máy đo mòn để xác định ở độ cứng nàomòn xảy ra nhiều nhất

Các kết quả đạt được cho ta thấy rằng công nghệ nhiệt luyện là mộtphương pháp vô cùng quan trọng trong việc nâng cao khả năng chống mài mòn

19

Kết quả nghiên cứu cho thấy sự khác nhau giữa các phương pháp sử línhiệt.Cơ tính của vật liệu được cải thiện rõ rệt, giới hạn bền tăng, độ cứng củavật liệu cũng tăng Chế độ nhiệt luyện với áp lực cao của dầu được ứng dụngthành công tại công ty Z127 thuộc bộ quốc phòng.

Các kết quả đạt được cho thấy muốn chi tiết có chất lượng làm việc tốt ,tuổi thọ cao, việc xác định đúng độ bền, độ cứng và khả năng chống mài mòn làyếu tố quan trọng Thép có độ bền, độ cứng cao sẽ có tính chống mài mòn cao.Như vậy xác định đúng độ cứng làm việc của chi tiết, tận dụng tuyệt đối việcnâng cao độ cứng của thép sau tôi sẽ có ý nghĩa quan trọng trong việc tăng tuổithọ của chi tiết

4.3 Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài.

Kết quả của đề tài chỉ dừng lại ở một chi tiết bị mài mòn của dây chuyền

sản xuất thuốc.Vì vậy cần được tiếp tục tiến hành nghiên cứu và khắc phục chocác chi tiết khác như cam dẫn chày… đồng thời đưa ra các giải pháp công nghệtiên tiến hơn tạo ra sự đồng bộ trong quá trình hoạt động của dây chuyền.Tác giảtin tưởng công nghệ nhiệt luyện sẽ được ứng dụng rộng rãi không chỉ trongnghành công nghiệp dược mà còn được ứng dụng trong các ngành công nghiệpkhác