(1) Các chi tiết trục làm việc trong điều kiện chịu tải trọng lớn, có hình dạng phức tạp, độ chính xác cao hay các chi tiết trục đặc chủng (không thông dụng) khi hao mòn các cổ trục đều chọn ph−ơng án sửa chữa phục hồi mà ít thay thế.
(2) Việc lựa chọn ph−ơng pháp phục hồi phụ thuộc vào đặc điểm kết cấu - công nghệ và điều kiện làm việc của chi tiết trục, giá trị hao mòn, các đặc điểm của công nghệ hồi phục có ảnh h−ởng quyết định đến tuổi thọ các
cổ trục và giá thành hồi phục.
(3) Có rất nhiều cổ trục bị hao mòn trong quá trình làm việc đ^ đ−ợc phục hồi bằng ph−ơng pháp hàn để lấy lại kích th−ớc (kể cả l−ợng d− gia công), sau khi qua gia công cơ khí đ−ợc nhiệt luyện làm bền bề mặt đều có khả năng làm việc rất tốt, thậm chí về cơ tính không thua cơ tính ban đầu.
(4) Hàn đắp phục hồi cổ trục bằng các ph−ơng pháp hàn thông th−ờng, chất l−ợng lớp hàn đắp không cao, làm giảm tuổi thọ và độ tin cậy của các cổ trục sau khi phục hồi.
(5) Việc nghiên cứu lựa chọn một số công nghệ phục hồi cổ trục bị hao mòn, trong đó ph−ơng pháp hàn đắp mới nh− hàn trong môi tr−ờng khí bảo vệ để nâng cao chất l−ợng lớp hàn đắp khi phục hồi cổ trục hao mòn là vấn đề cần thiết. Về bản chất ph−ơng pháp hàn có khả năng phục hồi rất tốt, tuy nhiên ph−ơng pháp hàn lại là ph−ơng pháp khó kiểm tra chất l−ợng bởi vì chất l−ợng mối hàn phụ thuộc nhiều yếu tố và rất khó kiểm tra, vì vậy cần tập trung nghiên cứu, giải quyết.
Nhiệt luyện tăng cơ lý tính tổng hợp và nâng cao độ bền bề mặt các cổ trục nhằm đảm bảo chất l−ợng và độ tin cậy sau khi hồi phục là cần thiết, điều đó hết sức có ý nghĩa đối với các cổ trục làm việc trong điều kiện chịu tải trọng thay đổi, chế độ bôi trơn hở. Thực tế, hồi phục bằng ph−ơng pháp hàn sau đó nhiệt luyện tăng cơ tính và kiểm tra chất l−ợng sau hồi phục đ^ đ−ợc nghiên cứu và thực hiện khá phổ biến trên thế giới và ngay cả trong n−ớc. Song trong một điều kiện rất cụ thể với những thiết bị mới có nh− ở tr−ờng Trung học công nghiệp Việt Đức thì việc nghiên cứu công nghệ mới, khai thác có hiệu quả các thiết bị mới là cần thiết và tập trung giải quyết. Vì vậy, là một cán bộ của tr−ờng tôi chọn nghiên cứu luận văn cao học của bản thân là: Nghiên cứu công nghệ hàn đắp và công nghệ làm bền bề mặt thích hợp để hồi phục các cổ trục bị hao mòn.
Ch−ơng 2
Đối t−ợng và Ph−ơng pháp nghiên cứu
Để giải quyết nhiệm vụ đặt ra cho đề tài luận văn là nghiên cứu công nghệ hàn đắp và công nghệ làm bền bề mặt thích hợp để hồi phục các cổ trục bị hao mòn, cần thiết phải khảo sát các yếu tố công nghệ cơ bản ảnh h−ởng tới chất l−ợng hồi phục, từ đó đ−a ra giải pháp công nghệ nhằm nâng cao chất l−ợng và tuổi thọ của các cổ trục sau khi hồi phục; ph−ơng pháp luận nghiên cứu đ−ợc lựa chọn dựa trên cơ sở các nội dung sau:
2.1. Chọn đối t−ợng nghiên cứu
Để nâng cao chất l−ợng và hạ giá thành khi nghiên cứu ứng dụng công nghệ mới trong sửa chữa hồi phục các cổ trục bị hao mòn, ta chọn đối t−ợng không phải là một chi tiết trục cụ thể mà là mô hình hoá chi tiết trục.
Trong các cổ trục bị hao mòn, th−ờng gặp nhất là các cổ trục có đ−ờng kính từ Φ50 ữ Φ80mm, do đó mô hình đ−ợc chọn nghiên cứu là dạng trục với đ−ờng kính Φ50 ữ Φ80mm và đ−ợc thực hiện trên bề mặt trụ ngoài. Vật liệu đ−ợc chọn nghiên cứu là thép cacbon và thép hợp kim thấp.
Địa điểm phối hợp nghiên cứu là hai trung tâm Sửa chữa máy công cụ và Sửa chữa ô tô của tr−ờng Trung học công nghiệp Việt Đức, Công ty chế tạo Phụ Tùng số 1, Công ty Điêzel Sông Công, khoa Cơ - Điện tr−ờng Đại học nông nghiệp 1 và kiểm tra tại Trung tâm nghiên cứu kỹ thuật cơ khí - tr−ờng Đại học Bách khoa và Viện nghiên cứu Cơ khí Hà Nội.
2.2. Giới hạn nghiên cứu
Công nghệ hàn có rất nhiều ph−ơng pháp hàn đắp khác nhau, chất l−ợng lớp kim loại hàn đắp phụ thuộc rất nhiều vào ph−ơng pháp hàn đắp và các yếu tố ảnh h−ởng. Do đó, trong phạm vi của đề tài chỉ giới hạn nghiên cứu chất l−ợng lớp hàn đắp và một số yếu tố công nghệ cơ bản ảnh h−ởng tới chất l−ợng lớp đắp bằng ph−ơng pháp hàn trong môi tr−ờng khí bảo vệ với điện cực nóng chảy, đ−ợc thực hiện d−ới các hình thức
- Hàn điện cực không nóng chảy với khí bảo vệ là khí trơ TIG (Tungsten Inert Gas)
- Hàn điện cực nóng chảy dạng dây hàn với khí bảo vệ là khí trơ MIG (Metal Innert Gas), hoặc khí hoạt tính bảo vệ MAG (Metal Active Gas)
Để nâng cao chất l−ợng lớp hàn đắp, tiến hành đem đi làm bền bề mặt bằng nhiệt luyện với ph−ơng pháp tôi cao tần, kiểm tra đánh giá tổ chức kim loại và độ cứng của mô hình sau hồi phục so với chi tiết nguyên.
2.3. Ph−ơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Nghiên cứu lý thuyết
Nghiên cứu vật liệu chế tạo trục, yêu cầu cơ tính và thành phần hoá học của các cổ trục, khả năng chịu tải trọng và mài mòn.
Nghiên cứu các yếu tố công nghệ ảnh h−ởng tới chất l−ợng lớp kim loại đắp khi ứng dụng công nghệ hàn trong môi tr−ờng khí bảo vệ để hồi phục kích th−ớc cổ trục. Qua kết quả nghiên cứu tìm ra các yếu tố công nghệ cơ bản trực tiếp ảnh h−ởng tới chất l−ợng lớp đắp, từ đó tìm ra giải pháp công nghệ nhằm nâng cao chất l−ợng lớp đắp khi hàn phục hồi.
Nghiên cứu chế độ nhiệt luyện thích hợp để cổ trục hồi phục có chất l−ợng và cơ tính t−ơng đ−ơng với cổ trục nguyên.
2.3.2. Khảo sát thực nghiệm
Bằng thực nghiệm khảo sát từng yếu tố đầu vào ảnh h−ởng tới các thông số ra theo nguyên tắc là: Thay đổi một số yếu tố cần khảo sát đồng thời cố định các yếu tố đầu vào còn lại, để xác định ảnh h−ởng tới các thông số mục tiêu (chất l−ợng lớp đắp), thăm dò mức độ ảnh h−ởng của các thông số đó làm cơ sở nghiên cứu cho thực nghiệm đa yếu tố.
Các thông số cần thăm dò khi hàn: Điện áp hàn, c−ờng độ dòng điện hàn, l−ợng khí bảo vệ ... Các chỉ tiêu xem xét: Khuyết tật hàn, thành phần hoá học và tổ chức kim loại, độ cứng, độ bền kéo...
Nghiên cứu công nghệ nhiệt luyện làm bền bề mặt cổ trục với các chế độ tôi cao tần.
2.2.3. Ph−ơng pháp xác định và xử lý các số liệu thực nghiệm
Chất l−ợng lớp kim loại đắp phải thoả m^n các yêu cầu kỹ thuật nhất định và phải đảm bảo cơ lý tính, độ tin cậy. Ph−ơng pháp hàn đắp phục hồi kích th−ớc là kết quả tổng hợp của thiết kế hàn, thao tác hàn, lựa chọn vật liệu và kỹ thuật hàn. Chất l−ợng lớp đắp chỉ thoả m^n các yêu cầu khi các điều kiện hàn đ−ợc tính đến đầy đủ trong quá trình thiết kế và thi công. Tuy nhiên, ngay cả khi những điều kiện này đ−ợc thực hiện cẩn thận cũng ch−a đủ để đảm bảo chất l−ợng do quá trình hàn luôn xảy ra những biến đổi luyện kim, biến dạng, ứng suất d− ... do vậy thử nghiệm và kiểm tra là cần thiết sau khi hàn để đảm bảo chắc chắn lớp kim loại đắp đạt yêu cầu.
Trong các kiểm tra, mẫu thử đ−ợc kiểm tra theo qui trình đ−ợc chuyên biệt và kết quả kiểm tra th−ờng đ−ợc trình bày bằng văn bản theo mẫu chuẩn. Quá trình kiểm tra và thể nghiệm đ−ợc thực hiện tuỳ thuộc vào đặc tính kỹ thuật, yêu cầu khảo sát, kiểu kết cấu và các yếu tố môi tr−ờng kể cả về nhiệt độ, ăn mòn hoá học và mài mòn [19]. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong nghiên cứu thực nghiệm, các kết quả đo đ−ợc th−ờng là các đại l−ợng ngẫu nhiên, có độ sai lệch nhất định do ảnh h−ởng của nhiễu. Vì vây để đảm bảo độ tin cậy các thí nhiệm cần lặp lại để đảm bảo xác xuất tin cậy của dụng cụ đo, thiết bị đo.
Để xử lý các số liệu đo, kiểm tra áp dụng các quy tắc của xác xuất thống kê toán học. Các thí nhiệm sau khi đ^ lặp lại n lần đ−ợc giá trị Xi
(i=1..n).
+ Giá trị trung bình của các lần đo: + Sai số bình ph−ơng trung bình:
+ Sai số trung bình: n tb δ δ = ∑ = = n i i X n X 1 1 ( ) 1 2 − − = ∑ n X Xi δ
Giá trị tin cậy đ−ợc tính theo chuẩn Student với mức ý nghĩa α = 0,05 bậc tự do f = α -1, độ tin cậy X ±tα.σtb.
Với các số liệu nghi ngờ kiểm tra bằng quy luật phân bố chuẩn (quy luật 3σ). Với X >3σ thì loại bỏ.
2.2.4. Các chỉ tiêu cần kiểm tra đánh giá + Kiểm tra khuyết tật trong lớp đắp. + Kiểm tra thành phần hóa học của lớp đắp.
+ Kiểm tra cấu trúc kim t−ơng và chụp ảnh kim t−ơng.
+ Kiểm tra độ bám dính của kim loại hàn trên kim loại cơ bản + Kiểm tra độ cứng của lớp hàn đắp.
+ Kiểm tra cấu trúc kim t−ơng lớp đắp sau khi nhiệt luyện. + Kiểm tra độ cứng của lớp đắp sau khi nhiệt luyện.
+ Kiểm tra độ thấm tôi sau nhiệt luyện
Ch−ơng 3
Nghiên cứu lý thuyết
3.1. Nghiên cứu vật liệu và yêu cầu cơ tính của các cổ trục
Để nâng cao chất l−ợng và hiệu quả hồi phục, đảm bảo yêu cầu làm việc của các cổ trục, lớp kim loại đắp phải có thành phần hoá học và cơ lý tính t−ơng đ−ơng với các cổ trục nguyên. Do đó tr−ớc khi hồi phục ta phải nghiên cứu cẩn thận vật liệu và yêu cầu cơ tính của các cổ trục.
3.1.1. Vật liệu chế tạo cổ trục
Vật liệu chế tạo trục và cổ trục th−ờng là các loại thép kết cấu C40, C45 hoặc thép hợp kim 40Cr. Trong tr−ờng hợp đặc biệt quan trọng để truyền tải trọng lớn có thể dùng thép crôm - mangan nh− 35 CrMnV, 40CrMnTiBo và thép crôm - niken 40CrNi; 45CrNi, 30 CrNi3A đ−ợc tôi cải thiện và tôi bằng dòng điện tần số cao tại các bề mặt cổ trục và các bề mặt làm việc chịu mài mòn. Đối với trục làm việc với vận tốc cao, lắp với ổ tr−ợt và yêu cầu có độ cứng bề mặt của trục cao, có thể dùng các loại thép 20Cr, 18CrMn, 12CrNi2, 12CrNi3A đ−ợc thấm cacbon và tôi.
Bảng 3.1 giới thiệu thành phần hoá học của một số mác thép th−ờng dùng để chế tạo chi tiết trục và cổ trục [8].
Bảng 3.1. Thành phần hoá học (%) của một số mác thép dùng làm cổ trục (theo TCVN 1766-75 và ΓΓΓΓOCT 1414-75) Mác thép C(%) Mn(%) Si(%) P(%) S(%) Cr(%) Ni(%) C35 0,32-0,40 0,50-0,80 0,17-0,37 0,040 ≤≤≤≤0,040 0,25 0,25 C45 0,042-0,50 0,50-0,80 0,17-0,37 ≤≤≤≤0,040 0,17-0,37 ≤≤0,25 ≤≤ ≤≤0,25 ≤≤ 20X 0,17 0,50 ≤≤0,17 ≤≤ ≤≤0,035 ≤≤ ≤≤≤≤0,040 0,7-1,1 ≤≤0,30 ≤≤ 40X 0,36 0,50 ≤≤0,17 ≤≤ ≤≤≤≤0.035 0,17-0,37 0,8-1,1 ≤≤0,30 ≤≤
3.1.2. Yêu cầu cơ tính của các cổ trục
* Chống mài mòn là yêu cầu quan trọng của các cổ trục. Nh− chúng ta đ^ biết, yếu tố quan trọng ảnh h−ởng đến tính chống mài mòn đó là độ cứng. Độ cứng của lớp đắp có ý nghĩa quan trọng và là yêu cầu cơ bản nhất về cơ tính của các cổ trục. Độ cứng chỉ biểu thị khả năng chống lại biến dạng dẻo của bề mặt chứ không phải toàn sản phẩm, nếu vật liệu có cấu trúc không đồng nhất (giữa bề mặt trục và lõi), độ cứng thể hiện khả năng chống mài mòn của vật liệu, độ cứng càng cao tính chống mài mòn càng tốt, độ cứng có quan hệ nhất định với giới hạn bền kéo và khả năng gia công [3].
Đối với các cổ trục làm việc trong các ổ tr−ợt th−ờng sử dụng độ cứng HRC (mũi kim c−ơng và P = 150 kG), yêu cầu trị số độ cứng của các cổ trục nằm trong khoảng 40 ữ 67 HRC.
* Độ dẻo dai đối với các cổ trục, trong các chỉ tiêu về độ bền cần quan tâm đến giới hạn chảy vì trong các hệ lắp ghép chính xác không cho phép cổ trục bị biến dạng dẻo. Nhiều cổ trục còn làm việc trong điều kiện tải trọng lớn, thay đổi nên cổ trục cũng phải đảm bảo độ dẻo, độ dai nhất định.
* Nhiệt độ các cổ trục lắp trong các ổ tr−ợt th−ờng làm việc trong môi tr−ờng có nhiệt độ thay đổi lớn vì vậy lớp kim loại đắp hồi phục phải đáp ứng đ−ợc yêu cầu này.
Để đạt đ−ợc các yêu cầu cơ tính tổng hợp cao nh− vậy, lớp kim loại sau khi đắp hồi phục cần đ−ợc nhiệt luyện. Bảng 3.2. giới thiệu cơ tính của của một số mác thép dùng chế tạo cổ trục [16]
Bảng 3.2. Cơ tính của mác thép (theo TCVN 1766-75) Giới hạn bền kéo Giới hạn chảy Giới hạn mỏi Đội dai va đập Mác thép Ph−ơng pháp nhiệt luyện Độ cứng HB kG/mm2 kG/cm2 C35 - Th−ờng hoá - Tôi cải thiện
- Tôi và ram đạt độ cứng 33 ữ 43 HRC 178 321ữ375 52ữ65 68ữ72 90ữ95 28 48ữ50 75ữ85 17 23 7 C45 - ủ - Th−ờng hoá - Tôi cải thiện
- Tôi và ram đạt độ cứng 38 ữ 48 HRC 149ữ187 197ữ207 357ữ430 53ữ58 60ữ75 75ữ82 90ữ103 28-30 32 50ữ52 70ữ80 24 30 40 5 20X - Th−ờng hoá - Tôi cải thiện
- Thấm than, tôi và ram đạt độ cứng 56 ữ 62 HRC 143ữ179 217ữ235 46ữ60 70 95 30ữ40 50 80 24 30 42 40X - ủ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Tôi cải thiện
- Tôi và ram đạt độ cứng 46 ữ 50 HRC 187ữ217 230ữ260 62ữ75 85ữ95 130ữ150 40 65ữ73 120ữ135 30 40 68
3. 2. Nghiên cứu công nghệ hàn đắp trong môi tr−ờng khí bảo vệ để hồi phục các cổ trục bị hao mòn
3.2.1. Vật liệu hàn trong môi tr−ờng khí bảo vệ 3.2.1.1. Khí bảo vệ
Khí bảo vệ th−ờng là khí trơ nh− Ar, He hoặc khí hoạt tính nh− CO2. Ngoài ra cũng có thể sử dụng hỗn hợp khí. Nói chung khí bảo vệ có chức năng ngăn không cho không khí tiếp xúc với vùng hàn, đồng thời gây ảnh h−ởng lên các đặc tr−ng của hồ quang, dạng dịch chuyển kim loại điện cực vào vùng hàn, các thông số hình học của mối hàn, tốc độ hàn, xu h−ớng cháy lõm mép hàn và hiệu ứng bắn phá lớp oxit bề mặt [21].
* Khí Argon (Ar) Argon là khí trơ, phân tử chỉ chứa một nguyên tử đ−ợc trích từ khí quyển bằng ph−ơng pháp hoá lỏng không khí và tinh chế độ tinh khiết 99,9%. Khí đ−ợc cung cấp trong các bình áp suất cao hoặc ở dạng lỏng với nhiệt độ d−ới -1840C trong các thùng chứa lớn. Tỷ trọng của khí Ar là 1,33 lần so với không khí. Sau khi ra khỏi mỏ hàn, Ar tạo thành lớp bảo vệ phía trên vùng hàn. Ar cung cấp tính ổn định hồ quang nh− nhau đối với dòng điện xoay chiều AC và dòng một chiều DC đồng thời tác dụng làm sạch tốt với dòng điện hàn xoay chiều AC.
Khí Ar th−ờng không đ−ợc sử dụng riêng rẽ khi hàn thép cacbon và thép hợp kim thấp. Thay vào đó ng−ời ta bổ xung vào đó một l−ợng oxy hoặc khí CO2 có tác dụng làm cho hồ quang ổn định .
* Khí Heli (He) cũng là một loại khí trơ, phân tử chỉ chứa một nguyên tử, có trọng l−ợng riêng khoảng 1/10 so với khí Ar, đ−ợc trích từ khí tự nhiên. He có nhiệt độ hoá lỏng thấp (-2720C), do đó th−ờng đ−ợc chứa trong các bình áp suất cao. He có tính dẫn nhiệt cao hơn do đó đòi hỏi điện áp hồ quang lớn hơn so với Ar. Khí He bảo vệ chi tiết hàn dày tốt hơn so với Ar và th−ờng dùng cho những vật liệu có độ dẫn nhiệt cao hoặc nhiệt độ nóng chảy cao và hàn cơ khí hoá tốc độ cao. Khí He tạo hồ quang rất ổn