Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đến lượng mòn dao khi phay thép c45 bằng dao phay ngón sản xuất tại việt nam

Trước đây việc gia công đều phải mua các loại dao từ nước ngoài với giá thành cao, điều đó làm tăng chi phí sản xuất và tăng giá thành sản phẩm.Tại Việt Nam hiện nay đã có nhiều cơ sở sả

i

LỜI CẢM ƠN

Trước hết với tình cảm chân thành, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Vũ Khắc Bảy, người đã định hướng, trực tiếp hướng dẫn và đóng góp ý kiến cụ thể cho kết quả cuối cùng để tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Đào tạosau đại học - Trường Đại học Lâm nghiệp cùng toàn thể các thầy giáo, cô giáo đã trực tiếp giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Xin cảm ơn sự giúp đỡ, động viên của tất cả bạn bè, đồng nghiệp, gia đình

và những người thân đã là điểm tựa về tinh thần và vật chất cho tôi trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Hà Nội, ngày tháng năm 2012

Tác giả

Nguyễn Quang Hanh

ii

MỤC LỤC

Trang Trang phụ bìa

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC BẢNG iv

DANH MỤC CÁC HÌNH v

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tổng quan về một số dụng cụ cắt 3

1.1.1 Đặc tính cơ bản chung của vật liệu dụng cụ cắt 3

1.1.2 Các loại vật liệu dụng cụ và ảnh hưởng của các yếu tố vật liệu tới mòn và tuổi bền dụng cụ 6

1.2 Các nghiên cứu về thực nghiệm 35

Chương 2 MỤC TIÊU - NỘI DUNG - ĐỐI TƯỢNG – PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37

2.1 Mục tiêu của đề tài 37

2.2 Các bước thực hiện của nghiên cứu 37

2.3 Đối tượng - Phạm vi nghiên cứu – Phương pháp nghiên cứu - Khả năng ứng dụng 37

2.3.1 Đối tượng nghiên cứu 38

2.3.2 Phạm vi nghiên cứu 38

2.3.3 Khả năng ứng dụng 45

2.3.4 Phương pháp nghiên cứu 45

Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI 53

3.1 Quá trình vật lý khi cắt và hiện tượng mòn dao 53

3.1.1 Quá trình vật lý khi cắt gọt 53

3.1.2 Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt gọt 54

3.2 Hiện tượng mòn dao 57

3.2.1 Các dạng mòn của dụng cụ cắt 57

3.2.2Chỉtiêuđánhgiásựmòn dụngcụcắt 61

3.2.3 Kết luận 68

Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 69

4.1 Quá trình thực hiện 69

4.1.1 Mô tả thí nghiệm 69

4.1.2 Kết quả thực nghiệm 70

4.2 Mô hình xử lý kết quả thực nghiệm 72

4.2.1 Chọn bậc đối với biến S 73

4.2.2 Chọn bậc đối với biến V 73

iii

4.3 Tính toán các hệ số của hàm hồi quy và kiểm định mô hình 77

4.4 Khảo sát đa thức hồi quy 82

KẾT LUẬN 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

3.3 Kết quả thực nghiệm độ mòn của dao phay theo các chế độ

v

DANH MỤC CÁC HÌNH

2.6 Mòn mặt sau của các vật liệu dụng cụ cắt khác nhau 45

2.8 Mòn mặt trước của các vật liệu dụng cụ cắt khác nhau 46 2.9 Quan hệ giữa lượng mòn và thời gian gia công 47 2.10 Các chỉ tiêu đánh giá lượng mài mòn mặt sau, mặt trước 49

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, lĩnh vực cơ khí chế tạo, lắp ráp, sửa chữa máy, thiết kế, và cung cấp thiết bị cho các loại hình công nghệ sản xuất đóng vai trò hết sức quan trọng Phạm vi sử dụng sản phẩm của ngành chế tạo, lắp máy rất rộng rãi từ những chi tiết nhỏ đơn giản đến những chi tiết, sản phẩm có kích thước lớn phức tạp Những sản phẩm này đều được tạo ra nhờ các máy móc, thiết bị khác nhau Với xu thế toàn cầu hóa để nâng cao sức mạnh cạnh tranh trong quá trình hội nhập chúng ta cần phát triển theo hướng tối giảm chi phí gia công trên cơ sở đảm bảo và nâng cao chất lượng sản phẩm cũng như thẩm mĩ

Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và kỹ thuật thì các sản phẩm cơ khí ngày càng có yêu cầu cao hơn về chất lượng sản phẩm, độ chính xác gia công và đặc biệt là phải giảm chi phí sản xuất để hạ giá thành sản phẩm

Phay là một phương pháp gia công cắt gọt có năng suất cao, chiếm trên10% trong tổng khối lượng công việc cắt gọt kim loại.Vì vậy nó được ứng dụng nhiều để gia công nhiều bề mặt khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp như: các mặt định hình, rãnh định hình, mặt cong, các loại bánh răng trụ răng thẳng, răng nghiêng, bánh vít, trục vít, bánh xích và đĩa xích Trong việc gia công mặt phẳng có khả năng thay thế hoàn toàn cho công việc bào

Dao phay thuộc loại dụng cụ cắt dạng trụ, có nhiều răng (răng ở mặt trụ hoặc mặt đầu),mỗi răng là 1 con dao tiện.Do nhiều răng nên lâu cùn, có thể áp dụng tốc độ cắt cao, lượng chạy dao lớn, cắt phoi dầy.Cắt phoi đứt đoạn, an toàn cho người thợ

Trong quá trình gia công các chi tiết bằng các phương tiện nói chung và bằng phay nói riêng, người ta quan tâm chỉ tiêu đầu tiên là chất lượng sản phẩm, sau

đó sẽ đến các chỉ tiêu khác như là năng suất, các chi phí khác về nguyên vật

là nhỏ nhất là điều cần thiết

Khi phay các chi tiết cơ khí, thì các tham số kỹ thuật ảnh hưởng nhiều đến năng suất là : vận tốc cắt và lượng chạy dao Các chi phí cho sản phẩm thì ngoài các chi phí về hao mòn máy, thiết bị phay và điện năng còn phải đáng kể đến

độ mòn của dao phay

Trước đây việc gia công đều phải mua các loại dao từ nước ngoài với giá thành cao, điều đó làm tăng chi phí sản xuất và tăng giá thành sản phẩm.Tại Việt Nam hiện nay đã có nhiều cơ sở sản xuất và chế tạo dụng cụ cắt chuyên dùng,

mà chế độ gia công cắt gọt cho các loại dụng dao này vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ, đặc biệt là nghiên cứu về độ mòn của dụng cụ cắt

Xuất phát từ cơ sở khoa học và thực tế nêu trên, được sự đồng ý của hội đồng khoa học- công nghệ cơ sở đào tạo SĐH trường ĐHLN, tôi thực hiện luận văn

tốt nghiệp thạc sỹ với đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đến lượng mòn dao khi phay thép C45 bằng dao phay ngón sản xuất tại Việt Nam”

3

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về một số dụng cụ cắt

1.1.1 Đặc tính cơ bản chung của vật liệu dụng cụ cắt

Đặc tính phần dụng cụ cắt có ảnh hưởng lớn đến năng suất gia công và chất lượng bề mặt chi tiết Khả năng giữ được tính cắt của dụng cụ góp phần quyết định năng suất gia công của dụng cụ Dụng cụ làm việc trong điều kiện cắt khó khăn vì ngoài áp lực, nhiệt độ cao, dụng cụ cắt còn bị mài mòn và rung động trong quá trình cắt

Trong quá trình gia công, phần cắt của dụng cụ trực tiếp làm nhiệm vụ cắt để tạo phoi Để nâng cao năng suất cắt, nâng cao chất lượng bề mặt gia công, phần cắt của dụng cụ không những phải có hình dáng hình học hợp lý

mà còn phải được chế tạo từ những loại vật liệu thích hợp Vì vậy, vật liệu dụng cụ cắt cần thiết phải đảm bảo những yêu cầu cơ bản sau đây

1.1.1.1 Tính năng cắt

Trong quá trình cắt, ở phần lưỡi cắt trên mặt trước và mặt sau của dụng

cụ cắt thường xuất hiện ứng suất tiếp xúc rất lớn, khoảng 4000 ÷ 5000 N/mm2, đồng thời áp lực riêng lớn gấp 100 ÷ 200 lần so với áp lực cho phép của chi tiết máy Nhiệt độ tập trung trên vùng cắt lên tới 600÷ 900oC Trong điều kiện như vậy, việc cắt chỉ thực hiện có hiệu quả khi dụng cụ cắt có khả năng giữ được tính cắt trong khoảng thời gian dài Điều đó đòi hỏi vật liệu dụng cụ cắt cần phải có đầy đủ những tính chất cơ lý cần thiết như độ cứng,

độ bền nhiệt, độ chịu mòn, độ bền cơ học, độ dẫn nhiệt

- Độ cứng:Độ cứng là một trong những chỉ tiêu quan trọng của vật liệu

dụng cụ cắt Muốn cắt được, vật liệu phần cắt của dụng cụ cắt thường phải có

độ cứng lớn hơn vật liệu gia công khoảng HRC25 Độ cứng phần cắt của

- Độ bền cơ học: Trong quá trình cắt, dụng cụ cắt thường chịu những

lực và những xung lực rất lớn Mặt khác, dụng cụ cắt còn chịu rung động do

hệ thống máy - dao - đồ gá - chi tiết không đủ độ cứng vững hoặc do dao làm việc trong điều kiện tải trọng động lớn hoặc do sự thay đổi liên tục cuả lực cắt Do đó dẫn đến tình trạng lưỡi cắt dễ bị phá hỏng sớm do mẻ, vỡ, tróc, mòn, Vì vậy để nâng cao tính năng cắt và tuổi bền của dao, vật liệu dụng cụ cắt cần phải có độ bền cơ học cao

Việc nâng cao độ bền cơ học của vật liệu dụng cụ cắt, nhất là đối với hợp kim cứng và vật liệu sứ là một trong những hướng chính trong lĩnh vực thiết kế và chế tạo dụng cụ cắt

- Độ bền nhiệt: Độ bền nhiệt là khả năng giữ được độ cứng cao và các

tính năng cắt khác ở nhiệt độ cao trong khoảng thời gian dài Độ bền nhiệt được đặc trưng bởi nhiệt độ giới hạn mà khi nung liên tục vật liệu dụng cụ cắt trong khoảng thời gian nhất định (khoảng 3 giờ) thì đến nhiệt độ đó độ cứng của nó cũng không giảm quá mức qui định (khoảng HRC60)

Độ bền nhiệt là tính năng quan trọng nhất của vật liệu dụng cụ cắt Nó quyết định việc duy trì khả năng cắt của dao trong điều kiện nhiệt độ và áp lực rất lớn ở vùng cắt

Độ bền nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng các nguyên tố hợp kim như vonfram, crôm, vanađi, môlipđen, côban Trong đó Vonfram là thành phần hợp kim cơ bản làm cho thép có độ bền nhiệt Độ bền nhiệt được nâng cao khi tăng hàm lượng vanađi Nếu độ bền nhiệt của thép gió P18 là 600oC thì khi nâng cao

5

hàm lượng vanađi đến 5% và vonfram đến 10%, độ bền nhiệt sẽ tăng đến 630oC Nguyên tố côban cũng ảnh hưởng lớn đến độ bền nhiệt Khi thép gió có 18% vonfram và 10% côban thì độ bền nhiệt lên tới 650oC

Ngoài ra, chế độ nhiệt luyện cũng ảnh hưởng nhiều đến độ bền nhiệt của vật liệu dụng cụ cắt

- Độ dẫn nhiệt: Độ dẫn nhiệt của vật liệu dụng cụ cắt càng cao thì

nhiệt lượng được truyền khỏi lưỡi cắt càng nhanh Do đó giảm sự tập trung nhiệt độ trên vùng cắt, tăng độ bền mòn cho dụng cụ cắt Mặt khác, cho phép nâng cao tốc độ cắt Chính vì kim cương có độ dẫn nhiệt lớn hơn hẳn so với các loại vật liệu dụng cụ cắt khác nên cho phép dao kim cương cắt với tốc độ rất cao

- Tính chịu mòn: Độ bền mòn của vật liệu dụng cụ cắt được đặc trưng

bởi khả năng giữ vững hình dáng và thông số hình học phần cắt trong quá trình gia công

Trong quá trình cắt, mặt trước dụng cụ tiếp xúc với phoi, mặt sau tiếp xúc với mặt đang gia công chi tiết với tốc độ trượt lớn, nên vật liệu dụng cụ phải có tính chịu mòn cao Phần cắt của dụng cụ, khi đủ sức bền cơ học, thì dạng hỏng chủ yếu là dụng cụ bị mài mòn Thực tế chỉ rõ rằng khi độ cứng càng cao thì tính chịu mòn vật liệu càng cao Tính chịu mòn vật liệu tỷ lệ thuận với độ cứng

Một trong những nguyên nhân chủ yếu gây ra mòn dao là hiện tượng dính chảy của vật liệu làm dao Tính chảy dính của vật liệu làm dao được đặc trưng bởi nhiệt độ chảy dính giữa hai vật liệu tiếp xúc với nhau… Vật liệu làm dao tốt là loại vật liệu có nhiệt độ chảy dính cao Qua nghiên cứu thực nghiệm, nhiệt độ chảy dính của các loại hợp kim cứng có cacbit vonfram ( WC), cacbit titan (TiC) với thép (1000oC) cao hơn các hợp kim coban với thép (675oC)

6

1.1.1.2 Tính công nghệ

Dụng cụ cắt thường có hình dáng hình học phức tạp, đòi hỏi những yêu cầu kỹ thuật khá cao về độ chính xác hình dáng kích thước, độ nhẵn bề mặt

Vì vậy, vật liệu dụng cụ cắt cần phải có tính công nghệ tốt

Tính công nghệ tốt là khả năng của vật liệu cho phép gia công hợp lý,

dễ dàng bằng các phương pháp gia công khác nhau như hàn, gia công bằng áp lực, bằng cắt, bằng nhiệt luyện, bằng hóa nhiệt

Tính công nghệ của vật liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần hóa học, cấu trúc tế vi, kích thước hạt, độ cứng, độ bền cơ học, độ dẫn nhiệt

1.1.1.3 Tính kinh tế

Khi chọn vật liệu dụng cụ cắt, ngoài việc chú ý đến tính năng cắt, tính công nghệ, còn cần phải chú ý đến giá thành của chúng nữa Vật liệu dụng cụ cắt thường đắt tiền Chi phí vật liệu thường chiếm một tỷ lệ cao trong giá thành chế tạo dụng cụ cắt Do đó cần phải chọn vật liệu dụng cụ cắt phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của dao, của chi tiết gia công, nhằm giảm chi phí chế tạo dao cho một đơn vị chi tiết gia công

1.1.2 Các loại vật liệu dụng cụ và ảnh hưởng của các yếu tố vật liệu tới mòn

và tuổi bền dụng cụ

Vật liệu dụng cụ cắt được hình thành và phát triển theo nhu cầu phát triển của khoa học kỹ thuật và của sản xuất Chúng được chia thành các loại sau: Thép cacbon dụng cụ, thép hợp kim dụng cụ, thép gió, hợp kim cứng, vật liệu sứ, kim cương, nitrítbo lập phương

Lịch sử phát triển và sử dụng các loại vật liệu dụng cụ và đặc tính của chúng được trình bày trong bảng 1.1 và tính chất của chúng được trình bày trên hình 1.1

Ví dụ : Thép dụng cụ 5 – 10%

Thép gió 20 – 30%

Hợp kim cứng 85 – 97%

Sành sứ 80 – 100%

8

1 Thép dụng cụ 2.Théphợpkimdụngcụ 3.Thépgió

Thép cacbon dụng cụ có tính năng cắt thấp, do đó việc sử dụng bị hạn chế Nếu nhiệt độ cắt tăng lên (bắt đầu từ 200oC) thì thép cacbon mất độ cứng

và độ chịu mòn, nên không thể dùng thép cacbon chế tạo các dụng cụ làm việc ở các điều kiện khó khăn (ví dụ khi cắt ở tốc độ cao hay gia công vật liệu cứng) Do đó thép cac bon dụng cụ chỉ được dùng để chế tạo dụng cụ cắt làm việc với tốc độ cắt thấp để cắt vật liệu mềm.Thường chỉ cắt với tốc độ V = 4

÷ 10 m/ph

Khi hàm lượng cacbon tăng lên, tính chịu mòn của thép cacbon cũng tăng một ít Đó là vì lượng hạt cacbit cứng phân bố trong mactenxit tăng lên

Độ cứng của các nhãn hiệu thép cacbon khác nhau trong trạng thái tôi có trị

số không đổi: HRC62-65 Độ bền của thép CD100A- CD120A ( tương đương

9

với mác thép của Nga là Y10A – Y12A) cao hơn cả Trong đó độ bền của CD110A (Y11A) cao hơn một ít Thép có hàm lượng ít hơn hoặc cao hơn hàm lượng các loại kể trên thì độ bền lại giảm xuống Trong bốn nhãn hiệu thép cacbon thì thép CD130A (Y13A) có độ bền thấp nhất, tương đương với thép CD80A (Y8A) Tính tôi được của thép cacbon thấp, nên khi tôi phải làm nguội nhanh trong nước sạch hay nước muối Khi làm nguội nhanh sẽ gây biến dạng, gây ra các vết nứt và còn làm cho dao sau khi tôi dễ bị gãy

Hiện tượng dễ quá nhiệt khi tôi làm kích thước của hạt tăng lên và đó

là nguyên nhân tăng độ giòn và làm cho các lưỡi cắt dễ bị mẻ

Ưu điểm của thép cacbon là tính gia công tốt trong trạng thái nóng cũng như trong trạng thái nguội vì các loại thép này sau khi ủ sẽ có độ cứng thấp Vì độ thấm tôi của loại thép này thấp, cho nên lõi dụng cụ có đường kính lớn hơn 15mm vẫn dai, do đó dụng cụ ít bị gãy Điều này có ý nghĩa đặc biệt đối với những dụng cụ như dũa Nhưng đối với các dụng cụ có kích thước bé (nhỏ hơn 10 ÷ 12mm) thì chúng sẽ bị tôi hoàn toàn Sau khi tôi, ứng suất và biến dạng trong dụng cụ sẽ tăng lên và đó là nguyên nhân sinh ra gẫy

mẻ Các dụng cụ có kích thước lớn (lớn hơn 30mm) thì độ sâu thấm tôi lại không đủ

Đối với dụng cụ cắt kim loại, người ta thường dùng loại thép có nhãn hiệu sau đây:

Y10A có hàm lượng cacbon 0,95 ÷ 1,04%

Y11A có hàm lượng cacbon 1,05 ÷ 1,14%

Y12A có hàm lượng cacbon 1,15 ÷ 1,24%

Y13A có hàm lượng cacbon 1,25 ÷ 1,35%

Crôm, niken, đồng với hàm lượng trong giới hạn 0,15% ÷ 0,2% là những tạp chất còn lại trong thép Hàm lượng mangan, silic cho phép trong

Vì khi nhiệt luyện thép cacbon bị biến dạng nhiều, nên không dùng thép cacbon để chế tạo các dụng cụ:

+ có kích thước lớn ( ví dụ dao phay)

1.1.2.2 Thép hợp kim dụng cụ

Trong sản xuất dụng cụ cắt, người ta sử dụng một số nhãn hiệu thép hợp kim với hàm lượng nguyên tố hợp kim không cao Các nhãn hiệu chủ yếu của chúng là: 90CrSi (9XC), 100CrWMn (XBГ), 130Cr12V1 (X12Ф1), 95CrMnSiWV (95XГCBФ) và 110Cr6WV (X6BФ) Thành phần hóa học của các thép này (theo tiêu chuẩn ГOCT 5950-51) được ghi trong bảng sau:

11

Bảng1.2 Một số thép hợp kim dụng cụ Nhãn hiệu

0,90- 1,20 1,2- 1,6 -

95XГCBФ 0,95-

1,05

0,70- 1,00

0,65- 1,00

0,60- 1,00 0,7- 1,0 0,05

5,50- 7,00 1,1- 1,5 0,15

Để tăng tính cắt, có thể pha thêm vào thép cacbon dụng cụ một số nguyên tố hợp kim như Vonfram, Crôm, Vanađi với hàm lượng khoảng 0,5% − 3% và nhận được thép hợp kim dụng cụ Vonfram có tác dụng làm tăng độ bền nhiệt, độ chịu mòn Crôm để tăng độ thấm tôi và độ cứng Vanađi tạo ra cacbít có độ hạt nhỏ nên có độ cứng và độ bền cao

Thép hợp kim dụng cụ tôi ở nhiệt độ 8200C − 8500C trong dầu Sau khi nhiệt luyện, đạt độ cứng 62HRC− 66HRC Tuy không cứng hơn thép cacbon dụng cụ bao nhiêu, nhưng độ bền nhiệt của thép hợp kim dụng cụ khá hơn, khoảng 350oC − 400oC Do đó cho phép nâng cao tốc độ cắt lên gấp 1,2

−1,4 lần so với dao làm bằng thép cacbon dụng cụ (Vc = 12 − 15m/ph)

Trong sản xuất dụng cụ cắt, thép nhãn hiệu 90CrSi (9XC) được dùng rộng rãi nhất So với thép cacbon thì 90CrSi (9XC) có một loạt ưu điểm Thép 90CrSi (9XC) rẻ tiền so với các mác thép hợp kim dụng cụ khác Nhờ tính tôi

và thấm tôi tốt nên sau khi tôi, thép 90CrSi (9XC) có thể làm nguội trong dầu

và dụng cụ sau khi tôi ít bị biến dạng và bị vênh Đối với dụng cụ định hình

12

mà prôfin không qua mài, điều quan trọng là phải giữ cho kích thước không đổi khi tôi, ví dụ như bước, prôfin ren của tarô và bàn ren tròn Thép 90CrSi (9XC) là một trong các thép hợp kim ít bị biến dạng Thép 90CrSi (9XC) đảm bảo độ phân bố cacbit đều đặn, do đó tốt nhất là dùng để chế tạo các dụng cụ

có các yếu tố cắt mỏng, không những phân bố xa tâm (như tarô, mũi khoan nhỏ, mũi doa) mà nhất là phân bố ở gần tâm (ví dụ bàn ren tròn) Do sự tổ hợp hợp lý các nguyên tố hợp kim (chủ yếu là silic, crôm, mangan) và do sự phân bố đều cacbit nên tính bền nóng của thép 90CrSi (9XC) tăng lên đến

250oC Nhưng bên cạnh những ưu điểm kể trên, thép 90CrSi (9XC) có một

số nhược điểm sau:

+ độ cứng trong trạng thái ủ cao (HB217 ÷ 235), do vậy khó khăn trong quá trình gia công

+ tính gia công xấu và chất lượng mặt gia công không tốt vì có nhiều vết xước đặc biệt khi cắt ren và hớt lưng

+ khi nhiệt luyện dễ bị thoát cacbon, do đó mà ảnh hưởng xấu đến độ cứng tại những chỗ mỏng trên các phần cắt của dụng cụ cắt

Độ cứng trong trạng thái ủ tăng lên và có hiện tượng dễ mất cacbon là do hàm lượng silic tăng Nhưng một mặt khác, silic lại có ảnh hưởng tốt đến tính bền nóng

Thép 100CrWMn (XBГ) so với thép cacbon, có độ thấm tôi tốt, có thể tôi trong dầu, thể tích ít thay đổi nên khi tôi thì các kích thước của dụng cụ giữ được tương đối ổn định Nhược điểm lớn nhất của thép 100CrWMn (XBГ) là dễ tạo ra các màng cacbit, do đó làm cho lưỡi cắt của dụng cụ dễ bị mẻ

Vì lý do đó mà thép 100CrWMn (XBГ) không nên dùng để chế tạo các dụng cụ làm việc trong điều kiện khó khăn, nhất là trong điều kiện tải trọng động lớn Nhưng cũng có thể dùng để chế tạo dao chuốt khi không có thép gió, nhất là dao chuốt có chiều dài lớn và kích thước tiết diện ngang nhỏ (ví dụ như dao chuốt rãnh

13

then) Về tính bền nóng và độ chịu mòn thì 100CrWMn (XBГ) kém xa thép gió nên dao chuốt bằng thép 100CrWMn (XBГ) có tuổi bền thấp (thấp hơn 3- 4 lần so với dao chuốt bằng thép P18 và thấp hơn 1-2 lần so với dao chuốt bằng thép P9)

Loại thép nhãn hiệu 95CrMnSiWV (95XГCBФ) có độ cứng thấp sau khi

ủ và cacbon cũng ít mất hơn so với thép 90CrSi (9XC) Loại thép này có tính bền nóng và độ không đồng nhất cacbit tốt hơn thép 90CrSi (9XC) Ngoài ra tính thấm tôi của nó lại tốt hơn Các bàn ren chế tạo bằng loại thép này sẽ có tuổi bền cao hơn so với các bàn ren bằng thép 90CrSi (9XC)

Loại thép 110Cr6WV (X6BФ) có độ thấm tôi cao, tính tôi tốt và độ chịu mòn cũng cao Thép này nên dùng làm lưỡi cưa, con lăn ren…

Thànhphầnhoáhọccủamộtsốthéphợpkimdụngcụthông dụng ở nước tađượctrìnhbàyởbảng sau:

II

ThépCr 0.95-1.1 <0.4 <0.35 1.3-1.6 - - Thép90CrSi 0.85-0.95 0.3-0.6 1.2-1.6 0.95-1.25 - -

III

ThépCrMn 1.3-1.5 0.45-0.7 <0.35 1.3-1.6 - - Thép

100CrWMn 0.9-1.05 0.80-1.1 0.15-0.35 0.9-1.2 1.2- 1.6 -

IV ThépCrW5 1.25-1.5 <0.3 <0.3 0.4-0.7 4.5- 5.5 0.15- 0.30

14

1.1.2.3.Thépgió

Thép gió còn được gọi là thép cao tốc Đó là loại thép hợp kim có hàm lượng hợp kim cao, nhất là vomfram (khoảng 6% ÷ 19%) và crôm (khoảng 3% ÷ 4,0%) Sau khi nhiệt luyện, độ cứng đạt HRC62 ÷ 65 Thép gió có độ thấm tôi lớn, độ bền mòn và độ bền cơ học cao Độ bền nhiệt khoảng 600oC

Vì vậy dao thép gió có thể cắt với tốc độ lớn gấp 3 ÷ 4 lần dao thép cácbon dụng cụ Tốc độ cắt lớn nhất của dao thép gió Vmax = 50m/ph

Trong công nghiệp dùng hai nhóm thép gió sau:

+ Thép năng suất thường (gồm 5 nhãn hiệu);

+ Thép năng suất cao (gồm 6 nhãn hiệu);

Thép thuộc nhóm thứ nhất được dùng rộng rãi, còn thép thuộc nhóm thứ hai thì có công dụng hẹp hơn Thành phần của thép có năng suất thường khác nhau ở lượng cacbon, vonfram và vanađi tính theo phần trăm (bảng 2.4)

Bảng1.4 Thành phần hóa học của thép gió thông dụng

15

Đặc tính của thép gió là tính bền nóng cao so với thép cacbon Sở dĩ như vậy là vì thành phần hóa học của thép có ảnh hưởng đến cấu trúc của macten-xit Trong trạng thái đã tôi, mactenxit của thép cacbon là dung dịch cứng của cacbon trong sắt α có nồng độ như ở austenit ban đầu

Độ cứng cao của mactenxit là do dung dịch cacbon có trong sắt α Khi ram thép đã tôi thì bộ phận cacbit sẽ bắt đầu tách ra từ mactenxit Khi cacbit còn trong trạng thái nhỏ nhất, ứng với nhiệt độ dưới 2000C thì độ cứng của thép chưa giảm rõ rệt Đồng thời với sự tăng nhiệt độ (trên 2000C) , cacbit sẽ bắt đầu tách ra khỏi dung dịch cứng, vừa tăng về số lượng vừa tích tụ lại ( hiện tượng ngưng tụ) Do đó độ cứng của thép cacbon giảm nhanh và khi nhiệt độ đến 5000C thì độ cứng của nó gần bằng độ cứng của thép trong trạng thái ủ Sự tách ra và tích tụ cacbit có thể duy trì bằng cách cho thêm vào thép các thành phần hợp kim Mactenxit của thép gió đã tôi là dung dịch cứng trong sắt α, không những chỉ đối với cacbon mà còn đối với cả các thành phần hợp kim nữa

Nhưng không phải bất cứ thành phần hợp kim nào cũng có thể đảm bảo nâng cao tính bền nhiệt mà chỉ có một số thành phần tạo được cacbit đặc biệt Đặc tính của các cacbit này là chúng có thể tách ra từ mactenxit và tích tụ ở nhiệt độ cao hơn (trên 5000C − 6000C) so với cacbit sắt (xementit) trong thép cacbon Như vậy, muốn có tính bền nóng cao cần phải dùng toàn bộ cacbon hoặc một phần lớn cacbon để tạo thành cacbit đặc biệt trong thép; đồng thời làm giảm đến mức tối thiểu hoặc giảm hẳn xêmentit Chỉ khi nhiệt độ nung cao hơn 5000C − 6000C nghĩa là khi tách ra và ngưng tụ cacbit đặc biệt thì lúc này mactenxit của thép gió mới bắt đầu mất độ cứng trong trạng thái nóng Trong tiến trình ngưng tụ cacbit sắt trong thép cacbon, cần có sự khuếch tán của cacbon Sự khuếch tán này dễ dàng thực hiện vì ái lực giữa than và sắt rất nhỏ (khi nhiệt độ mới trên 2000C)

16

Khi thêm vào thép đến một lượng nhất định các thành phần hợp kim, ái lực của chúng với cacbon lớn hơn với sắt nên ta được những cacbit đặc biệt Khi ngưng tụ các cacbit này, không những phải khuếch tán cacbon mà cả các thành phần hợp kim nữa Quá trình này khó khăn hơn và chỉ có thể xảy ra ở nhiệt độ cao

Các nguyên tố tạo thành cacbit là các nguyên tố được xếp ở vị trí nhất định trong hệ thống tuần hoàn, đó là các nhóm từ IVA đến VIIA và các chu

kỳ từ IV đến VII Nhưng không phải các nguyên tố kể trên đều có thể dùng hợp kim hóa thép gió Các nguyên tố hợp kim hóa được cần có các đặc tính sau đây:

+ Đủ ổn định để chống tích tụ và đủ độ bền về liên kết hóa học với cacbon

+ Có tính hòa tan tốt vào dung dịch cứng khởi thủy của sắt α (austenit) Thỏa mãn điều kiện thứ nhất thích hợp nhất là các cacbit của nguyên tố nhóm IVA (cacbit titan, cacbit ciriconi…) rồi đến nhóm VA (cacbit vanađi, cacbit niobi, cacbit tantan…) Nhưng chúng chỉ làm tăng tuổi bền một ít, hoặc hoàn toàn không tăng vì không thỏa mãn điều kiện thứ hai; ví dụ như cacbit vanađi hòa tan rất ít trong austenit, còn cacbit titan thì hoàn toàn không hòa tan Cacbit sắt và mangan dễ bị ngưng tụ, do đó chúng không đảm bảo nâng cao tính bền nóng

Cacbit crôm, cacbit môlipđen, cacbit vonfram có tính hòa tan tốt trong austenit và khó ngưng tụ Nhưng thép gió có các hợp kim vonfram và môlipđen có tính bền nóng cao hơn thép gió chỉ có hợp kim crôm

Kinh nghiệm thực tế nhiều năm chứng tỏ rằng, thép vonfram và môlipđen khi thêm crôm và vanađi thì chất lượng sẽ tốt hơn Crôm làm tăng

độ thấm tôi của thép, làm giảm sự mất cacbon lớp bề mặt của dụng cụ khi tôi, tạo điều kiện tăng tính bền nóng một ít và làm cho cacbit vonfram và cacbit

17

môlipđen dễ dàng hòa tan trong austenit Với mục đích ấy chỉ cần cho crôm vào thép không quá 4% − 4,5% bởi vì nếu cho nhiều hơn thì một phần cacbon tạo thành cacbit crôm và làm giảm việc tạo thành cacbit vonfram và môlipđen Sự tăng lượng crôm sẽ làm giảm tính bền nóng và tính chịu mòn của thép, làm giảm độ bền và tính gia công, vì độ không đồng nhất của cacbit tăng cũng như lượng austenit dư có tính ổn định cao cũng tăng

Sự có mặt của vanađi trong thép gió có thể làm tăng các chỉ tiêu về chất lượng của thép Nếu hàm lượng vanađi ít (không quá 0,8%) thì sẽ xuất hiện cacbit vonfram phức tạp (Fe2W2C), chứ không tạo ra được cacbit của chính nó Khi tăng lượng vanađi lên (bắt đầu từ 1%) thì nó có thể tạo thành cacbit vanađi riêng VC, cacbit này được tách từ mactenxit khi ram thép Cacbit vanađi cứng hơn cacbit vonfram phức tạp (khoảng 35% − 40%) và có

độ phân tán lớn Vanađi làm cho quá trình tích tụ chậm lại khi hòa tan nó trong cacbit vonfram (và môlipđen), nên làm tăng lượng hòa tan cacbit vonfram (và môlipđen) trong austenit Lượng vanađi tăng lên thì độ cứng, tính bền nóng, độ chịu mòn của thép gió cũng tăng lên Đó là nguyên nhân tạo ra thép P9, ở đây lượng vonfram giảm xuống, nhưng được bù lại bằng một lượng vanađi tương ứng, nên so với thép P18 thì các chỉ tiêu về chất lượng của thép P9 vẫn không giảm sút đáng kể

Muốn tăng vanađi thì đòi hỏi phải tăng một lượng lớn cacbon vào thép Điều đó được cắt nghĩa bằng một số nguyên nhân Cacbon có ái lực với vanađi hơn là với vonfram và crôm Trước hết nó có xu hướng liên kết với vanađi hơn là với vonfram và crôm, tuy rằng để tạo cacbit vanađi cần nhiều cacbon hơn (khoảng 1% vanađi thì cần 0,2% − 0,25% cacbon) Nếu cacbon càng giảm xuống thì càng giảm tính hòa tan và nồng độ vanađi trong dung dịch Nếu tăng cacbon và vanađi hơn nữa, tính năng cơ học, và tính công nghệ (tính rèn, tính mài,…) sẽ bị xấu đi Ở các nhãn hiệu thép thông dụng P18 và P9, hàm lượng vanađi dao động trong khoảng (1% − 2,6%)

18

Nếu tăng vonfram đến 24% − 25% (khác với tiêu chuẩn là 17,5% − 19%) thì tính chất cắt không tăng được bao nhiêu Mặt khác, vì tồn tại lượng cacbit lớn nên làm tăng độ không đồng nhất của cacbit, làm giảm độ bền của lưỡi cắt, làm lưỡi cắt dễ bị mẻ, nhất là đối với các lưỡi cắt mỏng (như ở dao cắt ren)

Khảo sát đặc tính của nhãn hiệu thép thông dụng nhất P18 và P9 Tính bền nóng của thép sẽ càng cao, nếu khi nung nóng để tôi, cacbit của các hợp kim hòa tan càng nhiều trong austenit Các số liệu thực nghiệm chứng tỏ rằng tính hòa tan của cacbit bị hạn chế khá nhiều Khi nung ở nhiệt độ cho phép tối

đa, trong mọi điều kiện thì trong austenit chỉ hòa tan không quá 12% cacbit vonfram Fe3W3C tính theo trọng lượng, tương đương với việc hòa tan gần 7% vonfram và 0,4% cacbon Lượng vonfram và cacbon còn lại trong thép, không hòa tan vào austenit được tồn tại ở dạng của pha cacbit thừa Từ đó có thể đi đến kết luận rằng, tính bền nóng của thép gió nhãn hiệu P18 và P9 là như nhau Đó là vì trong trạng thái đã tôi thì thành phần dung dịch rắn trong hai loại thép này hầu như giống nhau, như các số liệu ghi ở bảng 2.5

19

Thép P9 có tuổi bền gần như thép P18 khi làm việc ở vùng tốc độ cao

vì lúc này yếu tố quyết định lại là tính bền nhiệt (đối với các dụng cụ như dao tiện, dao phay mặt đầu) Còn khi làm việc ở tốc độ thấp, khi mà nhân tố quyết định không phải là tính bền nóng, mà là độ chịu mòn trong trạng thái nguội thì dụng cụ (như dao chuốt) bằng thép P18 lại có tuổi bền cao hơn (đến hai lần) so với dụng cụ bằng thép P9

Sở dĩ như vậy là vì, tuy tính bền nóng tạo nên do cùng thành phần dung dịch rắn (hay mactenxit khi nhiệt luyện hoàn toàn) của hai loại thép này giống nhau, nhưng ở thép P18 thì cacbit dư nhiều hơn (gần 12%) ở thép P9 (chỉ gần 4%) Sự khác biệt về lượng cacbit dư dẫn đến sự khác biệt của hai loại thép này về đặc tính sử dụng và công nghệ

Tính mài của thép P9 xấu Khi mài và đặc biệt khi mài sắc thì độ cứng bề mặt của thép giảm xuống (cháy bề mặt) Đó là vì hàm lượng vanađi cao

So với thép P18 thì P9 có khoảng nhiệt độ tôi hẹp hơn Do đó gây khó khăn nhất định và không đảm bảo được tính ổn định khi nhiệt luyện

Nếu nhiệt độ tôi chọn không đúng thường làm cho thép bị quá lửa và làm giảm chất lượng của dụng cụ

Nhược điểm lớn nhất của thép gió này là độ không đồng nhất của cacbit, sinh ra trong quá trình biến cứng của thép đúc Độ không đồng nhất cacbit làm giảm rõ rệt chất lượng và cơ tính của thép gió

So với độ bền của thép có độ phân bố đều cacbit, thì độ bền của thép

có độ phân bố cacbit không đều cao giảm đến 30÷ 40% Dụng cụ chế tạo bằng loại thép này có tuổi bền thấp, dễ bị mẻ và gẫy vì độ giòn của lưỡi cắt cũng như toàn bộ dao sẽ tăng lên

Thép có độ không đồng nhất cacbit sẽ làm cho nhiệt luyện khó thêm vì

dễ sinh ra các vết nứt

Độ không đồng nhất cacbit dẫn đến sự phân bố không đều các nguyên

tố hợp kim và dẫn đến sự không đồng nhất về cấu trúc của thép sau khi tôi và

là về mặt phân bố sự không đồng nhất cacbit, thép P9 có ưu điểm hơn thép P18 Nhưng cần thấy rằng, nếu tăng lượng cacbit lên, thép sẽ có độ hạt nhỏ hơn, sẽ ít bị quá nhiệt hơn và độ bền sẽ cao hơn Do đó nếu pha cacbit đủ vụn nhỏ lại khi rèn thì thép P18 vì có độ hạt nhỏ nên có cơ tính tốt hơn P9

Vì thép P9 có lượng cacbit ít nên có tính gia công tốt trong trạng thái nóng (tính biến dạng tốt) Điều đó quan trọng đối với các dụng cụ mà phôi được tạo nên bằng phương pháp biến dạng dẻo (ví dụ như mũi khoan xoắn)

So với thép P18 thì thép P9 rẻ gần hai lần Trọng lượng riêng của nó

so với thép P18 kém 10% Cho nên cùng một số lượng (tính theo trọng lượng) thì thép P9 có thể làm được một số dao nhiều hơn 10% so với thép P18

Do đó thép P9 có thể được dùng để chế tạo dụng cụ có hình dạng đơn giản (dao tiện, dao phay, mũi khoét, các mảnh dao, lưỡi dao) làm việc ở tốc

độ cắt cao Hình dáng đơn giản của dụng cụ sẽ làm cho các nguyên công nhiệt luyện, mài sắc dễ dàng hơn Đối với các dụng cụ định hình và phức tạp (dao cắt ren, dao cắt răng) cũng như đối với các dụng cụ làm việc trong khu nhiệt

độ thấp (dao chuốt, mũi doa, mũi khoan nhỏ), ở đây tính chịu mòn là nhân tố quan trọng thì nên chế tạo bằng thép P18 để tăng chất lượng và giảm phế phẩm Cả hai nhãn hiệu thép gió được dùng rộng rãi trong các nhà máy, xí nghiệp và các phân xưởng sửa chữa cơ khí Hiện nay sản lượng mỗi loại gần như bằng nhau

21

Thép nhãn hiệu P18Ф2 có tính bền nóng cao hơn (đến 6250C −

6300C) và có khả năng cắt cao hơn so với thép P18 Điều đó cho ta khả năng dùng nó để gia công thép có giới hạn bền đến 100 kG/cm2 Ngoài ra thép P18Ф2 mài dễ hơn và không yêu cầu khoảng khống chế nhiệt độ tôi hẹp như

là thép gió P9 Nhược điểm của nó là độ không đồng nhất cacbit lớn thường là cao hơn một cấp so với thép P18 đối với thỏi thép tiết diện lớn Cho nên thép nhãn hiệu P18Ф2 tốt nhất là dùng chế tạo các dụng cụ có tiết diện nhỏ

Thép nhãn hiệu P18M và P9M có thêm môlipđen nên độ không đồng nhất cacbit nhỏ hơn so với các nhãn hiệu thép năng suất thông thường khác Nhưng các loại thép có môlipđen này dễ mất cacbon, nên khi tôi phải nung nóng chúng trong lò đặc biệt có môi trường bảo vệ

Trong công nghiệp ngày càng dùng nhiều thép hợp kim khó gia công (thép chịu nhiệt, thép không gỉ…) Các loại thép này có độ bền và độ dai cao, nên các loại thép gió năng suất thông thường không đủ thỏa mãn các yêu cầu cắt cần thiết nữa (tuổi bền thấp, chế độ cắt thấp, chất lượng mặt gia công xấu…) Do đó đã đến lúc cần phải tạo ra các loại thép gió có hiệu quả cao để gia công với chế độ cắt nằm giữa chế độ cắt của thép gió tiêu chuẩn và hợp kim cứng (cắt ở tốc độ từ 50 đến 100 m/phút)

Theo ГOCT 5952-60, thép gió được chia thành hai nhóm: nhóm thứ nhất là nhóm có thêm coban

Thép nhãn hiệu P18Ф2K5 chỉ khác thép nhãn hiệu P18Ф2 là có thêm khoảng 4,5%− 5,5% côban

Thép nhãn hiệu P9Ф2K5 và P9Ф2K10 có hàm lượng bằng nhau về cacbon (0,9% − 1%), về vonfram (9,0% − 10,5%), về vanađi (2,0% − 2,6%) Chúng chỉ khác nhau về hàm lượng coban: đối với nhãn hiệu thứ nhất thì coban chiếm 5% − 6% còn đối với nhãn hiệu thứ hai, coban chiếm 9,5% − 10,5%

≤ 0,4 ≤ 0,4 3,8 − 4,4 ≤ 0,4 ≤ 0,03 ≤ 0,03 ≤ 0,3

Ngoài ra còn phải kể đến nhãn hiệu P10Ф5K5 với hàm lượng coban 5% − 6%, vanađi 4,3% − 5,1%, vonfram 10,5% − 11,5%, cacbon 1,45% − 1,55% Trong cả sáu nhãn hiệu thép năng suất cao, các nguyên tố hợp kim khác (Mn, Si, Cr, S, P, Mo) cũng có hàm lượng như đối với thép có năng suất thông thường

Từ các số liệu kể trên ta thấy tồn tại hai khuynh hướng chủ yếu trong

sự phát triển các nhãn hiệu thép năng suất cao, đó là một hướng dùng coban

và một hướng nữa là dùng vanađi

Cần biết rằng cho đến nay vẫn chưa có kết quả gì trong sự cố gắng nâng cao khả năng cắt của thép gió bằng cách thêm vào các nguyên tố hợp kim khác như titan, berili, bo, nitơ…

Coban làm tăng tính bền nóng lên đến 6300C − 6700C đối với thép có hàm lượng 18% vonfram và hàm lượng 5% và 15% coban Coban cũng làm

Nhưng thép gió chứa coban lại có các nhược điểm: độ giòn cao, dễ bị nứt, dễ mất cacbon khi tôi và ủ Hàm lượng coban càng cao thì các nhược điểm kể trên càng rõ rệt.Cho nên thép chứa coban chỉ nên dùng khi các vật liệu cắt khác tỏ ra ít hiệu quả (ví dụ như khi cắt thép và hợp kim chịu nhiệt, khó gia công) Để tránh cho lưỡi cắt khỏi bị vỡ, phải gia công trong điều kiện cứng vững và hoàn toàn không có rung động

Nếu thép coban sử dụng rộng rãi thay cho thép P18 và P9 thì không lợi

Vì dùng như vậy chúng cũng không phát huy được những ưu điểm gì đặc biệt

và về mặt kinh tế cũng không có lợi vì coban vừa đắt vừa hiếm

Hàm lượng coban càng tăng thì độ bền càng giảm, cho nên thực tế chỉ cho vào thép đến 10%

Với mục đích giảm độ không đồng nhất cacbit và tăng độ bền, trong tiêu chuẩn đã đưa ra hai nhãn hiệu thép coban với hàm lượng 9,0% − 10,5% coban

Để tăng độ chịu mòn, trong các nhãn hiệu thép coban, người ta cho thêm lượng vanađi (1,8% − 2,6%) nhiều hơn so với thép P18

Đặc điểm của thép gió vanađi là hàm lượng vanađi và cacbon được tăng cao còn lượng vonfram thì giảm xuống Xuất phát từ vai trò của vanađi trong thép gió mà người ta chế tạo các nhãn hiệu thép này

So với thép P18 và P9 thì thép vanađi có độ bền nóng cao nhưng so với thép coban thì tính bền nóng lại thấp hơn Ví dụ như thép có 14% vonfram và 4% vanađi cũng như thép có 10% vonfram và 5% vanađi thì tính bền nóng

24

bằng 6300C − 6350C Độ bền của chúng thấp hơn thép P18 và P9 nhưng cao hơn thép coban Độ cứng và đặc biệt độ chịu mòn của chúng cao hơn các loại thép gió khác Vì khi tăng vanađi thì đồng thời phải tăng hàm lượng cacbon, nên thép vanađi trở nên khó rèn và khó mài hơn Để cho khi mài (đặc biệt mài prôfin ) và mài sắc không bị cháy và hỏng dao, ta phải dùng đá mài đặc biệt

có chất lượng tốt và mài với chế độ cắt hợp lý Nên dùng thép vanađi để chế tạo các dụng cụ dùng gia công tinh và dụng cụ có lưỡi cắt mỏng (dao chuốt, mũi doa, dao cà răng…), nghĩa là dùng trong các trường hợp mà độ chịu mòn của dụng cụ đóng vai trò quyết định Các loại thép này còn dùng để cắt những vật liệu khó gia công (ví dụ thép và hợp kim chịu nhiệt) khi cắt với tiết diện phoi không lớn vì về mặt hiệu quả cắt mà nói, các loại thép này kém hơn thép coban

Nhãn hiệu thép P10Ф5K5 có độ chịu mòn và tính bền nóng cao Loại thép này có tính năng cắt tốt, nhưng so với nhãn hiệu thép P18 và P9 thì độ bền của nó thấp, tính mài xấu và dễ bị cháy cacbon Thép P10Ф5K5 nên dùng

để cắt thép và hợp kim khó gia công

Trong ГOCT 5952-60 không có thép gió hàm lượng môlipđen cao Trong thép môlipđen cần cho vào ít môlipđen hơn là thêm vonfram vào thép vonfram vì 1% Mo có thể thay bằng 2% W Tính chất cắt của hai nhóm thép gió này gần giống nhau So với vonfram, môlipđen có tác dụng giảm độ không đồng nhất cacbit trong thép Nhưng nhược điểm lớn của thép gió môlipđen là rất dễ bị cháy cacbon, môlipđen càng nhiều thì cacbon càng dễ bị cháy Để tránh sự hư hỏng lớp bề mặt của dụng cụ, khi tôi và ủ cần tiến hành trong lò có môi trường bảo vệ

Ngoài ra, chất lượng thép gió phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt luyện Vì vậy khi nhiệt luyện thép gió cần chú ý một số điểm chủ yếu sau :

- Không nung nóng thép gió đột ngột đến nhiệt độ cao ( nhiệt độ tôi

25

bằng 1300oC) mà phải tăng nhiệt độ dần dần từ 650oC, vì thép gió có độ dẫn nhiệt kém Thông thường thép gió được nung nóng qua 3 lò với nhiệt độ lần lượt 650oC, 850oC và 1300oC

Hình 1.2 Sơ đồ tôi và ram thép gió

ỞMỹ,thép gióđượcchialàm hainhóm:Thépgiómôlípđenvàthépgió vonfram TheohệtiêuchuẩnAISIthépgiómôlipđengồmcácmácsau:M1,M2,M3, M4,M6,M7,M10, M30, M33,M34,M36,M41, M42, M43,M44,M46, M47 NHóm

thépgióvonframgồmcácmácsau:T1,T2,T4,T5,T6,T8,T15.ỞNhậtnhómthép gióvonframcócácmác:SKH2,SKH3,SKH4,SKH10

Nhóm thép gió môlip đen - Vonfram có các mác: SKH51, SKH52, SKH53, SKH54, SKH55, SKH56, SKH57, SKH58, SKH59

Các mác thép gió tương đương của các nước được giới thiệu ở bảng sau:

1.3343 P6M5 S6-5-2 M2 Z85WDV

06-05-02

Dùng nhưloạitrên,đặcbiệtđể chếtạodụng cụcắtrenvàdụng cụcắtchịuvađập

1.3243 P6M5K

5

S6- 5-2

M35 Z80WDV

06-05-02

Dùng chếtạocácdụngcụgia côngthôvàbántinh,giacông cácloạithépkhông gỉ,théphợp kim

1.1.2.4 HỢP kim cứng

27

Hợp kim cứng được chế tạo bằng cách trộn một (hoặc nhiều) loại bột cacbit với bột coban, sau đó đem nung nóng và ép lại thành những mảnh tiêu chuẩn (gọi là thiêu kết)

Thành phầnchủ yếucủa hợp kim cứng làcacbitvonfram, mộtsốloại còn cócacbittitan, cacbíttantan

Các loại và hàm lượng cacbit quyết định tính năng cắt gọt của hợp kim cứng; bột coban chủ yếu có tác dụng dính kết, đồng thời có tác dụng làm tăng độ dẻo của hợp kim cứng Hợp kim cứng có độ cứng cao HRA= 87 − 92 ( HRC >70−71) Độ bền nhiệt cao 800oC −1000oC Độ bền mòn cao hơn hẳn thép gió Vì vậy dao hợp kim cứng có thể cắt với tốc độ cắt rất lớn, khoảng

100 − 500 m/ph Năng suất cắt tăng gấp 2 − 3 lần so với dao thép gió Độ chịu mòn gấp 1,5 lần so với thép gió, chịu nén tốt hơn chịu uốn (hàm lượng Coban càng lớn thì sức bền uốn càng cao)

Nhược điểm cơ bản của hợp kim cứng là độ bền uốn kém, độ dẻo thấp Do đó dao hợp kim cứng cần làm việc trong điều kiện không có va đập, tránh tải trọng thay đổi và hệ thống công nghệ cần bảo đảm cứng vững

Hợp kim cứng được chia thành ba nhóm:

- Nhóm một cacbit: Còn gọi là hợp kim cứng vonfram (WC), ký hiệu: K

(ISO), BK (Nga) Nhóm này được tạo thành bởi cacbit vonfram và bột dính kết côban Hợp kim cứng vonfram có các mác sau: BK2, BK3, BK3M, BK4, BK5, BK6, BK6M, BK8, BK8B, BK10, BK11, BK15, Chỉ số ghi sau chữ K

là số phần trăm coban, còn lại là cacbit vonfram Chữ M ghi ở cuối chỉ loại cacbit hạt nhỏ Chữ B ghi ở cuối chỉ loại cacbit hạt lớn

Hợp kim cứng BK2, BK3, BK4, BK5, BK6, BK6M, BK8 được dùng

để gia công cắt kim loại Trong đó BK8 là loại được dùng phổ biến nhất Hợp kim cứng BK4 có tính cắt cao hơn BK8, tốc độ cắt lớn hơn 30% − 70% và tuổi bền cao hơn từ 2 − 5 lần tùy theo điều kiện gia công Hợp kim cứng

- Nhóm hai cacbit: Còn gọi là hợp kim cứng titan-vonfram, ký hiệu là P

(ISO), TK (Nga) Nhóm này được tạo thành bởi cacbit vonfram (WC), cacbit titan (TiC) và dung dịch đặc của chúng trong côban Hợp kim cứng titan-vonfram có các mác sau: T5K10, T14K8, T15K6, T15K6T, T30K4, T60K6 Chỉ số ghi sau chữ K là số phần trăm côban Chỉ số ghi sau chữ T là

số phần trăm cacbít titan, còn lại là cacbit vonfram Hợp kim cứng T15K6T được chế tạo theo phương pháp công nghệ đặc biệt Do đó khả năng chịu mòn tốt hơn loại T15K6 (khi tiện với tốc độ cắt V > 60m/ph chịu mòn tốt hơn 2 −

3 lần)

Nói chung hợp kim cứng nhóm hai cacbít được dùng để gia công thép ở tốc độ cắt cao vì chúng có độ bền nhiệt cao, độ cứng cao và tính hàn dính thấp Hợp kim cứng T15K10 có độ bền cao nhưng tính chịu mòn thấp nên được dùng để gia công thô thép khi cắt gián đoạn với lượng chạy dao lớn

và tiết diện phoi không đều Hợp kim cứng T14K8 và T15K6 có độ bền thấp hơn và khả năng chịu mòn cao hơn T15K10 được dùng để gia công tinh thép với lượng chạy dao trung bình và tiết diện phoi tương đối đều khi cắt liên tục Hợp kim cứng T30K4 và T60K6 có khả năng chịu mòn tốt nhưng độ giòn lớn, nên được dùng để gia công tinh thép với lượng chạy dao nhỏ và cắt liên tục với tốc độ cắt cao

- Nhóm ba cacbit: Còn gọi là hợp kim cứng titan, tantan - vonfram, ký

hiệu M (ISO), TTK (Nga) Nhóm này được tạo thành bởi cacbit vonfram (WC), cacbit titan (TiC), cacbit tantan (TaC) và dung dịch đặc của chúng

29

trong côban Chúng bao gồm các mác sau: TT7K12, TT7K15, TT10K8, TT20K9

Thànhphầnhóahọccủachúngchotrongbảngsau(tínhtheo%)

Bảng 1.8 Thành phần hóa học của nhóm ba cacbit

Máchợpkimcứng Coban Cacbit Titan Cacbit Tantan CacbitVonfram

+ Giảm xu hướng bị cháy dao do tính dẫn nhiệt tăng

+ Mở rộng khả năng gia công của hợp kim cứng

Tuy vậy, tantan là nguyên tố hiếm, đắt gấp mấy lần vonfram nên hợp kim cứng nhóm ba cacbít có phạm vi sử dụng hẹp, thường chỉ dùng để gia công các loại thép cứng và hợp kim bền nhiệt (không có lớp vỏ cứng và không có va đập)

Theo tiêu chuẩn ISO, hợp kim cứng được phân loại theo lĩnh vực sử dụng và chia thành ba nhóm cơ bản: P, K và M

Bảng 1.9 Hướng dẫn sử dụng hợp kim cứng

và khả năng

Phạm vi ứng dụng

công Tính chất gia công

lớn, q trung bình

P20 T14K6 K21 Thép, thép đúc

Gia công với v trung bình, q trung bình

Gia công với v nhỏ,

và khả năng

Tiện, tiện tinh, khoan tinh, phay tinh

K10

Thép tôi, thép đúc, gang xanh, hợp kim nhôm có nhiều silic

Tiện tinh, bán tinh, khoan, doa, chuốt

K20 BK55 K8

Gang xám có HB

< 220, đồng, nhôm, vật liệu cứng có  B cao

Tiện, phay, bào, doa, chuốt

K30

Thép có  B nhỏ, gang xám có HB nhỏ

Tiện phay, bào,

và khả năng

Tiện với v lớn

và trung bình, q nhỏ và trung bình

M20

Thép, thép đúc, thép Austenit, thép mangan, gang xám

Tiện phay với v trung bình, q trung bình

M30 BK6 K6

Thép,thép Austenit, hợp kim chịu nhiệt, gang xám

Tiện phay với v trung bình, q trung bình

M40

Thép tự động,thép

có  B nhỏ,kim loại và hợp kim màu

Tiện, tiện tự động

33

đạt kích thước hạt vào khoảng 1μ K, hạt lớn nhất có kích thước không quá 2

μ K Bột α Al2O3 được đem ép thành mảnh dao có kích thước qui định và mang đi thiêu kết Vật liệu sứ có những đặc tính sau:

- Vật liệu sứ ít giống tính chất của kim loại nên ít có xu hướng dính kết với vật liệu gia công Khả năng hình thành lẹo dao ít Chất lượng gia công tốt nên cho phép sử dụng để cắt thép và hợp kim khó gia công

- Có tính kinh tế cao vì sứ là loại vật liệu rẻ tiền, giá thành của vật liệu sứ chỉ bằng khoảng 1/1000 giá thành của hợp kim cứng

Một trong những biện pháp nâng cao chất lượng của vật liệu sứ là nâng cao giới hạn bền uốn bằng cách pha thêm vào các nguyên tố hợp kim như vonfram, môlip đen, bo, titan, niken để được loại vật liệu gọi là kim loại sứ

Hiệnnay 332.Ngoàiracònsửdụngloạivậtliệusứcó cơtínhcaonhưB-3,BOK-60,BOK-63

loạivậtliệusứcótínhnăngcắtcaonhấtvàthườngdùngnhấtlàЦM-1.1.2.6 Kim cương

34

Kim cương nhân tạo được tổng hợp từ graphit ở áp suất lớn (100 000 atm) và nhiệt độ cao (25000C) Kim cương nhân tạo đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực cắt kim loại Việc sử dụng kim cương nhân tạo đặc biệt có hiệu quả khi gia công hợp kim cứng và các loại vật liệu khó gia công khác

Độ cứng tế vi của kim cương là 106.000 MN/m2, lớn gấp 5 − 6 lần hợp kim cứng

Độ dẫn nhiệt rất lớn: 0,35 lớn gấp 1,5 − 2,5 lần hợp kim cứng Chính vì vậy dao kim cương có thể cắt với tốc độ cắt rất cao trong khi độ bền nhiệt của kim cương chỉ vào khoảng 8000C – 10000C Do độ cứng cao, độ chịu mòn cao và hệ số ma sát rất nhỏ nên kim cương thường chỉ dùng

để gia công tinh Kim cương được sử dụng để chế tạo đá mài hoặc bột mài mịn dùng cho các nguyên công mài, mài sắc, mài nghiền để gia công các dụng cụ cắt và chi tiết bằng hợp kim cứng

Dao tiện kim cương đựơc sử dụng chủ yếu để gia công tinh các kim loại màu và còn dùng để gia công vật liệu phi kim loại như chất dẻo, êbônít, cao su cứng Khi gia công chất dẻo, tuổi bền của dao tiện kim cương lớn gấp hàng trăm lần dao hợp kim cứng Kim cương gắn trên mũi khoan để khoan kính và khoan các lớp đá đặc biệt cứng Đặc biệt kim cương còn được dùng

để gia công các vật liệu cứng như germani, silic, corun, chất bán dẫn các dạng vật liệu sứ đặc biệt

35

Hiện nay nitritbo lập phương đã được sử dụng để làm đá mài, thanh mài và những dụng cụ mài khác với những chất dính kết khác nhau Chúng được dùng để mài tinh các loại thép thông thường Khi đó bề mặt gia công đạt độ nhẵn từ cấp 9 − 10, độ mòn của đá mài giảm 50%, hiệu suất mài tăng 25% − 30% Nhiều công trình thử nghiệm đã sử dụng có hiệu quả nitritbo lập phương vào việc mài vật liệu và hợp kim khó gia công

1.1.2.8 Kết luận

Dựa trên tổng quan về các loại vật liệu làm dụng cụ cắt, thấy rằng vật liệu bằng thép gió vẫn là loại vật liệu phổ biến để chế tạo dụng cụ cắt trong ngành cơ khí Thép gió có độ thấm tôi, độ bền mòn và độ bền cơ học cao, do

đó cho phép cắt với vận tốc lớn Trên thị trường, giá thành loại vật liệu này cũng rất phù hợp với người sử dụng Vì vậy, việc lựa chọn thép gió làm vật liệu dụng cụ cắt là một hướng đi đúng đắn, phù hợp với điều kiện sản xuất cơ khí ở nước ta hiện nay

1.2Các nghiên cứu về thực nghiệm

Nghiên cứu về các chế độ phay kim loại dẫn đến các kết quả về sản phẩm như

là về chất lượng gia công hay là năng suất, về các chi phí năng lượng tiêu hao khi gia công, đã được khá nhiều các công trình nghiên cứu trên cơ sở thực nghiệm Các nghiên cứu này cũng đều xét sự ảnh hưởng của các thông số : tốc

độ vòng quay, lượng chạy dao đến hàm mục tiêu : chất lượng gia công (thường lấy là độ nhám bề mặt của sản phẩm), chi phí năng lượng cho việc gia công ( thường lấy về chi phí điện năng), năng suất gia công sản phẩm Như vậy mặc

dù các hàm mục tiêu là các đại lượng khác nhau, nhưng cũng có thể thấy chúng đều chung một ý nghĩa kinh tế

Quá trình phay gia công sản phẩm sẽ dẫn đến việc mòn của dao phay Ngoài các tính chất của vật liệu của dao phay, thì các chế độ phay sẽ ảnh hưởng đế độ mòn của lưỡi dao phay Ở đây có hai thông số cơ bản : tốc độ vòng quay lưỡi dao và lượng chạy dao sẽ ảnh hưởng đến độ mòn của dao phay Nhìn một cách