TCTV kim loại nền và lớp thấm: TCTV có xuất hiện lớp thấm FeB – Fe2B trên nền Fe Chiều dày lớp thấm: Từ 20 – 200 m 4.2. Quy trình tổng quát: 4.2.1. Xác định thông số ủ khử thớ kéo: Tính toán nhiệt độ ủ:
1 • Kiểm tra trạng thái cung cấp
2 • Ủ khử thớ kéo
3 • Kiểm tra TCTV và đo độ cứng (HRB) sau ủ
4 • Thấm Bo điện phân
5 • Kiểm tra TCTV và đo độ cứng (HRC, HRA) sau thấm
6 • Ủ khuếch tán
7 • Kiểm tra TCTV và đo độ cứng (HRA) sau ủ khuếch tán
8 • Thƣờng hóa
Bảng 4. 2: Thành phần của thép SUS420J2 Nguyên tố hợp kim C Cr Ni W V Mn S Si P Mo Ti Thành phần % 0,327 13,43 0,368 0,034 0,037 0,57 0,022 0,75 0,16 0,137 0,025
Áp dụng công thức xác định nhiệt độ tôi, ủ cho thép carbon (trang 345, Sổ tay nhiệt luyện tập II, Nguyễn Chung Cảng, NXB Khoa học và Kỹ thuật).
Ta có : X = 0,327
Theo bảng hệ số a, ta có:
∑
Bảng 4. 3: Hệ số di chuyển nồng độ carbon tính theo 1% Me. Nguyên tố hợp kim Me W V Ni Si Cr Mo Ti P Mn Al a -0,057 0,2 -0,04 -0,075 -0,033 -0,075 0,32 0,18 -0,0417 -0,45 Theo bảng hệ số a ta có aSi = -0.075 aMn=-0.0417 aP= 0.18 aTi= 0,32 aCr= -0.033 aMo= -0.075 aV= 0.2 ∑ = -0,075x0,75 – 0,0417x0,57 + 0,18x0,016– 0,075x0,137 + 0,2x0,037 + 0,32x0,025 -0,04x0,368 – 0,057x0,034 – 0,033x13,43 = -0,532
Thay vào công thức trên ta có: 0,327 – (-0,532)= 0,859 > 0,8 → thép sau cùng tích. Công thức tính nhiệt độ nung cho thép hợp kim trƣớc cùng tích
∑
Bảng 4. 4: Hệ số tăng giảm nhiệt độ carbon tính theo 1% Me. Nguyên tố hợp kim Me W V Ni Si Cr Mo Ti P Mn Al a 27 41 -5,7 40,1 11,8 45 350 47 -17,7 -4,5 ∑ + = 40,1x0,75 – 17,7x0,57 + 45x0,137 + 41x0,034 – 5,7x0,368 + 350x0,025 + 27x0,034 + 47x0,016 + 11,8x13,43 = 194 T = 783 ± 100 C + 194 ≈ 967 – 9870C (lý thuyết) Trên thực tế, thép SUS 420J2 đƣợc ủ ở 9200C => Chọn nhiệt độ ủ T = 9200C
Tính toán thời gian nâng nhiệt :
Áp dụng công thức 9.8 (trang 125, Công nghệ nhiệt luyện, Phạm Thị Minh Phƣơng – Tạ Văn Thất, NXB Giáo Dục)
= K.V/F : Thời gian nung, phút
V : Thể tích vật nung, cm3 F : Diện tích của vật nung, cm3
K : Tổng số các yếu tố đặc trƣng cho điều kiện nung nóng Theo bảng 9.4 trang 125 sách Công nghệ nhiệt luyện, ta chọn K = 40
Theo bảng 9.5 trang 125 sách Công nghệ nhiệt luyện, ta tính đƣợc tỷ số V/F V/F = W = D.l / (4.l + 2.D)
Với kích thƣớc hộp ủ là D = 16,8cm ; l = 9,2cm => V/F = W = 16,8.9,2 / (2.16,8 + 4.9,2) = 2,2 => = K.V/F = 40.2,2 = 88 (phút)
=> Chọn tnâng nhiệt = 90 phút
Tính toán thời gian gi nhiệt :
=> tgiữ nhiệt = (20 – 25)% . 90 = 18 – 22,5 (phút) => Chọn tgiữ nhiệt = 20 phút
4.2.2. Xác định thông số thấm Bo điện phân:
Tính toán cường độ dòng điện:
Ta có kích thƣớc chi tiết hình trụ tròn: 1,6 x 0,9 cm Ta có tổng diện tích tiếp xúc:
Stiếp xúc = Smặt bên + 2Sđáy = ℎ 2 = 3,14.1,6.0,9 + 2.3,14.0,82 = 8,54 cm2
Ta lại có mật độ dòng điện là 0,15 A/cm2 => I = 8,54.0,15 = 1,28 A
Xác định nhiệt độ, thời gian thấm:
Theo lý thuyết thấm Bo điện phân, nhiệt độ thấm với hỗn hợp Borax – NaCl nóng chảy là 800 – 9000C trong 4 – 6h.
4.2.4. Ủ khuếch tán:
4.2.4.1. Xác định thông số ủ khuếch tán:
Theo sách “Công nghệ nhiệt luyện”, chọn nhiệt độ ủ khuếch tán ở 11000
C, thời gian giữ nhiệt 10h 4.2.4.2. Mục đích: + Làm đồng đều tổ chức hạt sau thấm + Làm giảm thiên tích. 4.2.4.3. Tiến hành:
Lựa chọn các chi tiết 2;3 ;…. ;10 B1 : Chuẩn bị hộp ủ
B2 : Cho hộp ủ vào lò điện
B3 : Nâng nhiệt tới 10000C, giữ nhiệt trong 25 phút B4 : Tắt công tắc, làm nguội cùng lò.
B5 : Lấy hộp ủ ra khỏi lò, mở nắp hộp B6 : Lấy chi tiết ra khỏi hộp
4.2.5. Thƣờng hóa:
4.2.5.1. Xác định thông số thƣờng hóa:
( ∑ ) ∑
Theo tính toán ở trên, ta có : ( ∑ ) = 0,859 ∑ = 194
=> T = 340.0,859 + 490 10 + 194 = 966 – 986 (0C) => Chọn Tthƣờng hóa = 9700C
4.2.5.2. Mục đích:
+ Làm tổ chức peclit nhỏ mịn hơn, tăng độ cứng sau ủ + Nâng cao cơ tính của thép hợp kim.
4.2.5.3. Tiến hành:
Lựa chọn các chi tiết 2;3 ;…. ;10 B1 : Chuẩn bị hộp đựng chi tiết B2 : Cho hộp vào lò điện
B3 : Nâng nhiệt tới 8700C, giữ nhiệt trong 25 phút
CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 5.1. Trạng thái cung cấp:
5.1.1. Vị trí cắt mẫu và kiểm tra:
Hình 5. 1: Mô tả vị trí cắt mẫu
5.1.2. Thành phần hóa học:
Kiểm tra quang phổ mẫu thép, ta có kết quả nhƣ bảng 5.1 Bảng 5. 1: Kết quả kiểm tra quang phổ
Nguyên tố hợp kim C Cr Ni W V Mn S Si P Mo Ti Thành phần % 0,327 13,43 0,368 0,034 0,037 0,57 0,022 0,75 0,16 0,137 0,025 5.1.3. Kiểm tra độ cứng:
Dùng máy đo độ cứng Rockwell mũi đâm kim cƣơng HRC tải trọng P = 1500N. Lập kết quả thành bảng
C1
Bảng 5. 2: Kết quả đo độ cứng ban đầu Số lần đo Mặt C2 Mặt C1 1 30 32 2 29 31 3 28 33 4 28 31 5 29 31 Giá trị TB 29 1 32 1 5.1.4. Kiểm tra TCTV:
Hình 5. 2: TCTV mặt C2 của thép SUS 420J2 ở trạng thái ban đầu
5.1.5. Trang thiết bị và địa điểm thực hiện:
Thiết bị: + Kính hiển vi + Máy đo độ cứng
+ Máy kiểm tra quang phổ Địa điểm:
+ Phòng thí nghiệm Vật liệu học – ĐH.SPKT.TPHCM + Phòng kiểm tra vật liệu – DDHBK.TPHCM
5.2. Trạng thái sau khi ủ khử kéo: 5.2.1. Vị trí cắt mẫu và kiểm tra: 5.2.1. Vị trí cắt mẫu và kiểm tra:
Vị trí cắt mẫu và kiểm tra tƣơng tự nhƣ vị trí kiểm tra trạng thái ban đầu
5.2.2. Kiểm tra độ cứng sau ủ khử thớ kéo:
- Mục đích: kiểm tra độ cứng của thép sau khi ủ khử thớ kéo, làm cơ sở dữ liệu so
sánh với các mẫu trong và sau quá trình nhiệt luyện.
- Chuẩn bị: mẫu số 2; 3 sau khi ủ.
- Tiến hành: dùng máy đo độ cứng Rockwell mũi đâm kim cƣơng HRB tải trọng P =
1000N. Lập kết quả thành bảng
Bảng 5. 3: Kết quả đo độ cứng sau khi ủ khử thớ kéo
Số lần đo Mặt C2 Mặt C1 1 73 90 2 73 95 3 71 94 4 72 91 5 71 92 Giá trị chung 72 1 93 3 5.2.3. Kiểm tra TCTV:
5.2.5. Trang thiết bị và địa điểm thực hiện: Thiết bị: Thiết bị: + Kính hiển vi + Máy đo độ cứng + Lò điện trở Địa điểm: + Phòng thí nghiệm Vật liệu học – ĐH.SPKT.TPHCM
5.3. Trạng thái sau khi thấm Bo:
5.3.1. Vị trí cắt mẫu và kiểm tra:
Vị trí cắt mẫu và kiểm tra tƣơng tự nhƣ vị trí kiểm tra trạng thái ban đầu
5.3.2. Kiểm tra độ cứng sau khi thấm Bo:
- Mục đích: kiểm tra độ cứng của thép sau khi thấm Bo, làm cơ sở dữ liệu so sánh với
các mẫu trong và sau quá trình nhiệt luyện.
- Chuẩn bị: mẫu số 4; 5 sau khi thấm.
- Tiến hành: dùng máy đo độ cứng Rockwell mũi đâm kim cƣơng HRC tải trọng P =
1500N. Lập kết quả thành bảng
Bảng 5. 4: Kết quả đo độ cứng sau khi thấm Bo
Số lần đo Mặt C2 Mặt C1 1 49 55 2 50 56 3 51 54 4 52 58 5 50 56 Giá trị chung 51 2 56 2
5.3.3. Kiểm tra TCTV:
Hình 5. 4: TCTV mặt C1 sau thấm Bo
5.3.5. Trang thiết bị và địa điểm thực hiện:
Thiết bị: + Kính hiển vi + Máy đo độ cứng + Lò than đá + Hộp điện phân + Quạt gió Địa điểm: + Phòng thí nghiệm Vật liệu học – ĐH.SPKT.TPHCM
5.4. Trạng thái sau khi ủ khuếch tán: 5.4.1. Vị trí cắt mẫu và kiểm tra: 5.4.1. Vị trí cắt mẫu và kiểm tra:
Vị trí cắt mẫu và kiểm tra tƣơng tự nhƣ vị trí kiểm tra trạng thái ban đầu
5.4.2. Kiểm tra độ cứng sau khi ủ khuếch tán:
- Mục đích: kiểm tra độ cứng của thép sau khi ủ khuếch tán, làm cơ sở dữ liệu so
sánh với các mẫu trong và sau quá trình nhiệt luyện.
- Tiến hành: dùng máy đo độ cứng Rockwell mũi đâm kim cƣơng HRB tải trọng P = 1000N. Lập kết quả thành bảng
Bảng 5. 5: Kết quả đo độ cứng sau khi ủ khuếch tán
Số lần đo Mặt C2 Mặt C1 1 86 95 2 83 98 3 84 97 4 86 98 5 85 97 Giá trị chung 84 2 96 2 5.4.3. Kiểm tra TCTV:
5.4.5. Trang thiết bị và địa điểm thực hiện: Thiết bị: Thiết bị: + Kính hiển vi + Máy đo độ cứng + Lò điện trở Địa điểm: + Phòng thí nghiệm Vật liệu học – ĐH.SPKT.TPHCM
5.5. Trạng thái sau khi thƣờng hóa: 5.5.1. Vị trí cắt mẫu và kiểm tra: 5.5.1. Vị trí cắt mẫu và kiểm tra:
Vị trí cắt mẫu và kiểm tra tƣơng tự nhƣ vị trí kiểm tra trạng thái ban đầu
5.5.2. Kiểm tra độ cứng sau khi thƣờng hóa:
- Mục đích: kiểm tra độ cứng của thép sau khi thƣờng hóa, làm cơ sở dữ liệu so sánh
với các mẫu trong và sau quá trình nhiệt luyện.
- Chuẩn bị: mẫu số 6; 7 sau khi ủ khuếch tán.
- Tiến hành: dùng máy đo độ cứng Rockwell mũi đâm kim cƣơng HRC tải trọng P =
1500N. Lập kết quả thành bảng
Bảng 5. 6: Kết quả đo độ cứng sau khi thƣờng hóa
Số lần đo Mặt C2 Mặt C1 1 104 116 2 104 117 3 107 119 4 106 119 5 105 115 Giá trị chung 106 2 117 2
5.5.3. Kiểm tra TCTV:
Bảng 5. 7: TCTV mặt C1 sau thƣờng hóa
5.5.5. Trang thiết bị và địa điểm thực hiện:
Thiết bị: + Kính hiển vi + Máy đo độ cứng + Lò điện trở Địa điểm: + Phòng thí nghiệm Vật liệu học – ĐH.SPKT.TPHCM
CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN –KIẾN NGHỊ 6.1. Kết luận:
Đề tài đã giải quyết đƣợc những vấn đề sau:
- Tìm hiểu về các loại dao gia công gỗ định hình trong thực tế hiện nay + Mục đích và công dụng của dao gia công gỗ
+ Các dạng sai hỏng và biện pháp cải tiến dao - Các phƣơng pháp nâng cao tuổi bền của dao
+ Tìm hiểu về cơ sở lý thuyết về hóa nhiệt luyện + Tìm hiểu về công nghệ thấm Bo
- Vật liệu thấm Bo: Hầu hết các vật liệu kim loại, kim loại màu nhƣ thép kết cấu, thép C, thép không gỉ, gang xám, gang dẻo, sắt và thép thiêu kết,… Vật liệu không dùng để thấm B nhƣ là : Nhôm, thép Si chịu lực, thép ổ lăn, thép tôi trong nƣớc,thép tinh luyện, thép nitrit.
- Mục đích và công dụng :
Nhằm tăng độ cứng bề mặt lớp thấm (1500 -2200 HV)
Tăng tính chống mài mòn và ăn mòn trong các môi trƣờng các nhau
Tăng tuổi thọ của thép lên từ 3-10 lần
Làm tăng độ bền nóng cho thép, giữ nguyên độ bền,tính chống mài mòn đến 8000
C - Các phƣơng pháp thấm Bo: thấm Bo thể rắn, thấm Bo bột nhão, thấm Bo thể lỏng, thấm Bo thể khí, thấm Bo plasma, , thấm Bo đa thành phần.
- Xây dựng bài thí nghiệm kiểm tra, phân tích và đánh giá các kết quả.
- Trong quá trình thấm Bo thể lỏng việc kiểm soát nồng độ nguyên tử Bo ở bề mặt chi tiết là tƣơng đối khó khăn,cần xác định lƣợng muối bổ sung sau mỗi lần thấm hoặc thay đổi nhiệt độ và thời gian thấm và sau khi thấm xong lấy chi tiết ra bị kết dính với chất thấm
- Thấm Bo còn cho phép các quá trình nhiệt luyện tiếp theo mà không làm giảm tính chất của lớp Borit
- Thấm Bo rất thích hợp để chế tạo các chi tiết chịu mài mòn và ăn mòn rất cao, hiệu quả làm tăng tuổi thọ nhiều lần so với các trƣờng hợp không thấm Bo.
- Lớp Borit có độ cứng rất cao từ 1500 – 2000 HV, hệ số ma sát nhỏ,chịu nhiệt độ 500-700 , chịu ăn mòn tốt trong các môi trƣờng axit HCl, H2SO4 , H3PO4
6.2. Kiến nghị:
- Chất lƣợng tuổi bền dao phụ thuộc vào nhiều yếu tố từ khâu chọn vật liệu đến các chế độ nhiệt luyện. Bất kỳ một sai sót nào cũng ảnh hƣởng đên chất lƣợng dao. Để có thể kiểm soát quá trình sản xuất khuôn cần thiết phải có sự quản lý thống nhất. Các nƣớc công nghiệp phát triển dao thƣờng đƣợc sản xuất khép kín ở cùng một đơn vị.
- Với mong muốn tiếp tục phát triển đề tài hơn nữa và tạo điều kiện cho các sinh viên khóa sau, nhóm kiến nghị hƣớng phát triển sau:
+ Tiếp tục hoàn thiện và tiến hành thí nghiệm kiểm tra các tính chất khác của lớp thấm Bo: cơ tính, tính mài mòn, tính ăn mòn… để có các kết quả chính xác áp dụng cho các công trình nghiên cứu về sau .
+ Tìm hiểu và thực hiện một số phƣơng pháp thấm Bo khác: thể rắn, điện phân, bột nhão… để hiểu rõ hơn về chúng.
+ Mong lãnh đạo Khoa tăng cƣởng hợp tác với doanh nghiệp bên ngoài để xây dựng một nguồn cung hóa chất phong phú và đầy đủ cho sinh viên học tập và nghiên cứu.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] Tạ Thị Minh Phƣơng – Tạ Văn Thất (2000), Công nghệ nhiệt luyện, NXB Giáo dục. [2] Nguyễn Văn Dán (2009), Công nghệ nhiệt luyện và xử l ề mặt, NXB Đại hoc quốc gia Tp.HCM .
[3] Nguyễn Phú Ấp (1994), Công nghệ hóa nhiệt luyện trong chế tạo máy, NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội .
[4] Trần Thế San (2013) Giáo tr nh vật liệu đại cƣơng, NXB Đại hoc quốc gia Tp.HCM. [5] Nghiêm Hùng (2001), Giáo tr nh kim loại học và nhiệt luyện, NXB Đại hoc sƣ phạm kỹ thuật Tp.HCM
[6] Nguyễn Chung Cảng, Sổ tay nhiệt luyện tập 1, 2, NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội [7] Giáo trình Thí nghiệm Vật liệu học, Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP.HCM
[8] Giáo trình Công nghệ chế biến gỗ, Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP.HCM [9] Arzamaxov, Vật liệu học, NXB Giáo Dục
Tiếng Anh
[10] ASM Handbook Volume 4 Heat Treatment, 9th Edition, The Materials Information Company, Boriding of Steels, pp 978-984, 988-994, USA, 1991.
[11] Mehmet Ali Yorulmaz - An Investigation of Boronriding of Medium Carbon Steels [12] Robert B. Kistler and Cahlt Helvaci - Boron and Boronrates