Báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ nghiên cứu sự thay đổi kích thước trong quá trình nhiệt luyện bánh răng, trục răng thấm

Bộ Công thơng Tổng Công ty Máy động lực máy nông nghiệp Viện Công nghệ Báo cáo tổng kết đề tài KH-CN M số: 240.07.RD/HĐ-KHCN Tên đề tài: nghiên cứu thay đổi kích thớc trình nhiệt luyện bánh răng, trục thấm Cơ quan chủ quản: Bộ Công thơng Cơ quan chủ trì: Viện Công nghệ Chủ nhiệm đề tài: thS Hoàng vĩnh giang 6794 12/4/2008 Hà Nội, 3-2008 Bộ Công thơng Tổng Công ty Máy động lực máy nông nghiệp Viện Công nghệ Báo cáo tổng kết đề tài KH-CN M số: 240.07.RD/HĐ-KHCN Tên đề tài: nghiên cứu thay đổi kích thớc trình nhiệt luyện bánh răng, trục thấm Cơ quan chủ trì Chủ nhiệm đề tài Viện Công nghệ thS Hoàng vĩnh giang Hà Nội, - 2008 Những ngời tham gia đề tài: Hoàng Vĩnh Giang Viện Công nghệ Phạm Văn Lành Viện Công nghệ Vũ Xuân Nam Viện Công nghệ Nguyễn Văn Việt Viện Công nghệ Trần Trọng Nghĩa Viện Công nghệ Đỗ Đình Quý Viện Công nghệ Nguyễn Xuân Thắng Viện Công nghệ Cao Văn Quang Viện Công nghệ Cơ quan phối hợp: Viện Cơ khí lợng vµ má MỤC LỤC Trang GIỚI THIỆU PHẦN I Cơ sở lý thuyết thay đổi kích thước trình nhiệt luyện 1.1 Ứng suất q trình nhiệt luyện 1.2 Sự thay đổi kích thước q trình tơi 1.2.1 Sự thay đổi kích thước ứng suất nhiệt 1.2.2 Sự thay đổi kích thước ứng suất chuyển biến pha 1.3 Sự thay đổi kích thước q trình ram 13 1.3.1 Sự thay đổi thể tích 13 1.3.2 Thay đổi ứng suất 14 PHẦN II Tổng quan thay đổi kích thước số sản phẩm thấm C 16 2.1 Công nghệ thấm C, C-N 16 2.2 Sự thay đổi kích thước q trình thấm tơi 20 2.3 Tổng quan thay đổi kích thước số sản phẩm thấm, 20 PHẦN III Thực nghiệm thấm đo kiểm biến dạng số sản phẩm (bạc, bánh răng) 28 3.1 Công nghệ thấm C-N Viện Công nghệ 28 3.2 Đánh giá thay đổi kích thước số sản phẩm 30 3.3 Đo kiểm đánh giá kết 33 3.4 Phương án công nghệ hạn chế cong vênh cho bánh bella 34 3.5 Thiết kế chế tạo đồ gá 35 3.6 Thấm, đo kiểm bánh bella theo quy trình 37 PHẦN IV Kết luận 41 Tài liệu tham khảo 42 Phần phụ lục GIỚI THIỆU Chất lượng, tuổi thọ sản phẩm khí nói chung phụ thuộc nhiều vào trình nhiệt luyện Đây công đoạn gần cuối (sau khâu mài, đánh bóng - cần) nên chất lượng ảnh hưởng lớn đến giá thành sản xuất Nói đến nhiệt luyện người ta thường nói "nung đỏ bỏ nước" Nung đỏ - bỏ nước (thực chất nung nóng - làm nguội) cơng đoạn hồn tồn trái ngược, đối kháng chúng sinh ứng suất gây thay đổi kích thước, biến dạng - vấn đề hồn tồn khơng có hiểu biết cịn hạn chế Để hiểu rõ trình biến dạng trình nhiệt luyện đặc biệt biến dạng, thay đổi kích thước số sản phẩm thấm, nhóm đề tài đưa vấn đề vào nghiên cứu Mục đích tổng quát lại nguyên lý trình biến dạng để khuyến cáo người nhiệt luyện có biện pháp nhằm hạn chế tượng Tình hình nghiên cứu ngồi nước Biến dạng, thay đổi kích thước sản phẩm khí trình nhiệt luyện biết đến từ lâu, hiểu biết cịn nghèo nàn Những năm gần đây, sức ép cạnh tranh chất lượng giá thành sản phẩm thúc dục nhà khoa học nghiên cứu kỹ vấn đề Hội nghị quốc tế vấn đề tổ chức Chicago (Mỹ) năm 1992 đến nay, hội nghị lần thứ vừa tổ chức Berlin (CHLB Đức) năm 2007 Các cơng trình nghiên cứu tập trung chủ yếu vào vấn đề sau: - Sử dụng phân tử hữu hạn tính chất nhiệt, mođul đàn hồi vật liệu để tính tốn ứng suất nhiệt q trình nung nóng làm nguội - Xác định mối quan hệ cấu trúc vật liệu ứng suất nhiệt sở chuyển biến pha dựa vào đường cong làm nguội CCT - Xác định phụ thuộc tính chất cơ-nhiệt vật liệu với nhiệt độ trình chuyển biến pha Các nhà khoa học nhà nghiên cứu Mỹ cho đời phần mềm tính tốn biến dạng DANTE (Distortion ANalysis for Thermal Engineering) Phần mềm mô tả thay đổi tính chất nhiệt, tính chất học tổ chức kim loại nung nóng làm nguội Áp dụng phần mềm cho phép tính tốn từ dự đốn trước thay đổi kích thước biến dạng sản phẩm trình nhiệt luyện Tình hình nghiên cứu nước Cong vênh ln đồng hành với nhiệt luyện, nhiều phàn nàn cong vênh, biến đổi kích thước sau nhiệt luyện Nhiều cán nhiệt luyện chưa có hiểu biết cần thiết biến dạng thay đổi kích thước Gần (năm 2001, 2002) Viện Cơng nghệ chủ trì thực đề tài [1, 2] liên quan đến vấn đề Các tác giả [1, 2] đề cập số phương pháp công nghệ nhiệt luyện biến dạng để giải vấn đề Phương pháp cao tần áp dụng cho chi tiết mỏng phương pháp ép chọn để bánh bella thu kết tốt Tuy nhiên lúc thực phương pháp vừa nêu Nội dung nghiên cứu Biến dạng thay đổi kích thước sản phẩm trình nhiệt luyện ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng giá thành sản phẩm Khắc phục biến dạng vấn đề nan giải từ xưa đến nay, kết đạt nghiên cứu lĩnh vực thường mang tính tổng quát Xuất phát từ thực tế sản xuất, nhóm đề tài đặt nội dung sau: - Nghiên cứu lý thuyết biến dạng thay đổi kích thước q trình nhiệt luyện (tơi, ram, thấm) chất, nguyên nhân trình - Thiết kế quy trình cơng nghệ để đảm bảo ổn định chất lượng bánh thấm (bánh C14, bánh tàu hoả z24m14, bánh z28m8) - Thiết kế quy trình cơng nghệ, đồ gá để hạn chế độ cong vênh bánh bella z38m12 với điều kiện có Viện Công nghệ PHẦN I CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SỰ THAY ĐỔI KÍCH THƯỚC TRONG Q TRÌNH NHIỆT LUYỆN 1.1 Ứng suất trình nhiệt luyện Quá trình nhiệt luyện ln tạo thay đổi trạng thái ứng suất, nguyên nhân thay đổi là: - Ứng suất nhiệt nung nóng làm nguội không đồng gây chênh lệch nhiệt độ vị trí khác chi tiết - Ứng suất chuyển biến pha thay đổi thể tích vật liệu chuyển từ pha sang pha khác - Ứng suất tổ chức sinh lệch mạng trình chuyển biến martensite - Ứng suất khác hệ số giãn nở nhiệt pha vật liệu đa pha Với sản phẩm khí, ứng suất tồn đồng thời có cộng hưởng với Cơ sở lý thuyết loại ứng suất vừa nêu đề cập cơng trình nghiên cứu [1] Tóm lại, q trình nhiệt luyện, ứng suất vừa nêu gây biến dạng dẫn đến thay đổi kích thước sản phẩm Với mong muốn hiểu rõ thay đổi kích thước để có giải pháp thích hợp từ khâu thiết giải pháp công nghệ cụ thể, nhóm đề tài tập trung nghiên cứu thay đổi kích thước q trình thấm, tơi ram, công đoạn quan trọng trình nhiệt luyện 1.2 Sự thay đổi kích thước q trình tơi Một ngun nhân thay đổi kích thước q trình tơi ứng suất nhiệt Ứng suất sinh trình làm nguội chênh lệch nhiệt độ bên bên sản phẩm Một nguyên nhân khác ứng suất chuyển biến pha hình thành vật liệu chuyển biến từ pha sang pha khác, ví dụ từ austenite sang martensite q trình tơi 1.2.1 Sự thay đổi khích thước ứng suất nhiệt Khi vật làm nguội, lớp nguội trước co lại Trong trình này, phần phía cố gắng giữ hình dáng hình cầu, hình dáng chịu lực căng bé trình biến dạng Tuy nhiên, hình dáng vật thể tương đối đa dạng khơng phải hình cầu Cũng cần phải lưu ý nhiệt luyện vật thể có hình dáng khác với hình cầu q trình làm nguội nhanh vật thể có xu hướng cố gắng có hình dạng hình cầu [6] Ảnh hưởng ứng suất nhiệt nghiên cứu kỹ với thép cacbon thấp trường hợp q trình chuyển biến pha bỏ qua Để minh hoạ biến dạng ứng suất nhiệt người ta nghiên cứu trình làm nguội hình trụ đặc [3] Hình 1.1a: Biến dạng mặt cắt hình trụ trình làm nguội [3] A B C D 1000 Nhiệt độ (C) Tâm 500 BỊ mỈ t 10 100 1000 Thêi gian (s) Hình 1.1b: Sự chênh lệch nhiệt độ bề mặt tâm hình trụ đặc trình nÐn øng st KÐo nguội [3] §−êng kÝnh Hình 1.1c: Sự hình thành ứng suất trình làm nguội hình trụ đặc[3] Ứng suất biến dạng mặt cắt hình trụ tiến triển từ giai đoạn A đến giai đoạn D hình 1.1a) 1.1b) Ở giai đoạn B, tốc độ nguội nhanh bề mặt gây ứng suất kéo bề mặt ứng suất nén tâm Khi biến dạng dẻo xuất hiện, tâm bi co lại bề mặt nở xuất ứng suất Sự phân bố suất tổng cuối thể hình 1.1c Một cơng trình khác [6] tập trung nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ làm nguội đến biến dạng kim loại có kích thước 200x200x20mm (hình 1.2) Hình a) khối đặc cịn hình b) khối có lỗ vng 100x100mm a) b) ^ 0,4 mm = Thay ®ỉi kÝch th−íc: ^ 0,04 mm Thay ®ỉi kÝch th−íc: = Chó thÝch: 920 C/n−íc 920 C/dÇu 0 920 C/bĨ mi 220 C 920 C/ kh«ng khÝ Hình 1.2: Sự thay đổi kích thước thép C thấp (0,10%C) sau làm nguội môi trường khác [6] 72 HL 4138 3B 0,15 0,25 1,5-1,8 59-60 73 HL 4137 3B 0,15 0,30 1,5-1,8 59-60 74 HL 4135 3B 0,15 0,25 1,5-1,8 59-60 75 HL 4133 3B 0,15 0,25 1,5-1,8 59-60 76 HL 4136 3B 0,15 0,30 1,5-1,8 59-60 77 HL 4134 3B 0,20 0,40 1,5-1,8 59-60 78 HL 1256 3B 0,10 0,20 1,5-1,8 59-60 79 HL 1254 3B 0,10 0,20 1,5-1,8 59-60 80 HL 1243 3B 0,10 0,25 1,5-1,8 59-60 81 HL 4139 3B 0,10 0,25 1,5-1,8 59-60 82 HL 4141 3B 0,15 0,25 1,5-1,8 59-60 83 HL 4140 3B 0,20 0,30 1,5-1,8 59-60 84 HL 4142 3B 0,25 0,35 1,5-1,8 59-60 85 HL 1249 3B 0,10 0,25 1,5-1,8 59-60 86 HL 1252 3B 0,15 0,25 1,5-1,8 59-60 87 HL 1248 3B 0,15 0,25 1,5-1,8 59-60 88 HL 1253 3B 0,10 0,25 1,5-1,8 59-60 89 HL 1241 3B 0,15 0,25 1,5-1,8 59-60 90 HL 1239 3B 0,25 0,40 1,5-1,8 59-60 91 HL 1250 3B 0,25 0,40 1,5-1,8 59-60 92 HL 1246 3B 0,15 0,25 1,5-1,8 59-60 93 HL 1245 3B 0,15 0,25 1,5-1,8 59-60 94 HL 1255 3B 0,15 0,30 1,5-1,8 59-60 95 HL 1247 3B 0,15 0,25 1,5-1,8 59-60 96 HL1244 3B 0,15 0,25 1,5-1,8 59-60 97 HL 1242 3B 0,20 0,35 1,5-1,8 59-60 98 HL 1257 3B 0,25 0,35 1,5-1,8 59-60 99 HL 1251 3B 0,15 0,25 1,5-1,8 59-60 40 100 HL 1263 3B 0,15 0,30 1,5-1,8 59-60 101 HL 1262 3B 0,15 0,25 1,5-1,8 59-60 102 HL 1265 3B 0,15 0,25 1,5-1,8 59-60 103 HL 1266 3B 0,15 0,30 1,5-1,8 59-60 104 HL 1264 3B 0,15 0,25 1,5-1,8 59-60 105 HL 1267 3B 0,15 0,30 1,5-1,8 59-60 106 HL 1258 3B 0,20 0,30 1,5-1,8 59-60 41 PHẦN IV KẾT LUẬN Đề tài thực đầy đủ nội dung đề ra, cụ thể: - Tổng quan lý thuyết thay đổi kích thước q trình nhiệt luyện - Báo cáo tổng quan thay đổi kích thước số sản phẩm thấm ram - Xây dựng quy trình cơng nghệ thấm tơi ram để hạn chế biến dạng cho số sản phẩm, cụ thể đạt được: 100% sản phẩm bạc, bánh côn xoắn C14 bánh tàu hoả (bánh chậu z24m14, bánh z28m8) thấm ram đạt yêu cầu đề (độ cong vênh ≤ 0,20mm) - Xây dựng quy trình cơng nghệ, thiết kế đồ gá để hạn chế độ cong vênh bánh bella, cụ thể: giảm độ cong vênh ban đầu từ 0,3-0,7mm xuống cịn ≤0,45mm (Trong số 106 sản phẩm có 72 sản phẩm có độ cong vênh ≤ 0,25mm đạt 70%) - Bảng kết biến dạng thay đổi kích thước số sản phẩm thấm ram Viện Công nghệ (một số loại bạc, bánh C14, Bánh tàu hoả, bánh Bella) 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Nguyễn Văn Chương, Nghiên cứu cơng nghệ nhiệt luyện biến dạng loại chi tiết mỏng, Viện Công Nghệ - Bộ Công Nghiệp, Hà nội 2001 Lê Đức Lập, Công nghệ thấm chi tiết mỏng thiết bị tần số cao, Viện Công Nghệ - Bộ Công Nghiệp, Hà nội 2002 Tài liệu tiếng nước B.L Ferguson (2002), Predicting the Heat-treated Response of a Carburized Helical Gear http://www.geartechnology.com Z Guo, Modeling material properties leading to the prediction of distortion during heat treatment of steels for automotive application http://www.themotech.co.uk R.A Hardin, Simulation of Heat Treatment Distortion K.E Thelning (1984) Steel and its heat treatment, Secon edition, Butterworth 1984 Computer Aided Heat Treatment Planning System for Quenching www.me.wpi.edu/Research/CAMLab/newDevelopment/CHTWebsite/Papers/TMS20 07_FEB.pdf New tool extra.ivf.se/smartquench/dokument 43 PHẦN PHỤ LỤC 44 ... lý thuyết thay đổi kích thước q trình nhiệt luyện 1.1 Ứng suất trình nhiệt luyện 1.2 Sự thay đổi kích thước trình tơi 1.2.1 Sự thay đổi kích thước ứng suất nhiệt 1.2.2 Sự thay đổi kích thước ứng...Bộ Công thơng Tổng Công ty Máy động lực máy nông nghiệp Viện Công nghệ Báo cáo tổng kết đề tài KH-CN M số: 240.07.RD/HĐ-KHCN Tên đề tài: nghiên cứu thay đổi kích thớc trình nhiệt luyện bánh răng, . .. cơng nghệ cụ thể, nhóm đề tài tập trung nghiên cứu thay đổi kích thước q trình thấm, tơi ram, cơng đoạn quan trọng trình nhiệt luyện 1.2 Sự thay đổi kích thước q trình tơi Một nguyên nhân thay đổi