Các mẫu thép SKD11, khuôn dập nguội (dập vuốt và dập sâu)
2.1.2. địa ựiểm nghiên cứu
- Phòng thắ nghiệm Kim loại học, khoa Cơ điện, trường đại học Nông nghiệp Hà Nội
- Phòng Kỹ thuật ựo lường, khoa Cơ điện, trường đại học Nông nghiệp Hà Nội
- Xưởng nhiệt luyện, Trung tâm thực hành và ứng dụng kỹ thuật, trường đại học Bách khoa Hà Nội
- Phòng thắ nghiệm Kim loại học và nhiệt luyện, khoa Khoa học và công nghệ Vật liệu, trường đại học Bách khoa Hà Nội
2.2. Quy trình thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Sơựồ thực nghiệm
a) Chuẩn bị mẫu và kiểm tra tổ chức tế vi ở trạng thái cung cấp
Mẫu thép SKD11 ở trạng thái cán nóng, ựường kắnh Φ35, do công ty trách nhiệm hữu hạn một thành viên cơ khắ Thăng Long cung cấp. Mẫu ựã ựược phân tắch thành phần hóa học trên thiết bị phân tắch quang phổ của Viện cơ
khắ và máy mỏ cho kết quả gần giống với thành phần hóa học của thép
SKD11 (JIS). Mẫu thép cung cấp ựược kiểm tra tổ chức tế vi nhằm xác ựịnh hình dạng cacbit và sự phân bố trên nền thép, trên cơ sở ựó có thể ựưa ra ựược
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...56
quy trình nung tôi phù hợp ựể nhận ựược cơ tắnh tốt nhất. Mẫu ựược ựem ựi rèn xuống kắch thước Lx20x10 mm.
Hình 2.1. Sơựồ nghiên cứu
- Rèn phôi: nếu cacbit trong mẫu ban ựầu có dạng ựa cạnh, nhỏ, phân bố ựều thì không cần rèn. Lúc này rèn phôi chỉ ựể tạo mẫu nghiên cứu theo kắch thước nhất ựịnh. Nếu thép có tổ chức cacbit xương cá thô thì phải rèn ựể phá tổ chức này, nhằm nhận ựược cacbit sơ cấp nhỏ mịn và phân tán. điều này ựảm bảo cho quá trình nung khi nhiệt luyện có thể hòa tan cacbit với thời gian giữ nhiệt nhỏ, tránh ựược lớn hạt do phải nâng nhiệt ựộ tôi (hoặc kéo dài thời gian giữ nhiệt) mà vẫn không thể hòa tan ựược hết lượng cacbit sơ cấp.
Kiểm tra tổ chức tế vi ở trạng thái cung cấp và sau rèn.
Thử mài mòn Tôi Thấm Nitơ Ram Chụp ảnh tổ chức đo ựộ cứng
Quy trình công nghệ thấm nitơ cho thép SKD11 Mẫu thép (công ty TNHHNN MTV Thăng long cung cấp) Xử lý mẫu trước thắ nghiệm đo ựộ cứng Chụp ảnh tổ chức Nhiễu xạ Rơnghen
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...57
- Ủ: sau rèn nếu chế ựộ giữ nhiệt tốt, phôi rèn có thể tiến hành gia công cơ. Nếu phôi bị biến cứng do tốc ựộ nguội lớn thì tiến hành ủ ựể làm mềm phôi ựồng thời khử triệt ựể ứng suất sau rèn. Phương pháp thực hiện thường là
ủ ựẳng nhiệt: nung trên Ac1 + (20-40oC), giữ ựẳng nhiệt dưới Ac1 ựể nhận
ựược tổ chức peclit hoàn toàn thuận lợi cho gia công cơ.
Hình 2.2. Kắch thước mẫu thắ nghiệm
- Cắt mẫu: từ phôi ban ựầu cắt các mẫu kắch thước 20x10x8 (mm)
- Mài mẫu: mẫu ựược mài thô ựể hết bavia vết cắt và hết vảy oxit bên ngoài. Bề mặt mẫu mài ựến giấy giáp số 400 ựể thuận lợi cho việc nghiên cứu sau ựó.
- đánh số các mẫu với số hiệu quy ựịnh b) Quy trình nhiệt luyện
- Quy trình tôi: ` Hình 2.3. Quy trình tôi thép SKD11 20mm Thời gian ToC Dầu nóng 1050 850 650 30Ỗ 50Ỗ 40-50Ỗ 10mm 8mm
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...58
Mẫu ựược làm sạch trước khi mang nhiệt luyện, sau ựó ựược xếp vào trong hộp thép hình trụ Φ60 có chiều dày thành hộp 3mm, các mẫu ựược xếp cách nhau, xung quanh ựược bao bọc bởi than hoa ựể tránh thoát cacbon và ôxi hóa. Than hoa trước khi dùng làm chất bảo vệ trong quá trình nung tôi cần ựược sấy khô.
Mẫu ựược nung tôi theo theo qui trình trên hình 2.3, nhiệt ựộ tôi là 1050oC với 2 chế ựộ với thời gian giữ nhiệt ở nhiệt ựộ tôi khác nhau: 25 phút và 50 phút, mục ựắch là ựánh giá khả năng hòa tan cacbit và ựộ cứng sau tôi. Tốc ựộ nung giai ựoạn 1 là 150oC/h, giai ựoạn 2 là 200oC/h và giai ựoạn 3 là 200oC/h. Trước khi mang ram, mẫu ựược chụp ảnh tổ chức tế vi và ựo ựộ cứng sau tôi. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Qui trình ram: sau khi tôi mẫu phải ựem ram ngay ựể tránh tổ chức ổn
ựịnh làm cho hiệu quả của ram không cao (khoảng 50-70oC) theo qui trình
trên hình 2.4.
Khảo sát tại hai nhiệt ựộ ram khác nhau là 530oC và 560oC, với mục ựắch xác ựịnh ựộ cứng thắch hợp cho khuôn dập sâu và dập vuốt và ảnh hưởng của quá trình thấm nitơ ựến ựộ cứng này. Sau ram, các mẫu ựược chụp ảnh tổ chức tế vi và ựo ựộ cứng thô ựại.
Hình 2.4. Quy trình ram thép SKD11 Thời gian 1 h 1h 560 T oC 560
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...59
c) Quy trình thấm nitơ thể khắ
Sau khi thực hiện các chế ựộ ram khác nhau, thông qua kiểm tra cơ tắnh và tổ chức sau ram ta lựa chọn ựược nhiệt ựộ ram thép sao cho ựảm bảo nhiệt ựộ thấm nitơ không ảnh hưởng tới tổ chức của nền. đề tài tiến hành khảo sát thấm nitơ tại nhiệt ựộ cố ựịnh, với chế ựộ lưu lượng khắ khác nhau, thời gian thấm khác nhau và phương pháp thấm khác nhau, ựảm bảo sự chênh lệch nhiệt ựộ so với nhiệt ựộ ram là (30- 50)oC.
Trên cơ sở nhiệt ựộ ram, ựề tài chọn nhiệt ựộ thấm nitơ thắch hợp, khắ thấm sử dụng là khắ NH3, khảo sát với hai yếu tố ảnh hưởng là lưu lượng khắ thấm và thời gian thấm.
Chi tiết ựược thấm tại xưởng Nhiệt luyện thuộc bộ môn VLH, xử lý nhiệt
và bề mặt trường đH Bách Khoa HN. Quy trình thấm ựược mô tả trên hình
2.5.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...60
Quy trình thực hiện:
- Chi tiết ựược mài sạch lớp vảy oxit bên ngoài, mài bóng tới giấy 600. Trước khi ựưa vào lò chi tiết ựược rửa bằng cồn 90o, sau ựó ựược rửa lại bằng nước sôi, lau khô ựể làm sạch bụi bẩn, dầu mỡ trên bề mặt chi tiết.
- Khi nhiệt ựộ lò ựạt 300oC cho chi tiết vào lò, ựồng thời cấp khắ N2 với lưu lượng khoảng 80 Ờ 100 (l/h) ựể ựuổi ôxy ra khỏi lò, bảo vệ mẫu không bị oxy hóa.
- Khi nhiệt ựộ lò ựạt 450oC tiến hành cấp khắ NH3 vào lò với lưu lượng bằng một phần hai lưu lượng khắ thấm, giảm bớt lưu lượng N2 xuống còn 60 l/h.
- Khi lò ựạt nhiệt ựộ thấm, tiến hành cung cấp NH3 theo lưu lượng thấm. Sau 5 phút tắt hoàn toàn khắ N2. Cấp nước làm mát bắch lò ựể tránh ảnh hưởng tới ựộ phân hủy của NH3 ngay từ khi mới bắt ựầu vào lò.
- Sau khoảng 30 phút khi lò ổn ựịnh ở nhiệt ựộ thấm và cấp khắ ổn ựịnh, tiến hành ựo ựộ phân hủy NH3. Cứ tiếp tục như vậy sau khoảng 30 Ờ 45 phút
thì tiến hành ựo ựộ phân huỷ NH3 một lần.
- Khi ựủ thời gian thấm, tắt lò nhưng vẫn giữ nguyên lượng khắ thấm. Khi nhiệt ựộ lò giảm xuống 480oC thì giảm bớt lưu lượng khắ NH3.
- Do ựiều kiện thắ nghiệm nên ựề tài chỉ có thể làm nguội và cấp khắ tới nhiệt ựộ 380oC. Sau ựó tiến hành bịt kắn ống thoát khắ ra khỏi lò nhằm giữ lượng NH3 trong lò ựược lâu hơn.
- Mẫu sau khi thấm ựược cắt ngang bề mặt, gá trên gá kẹp, mài, ựánh bóng và tẩm thực ựể quan sát và chụp ảnh tổ chức tế vi của lớp thấm ở bề mặt. - đo ựộ cứng tế vi từ bề mặt mẫu vào trong lõi, thiết lập ựồ thị phân bố ựộ cứng tế vi từ bề mặt vào bên trong ựể ựánh giá tắnh chất của lớp thấm
- Tiến hành chụp nhiễu xạ Rơn ghen ựể xác ựịnh các pha tạo thành trong lớp thấm.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...61
2.2.2. Phương pháp kiểm tra
a) đo ựộ cứng thô ựại sau khi tôi và ram
Xác ựịnh cơ tắnh của thép sau nhiệt luyện. Số lượng vết ựâm là 3 vết, lấy
kết quả trung bình. Do ựặc thù của thép là có rất nhiều cacbit hợp kim chắnh vì vậy khi ựo nếu thấy hiện tượng ựộ cứng tăng bất thường thì tiến hành ựo lại.
b) độ cứng tế vi (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Xác ựịnh ựược chiều sâu lớp thấm nitơ. c) Chụp ảnh tổ chức tế vi
Quan sát ảnh tổ chức tế vi ựể có thể thấy ựược hiệu quả của nhiệt luyện và thấm nitơ từ ựó kết hợp với cơ tắnh thu ựược ựể ựưa ra các yêu cầu về chế ựộ nhiệt luyện hay thấm phù hợp.
d) Mài mòn
Thực hiện trên hai mẫu, một mẫu sau tôi và ram tại 560oC, một mẫu sau
tôi và ram tại 560oC ựồng thời kết hợp với thấm nitơ ựể thấy ựược hiệu quả
của quá trình tạo lớp thấm trên bề mặt khuôn. e) Phân tắch pha
Xác ựịnh các pha nào tồn tại trong lớp thấm bằng phương pháp nhiễu xạ Rơnghen. đồng thời dự báo các pha xuất hiện bằng cách xây dựng giản ựồ pha bằng phương pháp Thermocal.
2.2.3. Thiết bị thắ nghiệm
a) Lò nung tôi
Sử dụng lò tôi Nabertherm của đức, công suất P = 3,6 kW. Với ưu ựiểm ựặt ựược thời gian nung và giữ nhiệt, ựồng thời nhiệt ựộ tối ựa của lò có thể
ựạt 1280oC tạo ựiều kiện thuận lợi cho quá trình khảo sát chế ựộ nung tôi thép
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...62 Hình 2.6. Lò nung theo chu trình
b) Lò ram và lò thấm
Với mục ựắch tránh ảnh hưởng của nhiệt ựộ ram tới nhiệt ựộ thấm nitơ do sự sai khác về chênh lệch nhiệt ựộ của lò gây ra, ựề tài ựã sử dụng quy trình ram và quy trình thấm nitơ trên cùng một lò.
- Công suất: 5kw
- Nhiệt ựộ tối ựa: 1000oC. - Thể tắch làm việc của lò: 8 lắt.
- Trong quá trình thấm hệ thống nắp lò ựược làm nguội bằng nước làm nguội liên tục.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...63
- Khắ thấm ựược ựưa vào lò thông qua hệ thống ựiều chỉnh lưu lượng do hãng Kobold của đức sản xuất.
Hình 2.8. Bảng ựiều chỉnh lưu lượng khắ
2.2.4. Thiết bị kiểm tra và nghiên cứu
- Máy ựo ựộ cứng thô ựại: ARK - 600 (Mitutoyo).
Hình 2.9 Máy ựo ựộ cứng thô ựại
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...64 Hình 2.10. Máy ựo ựộ cứng tế vi
- Kắnh hiển vi quang học: Axiovert 25 với phần mềm xử lý ảnh ImagePro plus.
Hình 2.11. Kắnh hiển vi quang học Axiovert 25
- Máy ựo hệ số mài mòn và cường ựộ mài mòn: loại máy TE97 Friction and wear demonstrator của hãng Phoenix Tribology Anh: tốc ựộ quay 10-200 vòng/phút, tải trọng lớn nhất là 50N.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...65 Hình 2.12. Máy thử mài mòn
- Máy phân tắch thành phần hóa học bằng quang phổ phát xạ: thực hiện trên máy phân tắch quang phổ thuộc Viện nghiên cứu máy mỏ.
- Máy phân tắch nhiễu xạ Rơnghen: của Viện Vật lý kỹ thuật trường đH Bách Khoa Hà Nội. Loại máy XỖPert PRO của hãng PANalytical sản xuất tại Hà Lan. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...66
- Thiết bị ựo ựộ phân hủy NH3:
Hình 2.14. Tthiết bịựo ựộ phân hủy NH3
Hình 2.15. Sơựồựo ựộ phân hủy NH3
1. Ống làm lạnh ựể ựưa khắ về ựiều kiện tiêu chuẩn 2. Cột nước ựiều chỉnh và thước ựo ựộ phân huỷ 3. Van xả khắ ra ngoài
4. Van dẫn khắ từ lò vào ựể phân tắch và dẫn khắ sang bộ phận lọc khắ 5. Ống thông nhau ựể sục khắ cần phân tắch
6. Bình nước ựẩy và hút khắ trong hệ thống phân tắch * Chuẩn bị dụng cụ ựo:
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...67
- Cho nước vào bình (5) khoảng mực nước ở giữa bình - Cho nước vào bình (6) khoảng 3/4 bình
- Cho ựường nước tuần hoàn ựi qua ống (1) ựể làm nguội khắ ựến đKTC. Nối ống và lấy khắ từ lò vào thiết bị
*Quy trình ựo:
Bước 1: đuổi hết khắ ra khỏi hệ thống ựo. Van 3 mở, van 4 ựóng, nhấc bình 6 cho cột nước trong ống 2 ở vịt trắ cao nhất, sau ựó ựóng van 3, mở van 4 nối thông sang ống b rồi hạ bình 6 xuống. Như thế cột nước trong ống thông nhau sẽ nâng lên hết trong bình thông bên trái, không khắ bị ựuổi hết trong bình ựo bên trái.
Tiếp theo ta ựóng van 3, nối thông van 4 sang ống a rồi nhấc bình 6 lên ựể cột nước nâng lên vị trắ I, như vậy không khắ bị ựuổi hết trong ống 2, sau ựó ựóng van 4. Như vậy trong hệ thống hoàn toàn kắn.
Bước 2: mở van (4) ựể lấy khắ ựi từ ựường (a) sang ựường (c) ựồng thời hạ bình (6) xuống dưới ngang vị trắ (II) ựể lấy khắ từ lò vào. Khi khắ vào tới vị trắ (II) thì khoá van (4) lại.
Bước 3: mở van (4) ựể khắ ựi từ ựường (c) sang ựường (b) ựồng thời nâng bình (6) lên cao (cao hơn van số (4) ựể ựẩy khắ sang bình (5)) Lặp lại thao tác nâng hạ bình (6) ựến khi thể tắch khắ không ựổi
Bước 4: Hạ bình (6) xuống cho khắ về hết ống (2), khoá van (4) ựiều chỉnh ựể mực nước trong bình (6) và ống (2) ngang nhau, ựọc kết quả ựộ phân hủy.
2.2.5. Thiết bị phụ
- Máy cắt tinh: Lobotom-3 do hãng Struers sản xuất, tốc ựộ cắt 2960 (vòng/phút), tần số sử dụng 50Hz. Máy cắt sử dụng dung dịch Emulsi 20% ựể làm nguội mẫu trong quá trình cắt tránh ảnh hưởng tới tổ chức của mẫu.
- Máy ựánh bóng: là máy tự tạo, sử dụng dạ mài kết hợp với dung dịch oxit crôm ựể ựánh bóng mẫu.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...68
CHƯƠNG III:
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Thành phần hóa học và tổ chức tế vi của thép SKD11 trước nhiệt luyện luyện
3.1.1. Thành phần hóa học
Việc nghiên cứu, xác ựịnh thành phần hóa học và tổ chức thép ở trạng thái cung cấp là cần thiết, ựặc biệt do SKD11 là thép hợp kim cao, dễ tạo cacbit xương cá, ựiều này sẽ giúp ựưa ra ựược các quy trình xử lý nhiệt chắnh xác và hiệu quả.
Thành phần hóa học của mác thép SKD11 ựược xác ựịnh bằng phương
pháp phân tắch quang phổ phát xạ. Kết quả ựược thể hiện trong bảng 3.1.
Bảng 3.1. Thành phần hóa học thép SKD11 nghiên cứu
Nguyên tố C Si Mn P S Cr Mo V Ni Hàm lượng (%) 1,77 0,26 0,42 0,018 0,003 11,3 0,74 0,2 0,28 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nhận thấy rằng, thành phần hóa học của thép nằm trong phạm vi cho phép theo tiêu chuẩn JIS. Tuy nhiên, hàm lượng Mo và V ựều nằm giới hạn dưới. đây là các nguyên tố có tác dụng tạo cacbit và ựặc biệt có vai trò giữ nhỏ hạt khi nung tôi. Do vậy, cần lưu ý tránh nung quá lâu làm thép lớn hạt.
3.1.2. Tổ chức tế vi của thép SKD11 trước khi nhiệt luyện
Ảnh tổ chức tế vi của thép ở trạng thái cung cấp và sau rèn, kết quả ảnh chụp ựược ựưa ra trên hình 3.1; 3.2 và 3.3.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...69
Hình 3.1. Thép SKD11 ở trạng thái cung cấp (X500)
Hình 3.2. Thép SKD11 sau rèn (tiết diện ngang phương rèn X500)
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...70
Nhận xét:
- Tổ chức ở trạng thái cung cấp cho thấy cacbit ựã ựược rèn tương ựối kỹ,