nghiên cứu tính chất vật liệu bột sắt có hạt cứng các bít titan sau thiêu kết

luận văn thạc sĩ, tiến sĩ, cao học, luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI --------------        -------------- NGUYỄN TIẾN DŨNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LIỆU BỘT SẮT CÓ HẠT CỨNG CÁC BÍT TITAN SAU THIÊU KẾT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2009 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp………………. ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI --------------        -------------- NGUYỄN TIẾN DŨNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LIỆU BỘT SẮT CÓ HẠT CỨNG CÁC BÍT TITAN SAU THIÊU KẾT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Cơ khí nông nghiệp Mã số : 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS. HÀ MINH HÙNG Viện nghiên cứu cơ khí - Bộ công thương HÀ NỘI - 2009 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp………………. i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những số liệu ñược trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực. Các kết quả nghiên cứu do chính tôi thực hiện dưới sự chỉ dẫn của giáo viên hướng dẫn cùng với sự chỉ giáo tận tình, vô tư của các thầy, cô giáo Trường ðại học nông nghiệp Hà Nội là hoàn toàn ñúng sự thật. Hà nội, ngày 15 tháng 10 năm 2009 Học viên Nguyễn Tiến Dũng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp………………. ii LỜI CẢM ƠN Qua thời gian nghiên cứu và thực hiện ñề tài, ñến nay về cơ bản ñề tài của tôi ñã hoàn thành. Với tất cả lòng chân thành tôi xin cám ơn lãnh ñạo Nhà trường, Khoa Cơ ñiện, các Thầy, Cô giáo trường ðại học nông nghiệp Hà Nội ñã giảng dạy và tạo mọi ñiều kiện thuận lợi giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu thực nghiệm. ðặc biệt tôi xin cám ơn PGS. TS. Hà Minh Hùng người ñã dành nhiều thời gian hướng dẫn, chỉ bảo cho tôi những vấn ñề mới trong việc nghiên cứu và thực hiện ñề tài. Qua ñây, tôi cũng xin cảm ơn tất cả bạn bè, ñồng nghiệp và người thân là ñộng lực giúp tôi hoàn thành ñề tài ñúng tiến ñộ. Tuy nhiên, mặc dù ñã có nhiều cố gắng song vì trình ñộ năng lực có hạn, ñiều kiện thời gian không cho phép và kinh phí hạn hẹp nên ñề tài của tôi chắc chắn còn thiếu sót và hạn chế về nội dung. Rất mong ñược các thầy giáo và các nhà nghiên cứu góp ý chỉnh sửa ñể cho ñề tài của tôi ñược hoàn chỉnh hơn. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Ngày 30 tháng 11 năm 2009 Học viên Nguyễn Tiến Dũng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp………………. iii MỤC LỤC LỜI CAM ðOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH .viii MỞ ðẦU . i Chương 1 3 TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LUYỆN KIM BỘT . 3 1.1. Khái quát về công nghệ luyện kim bột 3 1.1.1. Sơ lược về lịch sử ngành luyện kim bột: .3 1.1.2. Những ñặc ñiểm cơ bản của luyện kim bột: 4 1.1.3. Ưu nhược ñiểm của luyện kim bột: .6 1.1.4. Sơ ñồ nguyên lý công nghệ luyện kim bột: .6 1.2. Tình hình sản xuất, cung ứng kim loại bột trên thị trường thế giới .7 1.3. Tình hình sản xuất, ứng dụng các chi tiết máy luyện kim bột .10 1.4. Triển vọng thị trường sản phẩm luyện kim bột Việt Nam: 14 1.4.1. Tính cấp thiết của vấn ñề: .14 1.4.2. Nhu cầu của công nghiệp dầu & khí: 14 1.4.3. Nhu cầu của công nghiệp sợi, dệt, may mặc: 15 1.4.4. Nhu cầu của công nghiệp da giày xuất khẩu .15 1.4.5. Nhu cầu của công nghiệp chế tạo, thiết bị chế biến nông sản, máy công cụ và máy nông nghiệp: 15 1.4.6. Nhu cầu của công nghiệp lắp ráp và chế tạo phụ tùng ô tô - xe máy: 15 1.5. Một số kết quả nghiên cứu áp dụng công nghệ luyện kim bột chế tạo chi tiết máy từ bột sắt tại Viện Nghiên cứu Cơ khí .16 1.5.1. Sự hình thành hướng nghiên cứu - phát triển chung ở Việt Nam: 16 1.5.2. ðánh giá năng lực thiết bị luyện kim bột của Việt Nam hiện nay: .16 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp………………. iv 1.5.3. Sự khởi ñầu mới áp dụng cho chi tiết máy từ bột sắt thép: .16 1.5.4. Một số kết quả ñiển hình tại Viện Nghiên cứu Cơ khí – Bộ Công Thương:.17 1.6. Kết luận Chương 1: 19 Chương 2 20 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT ÉP TẠO HÌNH CHI TIẾT KIM LOẠI BỘT TRONG KHUÔN KÍN . 20 2.1. C¸c qu¸ tr×nh xÈy ra khi Ðp t¹o h×nh bét kim lo¹i 20 2.2. Ảnh hưởng của lực ép tới mật ñộ vật ép từ bột kim loại .25 2.3. ðộ bền của phôi ép từ bột kim loại 37 2.4. Kết luận chương 2: .40 Chương 3 42 VẬT LIỆU, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42 3.1. Chọn vật liệu và các bước thí nghiệm: 42 3.2. Thiết bị và phương pháp tiến hành thí nghiệm: .42 3.3. Phương pháp tiến hành thí nghiệm: .47 3.3.1. Các bước thực hiện thí nghiệm: 47 3.3.2. Phương pháp kiểm tra, ñánh giá cơ - lý tính vật liệu sau thiêu kết: 49 3.4. Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình toán học mô phỏng công nghệ 50 3.4.1. Chọn hàm mục tiêu mô hình hoá: .50 3.4.2. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm bằng thống kê toán học; 51 3.4.3. Phương pháp tính mật ñộ và ñộ xốp: 52 3.4.4. Tính toán xây dựng hàm mục tiêu ñộ xốp dựa trên cơ sở phương pháp bình phương nhỏ nhất: 53 3.5. Kết luận chương 3: .55 Chương 4 56 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 56 4.1. ðiều kiện thí nghiệm tạo mẫu vật liệu .57 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp………………. v 4.2. Kết quả thực nghiệm khảo sát ñộ xốp và mật ñộ .58 4.2.1. Ảnh hưởng của thời gian nghiền trộn ñến ñộ xốp: .58 4.2.2. Ảnh hưởng của ñộ xốp và mật ñộ vào áp lực ép bột tạo hình: 60 4.2.3. Ảnh hưởng của ñộ xốp và mật ñộ vào nhiệt ñộ thiêu kết: .61 4.2.4. Ảnh hưởng của ñộ xốp và mật ñộ vào thời gian thiêu kết: 63 4.2.5. Ảnh hưởng của hàm lượng % W, TiC ñến tính chất vật liệu: .64 4.3. Kết quả thực nghiệm khảo sát chụp ảnh cấu trúc tế vi và thảo luận: .66 4.3.1. Kết quả thực nghiệm: 66 4.3.2. Thảo luận: .70 KẾT LUẬN CHUNG LUẬN VĂN 80 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp………………. vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Phân loại vật liệu kim loại bột theo [1, 2, 3] 5 Bảng 1.2. Sản lượng KLB thế giới theo Metal Powder Industries Federation and U.S. Department of Commerce , nghìn tấn [7] 7 Bảng 1.3. Cung ứng kim loại bột (KLB) của Bắc Mỹ, nghìn tấn [5, 8] . 8 Bảng 1.4. Cung ứng kim loại bột sắt và bột ñồng của Nhật Bản theo Japanese Powder Metallurgy Association, nghìn tấn [5, 8] 9 Năm sản xuất .9 Bảng 1.5. Sản xuất sản phẩm LKB của Nhật Bản theo Japanese Powder Metallurgy Association, nghìn tấn [5, 8] . 9 Năm sản xuất .9 Bảng 1.6. Sản xuất luyện kim bột của các nước châu Á năm 1993 ñể chế tạo chi tiết kết cấu (không tính Nhật Bản) [9] . 10 Bảng 1.7. Cơ cấu sử dụng các sản phẩm LKB trong các lĩnh vực kinh tế Bắc Mỹ năm 1992 theo Updat on North American P/M Industry, % sản lượng [ 4] . 11 Bảng 1.8. Cơ cấu sử dụng sản phẩm kết cấu LKB và bạc trượt của Nhật Bản theo Powder Metallurgy in Japan [9] 11 Bảng 1.9. Cơ tính sản phẩm luyện kim bột bằng thép hợp kim hoá [13] 12 Bảng 1.10. Kết quả giám ñịnh chất lượng bánh răng mô ñun m = 2, Z=28 17 từ KLB [14] 17 Bảng 2.1. Mối quan hệ giữa mật ñộ và lực ép khi ép tạo hình bột kim loại . 31 Bảng 2.2. ðộ cứng, và áp lực ép của một số vật liệu bột kim loại theo [ 2 ] 37 Bảng 3.1. ðiều kiện thí nghiệm thăm dò và hiệu chỉnh công nghệ 53 Bảng 4.1. ðiều kiện QHTN tạo mẫu vật liệu bột sắt có pha trộn hạt cứng W: . 58 Bảng 4.2. Sự phụ thuộc của ñộ xốp, mật ñộ tương ứng trên mẫu vật liệu vào thời gian nghiền trộn hỗn hợp bột nguyên liệu ñầu vào. . 59 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp………………. vii Bảng 4.3. Ảnh hưởng của áp lực ép bột tạo phôi ñến ñộ xốp, mật ñộ tương ứng trên mẫu vật liệu 60 Bảng 4.4. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ thiêu kết ñến ñộ xốp, mật ñộ tương ứng trên mẫu thí nghiệm . 62 Bảng 4.5. Ảnh hưởng của thời gian thiêu kết ñến ñộ xốp, mật ñộ tương ứng trên mẫu thí nghiệm. 63 Bảng 4.6. Sự phụ thuộc của ñộ xốp, mật ñộ tương ứng trên mẫu vật liệu 65 và hàm lượng % W (theo khối lượng) . 65 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp………………. viii DANH MỤC CÁC HÌNH H×nh 1.1. S¬ ®å c«ng nghÖ luyÖn kim bét truyÒn thèng (Ðp t¹o h×nh vµ thiªu kÕt) [2]. . 7 Hình 1.2. Các chi tiết máy trong ñộng cơ ô tô chế tạo bằng công nghệ LKB [9] . 13 Hình 1.3. Các loại bạc trượt, xy lanh, trong ñộng cơ ô tô và máy móc khác chế tạo bằng công nghệ luyện kim bột của hãng Callo A B. [9] 13 Hình 1.4.Tình hình sản xuất, cung ứng kim loại bột ñể chế tạo các sản phẩm cơ khí luyện kim bột tại các khu vức thế giới và Nhật Bản [1]. 14 Hình 1.5. Bánh răng máy tiện T618/T619 (a) và tay biên ñộng cơ xe máy C100 (b) chế tạo bằng công nghệ LKB ðề tài cấp Nhà nước mã số KHCN 05.06) [24]. . 18 Hình 1.6. Bạc trượt từ bột sắt trong công nghiệp (a) và từ hỗn hợp bột ñồng + hạt sắt . 18 (b) chế tạo bằng công nghệ LKB tại Viện Nghiên cứu Cơ khí [25]. 18 H×nh 2.1. Nguyªn lý khu«n Ðp bét kim lo¹i . 21 H×nh 2.2. M« h×nh Ðp bét kim lo¹i cña Zerling: . 21 H×nh 2.3. M« h×nh c¸c giai ®o¹n 1, 2, 3 kÕ tiÕp nhau khi Ðp bét kim lo¹i dÎo . 21 trong khu«n kÝn . 21 Hình 2.4. ðường cong lý tưởng lèn chặt của bột kim loại (sự phụ thuộc của mật ñộ vật ép vào áp lực nén ép) 22 Hình 2.5. Sơ ñồ nguyên lý ép tạo hình chi tiết máy bằng bột kim loại theo [5]: 23 Hình 2.6. Sơ ñồ ép bột kim loại một chiều tạo hình mẫu (a); Sơ ñồ biến dạng của các lỗ xốp theo A.P. Kolikov (b) theo [6] . 24 Hình 2.7. Mô hình mô phỏng khi ép bột ôxit nhôm Al 2 O 3 theo [3]: 24 Hình 2.8a. Mô hình phân bố ứng suất khi ép chảy bột kim loại theo [3] 26 Hình 2.8b. Sơ ñồ phân bố mật ñộ trong vật ép từ bột kim loại theo mặt ngang khi ép một chiều trong khuôn kín 26 Hình 2.9. Phân bố mật ñộ trong mẫu ép niken ở áp lực 700 MP . 26