Trong chƣơng 2, tác giả đã giải quyết đƣợc những nội dung chính nhƣ sau: - Phân tích và lựa chọn hệ thống máy hàn Plasma bột để nghiên cứu.
- Phân tích cấu tạo, đặc điểm của các bộ phận chính trong hệ thống máy hàn PTA tại ĐH Bách Khoa Hà Nội.
- Nêu đƣợc kích thƣớc và chuẩn bị mẫu hàn.
- Phân tích, lựa chọn đƣợc thành phần bột và loại bột sử dụng. - Nghiên cứu, tìm hiểu loại khí đƣợc sử dụng.
CHƢƠNG III. NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ XỬ LÝ NHIỆT. 3.1. Tổng quan về sử lý nhiệt sau khi hàn.
- Nhiệt luyện kim loại là công nghệ xử lý nhiệt bằng cách nung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt tại đó một thời gian thích hợp rồi làm nguội với tốc độ nhất định để làm thay đổi tổ chức, do đó làm thay đổi tính chất của kim loại hay hợp kim theo ý muốn đã chọn trƣớc.
- Tác dụng của nhiệt luyện đối với thép.
Tăng độ cứng, độ bền và tính chống mài mòn của thép. Cải thiện tính công nghệ.
Mặt khác nhiệt luyện trong sản xuất cơ khí là khâu trung gian quan trọng để thực hiện các công đoạn gia công.
3.1.1.Các yếu tố đặc trƣng cho quá trình nhiệt luyện.
Mỗi quá trình nhiệt luyện đƣợc đặc trƣng bằng 3 yếu tố quan trọng nhất.
Hình 3.1. Sơ đồ quá trình nhiệt luyện đơn giản
- Nhiệt độ nung là nhiệt độ cao nhất mà quá trình nhiệt luyện phải đạt tới. - Thời gian giữ nhiệt là thời gian giữ nhiệt ở nhiệt độ nung.
3.1.2.Các chuyển biến pha trong thép khi nung nóng và làm nguội.
Từ giản đồ Fe-C ta biết rằng khi nung thép đến nhiệt độ cao hơn đƣờng GSE (A3,Acm): đối với thép trƣớc cùng tích sẽ có chuyển biến F + P γ; Đối với thép cùng tích có chuyển biến P γ; thép sau cùng tích chuyển biến P+XêIIγ
*Chuyển biến P A (Peclit Austenit):
- Chuyển biến P thành A là chuyển biến khuếch tán: C khuếch tán từ vùng có nồng độ cao (Xê) sang vùng có nồng độ thấp (F).
- Quá trình khuếch tán này cần phải có một khoảng thời gian nhất định.
Hình 3.2. Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt của peclit thành Austenit của thép cùng tích và véc tơ biểu thị vận tốc nung V2>V1
Nhƣ đã thấy rõ từ giản đồ Fe-C, chuyển biến này xảy ra ở nhiệt độ từ ở đƣờng A1 (7270C), song điều này chỉ đúng khi nung nóng với tốc độ vô cùng chậm (Là điều kiện xây dựng giản đồ pha), nên khi nung nóng thực tế nhiệt độ chuyển biến luôn luôn cao hơn A1. Tốc độ nung càng lớn, nhiệt độ bắt đầu chuyển biến
- Các chuyển biến xáy ra khi giữ nhiệt.
Sau khi nung nóng là giai đoạn giữ nhiệt, mục đích giữ nhiệt để:
- Làm đồng đều nhiệt độ trên mọi tiết vật nung để lõi cũng có chuyển biến nhƣ bề mặt.
- Có đủ thời gian để hoàn thành chuyển biến khi nung nóng. - Làm đồng đều thành phần hóa học của austenit.
- Thời gian giữ nhiệt chỉ cần vừa dủ để tránh hạt lớn.
- Các chuyển biến của austenit khi làm nguội.
Thực tế thƣờng nguội liên tục, có thể dùng giản dồ phân hủy đẳng nhiệt với các vectơ nguội khác nhau để xét.
Hình 3.3. Giản đồ chuyển biến austenit của thép cùng tích và các vectơ biểu diễn tốc độ nguội .
Với Vng khác nhau, austenit bị phân hóa thành các tổ chức ở các nhiệt độ tƣơng ứng: làm nguội chậm cùng lò ( V1), nó cắt các đƣờng cong “ C ” ở sát A1 , đƣợc tổ chức peclit tấm Ptấm ; nguội trong không khí tĩnh (V2 ), nó cắt đƣờng cong “C” ở phần giữa nhánh trên, đƣợc tổ chức xocbit X; làm nguội trong không khí nén ( V3), đƣợc tổ chức trustit T; làm nguội trong dầu (V4), nó chỉ cắt phần lồi của “C”
thứ nhất và chuyển biến một phần thành T, phần còn lại chuyển thành mactenxit (M); làm nguội trong nƣớc lạnh (V5), nó không cắt đƣờng cong “C”, chuyển thành M cứng (62HRC).
Mactenxit là dung dịch rắn quá bão hòa của cacbon trong Feα với nồng độ cacbon nhƣ của austenit khi chuyển biến, có mạng chính phƣơng tâm khối và có độ cứng cao.
Khi nguội nhanh, cacbon trong austenit không kịp tiến ra, khi đạt nhiệt độ khá thấp xảy ra chuyển mạng của Feγ → Feα với nồng độ cacbon nhƣ nhau.
- Cơ tính của mactenit
Mactenit là tổ chức quan trọng nhất khi tôi thép, nó quyết định cơ tính của thép tôi. Cơ tính nổi bật là cứng và giòn.
- Chuyển biến khi nung thép đã tôi (khi ram)
- Tính không ổn định của mactenxit và austenit dư.
Sau tôi thép có tổ chức là mactenxit + một lƣợng nhất định austenit dƣ + ứng suất, có độ cứng cao nhƣng rất giòn, tổ chức không ổn định nên phải ram.
Mactenxit không ổn định là do quá bão hòa cacbon, lƣợng cacbon thừa tiết ra ở dạng xementit: Feα (C) → Fe3C + Feα
Còn austenit không thể tồn tại ổn định dƣới 7270 C nên chuyển thành [ F+ Xe]: Feγ (C) → Fe3C + Feα
- Các chuyển biến xảy ra khi ram.
Theo sự tăng nhiệt độ nung, thép đã tôi sẽ có các chuyển biến sau: Giai đoạn I(t0
<2000C)
- t0 < 800 C trong thép tôi chƣa có chuyển biến gì.
- Từ 80 ÷ 2000C : Adƣ chƣa chuyển biến còn mactenxit tiết bớt cacbon ở dạng cacbit Ɛ(FexC) liên kết cùng mạng với mactenxit. Do tiết ra Ɛ mà mactenxit ram (Ɛ + M nghèo cacbon). Mactenxit ram có ứng suất bên trong nhỏ hơn, độ cứng không giảm mấy so với mactenxit tôi, ít giòn hơn.
- Cacbon vẫn tiếp tục tiết ra khỏi mactenxit, hàn lƣợng cacbon trong dung dịch rắn giảm ( còn 0,15 ÷ 0,20%).
Sau giai đoạn II tổ chức là Mram gồm cacbit Ɛ và mactenxit nghèo cacbon. Giai đoạn III(260÷4000
C)
- Trong giai đoạn này tất cả cacbon tiết ra khỏi mactenxit dƣới dạng cacbit. - Cuối giai đoạn này, tổ chức là hỗn hợp F+Xe ở dạng hạt rất nhỏ mịn và phân tán gọi là trustit ram.
Giai đoạn IV(t0 ˃4000C)
- Khi nung tới t0 ˃4000C, Fe3C kết tụ thành hạt lớn hơn nên độ cứng, độ bền giảm, độ dẻo tăng.
- Ở 500÷6500C đƣợc hỗn hợp F + Xe hạt nhỏ mịn và khá phân tán đƣợc gọi là xoocbit ram có cơ tính tổng hợp cao.
Nói chung các nguyên tố hợp kim hòa tan trong mactenxit đều cản trở sự phân hóa của pha này khi ram hay nói cụ thể hơn là làm tăng các nhiệt độ chuyển biến khi ram. Sở dĩ nhƣ vậy là vì các nguyên tố hợp kim cản trở sự khuếch tán của cacbon. Nhờ vậy dẫn đến các hiệu ứng sau:
- Nâng cao tính chịu nhiệt độ cao, tính bền nóng, tính cứng nóng.
- Do khuếch tán khó khăn cacbit tạo thành rất phân tán và nhỏ mịn, làm tăng độ cứng và tính chống mài mòn, đƣợc gọi là hóa cứng phân tán. Sự tăng độ cứng khi ram thép hợp kim ở nhiệt độ thích hợp làm cho austenit dƣ → mactenxit và cacbit tiết ra ở dạng phân tán, nhỏ mịn đƣợc gọi là độ cứng thứ hai.
- Cùng ram hay cùng làm việc ở một nhiệt độ, thép hợp kim bao giờ cũng có độ cứng, độ bền cao hơn. Điều này cũng có nghĩa để cùng đạt độ cứng độ bền nhƣ nhau, phải ram thép hợp kim ở nhiệt độ cao hơn nên khử bỏ đƣợc ứng suất bên trong nhiều hơn vì thế thép có thể bảo đảm độ dai tốt.
3.2. Phân tích và lựa chọn phƣơng pháp nhiệt luyện. * Ủ thép. * Ủ thép.
Ủ thép là phƣơng pháp nhiệt luyện gồm nung nóng thép đến nhiệt độ nhất định, giữ nhiệt lâu rồi làm nguội chậm ( cùng lò ) để nhận đƣợc tổ chức ổn định là peclit với độ cứng thấp nhất và độ dẻo cao.
Mục đích
- Làm giảm độ cứng thép để dễ tiến hành gia công cắt.
- Làm tăng độ dẻo để dập, cán và kéo thép ở trạng thái nguội.
- Làm giảm hay mất ứng suất bên trong gây nên bởi gia công cơ khí ( mài, kéo nguội, cắt gọt..) và đúc , hàn.
- Làm đồng đều thành phần hóa học trên vật đúc thép bị thiên tích. - Làm nhỏ hạt thép.
- Chuẩn bị tổ chức thích hợp cho các nguyên công gia công cơ hay nhiệt luyện tiếp theo.
- Có nhiều phƣơng pháp ủ, mỗi phƣơng pháp chỉ đạt đƣợc vài trong số các mục đích trên.
* Thƣờng hóa thép.
Thƣờng hóa là phƣơng pháp nhiệt luyện gồm nung thép đến trạng thái hoàn toàn austenit , giữ nhiệt rồi làm nguội tiếp theo trong không khí tĩnh để austenit phân hóa thành tổ chức ổn định : peclit phân tán hay xoocbit với độ cứng tƣơng đối thấp.
Mục đích:
- Đạt độ cứng thích hợp để gia công cắt cho thép cacbon thấp. - Làm nhỏ hạt chuẩn bị cho nhiệt luyện kết thúc.
- Làm mất lƣới XeII của thép sau cùng tích.
* Tôi thép.
làm nguội nhanh thích hợp để austenit chuyển biến thành mactenxit hay các tổ chức không ổn định khác có độ cứng cao.
Các đặc trƣng của tôi thép là:
- Nhiệt độ tôi thấp nhất của các loại thép cũng phải cao hơn Ac1 , tức là phải nung tới trạng thái austenit.
- Làm nguội nhanh, do đó không những sinh ứng suất tổ chức mà sinh ứng suất nhiệt cũng rất lớn, điều này dễ dẫn tới nứt, cong , vênh sản phẩm nên phải thận trọng khi làm nguội.
- Các tổ chức tạo thành khi tôi đều có độ cứng cao. Mục đích:
- Nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn của thép, do đó kéo dài đƣợc thời hạn làm việc của các chi tiết chịu mài mòn.
- Nâng cao độ bền, do đó nâng cao đƣợc khả năng chịu tải của chi tiết máy. Nguyên công tôi thép chiếm vị trí đặc biệt quan trọng trong nhiệt luyện thép vì các lý do sau:
- Cùng với ram, nó quyết định cơ tính của thép phù hợp với điều kiện làm việc, do đó quyết định tuổi thọ của chi tiết máy.
- Là một trong những nguyên công gia công cuối cùng, khi chi tiết đã ở dạng thành phẩm, vì thế hƣ hỏng ở khâu này sẽ gây ra lãng phí công sức của các khâu gia công trƣớc đó.
- Rất dễ gây nứt, cong, vênh trong quá trình gia công.
* Ram thép.
- Ram là nguyên công bắt buộc sau khi tôi thép thành mactenxit.
- Ram thép là phƣơng pháp nhiệt luyện gồm nung thép đã tôi đến nhiệt độ thấp hơn Ac1 để mactenxit và austenit dƣ phân hóa thành các tổ chức có cơ tính phù hợp.
- Sau khi tôi đƣợc tổ chức mactenxit và austenit dƣ, cả hai tổ chức này đều không ổn định. Mặt khác sau khi tôi trong chi tiết bao giờ cũng có ứng suất dƣ, vì vậy các chi tiết sau khi tôi bao giờ cũng phải qua ram.
Mục đích:
- Làm giảm hoặc mất ứng suất bên trong.
- Biến tổ chức mactenxit và austenit dƣ sau khi tôi thành các tổ chức khác nhau có độ dẻo và độ dai cao hơn, nhƣng có độ cứng và độ bền phù hợp với yêu cầu làm việc.
- Theo nhiệt độ ram và tổ chức tạo thành, ngƣời ta phân chia thành ba chế độ ram: ram thấp, ram trung bình và ram cao.
Ram thấp ( 150 ÷ 2500C)
- Ram thấp là phƣơng pháp nung thép đã tôi ở nhiệt độ khoảng 150 ÷ 2500C tổ chức đạt dƣợc là Mram. Khi ram thấp độ cứng hầu nhƣ không thay đổi hay có giảm thì giảm rất ít ( 1÷3 HRC), ứng suất bên trong giảm đi chút ít. Các sản phẩm cần áp dụng ram thấp sau khi tôi là các dụng cụ cắt gọt và những chi tiết yêu cầu có độ cứng cao và khả năng chống mài mòn tốt. các dụng cụ cắt gọt, dụng cụ kiểm tra có thể ram ở 150 ÷ 2000C và đạt độ cứng trên 60 HRC. Các bánh răng ô tô , máy kéo, máy công cụ thƣờng ram ở nhiệt độ 200 ÷ 2200C và đạt đƣợc độ cứng trên 58 HRC.
Ram trung bình (300 ÷ 4500C)
- Ram trung bình là phƣơng pháp nung thép đã tôi ở nhiệt độ khoảng 300 ÷ 4500C, tổ chức đạt đƣợc là trustit ram. Khi ram trung bình, độ cứng của thép tôi tuy có giảm nhƣng vẫn còn khá cao, khoảng 40 ÷ 45 HRC, ứng suất bên trng giảm mạnh, giới hạn đàn hồi đạt đƣợc giá trị cao nhất , độ dẻo, độ dai tăng lên.
- Ram trung bình dùng cho các chi tiết yêu cầu giới hạn đàn hồi cao nhƣ lò xo và nhíp hay độ dẻo dai cao nhƣ khuôn dập nóng, khuôn rèn. Sau khi ram thép ở 350 ÷ 4000C nhận đƣợc tổ chức Tram có độ cứng 35 ÷ 45 HRC, dạng ram này thƣờng dùng cho lò xo. Đối với nhíp thực hiện ram ở 450 ÷ 5000C và đạt độ cứng 35 ÷ 40 HRC.
25 HRC, ứng suất bên trong bị khử bỏ, tuy độ bền có giảm song lại đạt dƣợc sự kết hợp tốt nhất các chỉ tiêu cơ tính: độ bền, độ dẻo, độ dai.
- Với dạng nhiệt luyện gồm có tôi và ram cao cho cơ tính tổng hợp cao nhất nên nó đƣợc gọi là nhiệt luyện hóa tốt. Dạng nhiệt luyện này thƣờng dùng cho những chi tiết làm bằng thép cacbon và thép hợp kim có hàm lƣợng cacbon trung bình, sau khi nhiệt luyện thì chúng đạt cơ tính tổng hợp cao.
- Trong thực tế nhiều chi tiết máy cần có độ bền cao, chịu va đập tốt và chống mài mòn bề mặt tốt. Các chi tiết này phải đƣợc nhiệt luyện hóa tốt rồi tôi bề mặt tiếp theo.
3.3. Kết luận chƣơng 3.
Với khuôn dập nguội nhƣ trên sau khi hàn xong để làm giảm và khử ứng suất dƣ tồn tại sau khi hàn.
- Cải thiện nâng cao độ dai va đập của liên kết hàn. - Tăng khả năng chống lại phá hủy dòn cho liên kết hàn.
- Tăng độ bền của liên kết hàn, cải thiện khả năng chống ăn mòn cho liên kết hàn. Tác giả chọn phƣơng án ram thấp ở nhiệt độ 150 ÷ 2000C .Đảm bảo cơ tính cho khuôn dập nguội và đạt độ cứng trên 60 HRC.
CHƢƠNG 4 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1. Kết luận
Hàn Plasma bột là phƣơng pháp công nghệ gia công mới, nó chỉ thực sự phát triển trong vài chục năm gần đây.Phƣơng pháp này sẽ còn phát triển rất mạnh trong tƣơng lai bởi khả năng công nghệ đặc biệt của nó trong việc chế tạo và phục hồi các chi tiết máy làm việc trong điều kiện khắc nghiệt, công nghệ hàn Plasma luôn là công nghệ tiên tiến mang lại chất lƣợng và hiệu quả kinh tế cao.
Trong luận văn này, tác giả đã giới thiệu một cách chi tiết nhất về phƣơng pháp hàn Plasma bột và khả năng phục hồi chi tiết máy. Trong quá trình nghiên cứu hệ thống hàn Plasma bột tại trung tâm công nghệ cao – ĐH Bách Khoa Hà Nội tác giả đã tính toán đƣợc chế độ hàn và xây dựng quy trình hàn phục hồi khuôn. Từ các kết luận rút ra từ kết quả nghiên cứu hàn phục hồi khuôn dập có thể ứng dụng kết quả vào sản xuất cũng nhƣ làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu mở rộng sau này.
4.2. Kiến nghị.
Việc phát triển và ứng dụng công nghệ hàn Plasma bột là một trong những thách thức đối với đội ngũ kỹ thuật và các nhà khoa học về cả phƣơng diện công nghệ và kinh tế. Trong chiến lƣợc phát triển khoa học công nghệ của nƣớc ta hiện nay thì việc nghiên cứu nắm bắt công nghệ mới này là rất cần thiết và cần đƣợc xem trọng hơn.
- Mở rộng nghiên cứu khả năng công nghệ trên nhiều loại vật liệu khác nhau, đặc biệt là các vật liệu khó gia công.
- Mở rộng nghiên cứu tối ƣu hóa các thông số công nghệ ảnh hƣởng đến quá trình hàn Plasma bột.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.K.Sivaa,*N,murganb,V.P.Raghupathy(
Modelling, analysis and optimisation of well bead parameters of nickel based overlay deposited by plasma transferred arc surfacing.
2. GS. TS. Trần Văn Địch – PGS. TS. Ngô Trí Phúc
SỔ TAY THÉP THẾ GIỚI.