Cờ lê là một trong những dụng cụ cầm tay được sử dụng rộng rãi nhất bởi tính tiện lợi và kích thước nhỏ gọn. Trên thị trường hiện tại có rất nhiều mẫu cờ lê, rất đa dạng và phong phú như cờ lê thường (cờ lê vòng, cờ lê đầu miệng, …), cờ lê tự động, cờ lê đóng,….Với sự đa dạng và phong phú của nhiều mẫu mã cũng như kiểu dáng thiết kế, nhỏ gọn của dụng cụ cầm tay – cờ lê, hiện đang được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống cũng như sản xuất.
LỜI NĨI ĐẦU Trong nhà máy khí, việc sửa chữa chi tiết máy hỏng hóc ln cần làm nhanh kịp thời để đảm bảo tiến độ sản xuất Cờ lê dụng cụ cầm tay thiếu việc sửa chữa gia công kim khí Chức giữ xoay đai ốc, bu lông, chốt chi tiết có ren Từ vít có ren sử dụng đóng vai trò nêm khơng phục hồi, bị chờn ren hư hỏng phần bị tác dụng lực mô men xoắn mức Do cờ lê tốt thiết kế để giữ lực đòn bẩy tải trọng dự định tác dụng ngưỡng an toàn Cờ lê dụng cụ cầm tay sử dụng rộng rãi tính tiện lợi kích thước nhỏ gọn Trên thị trường có nhiều mẫu cờ lê, đa dạng phong phú cờ lê thường (cờ lê vòng, cờ lê đầu miệng, …), cờ lê tự động, cờ lê đóng,….Với đa dạng phong phú nhiều mẫu mã kiểu dáng thiết kế, nhỏ gọn dụng cụ cầm tay – cờ lê, ứng dụng hầu hết lĩnh vực đời sống sản xuất Chính chức cờ lê cờ lê dụng cụ có ứng dụng rộng rãi nên việc tìm hiểu vật liệu, phương pháp gia công, công nghệ nhiệt luyện,…để sản xuất cờ lê đáp ứng yêu cầu kỹ thuật quan trọng Vì vậy, báo cáo này, chúng em chủ yếu tìm hiểu quy trình nhiệt luyện mà chi tiết áp dụng Trên sở kiến thức học, chúng em áp dụng quy trình đề dựa sở phân tích chi tiết ban đầu Từ đánh giá so sánh kết mà chúng em nghiên cứu Do kiến thức chúng em hạn chế nên báo cáo khơng thể tránh khỏi sai sót Vì vậy, chúng em mong nhận ý kiến nhận xét, đóng góp thầy, giáo bạn để báo cáo hoàn thiện Đồng thời chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Vật liệu học xử lý nhiệt bề mặt, đặc biệt thầy Nguyễn Văn Đức dành nhiều thời gian hướng dẫn, nhiệt tình giảng giải giúp chúng em hoàn thành báo cáo Hà Nội, ngày 05 tháng 06 năm 2019 Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Nhung Đoàn Ngọc Thoạt PHẦN 1: GIẢI MÃ CÔNG NGHỆ Điều kiện làm việc, yêu cầu tính chi tiết cờ lê Cờ lê dụng cụ cầm tay sử dụng rộng rãi tính tiện lợi kích thước nhỏ gọn Trong nhà máy khí, việc sửa chữa chi tiết máy hỏng hóc ln cần làm nhanh kịp thời để đảm bảo tiến độ sản xuất Trên thị trường có nhiều mẫu cờ lê, đa dạng phong phú cờ lê thường (cờ lê vòng, cờ lê đầu miệng, …), cờ lê tự động, cờ lê đóng,….Với đa dạng phong phú nhiều mẫu mã kiểu dáng thiết kế, nhỏ gọn dụng cụ cầm tay – cờ lê, ứng dụng hầu hết lĩnh vực đời sống sản xuất Hình ảnh cờ lê: a Điều kiện làm việc: - Khi làm việc cờ lê cần độ bền, độ cứng định để siết chặt đai ốc - Để vặn đai ốc, cờ lê phải chịu tác áp lực lớn để xoáy ốc Cờ lê bị mài mòn: Khi làm việc ngàm cờ lê tiếp xúc với ốc nên bị mài mòn mạnh Do cờ lê cần có độ chống mài mòn cao - Ngồi yếu tố , cờ lê cần yêu cầu khác: độ dai va đập đảm bảo b Yêu cầu tính: Từ điều kiện làm việc nêu yêu cầu tính cần cho chi tiết là: Độ cứng cao 40÷45 HRC Tính chống mài mòn cao Độ bền , độ dai va đập đảm bảo Thành phần hóa học cờ lê Sau mang mẫu thép phân tích thành phần hóa học, ta có kết sau: Hình 1: Kết phân tích thành phần hóa học cờ lê Dựa vào kết phân tích thành phần hóa học, tra sổ tay thép giới xác định vật liệu làm chi tiết cờ lê S40C theo tiêu chuẩn Nhật (JIS) mác thép tương đương với tiêu chuẩn Việt Nam C40 Mác thép C Si Mn P S Cr tương đương S40C (JIS) 0.3885 0.2484 0.6548 0.0133 0.0063 0.1248 C40(TCVN) 1040(AISI) 0.37÷0.44 0.37÷0.44 0.4 0.08÷0 0.5÷0.8 0.6÷0.9 0.045 0.04 0.045 0.05 0.4max - Nhận xét: So với tiêu chuẩn Nhật (JIS) tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) tiêu chuẩn Mỹ (AISI) có % C gần giống nhau, % Si tối đa theo tiêu chuẩn Mỹ AISI cao so với tiêu chuẩn JIS TCVN , %Mn AISI so với Nhật (JIS) cao so với Việt Nam (TCVN) Ở mác tiêu chuẩn Nhật thép có hàm lượng S, P nhỏ so với tiêu chuẩn Việt Nam Mỹ Dựa vào kết phân tích thành phần hóa học, thấy % nguyên tố nằm giới hạn yêu cầu Mặt khác, hàm lượng P S sau phân tích nhỏ < 0,02% cho biết thuộc loại thép chất lượng cao Vai trò nguyên tố thép: Cacbon (C): nguyên tố quan trọng nhất, định đến tổ chức, tính thép, định phần lớn công dụng thép Thông thường, hàm lượng cacbon cao thép cứng, dẻo dai giòn Hàm lượng cacbon mác thép C40 khoảng 0,4%, thuộc nhóm thép hóa tốt, sau nhiệt luyện hóa tốt đạt kết hợp tốt tiêu tính: độ bền, độ dẻo, độ dai Mangan (Mn): có ảnh hưởng tốt đến tính, hòa tan vào ferit nâng cao độ bền độ cứng pha này, làm tăng tính thép song lượng Mn cao thép Cacbon nằm giới hạn (0,5 ÷ 0,8%) nên ảnh hưởng khơng quan trọng Mn có tác dụng làm giảm nhẹ tác hại lưu huỳnh (S) Silic (Si): giống Mn, Si hòa tan vào ferit nâng cao độ bền độ cứng pha nên làm tăng tính thép Photpho (P): tạp chất có hại ngun tố gây nên bở nguội song ngun tố thiên tích (phân bố khơng đều) mạnh, để tránh giòn lượng P thép phải 0,05% Lưu huỳnh (S): tạp chất có hại, kết hợp với sắt tạo nên hợp chất FeS có nhiệt độ nóng chảy thấp (988ᵒC), kết tinh sau nằm biên hạt; nung lên để cán kéo (1100÷1200ᵒC) biên giới hạt bị chảy làm thép đứt gãy thép giòn Đây tượng giòn nóng Theo kết phân tích hóa học, với hàm lượng S P nhỏ: 0,0063%S; 0,0133%P → thép có chất lượng cao Đo độ cứng thô đại Để xác định độ cứng cờ lê, ta lấy mẫu (được cắt từ cờ lê) mài đến bề mặt phẳng, hết lớp oxit bên ngồi đem đo độ cứng thơ đại Đo vị trí khác mẫu, ta thu kết bảng sau: Lần HRC 44 44 43 44 43.5 Độ cứng trung bình lần đo 43,7 (HRC) ~ 44 (HRC) Với độ cứng trung bình 44HRC, phù hợp với điều kiện làm việc yêu cầu tính (đã nêu phần 1) 4 Chụp ảnh tổ chức tế vi Các bước chuẩn bị mẫu cho chụp ảnh tổ chức tế vi: - Bước 1: Cắt mẫu Từ chi tiết ban đầu, sử dụng máy cắt để cắt thành mẫu có kích thước phù hợp cho dễ cầm tay mài thuận tiện cho việc gá mẫu - Bước 2: Mài học Mài kính phẳng Phương pháp mài học sử dụng giấy mài phủ cacbit Si, sử dụng loại giấy mài khác nhau, mài từ giấy thô đến giấy mịn: 100, 120, 240, 400, 600, 800, 1000, 1200, Khi mài đưa tay mài theo đường thẳng theo chiều (lưu ý ấn lực đều) Quan sát thấy vết xước song song với ta dừng lại, quay mẫu 90ᵒ chuyển sang mài giấy khác mịn Mài tiếp đến hết vết xước lần trước, mài đến giấy mài cuối Sau lần thay giấy mài, mẫu cần lau rửa - Bước 3: Đánh bóng học Sử dụng bột đánh bóng (Cr2O3, Al2O3) đánh bóng đĩa phủ mềm quay với vận tốc lớn, đánh bóng đến bề mặt khơng vết xước có độ bóng cao; thời gian đánh bóng khoảng 30 phút Sau đánh bóng mẫu rửa nước sấy khơ quạt gió, … Bề mặt mẫu sau đánh bóng cần có độ bóng cao, khơng bị oxy hóa - Bước 4: Tẩm thực Mục đích: Loại bỏ lớp biến dạng mỏng bề mặt mẫu hóa chất Ăn mòn mẫu mức độ khác Tạo độ sâu khác phụ thuộc tổ chức thép Có nhiều dung dịch tẩm thực khác phụ thuộc vào vật liệu cần chụp ảnh tổ chức Với mẫu cờ lê chế tạo mác thép S40C ta sử dụng dung dịch axit loãng HNO3 nồng độ 5%, thời gian tẩm thực khoảng 10s Sau tẩm thực ta cần rửa nước sấy khơ, sau mang mẫu chụp ảnh tổ chức - Bước 5: Chụp ảnh hiển vi quang học Ảnh tổ chức tế vi: Ảnh tổ chức tế vi thép S40C với độ phóng đại khác Hình 2.1: Độ phóng đại x200 Hình 2.2: Độ phóng đại x500 Hình 2.3: Độ phóng đại x1000 Nhận xét: Từ ảnh chụp tổ chức tế vi ta thấy tổ chức gồm: Ferit + Xementit Trên ảnh tổ chức tế vi độ phóng đại ×1000, ta nhìn thấy rõ Mactenxit hình kim chưa phân hủy hết trình ram => Tổ chức tế vi Mactenxit ram, Xoocbit ram Trôxtit ram Từ ảnh tổ chức tế vi kết hợp với độ cứng trung bình sau lần đo chi tiết cờ lê 44 HRC, ta xác định tổ chức tế vi thép Trơxtit ram Xây dựng quy trình nhiệt luyện cho chi tiết Thông thường, chi tiết tiến hành nhiệt luyện tơi + ram trung bình, tổ chức nhận trơxtit ram đạt độ cứng trung bình giới hạn đàn hồi đạt giá trị cao nhất, độ dẻo, độ dai tăng lên Tính tốn nhiệt độ tơi: Cờ lê làm từ mác thép S40C Thép S40C với phần trăm C = 0,4% thép trước tích, nên nhiệt độ phải lấy cao Ac3 tức nung nóng tới trạng thái hồn tồn austenit (tơi hồn tồn) - Nhiệt độ tơi tính sau: Tᵒtơi = Ac3 + (30÷50ᵒC) - Cách tính nhiệt độ Ac3 thép S40C: 911ᵒC Ac3 727ᵒC 0,4%C 0,8%C Ta có: X 0,8 0, 911 727 0,8 → X = 92ᵒC → Ac3 = 727 + 92 = 820ᵒC → Ac3 = 820ᵒC → Tᵒ = 820 + (30÷50ᵒC) = (850 ÷ 870)ᵒC = (860 ± 10) ᵒC Sau tôi, tổ chức nhận là: Mactenxit tơi + austenit dư Tính tốn nhiệt độ ram: Độ cứng trung bình lần đo 43,7 (HRC) ~ 44 (HRC) Theo “ Sổ tay nhiệt luyện, tập II” – Nguyễn Chung Cảng, ĐHBKHN: Khi nhiệt độ 830 ÷ 850ᵒC ram khoảng nhiệt độ khác độ cứng khác Sự khác thể sau: Nhiệt độ ram (ᵒC) 300 ÷ 400 400 ÷ 450 510 ÷ 550 540 ÷ 580 580 ÷ 640 Độ cứng (HB) 364 ÷ 444 321 ÷ 415 241 ÷ 286 203 ÷ 228 192 ÷ 203 Độ cứng (HRC) 39 ÷ 47 35 ÷ 44 23 ÷ 31 16 ÷ 21 14 ÷ 16 Với độ cứng 44 (HRC) → Ta ram khoảng nhiệt độ (300 ÷ 400) ᵒC ram khoảng nhiệt độ (400 ÷ 450) ᵒC Cách xác định nhiệt độ ram thời giam ram: Dưới biểu đồ xác định chế độ ram: Hình 3: Biểu đồ xác định chế độ ram Cách xác định: Hình 3.a có trục hồnh thời gian ram, trục tung độ cứng, đường chéo hình nhiệt độ ram Hình 3.b có trục hồnh hàm lượng cacbon, trục tung độ cứng HRC Từ trục tung hình 3.b xác định điểm A có độ cứng 44 HRC Từ điểm A kẻ đường thằng song song với trục hoành cắt đường thẳng song song với trục tung kẻ từ điểm 0,4%C điểm B Từ điểm B kẻ đường cong song song với đường cong hình vẽ cắt đường thẳng song song với trục tung kẻ từ điểm 0,35%C điểm C Từ điểm C, kẻ đường thẳng song song với trục hoành cắt đường chéo đường nhiệt độ ram (350ᵒC) điểm D Từ điểm D, kẻ song song với trục tung cắt trục thời gian ram thời gian ram Vậy chi tiết cờ lê làm từ thép S40C sau nhiệt độ (860 10) ᵒC ram nhiệt độ 350 ᵒC khoảng thời gian Quy trình nhiệt luyện tổng quát: ᵒC (860 10) ᵒC Nước 350 ᵒC Khơng khí Thời gian (τ) PHẦN II: THỰC HÀNH CÔNG NGHỆ Chi tiết ban đầu cắt thành mẫu nhỏ khác Các mẫu xếp vào hộp nhỏ (có phủ than xung quanh để tránh Cacbon), sau tiến hành ủ nhiệt độ 900ᵒC giữ nhiệt 30 phút làm nguội lò để phá tổ chức, đưa tổ chức ban đầu chưa qua xử lý nhiệt luyện Sau ủ, mẫu đem để đo độ cứng chụp ảnh tổ chức tế vi Hai mẫu lại tiến hành tơi nhiệt độ 860ᵒC giữ nhiệt 30 phút, môi trường làm nguội nước Khi xong, mẫu đem đo độ cứng chụp ảnh tổ chức tế vi, mẫu lại tiến hành ram nhiệt độ 350ᵒC giữ nhiệt 40 phút, làm nguội ngồi khơng khí Sau tiến hành xử lí nhiệt, mẫu đo độ cứng chụp ảnh tổ chức tế vi để so sánh với chi tiết ban đầu Mẫu Ủ Tôi Ram Nhiệt độ (ᵒC) 900 860 350 Thời gian giữ nhiệt (phút) 30 30 40 Ủ Mục đích ngun cơng ủ: phá vỡ tổ chức, đưa tổ chức ban đầu chưa qua xử lý nhiệt luyện ᵒC 900ᵒC 30 ph Nguội lò Thời gian (τ) a Đo độ cứng sau ủ: Sau ủ, mẫu có độ cứng thấp đo máy đo HRC mẫu qua xử lý nhiệt luyện sau tơi, ram,… Vì vậy, phải dùng máy đo HRB để xác định độ cứng mẫu sau ủ Lần đo Độ cứng (HRB) 80,6 80,8 Độ cứng trung bình mẫu sau ủ là: 80,9 (HRB) ≈ (HRC) b Ảnh tổ chức tế vi sau ủ: Hình 4.1: độ phóng đại x200 81,3 Hình 4.2: độ phóng đại x500 Nhận xét: Khi nung nóng để ủ hồn tồn ta Austenit đồng nên làm nguội chậm lò, tổ chức nhận ferit (màu sáng) + peclit (màu tối) peclit dạng Từ ảnh tổ chức tế vi: ta có thấy tổ chức tế vi thép S40C sau ủ ferit + peclit Như sau nguyên công ủ, ta phá vỡ tổ chức ban đầu mẫu trôxtit ram Vậy nguyên công ủ đạt yêu cầu Tôi ᵒC (860±10)ᵒC 30 phút Nước Thời gian (τ) a Đo độ cứng sau tôi: Sau đem mẫu đo độ cứng thơ đại, đo vị trí mẫu ta thu kết bảng sau: Lần Độ cứng (HRC) 53 54 53 Độ cứng trung bình sau lần đo là: 53,5 ≈ 54 HRC 53,5 54 b Ảnh tổ chức tế vi: Từ ảnh tố chức tế vi: ta thấy tổ chức tế vi Matenxit tơi + Austenit dư Thép S40C có hàm lượng C 0,4%, sau tơi độ cứng trung bình 54 HRC, tổ chức sau Mactenxit + Austenit dư Vậy nguyên công đạt yêu cầu Ram ᵒC 350ᵒC Khơng khí Thời gian (τ) 40 phút a Đo độ cứng sau ram: Sau ram đem mẫu đo độ cứng thô đại, đo vị trí mẫu ta nhận kết sau: Lần Độ cứng (HRC) 42 41 41,5 Độ cứng trung bình sau lần đo là: 41,6 ≈ 42 HRC b Ảnh tổ chức tế vi: 42 41,5 Từ ảnh tổ chức tế vi: ta thấy tổ chức tế vi mẫu sau ram là: ferit + Xementit Với độ cứng trung bình sau lần đo là: 42 HRC (nằm khoảng yêu cầu 40÷45 HRC), phù hợp điều kiện làm việc u cầu tính Vậy ngun cơng ram đạt yêu cầu So sánh ảnh tổ chức tế vi mẫu sau ram mẫu ban đầu - So sánh ảnh ta thấy tổ chức ảnh giống gồm ferit + Xementit Tuy nhiên, Xementit mẫu sau ram thơ to so với mẫu ban đầu nên mà mẫu ban đầu (44HRC) có độ cứng lớn mẫu sau ram (42HRC) PHẦN III: KẾT LUẬN Công nghệ nhiệt luyện nhằm làm thay đổi tính chất vật liệu cách thay đổi cấu trúc vật liệu thông qua xử lí nhiệt Tùy vào mục đích sử dụng, yêu cầu điều kiện làm việc chi tiết để đưa quy trình nhiệt luyện hợp lí Lựa chọn cơng nghệ nhiệt luyện phù hợp tính tốn cho trình xử lý hiệu tiết kiệm đảm bảo chất lượng sản phẩm ổn định, từ giảm chi phí sản xuất, giảm giá thành sản phẩm tăng suất lao động Dựa vào kết phân tích có được, để sản xuất cờ lê đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, công nghệ nhiệt luyện áp dụng chi tiết ram trung bình Vậy cơng nghệ nhiệt luyện áp dụng chi tiết cờ lê Tôi + Ram trung bình TÀI LIỆU THAM KHẢO: Vật liệu học sở (Nghiêm Hùng) Sách tra cứu thép giới (tác giả Trần Văn Địch, Ngơ Chí Phúc) Cơng nghệ nhiệt luyện (Phạm Thị Minh Phương, Tạ Văn Thất) ... mẫu cờ lê, đa dạng phong phú cờ lê thường (cờ lê vòng, cờ lê đầu miệng, …), cờ lê tự động, cờ lê đóng,….Với đa dạng phong phú nhiều mẫu mã kiểu dáng thiết kế, nhỏ gọn dụng cụ cầm tay – cờ lê, ... cờ lê: a Điều kiện làm việc: - Khi làm việc cờ lê cần độ bền, độ cứng định để siết chặt đai ốc - Để vặn đai ốc, cờ lê phải chịu tác áp lực lớn để xoáy ốc Cờ lê bị mài mòn: Khi làm việc ngàm cờ. .. Đánh bóng học Sử dụng bột đánh bóng (Cr2O3, Al2O3) đánh bóng đĩa phủ mềm quay với vận tốc lớn, đánh bóng đến bề mặt khơng vết xước có độ bóng cao; thời gian đánh bóng khoảng 30 phút Sau đánh