23
1.5. Công nghệ sản xuất băng Bimetal phôi làm tiếp điểm
1.5.1. Quy trình chung
Qua phân tích các kết quả công trình nghiên cứu thấy rằng độ bền liên kết kim loại kép phụ thuộc đầu tiên vào l−ợng biến dạng t−ơng đối và chế độ gia công nhiệt để nhận đ−ợc một kim loại kép bất kỳ với độ bền liên kết bền vững, th−ờng ứng dụng các b−ớc sơ đồ công nghệ sau:
Chuẩn bị bề mặt tr−ớc khi cán, cùng biến dạng phôi kim loại kép và ủ kim loại kép.
Các công trình này liên quan tới nghiên cứu tổng hợp các yếu tố công nghệ cùng tác dụng tới độ bền liên kết kim loại kép không nhiều.
Quá trình tạo liên kết kim loại kép bền vững bao gồm hai quá trình chính: Quá trình biến dạng đồng thời để tạo nên trung tâm liên kết đầu tiên và quá trình ủ kim loại kép để tăng độ bền liên kết nhờ các nguyên tố khuếch tán vào nhau của kim loại thành phần.
1.5.2. Đề suất quy trình công nghệ.
Đó sản xuất băng Bimetal làm tiếp điểm có rất nhiều ph−ơng pháp: Đúc, Cán dính nhiều lớp kim loại, Hàn ép, Nổ dính, Tráng, Mạ, Phun phủ,..Việc lựa chọn ph−ơng pháp nào cũng đem lại hiệu quả kinh tế và chất l−ợng sản phẩm Bimetal.
Qua tìm hiểu và nghiên cứu các ph−ơng pháp sản xuất băng Bimetal làm tiếp điểm trên, tác giả nhận thấy mỗi ph−ơng pháp có thể sử dụng trong những tr−ờng hợp cụ thể.
xong ph−ơng pháp đem lại hiệu quả cao là “ph−ơng pháp cán nóng băng kim loại kép”, mặt hạn chế nói chung của ph−ơng pháp này là: Các phế phẩm bị bong, tr−ợt th−ờng gặp trong quá trình sản xuất.
Nhằm nâng cao chất l−ợng sản phẩm phôi Bimetal làm tiếp điểm và nâng cao hiệu quả kinh tế tác giả đề xuất quy trình công nghệ áp dụng ph−ơng pháp biến dạng dẻo kim loại kép ở trạng thái nóng (cán bó nóng).theo sơ đồ sau:
Hình 1.6. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất Bimetal làm tiếp điểm bằng ph−ơng pháp cán bó kim loại.
a. Chuẩn bị phôi.
Tiến hành kiểm tra các kích th−ớc, hình dạng, mác thép của phôi nền và phôi dán theo yêu cầu đề ra.
b. Làm sạch bề mặt. Chuẩn bị phôi Làm sạch bề mặt Xếp bú Nung Cỏn ộp Ủ Tinh chỉnh Kiểm tra, nhập kho
Để nâng cao độ bền liên kết, bề mặt của nền và dán phải đ−ợc làm sạch sao cho không còn gỉ, không còn màng ôxit, dầu mỡ và các chất bẩn khác. Thép 11K Π và đồng thau đ−ợc cắt từ phôi tấm, phay hết lớp ôxy hóa, tẩy rửa bằng dung dịch xút sau đố đ−ợc làm sạch bằng chổi sắt quay. Bề mặt của lớp nền và lớp dán cần đ−ợc phay với b−ớc phay nhỏ, bề mặt phải đ−ợc làm nhẵn.
c. Xếp bó.
Phôi sau khi đ−ợc làm sạch tiến hành xếp bó, nơi xếp bó phải sạch sẽ, tránh bụi bẩn. Sau đó tiến hành dùng n−ớc thủy tinh và bột đất sét phủ kín các mép giữa hai lớp. Yêu cầu không có vết nứt ở các mép phủ. Mục đích của việc phủ kín các mép nhằm tránh hiện t−ợng ôxy hóa giữa hai bề mặt tiếp xúc.
d. Nung.
Nung phôi tới nhiệt cán (880 0Cữ 900 0C). Chế độ, tốc độ nung tuân thủ theo chế độ nung của vật liệu dán (LCu). Khi đạt tới nhiệt độ nung sau đó giữ ở nhiệt độ đó khoảng 30 phút thì đem ra cán. Mục đích của việc nung là tăng tính dẻo giảm đ−ợc năng l−ợng biến dạng tạo liên kết, tăng đ−ợc độ bền liên kết.
e. Cán ép.
Đây là quá trình biến dạng dẻo kim loại nhằm tạo mối liên kết giữa hai vật liệu đồng thời tạo sản phẩm có độ dày theo yêu cầu. Phôi Bimetal đ−ợc cán theo đúng quy trình công nghệ cán. Với tổng l−ợng biến dạng từ 40ữ80%.
f. ủ.
Sau khi cán xong phôi Bimetal đ−ợc đem ủ để bảo vệ và nâng cao độ bền liên kết. Nhiệt độ ủ từ 680ữ780 0C, thời gian ủ từ 2ữ4 giờ, trong môi tr−ờng bảo vệ (trong hộp than bột).
g. Tinh chỉnh.
Sau khi ủ, phôi đ−ợc lấy ra khỏi lò ủ để nguội ngoài không khí và tiến hành chỉnh nh−: Cắt mép biên, nắn thẳng, cán là,..
Sản phẩm sau khi đ−ợc tinh chỉnh phải tiến hành kiểm tra, nếu đạt theo yêu cầu đề ra về kích th−ớc cũng nh− về độ đồng đều hai lớp, độ bền kéo, độ bền liên kết,..mới cho đóng bó nhập kho.
1.6 Các kết luận, mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu.
Từ phân tích kết quả công trình nghiên cứu thấy rằng độ bền liên kết kim loại kép phụ thuộc đầu tiên vào l−ợng biến dạng t−ơng đối và chế độ gia công nhiệt . Để nhận đ−ợc một kim loại kép bất kỳ với độ bền liên kết bền vững nên ứng dụng sơ đồ các b−ớc công nghệ sau: chuẩn bị bề mặt tr−ớc khi cán, cùng biến dạng phôi kim loại kép và ủ kim loại kép. Qua nghiên cứu các công trình nghiên cứu ở phần tổng quan tài liệu cũng cho phép ta kết luận công trình liên quan tới nghiên cứu tổng hợp các yếu tố công nghệ cùng tác dụng tới độ bền liên kết kim loại kép không nhiều.
Nh− vậy là quá trình biến dạng dẻo là ph−ơng pháp chủ yếu tạo liên kết kim loại kép ở trạng thái rắn và đáp ứng độ bền liên kết.
Sự biến dạng không đồng đều giữa các lớp kim loại kép là kết quả của biến dạng đồng thời các kim loại và hợp kim khác nhau, nó có ảnh h−ởng nhất định tới độ bền liên kết kim loại kép. Đối với từng nó có giá trị xác định mà ở đó độ bền liên kết kim loại kép có giá trị lớn nhất.
Khi cùng biến dạng nên tạo đ−ợc bề mặt vật lý lý t−ởng và trung tâm liên kết đồng thời cũng đ−ợc loại trừ ở vùng liên kết màng oxit. Điều kiện biến dạng dẻo đ−ợc biểu thị bằng áp lực , thời gian và nhiệt độ , l−ợng biến dạng t−ơng đối, tốc độ biến dạng tất cả thông số này tác động đến độ bền liên kết kim loại kép (thép 11KΠ- Đồng thau (LCu10) ch−a đ−ợc giải quyết hoàn toàn.
Phần lớn các công trình nghiên cứu chỉ mới dừng lại ở nghiên cứu ảmh h−ởng của các thông số công nghệ khác nhau tới độ bền liên kết kim loại kép, các công trình nghiên cứu này chỉ nhằm đ−a ra một sơ đồ công nghệ cán kim loại kép cụ thể. Từ kết quả nghiên cứu vấn đề độ bền liên kết kim loại kép là tăng l−ợng biến dạng. Nh−ng ph−ơng pháp này cũng dẫn tới hiện t−ợng biến
cứng , tăng trở kháng biến dạng của hợp kim và kim loại thành phần làm xấu đi tính chất hoá lý của chúng và tạo khó khăn cho giai đoạn công nghệ tiếp theo. Quá trình tạo liên kết lim loại kép bền vững bao gồm hai quá trình chính: Quá trình biến dạng đồng thời để tạo nên trung tâm liên kết đầu tiên và quá trình ủ kim loại képđể tăng độ bền liên kết nhờ ác nguyên tố khuếch tán vào nhaucủa kim loại thành phần. Nghiên cứu sự ảnh h−ởng đồng thời của các yếu tố công nghệ cơ bản khi biến dạng dẻovà ủ kim loại kép cũng ch−a đ−ợc đề cập. Vì vậy, các kết quả này th−ờng mang tính riêng biệt. Cũng phải khẳng định là gia công nhiệt kim loại kép bao gồm ủ, tôi, ram để nhận đ−ợc kim loại kép có cơ tính tổng hợp cho phép chế tạo sản phẩm có cơ lý tính định tr−ớc và tuổi thọ sản phẩm khi làm việc.
Tất cả những vấn đề trình bày ở trên dẫn tới việc cần thiết phải nghiên cứu để giải quyết về lý luận cũng nh− thực tiếnản xuất kim loại kép bằng ph−ơng pháp cán.
Mục đích của đề tài: Nghiên cứu ảnh h−ởng của các thông số công nghệ cán cơ bản tới độ bền liên kết kim loại kép thép 11KPΠ- đồng thau Lcu10 làm tiếp điểm . Để đạtt đ−ợc mục đích nghiên cứu trên cần giải quyết những nhiệm vụ sau:
1. Nghiên cứu sự ảnh h−ởng của các thông số công nghệ cán khác nhau tới độ bền liên kết kim loại kép thép 11KΠ- đồng thau LCu10.
2. Bằng ph−ơng pháp quy hoạch thực nghiệm nghiên cứu sự ảnh h−ởng đồng thời các thông số công nghệ cán cơ bản và chế độ ủ tới độ nền liên kết kim loại kép thép 11KΠ- LCuZn10.
3. Đ−a ra mô hình toán học biểu diễn sự ảnh h−ởng đồng thời các thông số công nghệ cán tới độ bền liên kết kim loại kép thép 11KΠ- LCuZn10.từ đó tìm ra các thông số công nghệ tối −u.
4. Đ−a ra đ−ợc quy trình sản xuất kim loại kép thép 11KΠ- LCuZn10. bằng ph−ơng pháp cán hợp lý đáp ứng đ−ợc độ bền liên kết hợp lý..
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHáP NGHIÊN CứU
2.1. Đánh giá chất l−ợng sản phẩm Bimetal.
Nghiên cứu quá trình sản xuất Bimetal bằng ph−ơng pháp cán dính và đánh giá chất l−ợng của băng Bimetal sản phẩm cần phải giải quyết những vấn đề cụ thể sau đây:
Xác định độ đồng đều biến dạng của lớp nền và lớp dán trong kim loại kép. Xác định đ−ợc độ bền liên kết theo toàn bộ bề mặt tiếp xúc và cấu trúc của lớp chuyển tiếp kim loại kép.
2.1.1. Sơ đồ ph−ơng pháp nghiên cứu.
Phương phỏp nghiờn cứu Xõy dựng mụ hỡnh mụ phỏng Quy trỡnh chế tạo Bimetal Đo độ bền liờn kết giữa hai lớp liờn kết Phõn tớch cấu trỳc
Xõy dựng phương trỡnh quan hệ
Tối ưu húa cỏc thụng số cụng nghệ Hợp lý húa quy trỡnh chế tạo Nõng cao chất lượng Bimetal Đo độ cứng tế vi Phõn tớch hiển vi quang học
2.1.2. Ph−ơng pháp xác định độ bền và độ bền liên kết theo toàn bộ bề mặt tiếp xúc của băng Bimetal 11K Π-Lcu10.
Ph−ơng pháp xác định độ bền liên kết Bimetal bằng ph−ơng pháp cán chia làm ba nhóm sau:
Nhóm 1: Liên quan tới ph−ơng pháp thử công nghệ mà chất l−ợng của nó biểu thị bằng liên kết giữa các lớp. Thử bằng mũi đục, ph−ơng pháp uốn thành cốc hình trụ, bẻ đi bẻ lại nhiều lần thử mỏi, thử xoắn ...
Nhóm 2: Liên quan tới ph−ơng pháp thử định l−ợng độ bền liên kết, là thử độ bền đứt và độ bền cắt với tác động của tải trọng tĩnh và tải trọng động. Nhóm 3: Liên quan tới ph−ơng pháp vật lý kiểm tra chất l−ợng Bimetal mà không phá vỡ chúng.
Các ph−ơng pháp thử ở nhóm 1 chỉ ứng dụng để kiểm tra chất l−ợng kỹ thuật, do độ thiếu chính xác khi kiểm tra và đôi khi còn mang tính đánh giá chủ quan, đánh giá sơ bộ. Hiện nay, để kiểm tra độ bền liên kết Bimetal ng−ời ta ứng dụng rộng rãi ph−ơng pháp thử độ bền đứt và bóc của các lớp khi thử bằng tải trọng tĩnh và tải trọng động.
Thử độ bền bóc của các lớp ở tải trọng tĩnh đ−ợc phổ biến hơn cả theo mẫu thử hình vành khuyên, mẫu đ−ợc gia công trên máy tiện đ−ờng kính hình tròn trong bóc đi đ−ợc chọn sao cho lực phá bong lớn nhất lớp Bimetal theo hình vành khuyên đó lớn hơn lực dính kết giữa các lớp với nhau. Th−ờng thì độ rộng hình vành khuyên bằng 1,5 ữ 3mm khi thử tải trọng tĩnh th−ờng đ−ợc tiến hành trên máy thử kéo nén, mẫu đ−ợc đặt trên vòng tròn khác rồi dùng chày để nén vào lỗ trống trên mẫu - hình 2.2. Độ bền liên kết giữa các lớp tính bằng MPa (bằng tỷ số giữa lực phá hủy lớn nhất chia cho diện tích hình vành khuyên).
Một ph−ơng pháp thử đơn giản là thử độ bền đứt bằng thử kéo nén (hình 2.3). Để chuẩn bị mẫu đo ng−ời ta phay một lớp dính kết có độ bền nhỏ hơn sao cho độ sâu của lớp phay vừa đủ hết lớp dính kết để chừa lại một gờ nhỏ, độ rộng của lớp gờ này gấp r−ỡi chiều dày lớp bóc đi, mẫu này đ−ợc đặt trên đồ gá rồi dùng máy thử kéo nén nén cho bong lớp dính kết, do đó độ bền dính kết đ−ợc xác định khi chia lực kéo nén P cho diện tích gờ F:
TCP = (MPa)
F P
(2.1) Hình 2.1. Mẫu thử độ bền liên kết Bimetal
± 0,1 ± 0,1 1 2 0,2 h1 h2 ỉ20 ỉ16 ỉ30 1 - Lớp dán; 2 – Lớp nền
Hình 2.3. Xác định độ bền liên kết Bimetal bằng ph−ơng pháp thử tĩnh. 1 - Lớp nền; 2 – Lớp dán; 3 - Đồ gá để nén mẫu. 1 2 3 P γ 60 25 20 w t
Ph−ơng pháp này cũng đ−ợc hãng Glasi sản xuất động cơ của Anh sử dụng tại nhà máy chế tạo động cơ. Từ băng Bimetal dùng máy đột cắt mẫu có dạng đĩa tròn, dùng máy bào hoặc phay phay lớp dán, chừa lại dải nhỏ ở phần mẫu. Khi phay lớp hợp kim chú ý phay sâu vào nền thép tới 0,2 mm để đặt lực cắt cho chính xác hơn. Khi đo thử lực động một cách đột ngột và có va đập. Qua kết quả tính độ bền liên kết đánh giá đ−ợc khả năng chịu tải trọng động của băng kim loại kép.
+ Chú ý khi chuẩn bị mẫu thử thì tuân thủ các điều kiện sau đây:
- Độ bền cắt xảy ra d−ới tác dụng của tải trọng đặt tiếp tuyến với biên giới dính kết giữa các lớp và gây ra bong tróc ở lớp dính kết;
- Mẫu thử cần cắt ở giữa băng Bimetal sản xuất bằng ph−ơng cán và các cạnh mẫu thử phải song song với nhau.
Khi nghiên cứu sự ảnh h−ởng của các thông số công nghệ cán và chế độ ủ băng Bimetal tới độ bền liên kết, dùng các ph−ơng pháp chung đã nêu trên, khi thành lập mô hình toán học dùng ph−ơng pháp kế hoạch hóa thực nghiệm.
Hình 2.2: Mẫu thép 11K Π Hình 2.3: Mẫu Lcu10
Hình 2.5: Mẫu thử độ bền liên kết
Hình 2.6: Chày và Cối để gá mẫu Hình 2.7: Thiết bị đo độ bền liên kết
2.1.3. Ph−ơng pháp nghiên cứu cấu trúc tế vi.
Để nghiên cứu cấu trúc tế vi bên trong các kim loại thành phần băng Bimetal đ−ợc chế tạo theo các ph−ơng cán dính, hàn, nổ ta có thể đánh giá bằng trực quan nhờ tiến hành các thí nghiệm trên một số kính hiển vi có độ phóng đại t−ơng đối từ 200ữ1800 lần hoặc có thể lớn hơn.
Đo độ cứng tế vi vùng lân cận biên giới liên kết kim loại nền thép và lớp dán làm tiếp điểm của băng Bimetal.
1. Gia công bề mặt mẫu băng Bimetal hai lớp bằng cách mài trên giấy ráp