Nghiên cứu xây dựng quy trình nhiệt luyện của dao băm gỗ trong ngành nguyên liệu giấy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG NGUYỄN ĐỨC ĐƠNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH NHIỆT LUYỆN CỦA DAO BĂM GỖ TRONG NGÀNH NGUYÊN LIỆU GIẤY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHÁNH HÒA, 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG NGUYỄN ĐỨC ĐƠNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH NHIỆT LUYỆN CỦA DAO BĂM GỖ TRONG NGÀNH NGUYÊN LIỆU GIẤY LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 60520103 Quyết định giao đề tài: 931/QĐ/ĐHNT ngày 26/09/2014 Quyết định thành lập HĐ: 1079/QĐ-ĐHNT ngày 19/11/2015 Ngày bảo vệ: 16/01/2016 Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN DOÃN HÙNG Chủ tịch Hội đồng: PGS.TS PHẠM HÙNG THẮNG Khoa sau đại học: Khánh Hịa, 2015 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan kết đề tài: “Nghiên cứu xây dựng quy trình nhiệt luyện dao băm gỗ ngành ngun liệu giấy” cơng trình nghiên cứu cá nhân chưa công bố cơng trình khoa học khác thời điểm Khánh Hòa, ngày 15 tháng 10 năm 2015 Tác giả luận văn Nguyễn Đức Đông i LỜI CÁM ƠN Trong suốt thời gian thực đề tài, nhận nhiều giúp đỡ q thầy từ phịng ban chức Trường Đại học Nha Trang, với giúp đỡ nhiệt tình tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành đề tài Đặc biệt hướng dẫn tận tình TS Trần Dỗn Hùng để tơi hồn thành tốt đề tài Qua đây, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giúp đỡ q báu Tơi xin cám ơn thầy cô môn Công nghệ chế tạo máy, Trung tâm thí nghiệm thực hành, thầy giáo khoa Cơ khí Trường Đại học Nha Trang giảng dạy, giúp đỡ tạo điều kiện cho trình học tập, nghiên cứu thực đề tài Qua xin bày tỏ lời cám ơn sâu sắc đến bạn đồng nghiệp, kỹ thuật viên thuộc Công ty LD TNHH Cát Phú nhiệt tình giúp đỡ tơi phần chạy thử nghiệm dao mẫu để góp phần hồn thành luận văn Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình tất bạn bè ln giúp đỡ, động viên tơi suốt q trình học tập thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn! Khánh Hòa, ngày 15 tháng 10 năm 2015 Tác giả luận văn Nguyễn Đức Đông ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC KÝ HIỆU vi DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ viii TRÍCH YẾU LUẬN VĂN x Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan đề tài nghiên cứu 1.2 Tình hình nghiên cứu vấn đề đặt 1.3 Mục tiêu, phương pháp, nội dung giới hạn nghiên cứu 1.3.1 Mục tiêu mục đích nghiên cứu 1.3.2 Nội dung nghiên cứu bố cục đề tài 1.3.3 Phương pháp nghiên cứu 1.3.4 Giới hạn nội dung nghiên cứu Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Giới thiệu chung dao băm gỗ 2.1.1 Sơ lược dao băm gỗ 2.1.2 Điều kiện làm việc dao 2.1.3 Yêu cầu tính dao 2.1.4 Các dạng sai hỏng dao băm gỗ .8 2.1.5 Yêu cầu vật liệu làm dao 2.2 Vật liệu thép hợp kim 2.2.1 Cấu trúc tinh thể liên kết nguyên tử hợp kim 2.2.2 Thành phần pha hợp kim 10 2.2.3 Các đặc trưng tính kim loại ý nghĩa .10 2.3 Tổng quan công nghệ nhiệt luyện 12 2.3.1 Khái niệm nhiệt luyện 12 2.3.2 Các thông số đặc trưng nhiệt luyện 12 2.3.3 Phân loại nhiệt luyện 13 iii 2.3.4 Các phương pháp thép .13 2.3.5 Ram thép 15 2.3.6 Hoá nhiệt luyện 15 2.4 Giới thiệu chung vật liệu thép hợp kim SKD61 16 2.4.1 Đặc điểm thép hợp kim SKD61 .16 2.4.2 Tính chất vật lý SKD61 16 2.4.3 Thành phần hóa học thép SKD61 17 2.4.4 Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim thép SKD61 18 2.4.5 Nhiệt luyện thép SKD61 .22 2.5 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm .23 2.5.1 Sơ đồ nhiệt luyện thép SKD61 .23 2.5.2 Quy hoạch thí nghiệm 23 2.5.3 Bố trí thí nghiệm 24 2.5.4 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm 25 2.5.5 Quy trình nhiệt luyện 26 2.6 Phương pháp kiểm tra xử lý số liệu thực nghiệm 30 2.7 Phương pháp kiểm tra mẫu 31 2.7.1 Các cách kiểm tra độ cứng 31 2.7.2 Kiểm tra, chụp ảnh tổ chức tế vi mẫu trước sau nhiệt luyện 34 2.7.3 Kiểm tra va đập Charpy V-Notch .34 2.7.4 Xác định mài mòn .36 2.8 Thiết bị thí nghiệm: Phụ lục A 37 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 Lựa chọn mẫu dao khảo sát .39 3.1.1 Các thông số kỹ thuật dao băm gỗ 39 3.1.2 Các thông số khảo sát dao mẫu .39 3.2 Mẫu thép SKD61 theo JIS .40 3.2.1 Thành phần hóa học thép SKD61 dạng cung cấp 40 3.2.2 Tổ chức tế vi thép SKD61 dạng cung cấp .41 3.3 Kết thí nghiệm thảo luận 41 3.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ cứng mẫu .41 3.3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đến tổ chức tế vi mẫu 43 iv 3.3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ ram đến độ cứng mẫu .45 3.3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ ram đến độ bền va đập mẫu 47 3.3.5 Mối quan hệ độ cứng độ bền va đập thay đổi nhiệt độ ram 49 3.3.6 Ảnh hưởng nhiệt độ tơi, ram đến khả mài mịn mẫu 51 3.3.7 Ảnh hưởng nhiệt độ ram đến tổ chức tế vi mẫu thép SKD61 53 3.4 So sánh dao chế tạo từ thép SKD61 vật liệu làm dao nhập 55 3.4.1 So sánh tiêu tính .55 3.4.2 So sánh tiêu kinh tế 57 3.4.3 Xây dựng quy trình nhiệt luyện dao băm gỗ CYK54 58 3.4.4 Xây dựng quy trình gia cơng dao băm gỗ CYK54 .59 3.4.5 So sánh chất lượng 60 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62 4.1 Kết luận .62 4.1.1 Chỉ tiêu tính .62 4.1.2 Chỉ tiêu kinh tế 62 4.1.3 Chỉ chất lượng .62 4.2 Kiến nghị .62 TÀI LIỆU THAM KHẢO .63 PHỤ LỤC v DANH MỤC KÝ HIỆU - BX1710: Ký hiệu máy băm dăm gỗ Trung Quốc - CT.3 : Ký hiệu thép cacbon - CYK54: Ký hiệu máy băm dăm gỗ Đài Loan - HRC: Đơn vị đo độ cứng - JIS: Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật - LD TNHH: Liên doanh trách nhiệm hữu hạn - M18: Bulong có đường kính ren 18 mm - SKD61: Ký hiệu thép công cụ hợp kim - Y10: Ký hiệu thép công cụ hợp kim vi DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Các mác thép tương ứng với thép SKD61 16 Bảng 2.2 Tính chất vật lý thép SKD61 16 Bảng 2.3 Bảng thành phần hóa học thép SKD61 mác thép tương ứng 17 Bảng 2.4 Bố trí thí nghiệm chế độ nhiệt luyện 24 Bảng 2.5 Thành phần hóa học thép SKD61 chọn khảo sát 25 Bảng 2.6 Trình tự bước chuẩn bị mẫu thí nghiệm 26 Bảng 2.7 Mẫu thép sau + ram chọn kiểm tra độ mài mòn 36 Bảng 3.1 Thành phần hóa học dao mẫu nhập từ Nhật Bản 39 Bảng 3.2 Thành phần hóa học thép SKD61 theo JIS dùng nghiên cứu 40 Bảng 3.3 Quan hệ độ cứng nhiệt độ thép SKD61 42 Bảng 3.4 Kết đo độ cứng mẫu thí nghiệm sau ram 45 Bảng 3.5 Kết kiểm tra độ bền va đập mẫu thép SKD61 sau ram 47 Bảng 3.6 Kết kiểm tra độ mài mòn mẫu thép sau nhiệt luyện 52 Bảng 3.7 Bảng so sánh tính thép SKD61 vật liệu làm dao mẫu nhập 56 Bảng 3.8 Bảng tính giá thành sản xuất dao băm gỗ 57 Bảng 3.9 Các bước nguyên công chế tạo dao băm gỗ máy CYK54 59 vii DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Nhà máy chế biến dăm gỗ xuất Hình 1.2 Hệ thống máy băm dăm gỗ Hình 2.1 Dao băm gỗ máy CYK54 .6 Hình 2.2 Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim tới độ dẻo dai thép [6] 18 Hình 2.3 Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim tới độ cứng thép [6] 19 Hình 2.4 Giới hạn tồn loại cacbit hợp kim Fe-C-Cr[14] .20 Hình 2.5 Sơ đồ quy trình nhiệt luyện thép SKD61 23 Hình 2.6 Kích thước hình dạng mẫu thí nghiệm .25 Hình 2.7 Sơ đồ tăng nhiệt độ nung [15] 27 Hình 2.8 Mẫu thí nghiệm nung lò nung N7/H Nabertherm 28 Hình 2.9 Tơi mẫu mơi trường dầu .29 Hình 2.10 Biểu đồ quan hệ nhiệt độ ram độ cứng thép SKD61 [18] 30 Hình 2.11 Sơ đồ gia nhiệt ram mẫu thép 30 Hình 2.12 Sơ đồ đo Vicke [9] .31 Hình 2.13 Sơ đồ đo độ cứng Brinen [9] 32 Hình 2.14: Sơ đồ đo độ cứng Rocvel [9] .33 Hình 2.15 Kích thước mẫu kiểm tra va đập 34 Hình 2.16 Thử va đập máy Tinius Olsen 84.USA .35 Hình 2.17 Mơ hình xác định độ dai va đập [9] 35 Hình 2.18 Mẫu thử mài mịn máy ABRASER 5131 37 Hình 3.1 Tổ chức tế vi thép SKD61 trạng thái cung cấp (×500) 41 Hình 3.2 Biểu đồ quan hệ độ cứng nhiệt độ thép SKD61 .42 Hình 3.3 Ảnh chụp tổ chức tế vi thép SKD61 sau tơi (×500) 44 Hình 3.4 Biểu đồ so sánh độ cứng thép SKD61 sau ram .46 Hình 3.5 Biểu đồ thể độ bền va đập thép SKD61 sau ram .48 Hình 3.6 Biểu đồ độ cứng mẫu thép SKD61 nhiệt độ 10200C 49 Hình 3.7 Biểu đồ độ cứng mẫu thép SKD61 nhiệt độ 10350C 50 Hình 3.8 Biểu đồ độ cứng mẫu thép SKD61 nhiệt độ 10500C 50 Hình 3.9 Biểu đồ thể độ mài mòn vật liệu thép SKD61 sau tơi ram 53 Hình 3.10 Ảnh chụp tổ chức tế vi mẫu thép SKD61 sau tơi nhiệt độ 10200C (×500) 54 viii 3.4.5 So sánh chất lượng Dao băm gỗ chế tạo từ thép SKD61 cho chạy thử nghiệm máy CYK54 Đài Loan với thời gian tháng đáp ứng yêu cầu kỹ thuật điều kiện sản xuất bình thường Cơng ty liên doanh TNHH Cát Phú, Nha Trang, Khánh Hòa Dao băm gỗ thử nghiệm đưa vào sản xuất máy CYK54 Công ty LD TNHH Cát Phú Nha Trang thể hình 3.15, hình 3.16, hình 3.17 Hình 3.15 Dao băm gỗ thử nghiệm gắn máy CYK54 Hình 3.16 Dao băm gỗ thử nghiệm sau sử dụng 60 Hình 3.17 Mài dao băm gỗ thử nghiệm sau sử dụng Trong thời gian đưa vào sản xuất thường xuyên kiểm tra định kỳ dao băm gỗ thử nghiệm Kết cho thấy dao băm gỗ sản xuất từ vật liệu thép SKD61 sản phẩm đề tài đáp ứng yêu cầu chất lượng thông số kỹ thuật dao băm gỗ ngành nguyên liệu giấy, có chất lượng tương đương với dao băm gỗ nhập từ Nhật Bản 61 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận 4.1.1 Chỉ tiêu tính Kết nghiên cứu thử nghiệm tính vật liệu bảng 3.4, bảng 3.5, bảng 3.7, bảng 3.8 biểu đồ hình 3.4, hình 3.5, hình 3.9 cho thấy vật liệu thép SKD61 có độ cứng tương đương vật liệu làm dao nhập từ Nhật Bản, độ dẻo dai khả chịu mài mịn có phần trội Xét tiêu tính vật liệu thép SKD61 đủ khả ứng dụng công nghiệp chế tạo dao băm gỗ phục vụ ngành công nghiệp nguyên liệu giấy 4.1.2 Chỉ tiêu kinh tế Chiếc tính giá thành sản xuất mục 3.4.2 so sánh với giá dao nhập thị trường, cho thấy giá thành sản xuất dao băm gỗ nước từ thép SKD61 theo JIS thấp 85% giá thành dao nhập Như với điều kiện máy móc thiết bị Việt Nam đủ lực để sản xuất dao băm gỗ từ vật liệu thép SKD61 phục vụ nước, giảm chi phí ngoại tệ nhập dao 4.1.3 Chỉ chất lượng Dao băm gỗ mẫu sản xuất từ vật liệu thép SKD61 đáp ứng yêu cầu chất lượng băm gỗ tương đương với dao nhập từ Nhật Bản 4.2 Kiến nghị Kết nghiên cứu có khả chuyển giao quy trình nhiệt luyện cho sở nhiệt luyện nước phục vụ ngành công nghiệp chế tạo dao băm gỗ Tiếp tục nghiên cứu quy trình nhiệt luyện thép công cụ SKD61 phục vụ ngành công nghiệp phụ trợ khí khác như: khn dập nóng, bánh răng, … Tiếp tục nghiên cứu nhiệt luyện thép SKD61 theo phương pháp phần, chân không, cao tần, mức nhiệt độ khác phổ nhiệt độ nhà sản xuất,… để đáp ứng cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Tiếp tục nghiên cứu dao băm gỗ từ loại thép công cụ khác nhằm hạ giá thành sản phẩm, đáp ứng yêu cầu sử dụng thị trường 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Bính, “‘Nghiên cứu phối hợp công nghệ hàn nổ với gia công biến dạng dẻo để chế tạo dao băm gỗ phục vụ ngành giấy’”, 2012 [2] Shu-Hung Yeh, “Thermal Fatigue Behavior Evaluation of Shot-Peened JIS SKD61 Hot-Work Mold Steel.pdf”, 2013 [3] John C Bergeron, “Failure Analysis of H13 Gear Blank Forging Dies.”, 2004 [4] Trần Lê Huy, “Ngành công nghiệp dăm gỗ Việt Nam thực trạng xu hướng phát triển tương lai.”, 2013 [5] Nguyễn Chung Cảng, Sổ tay nhiệt luyện_Tập1.pdf, 2006 [6] Phạm Thị Minh Phương- Tạ Văn Thất, CÔNG NGHỆ NHIỆT LUYỆN Nhà xuất giáo dục 2000, 2000 [7] Nghiêm Hùng, Kim loại học nhiệt luyện, 1999 [8] B N ARZAMAXOV, Vật liệu học Nhà xuất giáo dục 2000, 2000 [9] Nghiêm Hùng, Vật liệu sở, 2004 [10] Nguyễn Văn Hóa- Hồng Đình Hiếu, Giáo trình kim loại học nhiệt luyện, 1978 [11] Nguyễn Chung Cảng, So tay nhiet luyen tap2.pdf, 2007 [12] Http://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=9107, “Trích dẫn nguồn vật liệu SKD61.” [13] L Sidermeccanica, “The family of hot work tool steels,” no October, 2005 [14] Phạm Thị Hằng, “Nghiên cứu quy trình cơng nghệ thấm Nito thể khí cho thép SKD11 dùng làm khuôn dập nguội.pdf.”, 2010 [15] Phạm Văn Lành, “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nhiệt luyện chân không để nhiệt luyện sản phẩm khí chất lượng cao.”, 2008 [16] Hồng Vĩnh Giang, “Ứng dụng cơng nghệ thấm nito plasma cho số chi tiết máy chế tạo từ thép hợp kim crom.”, 2010 [17] Phùng Thị Tố Hằng, “Xử lý nhiệt sau để đạt tổ chức tế vi tính tối ưu, nâng cao tuổi thọ khuôn dập nguội làm thép SKD11.pdf,” pp 37–39, 2006 63 [18] “Hot_working_die SKD61.pdf.” [19] Attaullah Arain, “Heat Treatment and Toughness Behavior of Tool Steels (D2 and H13) for Cutting Blades.” pp 1–80, 1999 [20] Fletcher Building, Special Steel Book [21] S Z Qamar, a K Sheikh, a F M Arif, T Pervez, and R a Siddiqui, “Heat treatment of a hot-work die steel,” Archives of Materials Science and Engineering, vol 28, no pp 503–508, 2007 [22] Rafael Menezes Nunes, The Materials Information Company, 1991 64 PHỤ LỤC PHỤ LỤC Ac Bảng vẽ chế tạo dao băm gỗ máy CYK54 PLA Hình Bảng vẽ dao băm gỗ Thiết bị thí nghiệm - Kính hiển vi kim tương Olympus.CK40M PLA Hình Kính hiển vi Olympus.CK40M - Máy đo độ cứng thơ đại Rockwell PLA Hình Máy đo độ cứng Rockwell AR-10 (Nhật) - Lị nung N7/H mơi trường tơi PLA Hình Lị nung Nabertherm (Đức) PLA Hình Các mơi trường tơi - Máy thử mài mịn PLA Hình Máy thử mài mịn - Cân điện tử dùng cân mẫu kiểm tra độ mài mòn PLA Hình Cân điện tử - Máy cắt mẫu đá Magnutom PLA Hình Máy cắt mẫu - Máy đánh bóng mẫu PLA Hình Máy đánh bóng mẫu Các nguyên công chế tạo dao băm gỗ Các nguyên công chế tạo dao băm gỗ thể hình 10, hình 11, hình 12, hình 13, hình 14, hình 15 phụ lục A PLA Hình 10 Ngun cơng phay rãnh lắp bulong dao PLA Hình 11 Bán thành phẩm dao băm gỗ PLA Hình 12 Nguyên cơng nhiệt luyện dao PLA Hình 13 Ngun cơng mài phẳng bề mặt dao băm gỗ sau nhiệt luyện PLA Hình 14 Ngun cơng mài lưỡi cắt dao băm gỗ PLA Hình 15 Thành phẩm dao băm gỗ PHỤ LỤC B PLB Bảng Thành phần hóa học thép làm dao nhập từ Nhật Bản PLB Bảng Thành phần hóa học thép làm dao nhập từ Trung Quốc PLB Bảng Thành phần hóa học thép SKD61 nghiên cứu