chế tạo líp xe đạp

+chế tạo líp xe đạp

Phần B:

CHỌN THÉP ĐỂ CHẾ TẠO LÍP XE ĐẠP

I. Giới thiệu sản phẩm.

Đĩa và líp xe đạp là một chi tiết trong kết cấu của chiếc xe đạp

mà chúng ta thường hay sử dụng để di chuyển hằng ngày

a. Đặc điểm của chi tiết

Hai chi tiết này chịu tốc độ quay trung bình và tải trọng nhẹ , nhưng lại chịu sự mài mòn lớn do ma sát sinh ra khi chi tiết ăn khớp với xích , bên cạnh đó chi tiết còn chịu sự tác động từ môi trường …

Do vậy để chọn được loại thép thích hợp cho việc nhiệt luyện

và chế tạo chi tiết mà vẫn phù hợp với yêu cầu về tốc độ , nhiệt độ , mài mòn và ăn mòn là điều hết sức quan trọng Việc chọn mác thép còn đòi hỏi phải dễ dàng gia công và giá thành phải hợp lý nhất để tối ưu hóa

b. Chọn mác thép cho nhiệt luyện

Dựa vào những yêu cầu trên thì chúng mình lựa chon mác

thép phù hợp nhất trong trường hợp này dạng thép các bọn trung

bình và điển hình cho loại thép này là mác thép C45 (0.45%C) để

kiểm chứng cho chọn lựa này mình xin đưa ra một vài đặc điểm về

thành phần , tính chất , dạng độ bền để chứng mình cho quan điểm :

Các tiêu

chuẩn

EN 10.277-2: 2008 Sản phẩm thép Bright Tiêu chuẩn kỹ thuật : Thép dùng cho mục đích kỹ thuật chung

EN 10.083-2: 2006 Thép dùng cho nguội và ủ Tiêu chuẩn kỹ thuật thép không hợp kim

EN 10.250-2: 2000 thép dùng rèn cứng các chi tiết cho mục đích kỹ thuật nói chung Chất lượng là thành phần không chứa hợp kim và thép đặc biệt

 Thành phần hóa học của thép C45 (1,0503): EN

10277-2-2008

Cr + Mo + Ni = max 0,63

0,43-0,5

max 0.4

0,5-0,8

max 0.4

max 0,045

max 0,045

max 0.4

max 0.1

 Tính chất cơ học của thép C45 (1,0503)

Độ dày giả thiết (mm): đến 16 16-100 100-250 250-500 500 - 1000

Rm – sức căng bề mặt (MPa)

Độ dày giả thiết (mm): 5-10 10-16 16-40 40-63 63-100

Rm – sức căng bề mặt (MPa)

(+ C)

750-1050

710-1030

650-1000

630-900

580-850

Độ dày giả thiết (mm): to 100 100 - 250 250 - 500 500 - 1000

Re - Độ dẻo phía trên (MPa)

Độ dày giả thiết (mm): 5 - 10 10 - 16 16 - 40 40 - 63 63 - 100 Rp0.2 0,2% sức chống chịu

Độ dày giả thiết (mm): 5 - 10 10 - 16 16 - 40 40 - 63 63 - 100

A – Độ giản dài Tối Thiểu lúc

Độ dày giả thiết (mm): to 16 16 - 100 100 - 250

A -độ giãn dài tối thiểu với Lo

Độ cứng Brinell (HBW):

Độ cứng Brinell (HBW):

Độ cứng Brinell (HBW):

 Các tính chất của thép C45 (1,0503)

Khả năng hàn: Do hàm lượng carbon trung bình, nó có thể được

hàn kết hợp với các phương pháp bảo vệ bề mặt

Độ thấm tôi : nó có thể thấm tôi trong nước hoặc dầu; để phù hợp

với việc làm cứng bề mặt cho phép mác thép này có một cao độ cứng ở vỏ cao hơn

 Các mác thép tượng tự ở các nước

USA

-Germany

DIN,WN

r

Japan JIS

France AFNOR

England BS

China GB

Austria ONORM

Russia GOST

1042

1045

Gr.10

43

C4 5

S45 C

AF65C 45 C45

070M 46 50HS

C45 k

120 50

C45S W

 Các đại lượng của tính chất cơ học

 Điều kiện nhiệt luyện và các thuật ngữ sử dụng

A : ủ mềm , AC : Ủ để đạt tạo hạt tròn của cacbua , AR : Cán , AT : dung dịch ủ , C : Nguội nhanh / cứng , CR : cán nguội , FP : Xử lý

để có cấu trúc ferrite-pearlite trong phạm vi độ cứng I : ủ đẳng nhiệt , LC : Nguội nhanh / mềm , M : Cán nhiệt cơ khí , N :

Thường hóa ,NT : Thường hóa và cường lực ,P : Chất kết tủa

cứng ,PE : bào ,QA : Nguội bằng không khí và cường lực ,QL : Làm nguội lỏng và cường lực ,QT : Dập nguội và cường lực ,S : xử

lý để cải thiện ổn định trượt ,SH : Cán và tiện , SR : Nguội và giảm biến tính ,T : cường lực ,TH : Xử lý trọng phạm vi độ cứng ,WW : làm nóng , U : chưa qua xử lý

Do vậy ta thấy rằng để chế tạo các chi tiết trên thì dùng mác thép C45 là hợp lí vì thỏa mãn các điều kiện về nhiệt luyện , cơ tính thành phần hóa học , tính chất và giá cả …

c. Quy trình nhiệt luyện để chế tạo chi tiết

 Ta có giản đồ trạng thái Fe-C giữa 2 đường là thành phần Carbon nằm trong khoảng từ 0.25%C tới 0.55% đây là thành phần Carbon trong thép carbon trung bình

 Phương án nhiệt luyện có thể sử dụng trong trường hợp này để chế tạo đĩa líp xe đạp là bằng quy trình austenite hóa , tôi và ram để cải thiện các tính chất cơ học Thép carbon trung bình có độ thấm tôi thấp , có thể nhiệt luyện các chi tiết có tiết diện mỏng với tốc độ làm nguội cao Hợp kim hóa bằng Cr , Ni , Mo … sẽ cải thiện khả năng nhiệt luyện của các thép này , cho phép đạt được các tổ hợp tính chất bền – dẻo cao

 Để Autenite hóa thì hỗn hợp Fe nóng chảy sẽ được nung nóng tới

30000C trong lò hồ quang điện

khiến cho hỗn hợp ở dạng lỏng tại

thời điểm này chúng ta có thể thêm

các chất phụ gia vào lò nung như :

hoạt chất nhôm , cờ rôm , carbon ,

mangan với múc đích là tạo ra

thép Carbon trung bình nên hàm

lượng Carbon được cho vào phải nằm trong khoảng từ 0.25%C tới 0.55%C và giữa nhiệt sau một khoảng thời gian

 Tiếp đến ta làm nguội hỗn hợp xuống dưới đường AC như trên đồ

Liquid Austentite + Liquid , một phần Liquid khi được làm nguội sẽ chuyển biến thành Austentite vì vậy ta có tổ chức tế vi của

hợp kim như trên giản đồ

 Làm nguội sau một khoảng thời gian ta sẽ đạt được tổ chức tế vi là Austentite sau đó sẽ đem đổ vào khuôn tạo hình khối trước khi gia công

 Sau khi đã Austenite hóa ta được một phôi thép có hàm lượng

carbon thấp và do vậy nó có độ

dẻo và dai nhất định do hàm

lượng Fe cao trong thép Lúc này

chúng ta sẽ đem chi tiết đi gọt để

tạo hình dạng cho chi tiết , để gia

công được hình dạng của đĩa líp

xe đạp ta sẽ dùng phương pháp gia công phay lăn răng phôi thép phương pháp lăn răng được thể hiện như trên hình ảnh

 Sau khi đã gia công thành hình chi tiết đĩa líp xe đạp , để nâng cao

độ cứng , độ bền , sức chịu tải và tính chống mài mòn của đĩa và líp

xe đạp ta sẽ dùng nguyên công tôi trước hết ta sẽ nung nóng phôi lên cao quá nhiệt độ giới hạn Ac1 để làm xuất hiện auxtenit Giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh thích hợp để biến nó thành mactenxit hay

tổ chức không ổn định khác với độ cứng cao Để thực hiện nguyên

công tôi chúng ta nung phôi tới nhiệt độ khoảng Ac3 + (30÷50)0C để xác định khoảng nhiệt độ này chúng ta có thể tính toán dựa vào hình

vẽ bên dưới

Để xác định nhiệt độ tôi chúng ta xác định các giao điểm của đường 0.25 và 0.55 với đường GS bằng cách sau Giả sử GS là 1 đường thẳng ta có giữa đường 0.55 và đường 7270C sẽ tạo ra một giao điểm , để tính khoảng nhiệt độ này ta có thể dùng định lý

pytago và sự đồng dạng của tam giác và sau đó ta sẽ có kết quả là : Giao với 0.55%C = 727 + ( (912-727)*(0.8-0.55))/0.8 = 7840C

Giao với 0.25%C = 727 + ( (912-727)*(0.8-0.25))/0.8 = 8540C

 Vậy khi thực hiện nguyên công tôi ta sẽ thực hiện ở nhiệt độ là Ac3

+ (30÷50)0C đó là đường nối giữa điểm X với Y như hình vẽ phía trên (784+30 ÷ 854 + 30)0C cỡ vào khoảng (820÷880)0C Tổ chức sau khi tôi và làm nguội là mactenxit + auxtenit dư ,chúng ta sẽ nói

sơ qua về 2 tổ chức mactenxit và auxtenit để thấy chúng có đặc điểm gì nổi bật có thể cải thiện tính chất của kim loại

o Mactenxit có thành phần cấu trúc tinh thể nhận được sau khi chuyển

biến Martensite trong các

hợp kim sắt - cacbon (Fe - C)

và hợp kim màu cấu trúc tinh

thể là mạng chính phương

thể tâm tên gọi của nó được

đặt theo tên nhà kim loại học

người Đức Macten (A

Martens) Trong Hệ Fe - C, Martensite là dung dịch rắn quá bão hoà của cacbon trong sắt anpha (Fe - α) tạo thành từ auxtenit khi làm nguội nhanh (tôi) ở trạng thái đó nguyên tử carbon không có đủ thời gian để khuếch tán ra khỏi các cấu trúc tinh thể với số lượng đủ lớn

để tạo thành cementite (Fe3C) Martensite có cấu tạo dạng kim, độ dẻo thấp, độ cứng rất cao (trên 500 HB) Tuỳ thuộc vào hàm lượng cacbon trong thép mà sau khi tôi có thể nhận được Martensite hình kim, Martensite có 2 dạng là song tinh và biến dạng Martensite là pha có độ cứng cao nhất trong các hợp kim sắt - cacbon (Fe - C)

o Austentite đó là dung dịch rắn xen kẽ của C trong Feɣ không có tính sắt từ chỉ có tính thuận từ tính chất

của hợp kim là của Feɣ (Austentite)

kiểu mạng của Feɣ đó là kiểu mạng

lập phương diện tâm FCC , hàm

lượng carbon tối đa là 2.14%C ở

nhiệt độ 7270C Thép Austenit lại

có tính dẻo tốt với độ giãn dài lên đến 50% trong quá trình thử độ bền kéo do hàm lượng cacbon thấp

 Kêt quả của việc tôi hỗn hợp này là để nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn nhờ đó kéo dài tuổi thọ của đĩa líp xe đạp nhờ các đặc điểm tốt của Austentite và độ cứng của thép tăng lên gấp bội do Martensite độ cứng đạt được sau khi tôi là > 50HRC bên cạnh đó nó

sẽ nâng cao độ bền và sức chịu tải của đĩa líp xe đạp

 Sau khi đã đạt được tổ chức Martensite có độ cứng cao nhất , tuy nhiên chúng ta không thể đem đĩa líp xe đạp ra sử dụng được vì lúc

đó nó rất giòn , kém dẻo , dai với ứng suất bên trong lớn , nếu đem dùng rất chóng gẫy do phá hủy dòn và trong sử dụng chúng ta

không yêu cầu độ cứng cao như vậy

 Do vậy sau khi tôi chúng ta phải tiến hành nung nóng lại để giảm hay khử bỏ ứng suất bên trong , tăng độ dẻo , đô dai giảm độ cứng đến mức yêu cầu phù hợp với điều kiện làm việc bằng cách ram

Đó là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đã tôi thành tổ chức mactenxit lên đến các nhiệt độ thấp hơn Ac để mactenxit và

auxtenit dư phản hóa thành các tổ chức có cơ tính phù hợp với điều kiện làm việc quy định

 Yếu tố quyết định nhất tổ chức

và cơ tính khi ram là nhiệt độ ,

theo đó khi nhiệt độ tăng lên ,

ram thép có tác dụng và múc

đích là : làm giảm hoặc khử bỏ

ứng suất bên trong , biến đổi tổ

chức khi tôi cứng , giòn thành

các tổ chức có độ cứng thích hợp

xong nó lại dẻo dai hơn phù hợp

với điều kiện làm việc

 Có 3 loại Ram được sử dụng trong nhiệt luyện đó là : Ram thấp (150-250)0C ,Ram trung bình

(300-450)0C ,Ram cao ( 500-650)0C

Đối với chi tiết đĩa líp xe đạp sẽ

dùng phương pháp Ram thấp đó là

phương pháp nung nóng thép đã tôi

trong khoảng 150-2500C , tổ chức đạt

được là Mactexit ram

 So với thép tôi , sau khi ram thấp nói chung độ cứng không giảm đi hoặc chỉ giảm đi rất ít ( 1 – 2 )HRC , cá biết có trường hợp lại tăng lên ( do auxtenit dư -> mactexit ) , còn ứng suất bên trong giảm đi

do có tính dẻo , dai tốt hơn , khó phá hủy giòn hơn Vì độ cứng cần đạt của đĩa líp xe đạp khoảng 50-60 HRC

 Sau khi Ram xong chúng ta sẽ gia công tinh lại một lần nữa với dung dịch thấm nguội là dầu hoặc nhớt để cho chi tiết có tính bôi trơi cao hơn trước khi đem vào sử dụng

 Toàn bộ quá trình kể trên là toàn bộ quá

trình gia công đĩa líp xe đạp