Thiết bị và thiết kế xưởng nhiệt luyện

Đồ án môn học “Thiết bị và thiết kế xưởng nhiệt luyện” với mục đích lập quy trình nhiệt luyện và lựa chọn thiết bị, nội dung tính toán bao gồm : Phân tích điều kiện làm việc của chi tiế

Lời nói đầu

Tính toán thiết kế đồ án môn học là một nội dung không thể thiếu trong quá trình đào tạo kỹ sư nhằm cung cấp những kiến thức cơ bản cũng như những kiến thức chuyên ngành giúp mỗi sinh viên có thêm những kiến thức gần với thực tế sản xuất, là cơ sở để mỗi sinh viên tự hoàn thiện thêm những kiến thức đã học

Đồ án môn học “Thiết bị và thiết kế xưởng nhiệt luyện” với mục đích lập quy

trình nhiệt luyện và lựa chọn thiết bị, nội dung tính toán bao gồm : Phân tích điều kiện làm việc của chi tiết, tổng quan về vật liệu đã chọn, cơ sở lí thuyết về quy trình nhiệt luyện, tính toán lựa chọn thiết bị Đây là những nội dung tính toán và lựa chọn để lập những quy trình cụ thể cho chi tiết được giao với sản lượng cho trước

Các quy trình nhiệt luyện nhằm tạo cho chi tiết có đủ các chỉ tiêu về độ bền, độ cứng cũng như các chỉ tiêu về độ dẻo dai tính chống mài mòn đảm bảo chi tiết làm việc tốt trong các điều kiện cụ thể, trong khi lựa chọn vật liệu không lãng phí

Để giải quyết được các vấn đề trên người thiết kế phải vận dụng kiến thức tổng hợp các môn học như: Tính toán kỹ thuật nhiệt luyện kim, thiết bị và thiết kế xưởng nhiệt luyện, tra cứu sổ tay nhiệt luyện và một số tài liệu chuyên ngành khác

MỤC LỤC

Lời nói đầu 1

MỤC LỤC 2

TÀI LIÊU THAM KHẢO 4

PHÂN TÍCH ĐIỂU KIỆN LÀM CỦA CHI TIẾT 4

TỔNG QUAN VỂ VẬT LIỆU ĐÃ CHỌN 5

I.Chon vât liêu 5

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ QUY TRÌNH NHIỆT LUYỆN L LÝ LUÂN CÔNG NGHÊ12 II Cơ SỞ LÝ THUYẾT 12

l.Tôi 12

a Tôi thể tích 12

b Tôi bề mặt 13

2 Ram 14

III QUY TRÌNH NHIẺT LUYẺN 15

1.Chọn nhiệt độ tôi 16

2.Thời gian giữ nhiệt 16

3.Làm nguội 16

4.Thời gian nung 17

s.p.c 21

Tl-T0 _ 0,005.7800.0,59.103 1 1173-293 21

3.Tính kính thước thùng 24

TÀI LIÊU THAM KHẢO

1 Thiết bị và thiết kế xưởng nhiệt luyện

4.Sách tra cứu về nhiệt luyện dùng cho cán bộ kỹ thuật

SMƯCOV Bản dịch tiếng việt- NXBKHKT 1973

5 Cơ sở nung và lò nung kim loại

Trần Đức Cứu - Học viện kĩ thuật quân sự

6 Hỏi đáp về nhiệt luyện

Người dịch :Tạ Anh Tuấn

Hà Kim Thành

NXBKHKT - 1977

PHẨN 1

PHÂN TÍCH ĐIỂU KIỆN LÀM CỦA CHI TIẾT

I đặc điểm làm việc của chi tiết

Sơ mi hay ống lót lắp ghép vào thân máy là chi tiết có hình dạng không phức tạp(hình ống ) dài 220 mmcó đường kính trong là 110 mmvà đường kính ngoài 115 mm

II điều kiện làm việc của chi tiết

Chi tiết làm việc chịu lực nén và kéo do piston và séc măng gây ra đồng thời mặt trong củachi tiết chịu mài mòn cao theo hướng kính và hướng trục khá nhanh do điều kiện bôi trơn kém

Tốc độ trượt của piston và séc măng trên mặt làm việc (gọi là mặt gương )kkhá cao do đó

bề mặt chịu ma sát và , chịu nhiệt lớn

III yêu cầu về cơ tính

Bề mặt làm của sơ mi có khả năng chiụ mài mòn tốt, và có độ dẻo dai chống lại khả năng biến dạng do nhiệt gây ra trong quá trình làm việc

Đai cương về gang xám

trong tổ chức gang toàn bộ hay phần lớn c tồn tại dưới dạng graphít tấm gang xám đước

dùng rất phổ biến và chiếm tới 80% tổng giá trị gang đúc gra phít trong gang xám ở dạng tấm phân bố trên nền kim loại ,nèn kim loại có thể là ferit, ferit - peclit, peclit.tương ứng với nền kim loại đó ta có gang xám ferit, gang xám ferit - peclit, gang xám peclit bản thângraphit có độ bền cưng không đáng kể, đó là dạng than chì xốp nên có tác dụng làm giảm chấn động trong quá trình kết tinh của vật đúc sự tạo thành graphit làm tăng thể tích dô

đó làm giảm độ co của vật đúc graphit trong thành phần của gang xám có nhược điểm :làm giảm tính liên tục của nền kim loại, làm giảm độ dẻo , độ dai va đập , độ kéo , làm tăng tính giòn do đó gang xám không làm các chi tiết chịu kéo chịu va đập được khi graphit trong gang xám càng nhiều dạng tấm càng dài cớ tính càng kém , tính chất của gang xám còn phụ thuộc vào nền kim loại :

nền peclit có độ cứng và độ bền cao hơn nèn ferit nhung tính dẻo kém nền kim loại ferit

Do graphit tronng có tác dụng như trên nên gang xám thường dùng làm các chi tiết khong chịu kéo khong trịu va đập , chịu chấn động , chịu nén như xy lanh ,sơ mi, đọng cơ bạc

trong sử dụng , ngoài gang xám bình thường còn gặp gang xám biến trắng gang xám biến

trắng la nhóm gang có hàm lượng c va Si tương đối thấp (C < 3,5%, Si < 0,8% )

Mác thép c Mn Si p s Cr Ni

CY 24-44 3-3,4 1-1,5 1,7-2,4 <0,25 <0,4 <0,5

và thành phần khác thích hợp để khi đúc trong khuôn kim loại có bề mặt là gang trắngbên trong là gang xám phần chuyên biến là gang hoa râm (tức là chỉ một phần các bítđược graphít hoá) Gang xám biiến trắng thường dung để đúc trục cán , bánh xegoòng ,

má nghiền , đầu phun cát

2 Đăc điểm gang xám CY 24 - 44

a Thành phần hoá học

Thành phần tổ chức

Nền kim loại là peclit khi nhiệt luyện la peclit + graphit tổ chức sau khi nhuyện luyện là mactẽnit + trútit + graphit chuyển biến pha của tổ chức ótennit chuyển biến thành tổ hcức không cân bằng

Cơ lý tinh của gang xám CY 24 - 44

b Chế độ nhiệt luyện củagang xám CY 24-44

Do tổ chức của gang xám là nền peclit nen ta chọn nhiệt độ tôi như đối với thép cùng tích

Ta chọn

Ttôi = Ac3 + (30 - 50°C) = 760 - 780 °c

Sau đố làm nguội trong môi trường dầu sau đó ram thấp ở nhiệt độ 180-200°Cvà làm nguọi trong không khí

c Các đặc điểm khác của gang xám CY 24- 44

cho thêm một số hợp kim vào gang xám có thể cải thiện phần nào cơ tính của gang xám.các nguyên tố hợp kim thường dùng có Cr , Ni, Cu , Mo , V , Ti

d Công dụng

gang xám CY 21-40 có nền peclit thường làm các chi tiết không chịu kéo , không chịu va đập , không chịu chấn động , chịu nén như lắp xy lanh , động cơ , bạc lót, xec măng

bệ máy

3 Thông số vât liêu

Khối lượng của một chi tiến

với D = 7800 kg/m3

Gọi Vi là thể tích của hình trụ có đường kính là di = 110 mm

là khối lượng của hình trụ di Vi = Ti.h.Ri2 = 3,14.220 552 =

2089670 mm 3

Ml= - = l6 ’ 4kg

Gọi v 2 là thể tích của hình trụ có đường kính là d 2 = 120

M2là khối lượng của hình trụ d2

b Tính các cơ số thời gian

Cơ số thời gian làm việc của thiết bị

'W = V K 1- K 2 Côn ỗ thức (9.3) I 1 ] tran g 208

Trong đó Tqv -là cơ số thời gian chỗ làm việc ,xác định theo công thức

Tqv = N.C.G Công thức (9.4) [l] trang 208Với N số ngày làm việc trong 1 năm không kể ngày nghỉ 305

ngày c - Số ca làm việc trong 1 ngày (2 ca )

G -Số giờ làm việc trong 1 ca (8h)

Kr hệ số mất mát thời gian để sửa lò, 1^=0,96

K2- hệ số thời gian để thay đổi chế độ làm việc của lò, K2=0,98

TmỂtbi =Tqv.K1.K2 =305.2.8.0,96.0,98=4591 (h)

Do quá trình nhiệt luyện vì nhiều yếu tố khác nhau ta không thể đảm bảo đạt chất lượng

kích thướcđơn giản

Trọng lượng

1 chi tiết

Số lượng chitiết trong 1năm

đã chọn sẽ thay thế

100% vì vậy theo bảng 12.2[1] trang 249 cần làm tăng thêm 10% dự trữ vởy ta phải làm

10000 +1000 = 11000 ống

Để nhiệt luyện một phôi cần thời gian trung bình T = T w = 4591 =0,42 (h)

Để đảm bảo sản lượng ngày cần hoàn thành 11000x24 = 58 ông Vậy

một ca cần phải tôi 29 ống để đạt sản lượng sản phẩm/năm

Khối lượng một sơ mi là 3 (Kg)

Khối lượng nung một mẻ là 87 kg

Chiều rộng - B, chiều dài - L Theo công thức

8.33 trang 376 tài liệu [II] ta có B = n.d + (n-l)c

+ 2.b L = n.l + (n-l)s + 2.b n : là số hàng phôi

sếp theo chiều rộng lò 1 : là chiều dài phôi nung

c : khoảng cách giữa 2 hàng phôi: 50 mm b :

khoảng cách từ đầu phôi đến tường lò : 100 mm s :

khoảng cách giữa 2 phôi: 50 mm

- Chiều rộng nội hình lò :

B = n.d + (n-l)c + 2.b = 3.120 + 2.50 + 2.100 = 660 mm

- Chiều dài lò :

L = n.l + (n-l)s + 2.b = 5.120 + 4.50 + 2.100 = 1000 mm Dựa vào kích thước trên ta

chọn lò H 60 làm lò tôi và ram do điều kiện chi tiết phải được nung nóng cùng lò

Sau khi nung nóng song lấy ra đem đi làm nguội sau đó ram thấp lợi dụng điều đó ta chọn

lò H60 làm lò nung và ram

PHẦN 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ QUY TRÌNH NHIỆT LUYỆN

L

LÝ LUÂN CÔNG NGHÊ

Đối với chi tiết la sơ mi được sản xuất từ gang xám CY 24 - 44 đay là gang xám có nền

kim loại là peclit Do vậy trong công nghệ nhiệt luyện và và trong phân xưởng nhiệt luyện thiết kế cần phải có thương hoá , tôi và ram nhung trong quá trinh sản suất thực tế

do gang ta chọ có nền kim loại là peclit nên ta có thể bỏ qua quá trinh thường hoá nhung chi tiết vẫn đảm bảo được tinh chất như yêu cầu đề ra

Sau đây là quy trình công nghệ hay thiết kế xưởng để sản xuất chi tiết sơ mi

Khi tôi, ôstenit bị nguôi nhanh nên c hòa tan trong đó chưa kịp khuếch tán mà hình thành

dung dịch đặc quá bão hòa a tức là mactenxit, tổ chức tinh thể của nó có dạngchính phương thể tâm.Tôi thể tích là phương pháp tôi thấu từ bề mặt chi tiết vào trong

Kiểu lò Công Kích thước khoảng không Năng Nhiệt Kích thước

suất,kw làm việc của lò,mm suất độ lằm ngoài,m

Rộng Dài Cao kg/h việc °c Rông Dài Cao

lõi, có nghĩa là chuyển biến toàn bộ thành tổ chức mactenxit.

t°c

Mục đích của tôi là:

+ Tăng độ cứng và tính chịu mài mòn của thép Như các loại dụng cụ, chitiết thấm than và các chi tiết đòi hỏi bề mặt chống mòn (bánh răng, trục cán ) đềucần phải qua tôi để tăng độ cứng và tính chống mài mòn

+ Tôi để chuẩn bị cho khâu ram tiếp theo hoặc nhằm đạt được cơ tính theoyêu cầu

+ Để cải thiện một loại lý tính hoặc hóa tính nào đó như tôi loại thép từ,thép không ủ

b Tôi bề mặt

Đây là phương pháp đưa nhiệt độ lên trên nhiệt độ chuyển biến sau làm nguôingay, chỉ chuyển biến tổ chức phần lớp bề mặt thành tổ chức mactenxit còn phầnlõi không có chuyển biến gì

Mục đích của phương pháp tôi này là tạo độ cứng cho lớp bề mặt, tính chông màimòn cao, còn trong lõi cần độ dẻo dai

+ Tôi bằng dòng điện tần số cao: ứng dụng hiện tượng cảm ứng của dòngđiện, đốt nóng bề mặt chi tiết rồi làm nguôi nhanh.

+ Tôi bằng điện tiếp xúc: là dùng điện cực có cường độ lớn cho tiếp xúc với

bề mặt chi tiết, đốt nóng chi tiết sau làm nguội nhanh

2 Ram

Ram là phương pháp nung thép đã tôi lên đến một nhiệt độ nào đó dưới điểm Ả C ị ,

giữ nhiệt một thời gian rồi làm nguội Ta biết tổ chức của thép tôi là tổ chức khôngỔn định nó tồn tại rất nhiều nội lực và độ cứng cao, dòn không phù hợp yêu cầu kỹthuật Vì vậy muốn loại trừ nội lực, muốn đạt được tổ chức và tính năng mong muốncần phải tiến hành ram

+ Khống chế chặt chẽ thời gian và nhiệt độ ram, để đạt tổ chức mong muốn.Chú ý: khi ram cần tránh hiện tượng ròn ram đối với một số mác thép Đó là

hiện tượng tăng tính ròn sau khi ram Khi ram ở nhiệt độ 250 400°c hoặc 500

-550°c có hiện tượng giảm độ dai va đập.

Dựa vào nhiệt độ nung và giữ nhiệt chia làm 3 loại ram: ram thấp, ram trung bình, ram cao

Ram thấp

Đây là phương pháp ram ở nhiệt độ thấp 150 - 200°c, giữ nhiệt ở nhiệt độ

này rồi làm nguội Mục đích của cách ram này là khử nội lực sinh ra khi tôi,đồng thời làm cho mactenxit tôi chuyển sang mactenxit ram

Ram thấp chủ yếu dùng cho chi tiết tôi cần độ cứng trên 59 HRC và chịumài mòn như dao dụng cụ, dụng cụ đo, gối trục

Ram trung bình

Là phương pháp ram ở nhiệt độ 300 - 450°c, giữ nhiệt rồi làm nguội để cho

tổ chức và cơ tính của thép chuyển biến Tổ chức của thép lúc này từ mactenxit

chuyển sang trutstit, độ cứng khoảng 44 - 54 HRC Mục đích của khâu này là

loại trừ nội lực, đồng thời năng cao giới hạn đàn hồi nên chủ yếu dung cho amcác loại lò xo

Ram nhiệt độ cao

Là phương pháp ram ở nhiệt độ 500 - 650°c, giữ nhiệt rồi làm nguội để cho

tổ chức và cơ tính của thép chuyển biến Tổ chức của thép lúc này từ mactenxitchuyển sang xoocbit ram, có cơ tính tổng hợp tốt Đây là phương pháp chủ yếu

là khử hoàn toàn nội lực, do mactenxit chuyển sang tổ chứcc xoocbit có cơtính tổng hợp ưu việt Tôi rồi ram cao ta còn gọi là tôi điều hòa chất lượng (tôicải thiện)

III QUY TRÌNH NHIẺT LUYẺN

Tôi bề mặt mặc dù cho năng suất cao và tính chất sản phẩm cao hơn nhưng phương ánnày thực hiện ở nước ta gặp nhiều trở ngại thứ nhất là do tính công nghệ thứ hai là do

Nên Ta chọn phương pháp tôi thể tích là thích hợp hơn với điều kiện nứoc ta

1 Chọn nhiệt độ tôi.

Do tổ chức của gang xám là nền peclít nên ta chọn nhiệt độ tôi như đối với thép cùng tích

ta chọn

T tôi = Ac3 + (30 50°C) = 760 790°c

đối với chi tiết làm bằng gang xám hàm lượng các bon cao nên tốc độ truyền nhiệt chậm

để tránh biến dạng và làm nứt khi nung nống đột ngột

2 Thời gian giữ nhiệt

Thời gian giữ nhiệt căn cứ theo tổ chứ của gang mà quyết định tổ chức ban đầu củagang là peclit thì thời gian giữ nhiệt chỉ cần đủ để vật đúc đồng đều , nếu tổ chứ ban đầu

là peclit + ferit hoặc ferit thì thời gian cần kéo dài hơn để graphit hoà tan vào hết austenitđến mức độ bão hoà vì vậy thời gain tôi thông thường đối với chi tiết làm bằng gang xám

lấy từ 0,5 -ỉ- 3 giờ Nếu kéo dài thời gian không làm tăng nồng độ cacbon trong austenit

do đó không có tác dụng khi tôi

3 Làm nguội

để đạt được tổ chức mactenxit khi tôi đồng thời chi tiết không bị biến dạng nứt cần chọ môi trường làm nguội thích họp trong gang đúc bao giờ cũng có graphít (đặc biệt là graphit dạng tấm ) rễ gây ứng suất tập trung làm làm thành vết rạn nứt khi tôi vì vậy ta chon phương pháp tôi dầu

Sau khi tôi song cần tiến hành ram thấp , nhiệt độ ram tuỳ theo yêu cầu cụ thể của chi tiếtnhưng thấp hơn 250°c ta chọ nhiệt độ ram sơ mi là khoảng 180 - V - 200°c tiến hành ram nhưtrên chủ yếu để khử nội lực , có tính dẻo dai hơn và khó bị phá huỷ giòn hơn truóc khiram tổ chức gồm mactenxit + austenit + graphit + trustit tổ chức sau khi nhiệt

• 8^ = 0,45 - độ đen của vật nung đối với môi trường trong suốt

• C0 = 5,7 w/m2.°K4 - hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối

• eT = 0,8 - độ đen của tường lò

• T\ = 293 0 K (t = 20 °C) - nhiệt độ phôi trước khi nung phôi

• T2 = 1073 °K (t = 800 °C) - nhiệt độ phôi nung

Diện tích hấp thụ bề mặt nhiệt gồm mặt trong và mặt ngoài của phôi kim loại

Fp= n(2.7iRL.H + 2.7I.R.2.H) = 15(3,14.0,11.0,22 + 3,14.0,12.0,22) = 2,4 m2

Diện tích phát nhiệt từ lò

FL = Fn + Fxq, Fn - diện tích nóc lò, lấy bằng diện tích đáy lò Fn = BxL =

0,75.1,5 = 1,125 m 2 Fxq - diện tích xung quanh tường lò Fxq = 2.B.Ht +

a ì = l,labx = 1,1 Cd.

ax =1,1.2,375

/ 900 + 273^ H o o 4 /20 + 273']H o o

Hệ số truyền nhiệt trung bình : CT trang 253/ [II]

a£ = -ịa v a\ = ^55,89.148,29 = 91 (W/m2.độ)

Thay vào CT tính BiO :

BiO = 91 0,005 = < 0,25 - vật mỏng, nung phôi với tlò = const

adl : hệ số truyền nhiệt đối lưu

Hệ số truyền nhiệt đầu giai đoạn 1:

Y ị 'P Y ^100) ~[l00y

tL- t ,

(công thức (5.51) trang 231 tài liệu [II])

4 ( 20 + 273^

Tính toán thời gian nung vật mỏng

ta tiến hành nung chi tiết theo hai giai đoạn giai đoạn 1 :

20° đến 600° c i 750 ’ *25 tra bảng phụ lục 3.4 trang 249 tài

liệu ỊỴ]

£ _ *600 *20 _

354,2-12

Hệ số truyền nhiệt cho giai đoạn đầu là

(công thức (5.51) trang 231 tài liệu [II])

Hệ số truyền nhiệt cuối giai đoạn 1:

(công thức (5.51) trang 231 tài liệu [II])

Thời gian nung giai đoạn 1

Sử dụng công thức tính thời gian nung dành cho vật mỏng: CT (5.66)/Tr.245/ [II]

s.p.c p p

-.1n J JTL-Tm

T L -T 0 _ 0,005.7800.0,59.103

1 1173-2932.82.09

k x a

= 2,5 phút

giai đoạn 2 : 600° đến 800° c i750 ’ *25 tra bảng phụ

lục 3.4 trang 249 tài liệu ỊỴ]

Thời gian nung giai đoạn 1

Sử dụng công thức tính thời gian nung dành cho vật mỏng: CT (5.66)/Tr.245/ [II]

Tổng thời gian nung và giữ nhiệt của chi tiết là T = 2,5 + 3 + 10 = 15,5 phút

Thời gian ram chi tiết trong lò theo bảng 17 trang 54 tài liệu [III]

Tram =2 + 0,17.5 = 2,08 giờ

PHẦN IV

TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHỤ