Nghiên cứu quy trình công nghệ thấm nitơ thể khí cho thép SKD11 dùng làm khuôn dập nguội

luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ---------  --------- PHẠM THỊ HẰNG NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ THẤM NITƠ THỂ KHÍ CHO THÉP SKD11 DÙNG LÀM KHUÔN DẬP NGUỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp Mã số: 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học: TS Phùng Thị Tố Hằng HÀ NỘI - 2010 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp . i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kì công trình nào khác. Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Nếu sai tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Tác giả luận văn Phạm Thị Hằng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp . ii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập, nghiên cứu và tiến hành làm luận văn tốt nghiệp, tôi ñã nhận ñược sự dạy bảo, hướng dẫn và giúp ñỡ rất tận tình của các thầy cô, các anh chị ñồng nghiệp, gia ñình và bạn bè. Nhân dịp này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo TS. Phùng Thị Tố Hằng, người thầy trực tiếp hướng dẫn và giúp ñỡ tôi trong thời gian thực hiện ñề tài này. Tôi cũng xin cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn công nghệ cơ khí, các thày cô giáo trong khoa Cơ ðiện Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã giảng dạy, giúp ñỡ và tạo ñiều kiện cho tôi trong quá trình học tập và thực hiện ñề tài. Qua ñây, tôi xin ñược gửi lời cảm ơn tới các thầy cô và các bạn ñồng nghiệp trong bộ môn Vật liệu học, xử lý nhiệt và bề mặt trường ðại học Bách khoa Hà Nội ñã rất nhiệt tình giúp ñỡ ñể tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình. Xin gửi lời cảm ơn tới gia ñình và bạn bè ñã ủng hộ, ñộng viên tạo ñiều kiện giúp tôi hoàn thành khoá học. Tôi xin chân thành cảm ơn! Tác giả Phạm Thị Hằng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp . iii MỤC LỤC Lời cam ñoan . i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các bảng . v Danh mục các hình vi MỞ ðẦU . 0 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU . 3 1.1. Tổng quan về khuôn dập nguội 3 1.1.1. Sơ lược về khuôn dập nguội . 3 1.1.2. ðiều kiện làm việc của khuôn . 4 1.1.3. Yêu cầu cơ tính khuôn 5 1.1.4. Các dạng sai hỏng của khuôn dập nguội 6 1.1.5. Vật liệu làm khuôn . 10 1.1.6. Thép SKD11 . 16 1.2. Nhiệt luyện thép SKD11 . 21 1.2.1. Quy trình công nghệ tổng quát nhiệt luyện . 21 1.2.2. Tôi thép SKD11 23 1.2.3. Ram thép SKD11 29 1.2.4. Sai hỏng khi nhiệt luyện khuôn dập nguội 31 1.3. Tổng quan về thấm nitơ 33 1.3.1. Mục ñích thấm nitơ cho thép SKD11 dùng làm khuôn dập sâu và dập vuốt 33 1.3.2. Khái niệm thấm nitơ…………………………………………… .……………34 1.3.3. Tổ chức lớp thấm . 34 1.3.4. Tính chất của lớp thấm nitơ . 37 2.3.5. Các loại thép dùng ñể thấm nitơ . 38 1.3.6. Quá trình thấm nitơ 39 1.3.7. Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình thấm 41 2.3.8. Các phương pháp thấm nitơ . 43 1.3.9. Thấm nitơ thể khí . 45 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp . iv CHƯƠNG II: ðỐI TƯỢNG, ðỊA ðIỂM, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 55 2.1. ðối tượng, ñịa ñiểm nghiên cứu 55 2.1.1. ðối tượng nghiên cứu 55 3.1.2. ðịa ñiểm nghiên cứu 55 3.2. Quy trình thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu 55 3.2.1. Sơ ñồ thực nghiệm 55 2.2.2. Phương pháp kiểm tra 61 2.2.3. Thiết bị thí nghiệm . 61 2.2.4. Thiết bị kiểm tra và nghiên cứu 63 2.2.5. Thiết bị phụ 67 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 68 3.1. Thành phần hóa học và tổ chức tế vi của thép SKD11 trước nhiệt luyện . 68 3.1.1. Thành phần hóa học . 68 3.1.2. Tổ chức tế vi của thép SKD11 trước khi nhiệt luyện . 68 3.2. Tổ chức tế vi và ñộ cứng sau nhiệt luyện 70 3.2.1. Tổ chức tế vi và ñộ cứng sau tôi . 70 3.2.2. Tổ chức tế vi và ñộ cứng sau ram . 73 3.3. Tổ chức và tính chất lớp thấm nitơ trên thép SKD11 75 3.3.1. Ảnh hưởng của ñộ phân hủy NH 3 ñến tổ chức, tính chất của lớp thấm . 75 3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến tổ chức và tính chất của lớp thấm nitơ . 80 3.3.3. Ảnh hưởng của thời gian thấm ñến tổ chức và tính chất của lớp thấm 84 3.4. Ảnh hưởng của phương pháp thấm . 88 3.5. Nghiên cứu các pha có trong tổ chức lớp thấm . 91 3.5.1. Dự ñoán các pha trong tổ chức lớp thấm trên giản ñồ pha xây dựng bằng chương trình thermocal . 91 3.5.2. Xác ñịnh các pha trong tổ chức lớp thấm bằng phương pháp nhiễu xạ Rơnghen 94 3.6. Thử mài mòn 96 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 97 1. Kết luận . 97 2. Kiến nghị . 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp . v DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang 1.1 Vật liệu làm khuôn dập ñịnh hình bằng áp lực 12 1.2 Vật liệu làm khuôn dập sâu 13 1.3 Thành phần % của thép SKD11 và của mác thép tương ứng 16 1.4 Các mác thép tương ứng với SKD11 17 1.5 Tính chất vật lý của thép SKD11 17 1.6 Các pha trong tổ chức lớp thấm nitơ 36 1.7 Hệ số phân hủy β theo nhiệt ñộ 47 3.1 Thành phần hóa học thép SKD11 nghiên cứu 66 3.2 ðộ cứng của mẫu giữ nhiệt với τ = 25 phút 69 3.3 ðộ cứng của mẫu giữ nhiệt với τ = 50 phút 70 3.4 ðộ cứng sau ram ở 530 o C 72 3.5 ðộ cứng sau ram ở 560 o C 73 3.6 Thông số khi thấm với nhiệt ñộ và thời gian thấm không ñổi với ñộ phân hủy β thay ñổi 74 3.7 Giá trị ñộ cứng phân bố theo chiều sâu lớp thấm (nhiệt ñộ thấm 480 o C, thời gian thấm 6h) 78 3.8 Giá trị ñộ cứng phân bố theo chiều sâu lớp thấm (khi nhiệt ñộ thay ñổi) 81 3.9 Giá trị ñộ cứng phân bố theo chiều sâu lớp thấm 84 3.10 Chế ñộ thấm hai giai ñoạn 97 3.11 Giá trị ñộ cứng phân bố theo chiều sâu lớp thấm (T=530 o C, thời gian 8h, ñộ phân hủy 50-60%) 88 3.12 Kết quả phân tích thành phần pha mẫu thấm nitơ 95 3.13 Kết quả thử mài mòn 96 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp . vi DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Tên hình Trang 1.1 Khuôn dập nguội và sản phẩm dập vuốt, dập sâu 4 1.2 Các sai hỏng của khuôn dập nguội 7 1.3 Một số chi tiết dập sâu với chiều dày và kích thước khác nhau 15 1.4 Biểu ñồ so sánh cơ tính của một số loại thép hợp kim 15 1.5 Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim tới cơ tính của thép 18 1.6 Giới hạn tồn tại của các loại cacbit trong hợp kim Fe-C-Cr 19 1.7 Quy trình công nghệ tổng quát nhiệt luyện thép SKD11 22 1.8 Sơ ñồ nung, tôi thép SKD11 27 1.9 Giản ñồ CCT của thép SKD11 28 1.10 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ram tới ñộ cứng của thép SKD11 30 1.11 Sự thay ñổi thể tích các tổ chức trong quá trình ram 32 1.12 Sự thay ñổi kích thước khuôn theo nhiệt ñộ trong quá trình ram 32 1.13 Giản ñồ Fe-N 35 1.14 Tổ chức lớp thấm nitơ 35 1.15 Sơ ñồ quá trình phân hủy, hấp thụ và khuếch tán khi thấm nitơ 40 1.16 Ảnh hưởng của khuếch tán ñến nồng ñộ và chiều sâu lớp thấm 41 1.17 Sự phụ thuộc hệ số khuếch tán D vào nhiệt ñộ 42 1.18 Sự phụ thuộc chiều dày lớp thấm vào thời gian 43 1.19 ðộ phân hủy NH 3 phụ thuộc vào nhiệt ñộ 46 1.20 Vết ño ñộ cứng Vicke 49 1.21 Biểu ñồ thể hiện phương pháp ñiều khiển quá trình thấm nitơ thông qua thế nitơ 50 1.22 Thấm nitơ một giai ñoạn 51 1.23 Thấm nitơ hai giai ñoạn 51 2.1 Sơ ñồ nghiên cứu 54 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp . vii Số hình Tên hình Trang 2.2 Kích thước mẫu thí nghiệm 55 2.3 Quy trình tôi thép SKD11 55 2.4 Quy trình ram thép SKD11 56 2.5 Quy trình thấm nitơ thể khí 57 2.6 Lò nung theo chu trình 60 2.7 Lò ram và thấm nitơ 60 2.8 Bảng ñiều chỉnh lưu lượng 61 2.9 Máy ño ñộ cứng thô ñại 61 2.10 Máy ño ñộ cứng tế vi 62 2.11 Kính hiển vi quang học Axiovert 25° 62 2.12 Máy thử mài mòn 63 2.13 Máy phân tích Rơnghen 63 2.14 Thiết bị ño ñộ phân hủy NH 3 63 2.15 Sơ ñồ ño ñộ phân hủy NH 3 64 3.1 Thép SKD11 ở trạng thái cung cấp 67 3.2 Thép SKD sau rèn (tiết diện ngang phương rèn) 67 3.3 Thép SKD sau rèn (tiết diện dọc phương rèn) 67 3.4 Tổ chức tế vi thép sau tôi (τ =25 phút) 69 3.5 Tổ chức tế vi thép sau tôi (τ =50 phút) 69 3.6 Quan hệ giữa nhiệt ñộ ram và ñộ cứng của mẫu sau tôi 71 3.7 Tổ chức thép SKD11 sau ram ở 530 o C 72 3.8 Tổ chức thép SKD11 sau ram ở 560 o C 72 3.9 Lớp thấm nitơ ở 480 o C, ñộ phân hủy 40-45 % ; thời gian thấm 6h 75 3.10 Lớp thấm nitơ ở 480 o C, ñộ phân hủy 50-60% ; thời gian thấm 6h 75 3.11 Lớp thấm nitơ ở nhiệt ñộ 480 o C, ñộ phân hủy 70 % ; thời gian thấm 6h 76 3.12 Ảnh tổ chức tế vi lớp thấm thấm ở 530 0 C, trong 6 giờ ñộ phân hủy 50-60% 76 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp . viii 3.13 Ảnh tổ chức tế vi lớp thấm thấm ở 530 o C, trong 6 giờ với ñộ phân hủy 80-85% 76 3.14 Sự phân bố ñộ cứng theo chiều sâu lớp thấm tính từ bề mặt khi thấm vào trong nền của lớp thấm nitơ 77 3.15 Sự phân bố ñộ cứng theo chiều sâu lớp thấm tính từ bề mặt khi thấm với ñộ phân hủy khác nhau 78 3.16 Lớp thấm nitơ ở nhiệt ñộ 480 o C, ñộ phân hủy β= 50-60% thời gian thấm 6h 79 3.17 Lớp thấm nitơ ở nhiệt ñộ 500 o C, ñộ phân hủy β= 50-60% thời gian thấm 6h 79 3.18 Lớp thấm nitơ ở nhiệt ñộ 530 o C, ñộ phân hủy β= 50-60%, thời gian thấm 6h 80 3.19 Sự phân bố ñộ cứng theo chiều sâu lớp thấm nitơ tính từ bề mặt khi thấm ở các nhiệt ñộ khác nhau 82 3.20 Lớp thấm nitơ ở nhiệt ñộ 500 o C, ñộ phân hủy 40-50 % ; thời gian thấm 4h 83 3.21 Lớp thấm nitơ ở nhiệt ñộ 500 o C, ñộ phân hủy 40-50 % ; thời gian thấm 6h 83 3.22 Lớp thấm nitơ ở nhiệt ñộ 500 o C, ñộ phân hủy 40-50 % ; thời gian thấm 7h 83 3.23 Sự phân bố ñộ cứng theo chiều sâu lớp thấm tính từ bề mặt khi thấm với thời gian giữ nhiệt khác nhau 84 3.24 Ảnh tổ chức tế vi của mẫu thấm ở 530 o C, thời gian thấm 6h với ñộ phân hủy 50-60% 85 3.25 Ảnh tổ chức tế vi của mẫu thấm ở 530 o C, thời gian thấm 8h với ñộ phân hủy 50-60% 86 3.26 Ảnh tổ chức tế vi của mẫu thấm 2 giai ñoạn ở 530 o C, bão hòa 6h, khuếch tán 2h, ñộ phân hủy 50-60% 87 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp . ix Số hình Tên hình Trang 3.27 Ảnh tổ chức tế vi của mẫu thấm 2 giai ñoạn ở 530 o C, bão hòa 5h, khuếch tán 3h, ñộ phân hủy 50-60% 87 3.28 Sự phân bố ñộ cứng theo chiều sâu lớp thấm tính từ bề mặt khi thấm 2 giai ñoạn, T=530 o C, ñộ phân hủy 50-60% 89 3.29 Giản ñồ thermocal xây dựng với 12%Cr, 0,76%Mo 91 3.30 Phổ phân tích thành phần pha với mẫu thấm có lớp trắng γ’ ở bề mặt mẫu 93 3.31 Phổ phân tích thành phần pha với mẫu thấm có thể không xuất hiện lớp trắng γ’ ở bề mặt mẫu 94 . chất lượng cho khuôn dập sâu và vuốt, ñã ñặt ra ñề tài: Nghiên cứu quy trình công nghệ thấm nitơ thể khí cho thép SKD11 dùng làm khuôn dập nguội . Mục. tài: Nghiên cứu xác lập quy trình công nghệ thấm nitơ thể khí cho thép SKD11 dùng làm khuôn nguội (dập vuốt và dập sâu) bao gồm: ảnh hưởng của thời gian thấm,