Nhiệt luyện Bulong cường độ cao

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU BỘ MÔN KIM LOẠI VÀ HỢP KIM - - ĐỒ ÁN MƠN HỌC THIẾT KẾ QUY TRÌNH NHIỆT LUYỆN BULONG CƯỜNG ĐỘ CAO Ðại học Quốc gia Tp.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Trường ÐH BÁCH KHOA Ðộc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc -TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN KHOA : Cơng Nghệ Vật Liệu BỘ MƠN : Kim Loại Hợp Kim HỌ VÀ TÊN : NGUYỄN HÙNG NHÂN MSSV : V1202523 NGÀNH :Kim Loại Hợp Kim LỚP: VL12KI - Ðầu đề đồ án: Thiết kế quy trình nhiệt luyện bulong cường độ cao - Nhiệm vụ (yêu cầu nội dung số liệu ban đầu): - Tổng quan chi tiết bulong - Cơ sở lý thuyết để lựa chọn nhiệt luyện vật liệu - Lựa chọn vật liệu công nghệ nhiệt luyện bulong - Thiết kế quy trình nhiệt luyện lựa chọn thiết bị - Ngày giao nhiệm vụ : 23/2/2016 - Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/3/2016 - Họ tên người hướng dẫn: Th.s Trần Thanh Tâm Phần hướng dẫn : Công nghệ nhiêt luyện Ngày .tháng .năm 2016 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Đồ án môn học nhiệt luyện kết tháng năm học tập nghiên cứu Kết không hồn thành tốt khơng nhờ giúp đỡ tận tình thầy bạn bè Trước tiên, em xin chân thành cám ơn đến thầy Th.S Trần Thanh Tâm nhiệt tình hướng dẫn em trình làm đồ án Sự hướng dẫn quý báu thầy thực giúp em nhiều trình hoàn thành đồ án Thầy truyền thụ cho em nhiều kiến thức chuyên môn thực tế, giúp ích khơng cho đồ án em có sở làm luận văn sau Em xin cám ơn quý thầy cô ngành Kim Loại Hợp Kim dạy dỗ em qua chương trình chuyên ngành Những kiến thức tảng để em có đủ sở đề hoàn thành đồ án cách tốt Cuối em xin cám ơn bạn bè học chung giúp em trình học tập sống Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn đóng góp giúp đỡ tất người Xin chân thành cảm ơn Nguyễn Hùng Nhân TÓM TẮT ĐỒ ÁN Lý em lựa chọn đề tài:” thiết kế quy trình nhiệt luyện bulong cường độ cao” Đầu tiên niềm đam mê yêu thích lĩnh vực nhiệt luyện chuyên ngành kim loại hợp kim mà em theo học Thứ hai, bulong chi tiết vô quan trọng ứng dụng sử dụng rộng rãi hầu hết thiết bị máy móc Với nhu cầu ngày tăng, đòi hỏi yêu cầu cao loại bulong tính tính kinh tế Người ta tạo loại bulong có cường độ cao để đáp ứng nhu cầu Do đó, đồ án mơn học lần này, em định lựa chọn chi tiết bulong để thiết kế quy trình nhiệt luyện cho Đồ án nhiệt luyện “Thiết kế quy trình nhiệt luyện bulong cường độ cao” Với mục đích hiểu sơ lượt cấu tạo đặc điểm chi tiết bulong, từ lựa chọn vật liệu xác định định công nghệ nhiệt luyện chi tiết bulong với thiết bị phù hợp Sau đó, tính tốn thông số như: Nhiệt độ tôi, nhiệt độ ram, thời gian tôi, thời gian ram,… chi tiết bulong để ứng dụng vào thực tế Việt Nam quốc gia giai đoạn phát triển, đòi hỏi nhu cầu sử dụng máy móc cao Do đó, việc tự sản xuất máy móc nước tự sữa chữa thiết bị máy móc nhập từ nước yêu cầu cấp bách quan trọng cho kinh tế nước nhà Với yêu cầu đó, doanh nghiệp nước cần có khả tự sản xuất chi tiết bulong, đặc biệt bulong cường độ cao để hỗ trợ cho công nghiệp chế tạo máy nước Do đó, việc kỹ sư nhiệt luyện tương lai đất nước xây dựng nắm vững quy trình nhiệt luyện bulong cường độ cao cần thiết Vì tầm quan trọng đồ án” Thiết kế quy trình nhiệt luyện bulong cường độ cao” vơ lớn MỤC LỤC Đề mục Trang Trang bìa Nhiệm vụ đồ án .i Lời cảm ơn .ii Tóm tắt iii Mục lục iv Danh sách bảng biểu vi Danh sách hình vẽ vii CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CHI TIẾT 1.1 Sự đời bulong … 1.2 Phân loại bulong .9 1.3 Ứng dụng 11 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT LỰA CHỌN VẬT LIỆU 12 2.1 Khái niệm Bulong cường độ cao … 12 2.2 Các sở lý thuyết 12 CHƯƠNG LỰA CHỌN VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ NHIỆT LUYỆN BULONG CƯỜNG ĐỘ CAO 20 3.1 Lựa chọn vật liệu công nghệ nhiệt luyện tương ứng 20 CHƯƠNG THIẾT KẾ QUY TRÌNH NHIỆT LUYỆN BULONG CƯỜNG ĐỘ CAO 23 4.1 Quy trình nhiệt luyện thép C45 23 4.2 Quy trình nhiệt luyện thép 45Mn2 31 Tài liệu tham khảo 37 Phụ lục : 38 DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1: Hình dáng loại bu long ban đầu Pháp……………………………….7 Hình 1.2: Tiêu chuản bulong Whitworth William………………………………8 Hình 1.3: hình dạng kiểu bulong nay………………………………………….8 Hình 1.4: Bulong qua xử lý nhiệt…………………………………………………………9 Hình 1.5: bulong khơng qua xử lý nhiệt……………………………………………… Hình 1.6: Bulong chế tạo từ thép khơng gỉ…………………………………………… 10 Hình 1.7: Bulong chế tạo từ kim loại mày, hợp kim màu ……………………….10 Hình 2.1: Giản đồ trạng thái Fe-C………………………………………………… .14 Hình 2.2: Giản đồ đường cong chữ C ứng với phương pháp tơi………….…….16 Hình 2.3:Sơ đồ làm nguội ứng với phương pháp tơi khác nhau……………….…….17 Hình 3.1: Tiêu chuẩn bulong cường độ cao thơng dụng……………………….….…20 Hình 3.2: Bulong M14x35 tiêu chuẩn DIN933………………………………… ….…21 Hình 3.3: Kích thước Bulong M14 ……………………………………………….… …23 Hình 4.1: Sơ đồ quy trình nhiệt luyện mác thép C45………………………… .26 Hình 4.2: Các loại gá đỡ dạng khay giá đỡ dạng sọt……………………… .31 Hình 4.3: Sơ đồ quy trình nhiệt luyện thường hóa mác 45Mn2………….……32 DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1: Các cấp bền bulong cường độ cao…………………………………….12 Bảng 2.2: Cơ tính cấp bền bulong cường độ cao……………………… 13 Bảng 2.3: Các điểm đặc trưng giản đồ sắt – cacbon Fe – C………………… 15 Bảng 3.1: Bảng kích thước loại bulong cường độ cao thông dụng……………21 Bảng 3.2: Thành phần hóa học mác C45……………………………………… ……21 Bảng 3.3: Thành phần hóa học mác 45Mn2………………………………………… 21 Bảng 4.1: Tính tốn giá trị cần thiết………………………………………………27 Bảng 4.2: tính tốn hệ số dẫn nhiệt…………………………………………………….27 Bảng 4.3: Tính tốn thời gian nhiệt luyện……………………………………….……28 Bảng 4.4:Các thông số chi tiết nhiệt luyện…………………………….…… 29 Bảng 4.5: Quy trình nhiệt luyện cụ thể……………………………………….…….…30 Bảng 4.6: Các thông số ban đầu nhiệt luyện mác 45Mn2………………… …32 Bảng: 4.8: Quy trình thường hóa cụ thể………………………………………………35 Bảng 4.9: Bảng so sánh tính kinh tế hai loại vật liệu……………………… 36 Bảng 4.10: Bảng so sánh tính hai loại vật liệu…………………………… 36 Bảng phụ lục 1: nhiệt độ độ nung loại thép TSC [3]…………… 38 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHI TIẾT 1.1 Sự đời phát triển Bulong a Nguồn gốc bu lông: Khái niệm: Bulong chi tiết thuộc họ mối ghép ren sản phẩm khí, có hình dạng trụ tròn, tiện ren, thiết kế để sử dụng kết hợp với đai ốc, tháo lắp hay hiệu chỉnh cần thiết Bulong sử dụng để lắp ráp, liên kết, ghép nối chi tiết thành hệ thống khối, khung giàn Nguyên lý làm việc bu lông dựa vào ma sát vòng ren bulong đai ốc(ê cu) để kẹp chặt chi tiết lại với Theo chuyên gia Frederick E.Graves, ông lập luận bu lơng xuất vào kỷ 15 Ơng kết luận dựa vào hồ sơ in bu long xuất sách năm đầu kỷ 15 Từ thời La Mã, sử dụng chốt cửa, trục đóng mở cửa, … Ơng cho người La Mã sáng chế bu lông từ đồng chí bạc làm tay hay vết hàn.[1] Còn theo chuyên gia nghiên cứu Bill Eccles lịch sử bu lơng xuất sớm Ở Hy Lạp vào thời Archimedes năm 287 TCN -212 TCN phát dựa vào bu lông sử dụng để xây dựng thiết bị chuyển nước Tuy nhiên, ông cho có dấu hiệu bu lơng có nguồn gốc từ Ai Cập trước thời gian Archimedes Nó làm từ gỗ để lắp hệ thống tưới nước.[1] Như lịch sử phát triển bu lơng chia thành hai phần: Phần khoảng năm 400 TCN chúng sử dụng cho hạng mục như hình xoắn ốc để nâng nước, ép nho làm rượu vang Và phần hai năm cách khoảng 700 năm vào kỷ 15 Theo ông WR Wilbur ( năm 1905) máy chế tạo bu long ốc vít thực Besson Pháp năm 1568 Năm 1641, công ty Anh, Hindley York cải thiện thiết bị sử dụng rộng rãi [1] Hình 1.1: Hình dáng loại bu long ban đầu Pháp Ban đầu ốc vít làm tay, nhu cầu ngày tăng Do cần đẩy nhanh trình sản xuất Tai Anh vào năm 1760, J Wyatt W Wyatt giới thiệu nhà máy sản xuất hàng loạt ốc vít Tuy nhiên, kiện dẫn tới thách thức khác Đó cơng ty sản xuất ốc vít theo tiêu chuẩn họ có kích cỡ khác thị trường, gây khó khăn cho nhà sản xuất thiết bị, máy móc.[1] Mãi năm 1841, Joseph Whitworth đề giải pháp Sau nhiều năm nghiên cứu thu thập mẫu vít từ nhiều hội thảo Anh ơng đề nghị tiêu chuẩn hóa kích thước loại ốc vít Anh với hình dạng góc hai bên sườn có 55 độ, chiều dài inch, với kích cỡ đường kính khác Sau đó, vấn đề giải Anh người Mỹ cố gắng học theo cách Whitworth Vào năm 1864, William đề xuất thay ốc vít có góc hai bền sườn 60 độ chiều dài khác nhau, ứng với đường kính khác [1] Hình 1.2: Tiêu chuản bulong Whitworth William Ngày nay, ngành công nghiệp vật liệu trở nên tinh vi hơn, bu long thay đổi từ thép đến vật liệu để đáp ứng nhu cầu sống Hình 1.3: hình dạng kiểu bulong b Các vấn đề bulong nay: Hiện nay, loại bulong sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực nhiều loại máy móc hoạt động mơi trường khắc nghiệt đòi hỏi có tính cao bền Để đáp ứng yêu cầu đó, người ta sử dụng phương pháp xử lý nhiệt bề mặt chi tiết bulong sau đúc cán để làm tăng độ cứng độ bền chhi tiết Ở đồ án này, giãi vấn đề Cụ thể loại bulong cường độ cao M14 với hai phương pháp nhiệt luyện + ram thường hóa 1.2 Phân loại: Bulong có nhiều loại kích thước khác tùy thuộc vào mục đích hay điều kiện làm việc Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, cường độ hay môi trường làm việc mà bu long sản xuất vật liệu khác nhau: đồng (Copper) (bulong đồng); thép cacbon thường(bulong thường-bulong cường độ thấp); thép cabon chất lượng cao, thép hợp kim(C35, C45, 38CrA, 30CrMnCA, 40CrNiMnA, …)(bulong cường độ cao, bulong chịu lực); thép không gỉ (bulong INOX )… Làm dạng bảng có tính chất so sánh 1.2.1 Phân loại theo vật liệu chế tạo: Theo vật liệu chế tạo, bulong chia thành loại: Bulong chế tạo từ thép cacbon thường, thép hợp kim Loại chia hai loại:  Bulông phải qua xử lý nhiệt: bu lông cường độ cao: bulong cấp bền 8.8, 10.9;12.9 Bulông loại sản xuất vật liệu thép hợp kim có cấp bền tương đương vật liệu có cấp bền thấp sau thơng qua xử lý nhiệt luyện để đạt cấp bền sản phẩm theo yêu cầu Hình 1.4: Bulong qua xử lý nhiệt  Bulông không qua xử lý nhiệt: chủ yếu bulong thường bu lơng có cường độ thấp Bulơng loại sản xuất từ vật liệu thép có tính tương đương sau gia cơng, bulong không cần xử lý nhiệt: Bulong cấp bền 4.8; 5.6; 6.6 Hình 1.5: bulong khơng qua xử lý nhiệt  Bulong chế tạo từ thép không gỉ hay bu lơng Inox Đây loại bu lơng có khả chống ăn mòn hóa học hay ăn mòn điện hóa từ mơi trường Thơng thường, người ta sử dụng vật liệu INOX 201, INOX 304, INOX 316, INOX 316L để sản xuất Hình 1.6: Bulong chế tạo từ thép không gỉ  Bulong chế tạo từ kim loại màu, hợp kim màu: Đồng, nhôm, kẽm Loại bu lông sản xuất từ chủ yểu để đáp ứng nhu cầu ngành công nghiệp đặc thù: ngành điện, chế tạo máy bay, sản xuất xử lý nước… Hình 1.7: Bulong chế tạo từ kim loại mày, hợp kim màu 1.2.2 Phân loại theo hình thức bảo vệ chống ăn mòn:  Bulongng đen, mộc: bu long sản xuất từ vật liệu thép cacbon  Bulong nhuộm đen  Bulong mạ kẽm điện phân, bu lơng mạ kẽm nhúng nóng, bu long mạ màu cầu vồng  Bulong INOX (INOX 201, INOX 304, INOX 316, INOX 316L…) 10  Tốc độ nung nhanh Nhược điểm:  Khơng khí xâm nhập vào buồng lò nên khó tránh khỏi oxy hóa cacbon  Độ bền phân tử nhiệt kém, dễ bị gãy vỡ va chạm, thời gian sử dụng thấp +Lò giếng điện trở: Loại lò dùng nhiều phân xưởng nhiệt luyện, thiết bị ram thường chế tạo theo loại Có thể dùng lò giếng để ủ, tơi, ram…Chiều sâu buồng làm việc thường lớn đường kính vài lần Các lò giếng cỡ nhỏ vừa dùng để ủ ram chi tiết nhỏ chiều sâu đường kính lò xấp xỉ Trong buồng lò thường có tuần hồn khí để tăng tốc độ nung đồng nhiệt độ chi tiết Lò giếng để tơi có nhiệt độ 1000 - 13000C Lò phản xạ loại lò buồng đốt nhiên liệu rắn Nhiệt độ làm việc lò từ 100 – 13000C Lò gồm hai kiểu: đáy buồng nung cố định đáy buồng nung kiểu di động Về mặt kết cấu hai kiểu gồm phận chính: Buồng đốt than có ghi lò, bên buồng gió nơi chứa xỉ Buồng nung nơi để chi tiết cần nung nóng Hệ thống cấp khơng khí để đốt cháy than gồm quạt gió, ống dẫn có van điều chỉnh Ưu điểm  Dễ chế tạo, nguồn nhiên liệu dồi cho vận hành lò  Được dùng rộng rãi để tôi, ủ, thấm C…  Giá thành thấp Nhược điểm  Hiệu suất thấp (