II. Túnh toỏn cỏc thụng số cụng nghệ cho bỏnh răng belaz
2. Tớnh thũi gian nung đế thấm cho một mẽ trụcrăng
CHƯƠNG I V: TRỤC KHUỶU
Những số liệu ban đầu:Trục khuỷu động cơ (mỏy kộoT74 hoặc ụ tụ vận tải):3000 chiếc/năm.
<I>.ĐIỀƯ KIỆN LÀM VIỆC VÀ VẬT LIỆU CHẾ TẠO.
Ngày nay, cựng với cỏc ngành cụng nghiệp khỏc cụng nghiệp Cơ khớ-Luyện kim đang phỏt triền một cỏch mạnh mẽ.Đặc biệt lự Cụng nghệ Vật liệu đang ngày một khăng định được tầm quan trọng của mỡnh trong khoa học kỳ thuật cũng như đời sống hàng ngày. Một trong những chi tiết thế hiện rừ nhất sự kết họp hài hoà cũng như tầm quan trọng của Vật liờụ học-Cơ khớ-Nhiệt luyện đú là : Trục khuỷu của động cơ (mỏy kộo, ụ tụ,..). Nếu núi rằng,chế tạo cơ khỉ trục khuỷu đỏ khớt thồ lựa chọn yật liệu đế chế tạo trục khuỷu vự nhiệt luyện nỏ lại cũn khú khăn hơn rất nhiều.
Trục khuỷu là một chi tiết lớn, nặng chiếm (7 - 15)% khối lượng động cơ), quan trọng (giả thành sản xuất chiếm (20-25)% giỏ thành động cơ). Trong quả trỡnh làm việc, trục khuỷu chịu tải trọng lớn và thay đụi (lực quản tỉnh, lực khỉ thờ), sự ma sỏt và mài mũn lớn.
Khỉ thiết kế, chế tạo trục khuỷu phải đảm bảo cỏc yờu cầu sau :
1. Cú sức bền cao, cứng vững nhung khối lượng nhỏ.
2. Cú độ chớnh xỏc gia cụng cao, độ cứng, độ búng bề mặt cồ chốt, cồ khuỷu lớn.
Dạng nhiệt luyện Tổ chức đạt được <ơb kG/mm —^0+2 kG/mm 2 ụ% ộ% ak kGm/cm2 ủ 850°c Ferit+ 53 28 32, 5 50 9
Thường hoỏXoocbit 65 32 15 40 5
Tụi 850uc, nướcXoocbit 72 45 22 55 14
Trường Đai hoc Bỏch Khoa Hả nụi Bộ mụn VLH & Nhiờt Luvờn
5. Chịu được momen xoắn trong quỏ trỡnh làm việc do chuyển động xoắn gõy ra.
Đe đảm bảo được cỏc yờu cầu trờn người ta thường làm trục khuỷu bằng thộp thường hoặc bằng gang cầu. Đe nõng cao độ bền mỏi và độ cứng của cố thường ỏp dụng cỏch hoỏ bền bề mặt bằng tụi cảm ứng hoặc thấm nitơ. Núi chung, đối với loại chi tiết cú hỡnh dạng phức tạp và tiết diện thay đổi đột ngột này nờn trỏnh ỏp dụng cỏch tụi thể tớch để nõng cao độ bền vỡ làm biến dạng rất mạnh. Trong một số động cơ quan trọng cú cụng suất lớn, trục khuỷu thường làm bằng thộp hợp kim trung bỡnh (tới 6- 7% nguyờn tố hợp kim) với lượng cỏc bon thấp rồi qua thấm cỏc bon, tụi thế tớch và ram thấp. Do cú độ thấm tụi cao, thộp này được tụi phõn cấp nờn vẫn đảm bảo được độ biến dạng nhỏ.
Dưới đõy trỡnh bày cỏc phương ỏn : Vật liệu + nhiệt luyện thưũng dựng cho trục khuỷu :
a. Thộp cỏc bon truns bỡnh + tụi cảm ứng:
Thộp dựng ở đõy cú 2 loại:
- Thộp thường với cỏc mỏc : 35,40,45 (C35, C40, C45)
- Thộp hợp kim thấp với cỏc mỏc 50 □ và 40 X (C50 Mn và 40Cr)
Tuy nhiờn, thực tế thường dựng nhất là thộp C45. Loại thộp này thường dựng làm trục khuỷu của cỏc động cơ ụ tụ du lịch, ụ tụ tải trung bỡnh (n 5tấn) và cỏc loại mỏy kộo.
Trường Đai hoc Bỏch Khoa Hả nụi Bộ mụn VLH & Nhiờt Luvờn
Trục khuỷu thộp 45(C45) được chế tạo từ phụi thộp cỏn cú đường kớnh thớch hợp và bằng phương phỏp dập núng , định hỡnh sau đú nhiệt luyện theo ba bước :
Bưú’c 1: ủ hoàn toàn ở 850°c để đạt được độ cứng thấp nhất 180 - 200HB
đế dễ tiến hành gia cụng .
Bước 2: Thường hoỏ hoặc tụi + ram cao để đạt được tổ chức xoocbớt với cơ
tớnh tổng hợp cao bảo đảm độ bền tĩnh và độ dai va đập khi làm việc . Sau nguyờn cụng này độ cứng đạt khoảng 200 - 260HB , đem gia cụng tinh đế đạt độ búng cao nhất.Việc lựa chọn nguyờn cụng nào là tuỳ thuộc cơ tớnh yờu cầu và điều kiện cho phộp của nơi sản xuất.Bảng4.1 : Co’ tớnh của thộp 45 (C45) qua cỏc dạng nhiệt luyện
Bước 3 : Hoỏ bền bề mặt cỏc cổ trục bàng tụi cảm ứng + ram thấp để nõng
Trường Đai hoc Bỏch Khoa Hả nụi Bộ mụn VLB & Nhiờt Luvờn
b/ Gans cầu + tụi cảm ứng:
Gang cầu là loại gang cú độ bền cao ( graớỡt ở trong gang ở dạng hỡnh cầu ) mới được phỏt hiện và ỏp dụng trong khoảng hơn 50 năm nay , song đó được sử dụng rộng rói trong cụng nghiệp cơ khớ . Trục khuỷu của động cơ đốt trong là chi tiết mỏy đầu tiờn được làm bằng gang cầu . Hiện nay trục khuỷu của nhiều xe ụtụ du lịch , xe tải nhẹ và trung bỡnh ( <= 5T ) cũng được làm bằng gang cầu với chất lượng tốt và ổn định .
Nhà mỏy DA3 đú dựng gang cầu đế đỳc trục khuỷu cỏc loại ụtụ với thành phần hoỏ học như sau : 3.4 - 3.6%c ; 1.15 - 1.3%Mn ; 0.1%p ; 2.0 - 2.25%Si ;
0. 15 - 0.25%Cr ; < 0.02%s ; 0.02 - 0.04%Mg . Đẻ biến tớnh cầu hoỏ đú ỏp dụng cỏc biện phỏp biến tớnh như sau :
- Nấu gang trong lũ điện bazơ và tạo xỉ kiềm đế khử triệt để lun huỳnh (tới giới hạn < 0.02% ) và nõng cao nhiệt độ nước gang tới 1450°c .
- Biến tớnh cầu hoỏ gang lỏng bằng Magiờ(Mg) . Kim loại trong Autoclav với ỏp suất cao tới 5 - 7 at nhờ nộn Nitơ . Dưới ỏp suất cao như vậy thỡ nhiệt độ sụi của Mg kim loại tăng lờn quỏ nhiệt độ nước gang . Vớ dụ : ở p = lat thỡ Mg sụi ở 1107°c ; p = 2.5at sụi ở 1250°c ; p = lOat sụi ở 1500°c . Do đú hiệu suất sử dụng Mg rất cao . Lượng Mg đưa vào chỉ càn khoảng 0,07% khối lượng gang lỏng .
Trường Đai hoc Bỏch Khoa Hả nụi Bộ mụn VLH & Nhiờt Luvờn
mỏc gang BB50-2 và BB60-2 theo ŨOCT7293-70[15] . Để đảm bảo độ biến dạng thấp nhất trong quỏ trỡnh ủ lõu ở nhiệt độ cao , trục khuỷu phải được đặt trũn gỏ làm bằng thộp chịu nhiệt
Những điếm cần lưu ý về vật liệu và cụng nghệ nhiệt luyện trục khuỷu làm bằng gang cầu :
- To chức gang cầu phải đạt được nền kim loại là peclit tấm hoặc hạt ( hạt tốt
hon tấm ) . Vỡ như vậy sẽ bảo đảm được độ bền tốt nhất và tạo điều kiện thuận lợi cho việc tụi cảm ứng.
-Tụi bề mặt trục chế tạo bang gang phải cõn thận hơn so với thộp vỡ nhiệt độ chảy của gang thấp , khụng cho phộp quả nhiệt đặc bỉẹt là cỏc mộp lụ thoỏt dầu . Vỡ cú thờ dõn tới nguy cơ núng chảy mộp . Ngoài ra quả nhiệt trục gang cũn lựm tăng thờm biến dạng, điều này khụng thờ chấp nhận được vỡ khụng nắn được trục . Do đú người ta thường cú xu hướng hạ thấp nhiệt độ tụi trục gang . Vỡ vậy sau khỉ tụi độ cứng khụng vượt quả 45 - 47HRC.
Nghiờn cứu đỳc trục khuỷu bang gang cầu ở nước ta đó bắt đầu từ những năm 1959 - 1960 , song chưa thu được kết quả mong muốn . Điều đú thờ hiện ở việc ỏp dụng vào sản xuất đó gặp phải những khú khăn về thiết bị cũng như phương tiện nghiờn cứu .
Trường Đai hoc Bỏch Khoa Hả nụi Bộ mụn VLH & Nhiờt Luvờn
thấm : 537 - 593°c , tốc độ khớ vào lũ là 4,2 - 28,3m3/h tuỳ thuộc vào thời gian gia cụng , điểm sương 1,1 - 18,3°c với thời gian thấm từ 1 - 5h cho chiều sõu là 0,025 - 0,254mm .Sau khi thấm trục khuỷu được tụi trong dầu , nước hoặc dung dịch muối ăn .
Thấm ở thể lỏng thỡ cho cỏc chỉ tiờu kinh tế và kĩ thuật tốt hơn . Ngươỡ ta sử dụng cỏc muối Xianua Kali , Natri , Liti và cacbonat natri , kali , canxi , bari , strongti và liti, với nhiệt độ chảy của hỗn hợp khoảng 454 - 593°c . Khi núng chảy cho thờm vào hỗn hợp một lượng Ưrờ tinh thể một cỏch từ từ .
Như vậy qua phõn tớch ba phương ỏn chọn vật liệu ở trờn chỳng ta nhận thấy phương ỏn : “ Thộp cacbon trung bỡnh + tụi cảm ứng” là phự họp hơn cả về cỏc chỉ tiờu . Nếu chọn phương ỏn (c) : Thộp + thấm cacbonitơ ở nhiệt độ thấp thỡ sẽ rất tốt về yờu cầu kỹ thuật nhưng lại khụng kinh tế, bởi chỳng ta phải thực hiện nhiều khõu nhiệt luyện(đặc biệt là thấm nitơ phải đũi hỏi vấn đề thiết bị rất khắt khe). Vả lại ở đõy ta chỉ cần hoỏ bền bề mặt cỏc cố trục , trong khi đú thấm lại được thực hiện trờn toàn thể tớch của trục . Cũn nếu chọn vật liệu là gang cầu thỡ cú thể giải quyết được vấn đề về kinh tế và cũng đỏp ứng được cỏc yờu cầu kỹ thuật . Song cũn cỳ một yờu cầu về đặc tớnh làm việc của trục khuỷu là chịu mụmen xoắn thỡ gang cầu khụng đạt được như thộp . Ngoài ra như đó núi ở trờn trục khuỷu được chế tạo bằng gang cầu sau khi nhiệt luyện thường chỉ đạt được độ cứng khụng vượt quỏ 47HRC , trong khi đú yờu cầu về độ cứng của trục khuỷu là 52 - 54HRC . Mặt khỏc phương ỏn đỳc trục khuỷu bằng gang cầu ở nước ta hiện nay vẫn chưa được ứng dụng một cỏch rộng rói mà chủ yếu mới chỉ được đề cập đến trong nghiờn cứu là chớnh .
Trường Đai hoc Bỏch Khoa Hả nụi Bộ mụn VLH & Nhiờt Luvờn
của chi tiết cú thể đạt được độ cứng khỏ cao nhưng lại dễ bị nứt nẻ và làm tăng biến dạng . Cũn nếu hàm lượng cacbon nhỏ hơn 0,42% thỡ khi tụi lớp bề mặt của chi tiết sẽ khụng đạt được độ cứng cũng như chiều sõu lớp tụi cần thiết.
Nguyờn tố Cr trong mỏc thộp hợp kim 40X cú tỏc dụng làm tăng độ thấm tụi của thộp .
Trục khuỷu thộp 45 (C45) được chế tạo từ phụi thộp cỏn cú đường kớnh thớch hợp và bằng phương phỏp dập núng định hỡnh sau đú nhiệt luyện theo ba bước :
+> ủ hoàn toàn ở 850°c để đạt được độ cứng thấp nhất 180 - 200HB để tiến hành gia cụng thụ . Tuy nhiờn nguyờn cụng này thường được sử dụng để thực hiện cho mục đớch dập núng định hỡnh là chớnh. Do vậy chỳng ta sẽ khụng xột đến ở đõy.
+> Thường hoỏ hoặc tụi + ram cao đế đạt được tố chức xoocbit với cơ tớnh tổng hợp cao đảm bảo độ bền tĩnh và độ dai va đập khi làm việc . Đõy cũng chớnh là yờu cầu cơ tớnh của lừi trục khuỷu sau khi kết thỳc nhiệt luyện ở khõu cuối cựng . Sau nguyờn cụng này độ cứng đạt được 200 - 260HB , đem gia cụng tinh để được độ búng cao nhất . Neu xột về cơ tớnh tổng hợp đạt được thỡ cả 2 dạng nhiệt luyện này đều cho độ bền cao hơn cả , song về tất cả cỏc chỉ tiờu thờ tụi + ram cao
Hoỏ bềnịXưử n g nhiệt luyện) Cụn g đoạn tiếp theo
Trường Đai hoc Bỏch Khoa Hả nụi Bộ mụn VLH & Nhiờt Luvờn
Hỡnh 4.1 :So’ đồ khối quỏ trỡnh nhiệt luyện