Cho một chi tiết có các yêu cầu cơ bản: Tarô, bàn ren, chi tiết nhỏ, hình dạng phức tạp, tốc độ cắt trung bình, yêu cầu độ cứng cao, tính chống mài mòn tốt, T làm việc trung bình (Bài tập Vật Liệu Học Bùi Hoàng Dũng CĐT4_K50Bài Tập Lớn Vật Liệu Học I. Nội dung Cho một chi tiết có các yêu cầu cơ bản: Tarô, bàn ren, chi tiết nhỏ, hình dạng phức tạp, tốc độ cắt trung bình, yêu cầu độ cứng cao, tính chống mài mòn tốt, T làm việc trung bình (<300C) Bàn renTarô Câu 1: Điều kiện làm việc của chi tiết Bài tập Vật Liệu Học Bùi Hoàng Dũng CĐT4_K50 Tarô, bàn ren làm việc dùng để cắt ren hoặc sửa ren. Tarô dùng để cắt ren trong, bàn ren dùng để cắt ren ngoài . Tarô là 1 dao cắt có phần lỡi dao và chuôi dao, đợc đánh bóng. Bàn ren có phần rãnh ren trong lỗ, bàn ren đợc mài mặt đầu và đờng kính ngoài. Tarô, bàn ren làm việc ở nhiệt độ trung bình, chịu lực nhẹ, chịu mômen xoắn lớn, chịu va đập mạnh, tốc độ cắt trung bình. Do đó tarô, bàn ren cần những yêu cầu về cơ tính sau : Độ cứng cao Độ bền cao Tính chống mài mòn tốt Trọng lợng nhỏ, độ chính xác và tính cân bằng caoTarô, bàn ren hình dạng phức tạp nên vật liệu phải có tính công nghệ cao.Câu 2: Chọn vật liệu Với những cơ tính cũng nh những đặc điểm về chế tạo nh trên, nhận thấy thép 90CrSi đáp ứng đợc yêu cầu. Cơ sở lý luận chọn thép 90CrSi : 90CrSi có tính tôi và thấm tôi tốt, sau khi tôi có thể làm nguội trong dầu và dụng cụ sau khi tôi ít bị cong vênh, biến dạng. Đối với dụng cụ định hình mà profin không qua mài, điều quan trọng phải giữ cho kích thớc không đổi khi tôi nh profin ren của taro, bàn ren tròn. 90CrSi là thép hợp kim ít bị biến dạng. Thép 90CrSi đảm bảo độ cácbít đều đặn, nên đợc dùng để chế tạo dụng cụ có yếu tố cắt mỏng không những phân bố ở xa tâm nh tarô mà phân bố ở gần tâm nh bàn ren tròn. Do sự tổ hợp hợp lý các nguyên tố hợp kim (Si, Cr, Mn) và do sự phân bố đều tính bền nóng của Bài tập Vật Liệu Học Bùi Hoàng Dũng CĐT4_K50thép 90CrSi tăng lên 250C. Với đặc điểm nh trên thép 90CrSi hoàn toàn phù hợp với việc thiết kế và điều kiện làm việc của tarô, bàn ren. Cùng loại nh mác thép 90CrSi của Việt Nam, trên thế giới còn có :Bảng so sánh thành phần hoá hóa học của các mác thép tơng đơng với 90CrSiTiêu chuẩnMác thépC Si Mn <P <S Cr <Ni <CuTCVN 90CrSi0.85-0.951.2-1.6- - - 0,95-1.25- -GOCT9XC0.85-0.951.2-1.60,3-0,60.03 0.03 0.95-1.250,35 0,3Trung Quốc9SiCr0.85-0.951.2-1.60,3-0,60.03 0.03 0.95-1.250,35 0,3ASTM O20.85-0.95<0.5 1.4-1.80.03 0.03 <0.05 - - Thông qua bảng so sánh các thành phần hoá học của các mác thép tơng đơng ta có thể rút ra một số nhận xét nh sau: Hàm lợng Cácbon (C) không có sự khác biệt lắm, nhng thành phần các nguyên tố hợp kim và tạp chất có đôi chút khác biệt, dẫn đến quá trình gia công nhiệt và gia công cơ cần phải lu ý. Đối với thép 90CrSi không có tài liệu về mác thép tơng đơng ở Nhật Bản, và ở Mỹ là mác thép tơng đơng với việc tôi trong dầu. Bài tập Vật Liệu Học Bùi Hoàng Dũng CĐT4_K50 Câu 3: Vai trò của các nguyên tố hợp kim chính trong thép 90CrSi đối với cơ tính và chế độ nhiệt luyện Cacbon: Trong thộp, Cacbon l nguyờn t quan trng nht (khụng k st!). T chc v tớnh cht ca thộp ch yu do Cacbon quyt nh. Cacbon tn ti trong thộp di hai dng: dung dch rn xen k trong mng tinh th st v dng liờn kt trong hp cht Fe3C (Xờmentit). Cỏc pha dung dch rn cú do cao, bn thp trong khi pha xờmentit l pha cng v giũn. S kt hp pha ny s cho cỏc t chc khỏc nhau ca thộp ng vi tng thnh phn v trng thỏi c th. Khi hm lng cacbon tng lờn, bn cng tng theo, do, dai gim i. bn tng cú cc i vo khong 0.9%C. Mt cỏch nh lng, c tng 0.1% C, cng tng khong 20-25 HB, bn tng khong 60-80 MPa, dón di tng i v tht t i gim ln lt l 2-4% v 1-5%, dai va p gim 200kJ/m2. Silic : ảnh hởng của các nguyên tố hợp kim đến độ cứngảnh của Cacbon đến cơ tính của thép ở trạng thái ủảnh hởng của các nguyên tố hợp kim đến độ dai va đập Bài tập Vật Liệu Học Bùi Hoàng Dũng CĐT4_K50 Silic làm tăng rất mạnh độ cứng (độ bền) song cũng làm giảm mạnh độ dai (độ dẻo), đặc biệt khi thép chứa 2% Si hoặc 3.5% Mn ferit có độ dai rất thấp ( 500kJ/m2) làm thép giòn không cho phép sử dụng. Do vậy mặc dù có lợi thế là rẻ hơn, khả năng hóa bền cao Silic chỉ đợc dùng với hàm lợng hạn chế 1 ữ 2% Crôm : Crôm khi làm việc tăng độ cứng chẳng những không làm giảm còn làm tăng chút ít độ dai. Do vậy hợp kim hóa thép bằng Crôm là rất tốt vì ngoài làm tăng độ thấm tôi, bản thân chúng nâng cao độ cứng, độ bền mà vẫn duy trì tốt độ dẻo, độ dai của ferit. Vì thép có độ thấm tôi cao thuộc nhóm hợp kim hóa Cr-Ni . Sự tạo thành Cacbit : Silic : Silic không tạo thành cacbit. Khi có mặt cacbon, với khoảng 2%Si thì chuyển biến bị ức chế. Khi có mặt cacbon thì vùng sẽ đợc mở rộng (0.35%C, vùng sẽ tồn tại cho tới 9%Si). Hệ số tăng độ thấm tôi của Si là 1.7 (loại trung bình). Si còn có tác dụng tăng tính ổn định ram, nhng không làm tăng tính giòn của thép. Si tăng khả năng chống oxy hóa thép ở nhiệt độ cao và tăng độ bền chống dão, bởi vậy Si có mặt trong thép Cr. Cùng với Mn (1.5-2%Si và 0.5-0.9%Mn) Si có tác dụng tăng giới hạn đàn hồi, ứng dụng để sản xuất lò xo. Crôm : Giản đồ pha Fe-Cr cho thấy vùng bị hạn chế trong giới hạn 12.8%Cr. Khi có thêm cacbon vùng này đợc mở rộng, chẳng hạn với 0.5%C, pha có thể tồn tại tới 20%Cr. Cr tạo cacbit phức tạp : Cr7C3 và Cr23C6, những cacbit này hoà tan vào austentit khi nhiệt độ cao hơn 900C. Cr tăng đáng kể độ thấm tôi (hệ số 3.2). Nó còn tác dụng cải thiện tính chống ram và độ bền ở nhiệt độ cao, do đó tạo ra cacbit nhỏ mịn khi ram, có tác dụng hóa bền tiết pha, bù lại sự hóa mềm của mactenxit do độ giảm chính phơng. Cuối cùng Cr đóng vai trò hàng đầu đối với độ bền chống mài mòn. Thép sau cùng tích (0.9-1.1%C) mà có Bài tập Vật Liệu Học Bùi Hoàng Dũng CĐT4_K500.5-1.7%Cr đợc dùng rộng rãi để chế tạo bi và vòng bi các loại (kể cả trục lăn và trục cán) Bài tập Vật Liệu Học Bùi Hoàng Dũng CĐT4_K50 Câu 4: Giản đồ pha và tổ chức tế vi của thép 0.9%CGiản Đồ Pha Fe-CA(1539-0) F(1147-6,67) N(1392-0) Đ1(1469-0,9)B(1499-0,5) G(911-0) P(727-0,02) Đ2(1374-0,9)C(1147-4,3) H(1499-0,10) Q(0-0,006) Đ3 (758-0,9)D(1250-6,67) J(1499-0,16) S(727-0,80) Đ4 (727-0,9)E(1147-2,14) K(727-6,67) ABCD : đờng lỏng AHJECF : đờng đặc ECF : đờng cùng tinh PSK : đờng cùng tích ES : đờng giới hạn khả năng hoà tan Cacbon trong Fe PQ: đờng giới hạn khả năng hoà tan Cacbon trong Fe Đ1, Đ2, Đ3, Đ4, Đ5 : là các điểm chuyển pha của thép 0.9%C Các nhiệt độ quan trọng của nhiệt luyện thép 90CrSiTchảy hoàn toàn = 1469C Tủ không hoàn toàn = 790-810C Bài tập Vật Liệu Học Bùi Hoàng Dũng CĐT4_K50Ttôi cải thiện = 840-860CTram thấp = 150-200C Đối với thép 0.9% C, ta có các nhiệt độ quan trọng để nhiệt luyện thép :Tủ = Ac1 + (20ữ30)C = (750 ữ 760)CTthờng hóa = ACcm + (30 ữ 50)C = (805 ữ 825)CTtôi không hoàn toàn = AC1 + (30 ữ 50)C = (760 ữ 780)C Ta thấy với thép 90CrSi nhiệt độ nhiệt luyện của các quá trình cao hơn so với thép cacbon có cùng thành phần cacbon tơng ứng. Sở dĩ thép hợp kim có nhiệt độ cao hơn là vì các nguyên tố hợp kim cản trở sự khuyếch tán của cacbon do đó làm mactenxit khó phân hóa và cacbit khó kết tụ ở nhiệt độ cao hơn 200C, do vậy tại các nhiệt độ này thép hợp kim bền hơn. Một số thép hợp kim với lớp vảy oxit tạo thành ở nhiệt độ cao khá xít chặt, có tính bảo vệ tốt. Tổ chức tế vi của thép 0.9%C đạt đợc khi làm nguội chậm qua các điểm tới hạn là hỗn hợp của các pha : Austenit(A,) là dung dịch rắn xen kẽ của Cacbon trong Fe với mạng lập phơng tâm mặt A1. Austenit chỉ tồn tại ở nhiệt độ cao, nó là pha rất dẻo dai, rất mềm. Đó chính cơ sở để thực hiện phơng pháp gia công biến dạng nóng. Ferit(F,) là dung dịch xen kẽ của Cacbon trong Fe với mạng lập phơng tâm khối A2. Ferit là pha mềm, dẻo, độ cứng HB khoảng 80, có tính sắt từ. Khi quan sát trên kính hiển vi, Ferit có mầu trắng. Xementit(Xe) là hợp chất hoá học của Sắt và Cacbon (Fe3C). Xementit là pha rất cứng và giòn. Độ cứng HB khoảng 800. Khi quan sát trên kính hiển vi, ta thấy chúng có mầu trắng sáng. Peclit(P) là hỗn hợp cơ học của Ferit và Xementit. Lợng Xementit có trong Peclit là 12%. Có hai loại Peclit là Peclit tấm (Xe dạng tấm) và Peclit hạt (Xe dạng hạt). Hàm lợng Cacbon trong Peclit là 0,8%. Cơ tính của Peclit phụ thuộc Bài tập Vật Liệu Học Bùi Hoàng Dũng CĐT4_K50vào độ phân tán và độ nhỏ mịn của Xementit. Xementit càng bé, càng phân tán thì độ bền độ cứng càng cao. Khi quan sát tổ chức tế vi ta thấy Pecilt có mầu tối. Tổ chức tế vi của Peclit hạt Tổ chức tế vi của Peclit tấm Câu 4c: Xác định phần trăm các pha có trong thép 0.9%C khi làm nguội chậm qua các điểm tới hạn Đối với tất cả các loại vật liệu việc tìm ra thành phần các pha có trong tổ chức ở từng vùng nhiệt độ là rất cần thiết. Việc quyết định phơng pháp cũng nh chế độ chế độ gia công phụ thuộc chặt chẽ vào điều này. Thép 0.9%C là thép sau cùng tích nên việc xem xét tỷ lệ các pha đợc bắt đầu từ tổ chức một pha Austenit. Với thép 0.9%C tổ chức một pha hoàn toàn Austenit nằm trong vùng: 758OC-1431OC. Trong khoảng nhiệt độ này Austenit chứa 0,9%C ( (0,45%C)) Bài tập Vật Liệu Học Bùi Hoàng Dũng CĐT4_K50 Khi nhiệt độ giảm xuống dới AC3( ~758OC) bắt đầu xảy ra chuyển biến sau: Tại nhiệt độ t = 758OC , bắt đầu xảy ra chuyển biến + Tỷ lệ Cacbon trong + : 911 7581 .0,8 0,665%911 727x C= = Tỷ lệ Cacbon trong : 20.9x = Thành phần (+) trong hỗn hợp : 1% 57.5%0.6610.9= =+ Thành phần trong hỗn hợp : % 100% 57.5% 42.5%= = Ta thấy cơ tính của vật liệu lúc này là dẻo dai và kém bền do có thành phần và trong hỗn hợp. Khi nhiệt độ giảm xuống dới (758C) bắt đầu xảy ra chuyển biến (+XeII) thành (P+XeII) với nồng độ C là 0.9% và thành phần phần trăm các pha là nh nhau vì đây là chuyển biến hoàn toàn. Lúc này cơ tính của vật liệu là cứng và có độ dẻo dai rất tốt, nhng hơi giòn. Tại nhiệt độ t = 727OC Tỷ lệ Cacbon trong F() là 0,02%C Tỷ lệ Cacbon trong P là 0,8%C Thành phần F((0.02%C)) : (0,02%C)0,8 0,45% 0,4487%0,8 0,02= = [...]... hợp với điều kiện làm việc của tarô Bài tập Vật Liệu Học Bùi Hoàng Dũng CĐT4_K50 Đối với bàn ren : Trong lúc gia công cơ khí, bàn ren đợc tôi cải thiện để tăng độ cứng và tính chống mài mòn Khi tôi cải thiện xong tổ chức thép đạt đợc sẽ là Mactenxit + Xementit II + austenit d Tổ chức tế vi nh vậy sẽ giúp bàn rèn có độ cứng cao, tính chống mài mòn tốt d Cách chọn vật liệu thay thế Nếu cần thay thế, có... 6 Làm sạch bavia của các lỗ thoát phoi 7 Hót lng phần côn cắt 8 Hiệu chuần bàn ren bằng dao tarô 9 Nhiệt luyện 10 Nhiệt luyện (tôi cải thiện) phần lỡi cắt 11 Làm sạch bàn ren bằng phun bi 12 Mài đờng kính ngoài 13 Mài mặt đầu 14 Khử từ 15 Mài sắc mặt cắt từ 2 phía 16 Hiệu chuẩn ren 17 Đánh số ký hiệu bàn ren Bài tập Vật Liệu Học Bùi Hoàng Dũng CĐT4_K50 b Trớc và sau gia công cơ khí phải áp dụng các.. .Bài tập Vật Liệu Học Thành phần P Bùi Hoàng Dũng CĐT4_K50 : %P= 0, 45 0, 02 = 0,5513% 0,8 0, 02 Lúc này vật liệu có cơ tính cứng, độ dẻo dai va đập tốt, đây là tổ chức khá bền Câu 5: a Phơng pháp gia công cơ khí thờng đợc dùng để chế tạo chi tiết tarô, bàn ren : TARÔ : 1 Cắt phôi đạt kích thớc của phần làm việc của dao 2 Cắt... phun bi 20 Làm sạch lỗ tâm 21 Nắn thẳng dao sau khi nhiệt luyện Bài tập Vật Liệu Học Bùi Hoàng Dũng CĐT4_K50 22 Mài đờng kính làm việc của dao 23 Mài đờng kính phần đuôi dao 24 Mài rãnh thoát phoi 25 Mài ren 26 Mài sắc mặt trớc của lỡi dao 27 Mài sắc mặt trớc của phần côn cắt 28 Đánh bóng rãnh thoát phoi 29 Nhiệt luyện (thấm xianua) Bàn ren : 1 Cắt phôi 2 Tiện mặt đầu, khoan lỗ tâm, tiện ngoài, khoan... này hoàn toàn phù hợp với cơ tính của vật liệu để chế tạo tarô và bàn ren Thấm xianua : Thấm cacbon-nitơ là phơng pháp hóa nhiệt luyện làm bão hòa (thấm, khuếch tán) đồng thời cacbon và nitơ vào bề mặt thép để nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn Nh vậy nó cũng nhằm mục đích nh 2 phơng pháp hóa nhiệt luyện còn lại nhng tốt hơn thấm cacbon Đặc điểm của thấm cacbon-nitơ là tùy thuộc vào tỷ lệ giữa cacbon... cacbon Đặc điểm của thấm cacbon-nitơ là tùy thuộc vào tỷ lệ giữa cacbon và nitơ trong lớp thấm mà quá trình có thể gần với một trong hai dạng thấm là thấm cacbon và thấm nitơ Thấm C-N sẽ làm tăng độ cứng và tính chống mài mòn của thép, vì vậy phù hợp với yêu cầu chế tạo taro, bàn ren c Sau khi gia công cơ khí, nhiệt luyện kết thúc với nguyên công sau : Đối với tarô : Nhiệt luyện kết thúc với nguyên... tích ít thay đổi nên khi tôi kích thớc của dụng cụ giữ đợc tơng đối ổn định Tuy nhiên nhợc điểm của thép là dễ tạo ra các màng cacbit, do đó làm lỡi dao cắt của dụng cụ dễ bị mẻ Vì vậy ta thấy chọn vật liệu 90CrSi là tốt nhất . 90CrSi0.8 5-0 .951. 2-1 . 6- - - 0,9 5-1 .2 5- -GOCT9XC0.8 5-0 .951. 2-1 .60, 3-0 ,60.03 0.03 0.9 5-1 .250,35 0,3Trung Quốc9SiCr0.8 5-0 .951. 2-1 .60, 3-0 ,60.03 0.03 0.9 5-1 .250,35. Fe-CA(153 9-0 ) F(114 7-6 ,67) N(139 2-0 ) Đ1(146 9-0 ,9)B(149 9-0 ,5) G(91 1-0 ) P(72 7-0 ,02) Đ2(137 4-0 ,9)C(114 7-4 ,3) H(149 9-0 ,10) Q( 0-0 ,006) Đ3 (75 8-0 ,9)D(125 0-6 ,67)