Chày cối dập nguội

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ môn Vật liệu học, xử lý nhiệt bề mặt Bài tập vận dụng môn học: Kim loại học nhiệt luyện (Vật liệu kim loại) Họ tên sinh viên: Nguyễn Thành Nam Lớp: Cơ Điện tử K49 Ngành: Cơ Điện tử Khoa: Cơ khí Câu Chi tiết: Chày cối dập nguội kích thớc nhỏ - Điều kiện làm việc: + Để dập phôi, chày cối phải chịu áp lực lớn, khuôn dập chịu ứng suất uốn lớn, lực va đập lực ma sát + Diện tích tiếp xúc lớn nên khuôn dập không bị nóng lên nhiều (< 200 C) - Với điều kiện làm việc nh vậy, chi tiết phải đạt đợc yêu cầu sau: + Độ cứng cao: Phải đạt đến giới hạn dới khoảng HRC 58 ữ 62 (tuỳ vào loại khuôn, chiều dày, độ cứng thép đem biến dạng) Nếu dập thép cứng nh thép kĩ thuật điện (tôn silic) hay có chiều dài lớn phải yêu cầu độ cứng HRC tới 60, chí 62; thép mỏng, dập uốn, với độ cứng thấp, cần dộ cứng HRC 56 Không để nhiệt luyện HRC 62, lúc khuôn làm việc dễ bị nứt mẻ + Tính chống mài mòn cao: Đảm bảo đợc hàng ngàn, vạn lần dập Nếu khuôn có tính chống mài mòn tạo khe hở chày cối, không đảm bảo cho chi tiết làm việc tốt + Độ bền độ dai bảo đảm: Để chịu đợc tải trọng lớn chịu va đập Đối với khuôn dập lớn cần phải có thêm yêu cầu độ thấm thay đổi thể tích Câu - Ta lựa chọn vật liệu theo nguyên tắc: Vật liệu đợc chọn sau áp dụng quy trình công nghệ thích hợp đợc đầy đủ yêu cầu làm việc chi tiết Ngoài vật liệu phải phổ biến, không đắt tiền, có khả gia công khí tốt không yêu cầu phải áp dụng quy trình công nghệ đặc biệt - Công nghệ đợc lựa chọn nguyên tắc: Công nghệ phải làm cho vật liệu đạt đợc tiêu kĩ thuật đặt ra, không phức tạp, đắt đỏ; thây đổi, cải tiến tơng lai phải thực hiên đợc nhiều loại thiết bị Ngoài ra, điều kiện nay, phải công nghệ Khả lựa chọn vật liệu công nghệ phong phú có nhiều phơng án cho yêu cầu - Dới đây, ta chọn phơng án đề phơng án thay (vật liệu) cần thiết - Chọn mác thép: Để làm khuôn dập nguội nhỏ, đơn giản, chịu tải trọng nhỏ có thề dùng thép dụng cụ cacbon với mác CD100, CD120 ta chọn 01 mác thép điển hình để chế tạo chi tiết trên, CD120 a) Thành phần hoá học mác thép CD120: 1.15 1.24 %C, 0.17 0.33 %Si, 0.17 0.33 %Mn %P 0.035, %S 0.030, %Cr 0.20, %Ni 0.25, %Cu 0.25 Cơ sở lí luận để chọn mác thép CD120: Các thành phần giúp chi tiết đảm bảo đợc điều kiện ban đầu để sau nhiệt luyện đảm bảo độ cứng cho làm việc chịu va đập nh thành phần khác giúp dễ xử lí nhiệt b) Lập bảng kí hiệu thành phần mác thép t ơng đơng với thép CD120 tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN): Nớc Việt Nam TCVN Mỹ ASTM Nga OCT Nhật Bản JIS Tiêu chuẩn TCVN 1822-76 ASTM A686-92 OCT 1435- Trung Quốc GB JIS G4410 (1983) SK2 GB 1298-86 Mác thép CD120 W1A-111/2 90 y12-1 C 1.15 1.24 1.15 1.25 1.15 1.24 1.10 1.30 1.15 1.24 Si 0.17 0.33 0.10 0.40 0.17 0.33 0.35 0.35 Mn 0.17 0.33 0.10 0.40 0.17 0.33 P 0.035 0.030 0.030 0.50 0.030 0.40 0.035 S 0.03 0.030 0.028 0.030 0.030 Cr 0.20 0.15 0.20 0.20 0.25 Ni 0.25 0.20 0.25 0.25 0.20 Cu V 0.25 0.20 0.25 0.30 0.30 T12 0.10 W 0.15 Mo 0.10 Nhận xét: - Giữa tiêu chuẩn nớc nhìn chung tơng đối giống nhau, có vài điểm khac biệt: Tiêu chuẩn ASTM (Mỹ) có thêm thông số thành phần V, W, Mo; tiêu chuẩn Nhật Trung Quốc không yêu cầu cao hàm lợng Si, Mn (khoảng % rộng nớc lại) - Nguyên nhân khác đó: Do công nghệ nhiệt luyện khác nhau, yêu cầu sử dụng, sử dụng vật liệu môi trờng có điều kiện khác * Một số tiêu chuẩn tơng đơng khác: Nớc Quốc tế Đức ISO DIN Pháp W-Nr AFNOR NF Anh Thuỵ Điển Tiệp BS SS CSN Tiêu chuẩn Mác thép C Si Mn P S Cr Ni Cu V W Mo 4975:1980 TC120 1.10-1.29 0.35 0.35 0.03 0.03 0.2 0.25 0.25 C125W2 1.1563 1.20 - 1.35 0.10 - 0.30 0.10 - 0.35 0.03 0.03 A35-390 (1992) XC120 C120 E3U 1.10 - 1.29 0.10 - 0.30 0.10 - 0.40 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 4965 (1989) BW1C 1.10 - 1.30 0.3 0.35 1885 1.10 - 1.25 0.10 - 0.30 0.20 - 0.40 0.03 0.02 0.15 0.2 0.1 Câu Vai trò cacbon nguyên tố tạp chất thép tính công nghệ nhiệt luyện thép cacbon dụng cụ CD120: Bảng tính a) Cacbon: Trong thép, nguyên tố cacbon nguyên tố quan trọng nhất, định đến tính nh công nghệ nhiệt luyện thép tổ chức tính chất thép chủ yếu cacbon định Cácbon tồn thép dới hai dạng: dung dịch rắn xen kẽ mạng tinh thể sắt ( -Fe nhiệt độ thấp -Fe nhiệt độ cao) dạng liên kết hợp chất Fe 3C (xêmentit) Các pha dung dịch rắn có độ dẻo cao, độ bền thấp xêmentit pha cứng giòn Sự kết hợp pha cho tổ chức khác thép t ơng ứng với thành phần trạng thái cụ thể Khi lợng cácbon tăng lợng xêmentit tăng ngợc lại Tổ chức thép trạng thái cân phụ thuộc hàm lợng cácbon nh sau: - C < 0,8%: Thép trớc tích, tổ chức ferit-péclit, - C = 0,8%: Thép tích, tổ chức péclit, - C > 0,8%: Thép sau tích, tổ chức la peclit-xêmentit Hàm lợng cácbon định đến tính chất thép, ảnh hởng hàm lợng cácbon đến tính thép đợc trình bày hình vẽ dới đây: 19221 Nhận xét: - Theo hình vẽ ta nhận thấy hàm lợng cácbon tăng lên, độ bền, độ cứng tăng theo; độ dẻo, độ dai giảm đi; riêng độ bền có tăng cực đại vào khoảng 0,9% C - Cácbon có ảnh hởng bậc (theo quan hệ đờng thẳng) đến độ cứng HB, cách định lợng, tăng 0,1% C, độ cứng tăng khoảng 20 25 HB, độ bền tăng khoảng 60 80 Mpa, độ dãn dài tơng đối độ thắt tỉ đối giảm lần lợt - 4% - 5%, độ dai va đập giảm 200 kJ/m2 - Do có vai trò định đến tính thép nh nên hàm lợng cácbon quy định phạm vi ứng dụng loại thép khác - Có thể giải thích ảnh hởng hàm lợng cácbon đến tính thép nh sau: Khi hàm lợng cácbon tăng, hàm lợng pha xêmentit cứng giòn tăng lên, làm cho độ bền độ cứng tăng, độ dẻo độ dai giảm Độ bền thép giảm hàm lợng C vợt 1% có có mặt xêmentit II dạng lới, cản trở tạo điều kiện cho vết nứt phát triển, làm giảm độ bền thép có hàm lợng cacbon cao ( 0.7%), có u điểm độ cứng tính chống mài mòn cao, nên đợc dùng làm công cụ nh dao cắt, khuôn dập, dụng cụ đo Tính hàn khả dập nguội, dập sâu thép phụ thuộc nhiều vào hàm lợng cácbon: Thép cácbon dễ hàn chảy dập Hàm lợng cácbon ảnh hởng đến tính gia công cắt thép, thép cứng khó cắt, nhng mềm gây khó khăn cho cắt gọt Nói chung tính đúc thép cácbon không cao Các tính chất lí hoá khác: Khi tăng hàm lợng cácbon, tính chất lý hoá khác thép thay đổi theo: khối lợng riêng, độ từ thẩm khả chống ăn mòn thép giảm đi; điện trở, nhiệt trở lực khử từ tăng lên b) Các nguyên tố tạp chất: Các nguyên tố tạp chất thép đợc phân thành: Các tạp chất thờng có, tạp chất ngẫu nhiên tạp chất ẩn - Các tạp chất thờng có, gồm: Phôtpho, lu huỳnh, silic mangan + Silic (Si): Cho vào thép dới dạng ferô silic khử oxy triệt để thép trạng thái lỏng: Si + FeO Fe + SiO2 (SiO2 lên vào xỉ bị cào khỏi lò) Silic hoà tan vào ferit nâng cao độ bền độ cứng pha ferit này, nên làm tăng tính thép, song không rõ rệt lợng silic cao thép đạt giới hạn 0,20 0,40 % Silic không tạo cácbt có xu hớng làm thoát cácbon thép Si có tác dụng làm tăng độ thấm mức độ trung bình với hệ số tăng độ thấm 1,7 Si có tác dụng làm tăng tính ổn định ram, chống oxy hoá cho thép nhiệt độ cao tăng độ bền chống dão cho thép crôm Si có tác dụng tăng tính đàn hồi cho thép (cho nên Si thờng có mặt mác thép đàn hồi) + Mangan (Mn): Cho vào thép dới dạng ferô mangan để khử oxy thép trạng thái lỏng, loại trừ đợc FeO có hại: Mn + FeO Fe + MnO (MnO lên vào xỉ bị cào khỏi lò) Ngoài mangan loại trừ đợc tác hại lu huỳnh Mn có ảnh hởng tốt đến tính, hoà tan vào ferit nâng cao độ bền độ cứng pha này, làm tăng tính thép, song lợng mangan cao thép cácbon nằm khoảng giới hạn 0.50 0.80% nên ảnh hởng không quan trọng + Lu huỳnh (S): Đi vào thép từ quặng hay từ than Đây tạp chất có hại cho thép thép, tạo thành tinh (Fe + FeS) nằm biên giới hạt có nhiệt độ nóng chảy : 990 C Khi gia công áp lực thép nhiệt độ cao, tinh chảy làm cho thép bị đứt biên giới hạt, gây tợng giòn nóng (hay bở nóng) Hàm lợng S thép phải khống chế mức thấp tốt.Thông thờng thép, S < 0,06% Thép chất lợng tốt, hàm lợng thấp (trừ thép dễ cắt, hàm lợng S lên đến 0,08 0,30%) + Phôtpho (P): Tơng tự nh lu huỳnh, phôtpho vào thép từ quặng than Phốtpho tồn thép dạng hoà tan dạng liên kết Fe 3P Dù dạng nào, làm cho thép bị giòn trạng thái nguội, gọi tợng giòn nguội (bở nguội), có hại cho thép (ví dụ nh phôi dễ bị nứt vỡ dù lực không lớn) Do hàm lợng P thép phải đợc khống chế chặt chẽ, thông thờng, P < 0.06%, với thép dễ cắt, P lên tới 0.08 0.15% - Các tạp chất ngẫu nhiên: Các tạp chất vào thép từ sắt thép vụn tái sinh Các nguyên tố Cr, Ni, V nguyên tố gặp trờng hợp Vai trò chúng với lợng nhỏ (ngẫu nhiên) không rõ nét thép Khi đợc cho vào thép với mục đích cụ thể, chúng đóng vai trò nguyên tố hợp kim, chúng hoà tan mạng tinh thể -Fe -Fe để tạo thành ferrit hợp kim austenit hợp kim Một số nguyên tố nh Ni, Mn, N, Cu, hoà tan vào Fe có tác dụng mở rộng vùng ổn định làm cho nhiệt độ chuyển biến - hạ xuống (một số thép với hàm lợng Mn (> 10%) Ni (>20%) đủ lớn có tổ chức austenit nhiệt độ thờng) Một số nguyên tố khác nh Cr, V, Ti, Mo, Si, lại có tác dụng thu hẹp vùng ổn định nâng cao nhiệt độ chuyển biến - Chúng đợc gọi nguyên tố mở rộng + Crôm: Trong thép, Cr liên kết với C tạo thành cácbit phức tạp dễ hoà tan vào austenit nung lên 900C Giống nh Mn Si, Cr có tác dụng tăng độ thấm với hệ số 3,2 Do tạo loại cácbit phân tán nhỏ mịn nên Cr có tác dụng chống ram, nâng cao độ bền nóng (red-hardness: độ cứng nóng) cho thép Cũng với nguyên nhân này, Cr có tác dụng làm tăng mạnh khả chống mài mòn (wear resistance) cho thép + Môlípđen: Mo nguyên tố thu hẹp mạnh vùng , nguyên tố tạo cácbit mạnh, khó tan vào austenit nung lên có tác dụng giữ nhỏ hạt thép Mo có tác dụng tăng mạnh độ thấm với hệ số 3,8 Mo cải thiện tính chống ram tạo độ cứng thứ hai ram (tạo pha Mo 2C) có tác dụng làm giảm nhạy cảm giòn ram Cụ thể (1): + Chromium: làm tăng độ thấm xử lí nhiệt (Chromium produces deeper hardness penetration in heat treatment and contributes wear resistance and toughness ) góp phần chống mài mòn tính dai, tính bền + Manganese: Với lợng nhỏ đợc dùng giúp cho thép bền thêm làm cho thép cứng nhanh xử lí nhiệt Nó giúp hạ thấp nhiệt độ cần thiết để thép cứng hơn( Manganese in small amounts is used to aid in making steel sound and further additions help steel to harden deeper and more quickly in heat treatment It also helps to lower the quenching temperature necessary to harden steels Larger amounts of manganese in the 1.20-1.60% range allow steels to be oil quenched rather than water quenched) Lợng lớn Mn khoảng 1.20 1.60%C cho phép thép đợc làm nguội tốt làm nguội nớc + Molybdenum: Tăng độ thấm xử lí nhiệt làm giảm nhiệt độ Nó giúp tăng độ cứng nóng tính chống mài mòn ( Molybdenum increases the hardness penetration in heat treatment and reduces quenching temperatures It also helps increase red hardness and wear resistance) + Nickel làm tăng thêm độ cứng tính chóng mài mòn cho thép đợc dùng chung với nguyên tố tăng độ cứng khác.( Nickel adds toughness and wear resistance to steel and is used in conjunction with hardening elements ) + Vônfram: Đợc thêm vào thép làm tăng tính chống mài mòn cung cấp đặc điểm cứng nóng, lợng khoảng 1.5% làm tăng tính chống mài mòn khoảng 4% kết hợp với cacbon cao làm tăng thêm tính chống mài mòn W với lơng lớn Cr cần cho khả cứng nóng (Tungsten added to the steel increases its wear resistance and provides red hardness characteristics Approximately 1.5% increases wear resistance and about 4% in combination with high carbon will greatly increase wear resistance Tungsten in large quantities with chromium provides for red hardness) + Vanadium với lợng nhỏ làm tăng độ dai, độ bền làm giảm độ hạt V với lợng 1% tăng khả chống mài mòn tốt đặc biệt thép gió Lợng V nhỏ kết hợp với Cr W giúp tăng đặc tính cứng nóng(Vanadium in small quantities increases the toughening effect and reduces grain size Vanadium in amounts over 1% provides extreme wear resistance especially to highspeed steels Smaller amounts of vanadium in conjunction with chromium, and tungsten, aid in increasing red hardness properties ) - Các tạp chất ẩn: Đó tạp chất khí H 2, O2, N2, Chúng có mặt thép với lợng chứa nhỏ mà phơng pháp phân tích thông thờng phát Vì vậy, chúng đợc gọi tạp chât ẩn, nói chung có hại Câu a) Các nhiệt độ quan trọng: - Nhiêt độ chảy hoàn toàn: 1460 C - Nhiệt độ thờng hoá: 904 ữ 1104 C - Nhiệt độ ủ: 750 ữ 770 C - Nhiệt độ tôi: 760 ữ 790 C b) Dùng giản đồ pha Fe-C, xác định thép C có thành phần C với mác thép CD120: Fig.1 The Iron-Carbon Equilibrium Diagram c) Đối với thép C 1,2% (ở hình vẽ), ta tính theo công thức để tìm nhiệt độ thờng hoá, ủ, tôi: Tth = Ac (cm) + (30 ữ 50C) = 900 ữ 1100 C Tủ = Ac1 + (20 ữ 30C) = 750 ữ 760 C Ttôi = Ac1 + (30 ữ 50C) = 760 ữ 780 C Ta nhận thấy so với thép cácbon dụng cụ, thép C có nhiệt độ khác từ 4-10C (khoảng nhiệt độ ủ thép C hẹp CD120 10C, đó, nhiệt độ thờng hoá chênh 4C khoảng biến thiên (200C) d) Tổ chức tế vi đạt đợc làm nguội chậm qua điểm tới hạn, % pha thành phần, đặc điểm tính tổ chức nhận đợc: Câu a) Phơng pháp gia công khí thờng dùng để chế tạo chi tiết: - Đúc khuôn b) Sau gia công khí phải nhiệt luyện: - ủ không hoàn toàn 750 760C (bởi sau đúc, việc làm nguội chi tiết thờng không đợc đồng lớp dày khác chi tiết; bề mặt thờng cứng hơn, tồn ứng lực d bên kim loại) - Tôi 760 780C, chi tiết chày cối dập nguội, đòi hỏi độ cứng cao nên phải để tăng độ cứng độ bền - Sau tôi, ram thấp 150 300C, rằng, sau tôi, ứng lực d thép tăng lên làm cho thép bị giòn, phải tiến hành ram cải thiện tính chất, làm tăng tuổi thọ làm giảm ứng lực d Vì ram thấp nên không ảnh hởng đến độ cứng, đồng thời vừa giảm đợc ứng lực d bên trong, vừa tăng độ dai c) Những nguyên công tổ chức tế vi, tính tơng ứng: 10 d) Nếu cần thay thế, ta lựa chọn vật liệu khác Giải thích: Tool steel Thermotherapy treatment (1) http://www.key-to-steel.com/default.aspx http://vatlieubk.co.nr http://www.metalinfo.com http://www.freepatentsonline.com http://www.metaldata.info/ http://www.matweb.com Cac vi du trich cuụn ụ an thiờt kờ xng nhiờt luyờn cac loai chi tiờt lp xiờt cng ụ cao Cac ban co thờ truy cõp: http://www.esnips.com/doc/30308986-1509-4cbd-9c2a-aedaefa9f95a/Ban_in.mdi tai vờ ban Fulltext cua ụ an Chu y la ban cõn co Font tiờng Viờt vi ụ an c viờt bng VNTimes va ban cõn google .mdi reader tai vờ chng trinh oc file mdi ====================================================== Handbook of Comparative World Steel Standards, 2nd Edition, John E Bringas, Editor (ASTM DS67A) 660p 11 ... đợc dùng làm công cụ nh dao cắt, khuôn dập, dụng cụ đo Tính hàn khả dập nguội, dập sâu thép phụ thuộc nhiều vào hàm lợng cácbon: Thép cácbon dễ hàn chảy dập Hàm lợng cácbon ảnh hởng đến tính gia... (bởi sau đúc, việc làm nguội chi tiết thờng không đợc đồng lớp dày khác chi tiết; bề mặt thờng cứng hơn, tồn ứng lực d bên kim loại) - Tôi 760 780C, chi tiết chày cối dập nguội, đòi hỏi độ cứng... thép dạng hoà tan dạng liên kết Fe 3P Dù dạng nào, làm cho thép bị giòn trạng thái nguội, gọi tợng giòn nguội (bở nguội) , có hại cho thép (ví dụ nh phôi dễ bị nứt vỡ dù lực không lớn) Do hàm lợng