Trong phần này, tỏc giả Luận văn ủó trỡnh bày khỏi quỏt ủược những nội dung chớnh sau ủõy:
1) đó giới thiệu, phõn tớch chi tiết cỏc quỏ trỡnh xảy ra khi ộp tạo hỡnh bột kim loại. Trong ủú tỏc giả ủó ủi sõu phõn tớch sự biến ủổi về mặt cơ lý tớnh của cỏc hạt kim loại trong quỏ trỡnh tỏc dụng lực ộp.
2) Phõn tớch ủỏnh giỏ ảnh hưởng của lực ộp tới mật ủộ vật ộp từ bột kim loại. Trong ủú tỏc giả ủó ủưa ra ủược những sơủồ phõn bố mật ủộ vật ộp từ bột kim loại theo nhiều phương khỏc nhau khi cú tỏc dụng của lực ộp. Tỏc giả cũn ủề cập ủến những nghiờn cứu về mặt lý thuyết và thực nghiệm của cỏc nhà khoa học về quan hệ
giữa lực ộp và mật ủộ vật ộp từ bột kim loại, kết hợp với thực tiễn ủểủưa ra quan hệ
lực ộp và mật ủộ vật ộp theo từng bột kim loại một cỏch tốt nhất.
3) đưa ra ủược kết luận về ủộ bền của phụi ộp từ bột kim loại qua cỏc giai
ủoạn ủoạn của quỏ trỡnh ộp bột tạo hỡnh phụ thuộc vào vật liệu bột nguyờn liệu ủặc và cú giỏ trị khỏc nhau: vật liệu kim loại bột của càng mềm thỡ ủộ bền của phụi ộp càng tốt.
Chương 3
VẬT LIỆU, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU 3.1. Chọn vật liệu và cỏc bước thớ nghiệm:
Bài toỏn ủặt ra là nghiờn cứu bằng thực nghiệm cụng nghệ ộp - thiờu kết hồn hợp bột sắt cú trộn cỏc hạt cứng W ủể nõng cao cơ tớnh vật liệu sau thiờu kết so với bột sắt mua của hóng HOGANAS cú sẵn, nhằm mục ủớch sử dụng cho việc chế tạo thử nghiệm một số sản phẩm luyện kim bột ủiển hỡnh như tay biờn ủộng cơ xe mỏy C70, C100. Sự thay ủổi ủộ xốp và mật ủộ tương ứng, cựng cỏc chỉ tiờu cơ lý nhưủộ
cứng (HB) và ủộ bền (σ) của cỏc mẫu vật liệu xốp, chế tạo bằng phương phỏp luyện kim bột từ hỗn hợp bột sắt hợp kim hoỏ mua của hóng HOGANAS (Thuỵđiển) tuỳ
theo chế ủộ ộp tạo hỡnh trước thiờu kết, bản thõn quỏ trỡnh thiờu kết ủược ủề cập trong cụng trỡnh này.
Vật liệu sử dụng ủể chế tạo cỏc loại tay biờn ủộng cơ ụ tụ, xe mỏy thụng thường là thộp hợp kim mỏc 40XΓM và cỏc mỏc thộp tương ủương của Liờn Xụ trước ủõy. Trong Luận văn này, tỏc giả sử dụng vật liệu: bột sắt của hóng HOGANAS cú ủộ hạt trung bỡnh θ ≤ 125 àm, thành phần cỏc nguyờn tố húa học trong hỗn hợp bột nguyờn liệu ủầu vào tớnh theo khối lượng: [19] và sau ủú nghiền trộn thờm 0,5 ữ 1,5 %TiC với ủộ hạt nhỏ hơn 0,5 mm.
3.2. Thiết bị và phương phỏp tiến hành thớ nghiệm:
Cỏc bước thớ nghiệm thực hiện trờn cỏc trang thiết bị chuyờn dụng theo trỡnh tự
sau:
Ớ Kiểm tra hành phần hoỏ học của bột kim loại ủược thử nghiệm là kiểm tra lại thành phần hoỏ học bằng phương phỏp phõn tớch quang phổ;
Ớ Cõn khối lượng: hỗn hợp bột ủược cõn thành từng tỳi nhỏ cho từng mẻ ộp bằng cõn ủiện tử cú ủộ chớnh xỏc là 10 - 6 gam (hỡnh 3.1);
Ớ Rõy chọn cỡ hạt: Hỗn hợp bột kim loại ủược rõy sàng ủể chọn cỡ hạt bằng rõy lưới của Trung Quốc, sau ủú ủược trộn với phụ gia với tỷ lệ 8-10% tớnh theo thể
tớch;
Ớ Nghiền trộn: trờn mỏy trộn kiểu ly tõm hành tinh (hỡnh 3.2);
Ớ ẫp bột tạo mẫu: dựng ủể ộp tạo hỡnh và ộp tinh chỉnh sản phẩm gồm cú mỏy ộp thuỷ lực DZ-40 của đức (hỡnh 3.3 ) cú lực ộp tối ủa 300 tấn;
Ớ Thiờu kết sản phẩm ộp từ bột: Sử dụng lũ ủiện trở ống graphit tại Viện Cụng nghệ Bộ Quốc phũng, cú nhiệt ủộ nung tối ủa 1.700 0 C (hỡnh 3.4).
Ớ điều chỉnh nhiệt ủộ bằng biến trở vụ cấp, nhiệt ủộ lũ ủược xỏc ủịnh bằng hoả quang kế (trong lụ thớ nghiệm thăm dũ cụng nghệ).
Ớ Thiết bị tạo mụi trường khớ bảo vệ: khớ bảo vệ H2ủược tạo ra trong thiết bị
tạo khớ H2 sử dụng sỳt tỏc dụng với kiềm. Sau ủú khớ H2ủược ủưa qua thiết bị làm lạnh ủến − 50 C ủể loại bỏ hơi nước và ủược gia nhiệt trước khi ủưa vào lũ hoàn nguyờn hay lũ thiờu kết (hỡnh 3.5).
Ớ Thiết bị thử kộo nộn: Mỏy thử kộo nộn kỹ thuật số (hỡnh 3.6);
Ớ Dập núng mẫu tay biờn xe mỏy C70, C100: thực hiện trờn mỏy dập trục khuỷu 350 tấn tại Cụng ty Cổ phần Dụng cụ Cơ khớ xuất khẩu Ờ Bộ Cụng Thương (hỡnh 3.7);
Ớ độ xốp γ (%) ủược xỏc ủịnh bằng phương phỏp cõn thuỷ tĩnh;
Ớ Mật ủộ ρ (g/cm3) tương ứng với cỏc giỏ trị ủộ xốp γ (%) ủược tớnh toỏn theo cụng thức trong phần phương phỏp xử lý số liệu thực nghiệm.
Ớ Xử lý cỏc số liệu thống kờ thực nghiệm bằng phần mềm tin học chuyờn dụng của tỏc giả[ 23 ]. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hỡnh 3.1. Mỏy nghiền trộn bột kim loại kiểu ly tõm hành tinh.
Hỡnh 3.2. Thiết bị cõn ủiện tử dựng ủể xỏc ủịnh cỏc cấu tử bột thộp hợp kim sau thiờu kết và biến dạng dẻo
Hỡnh 3.3. Mỏy ộp thớ nghiệm ộp bỏnh răng DZ Ờ 40
Hỡnh 3.5. Mỏy ủiều chế khớ bảo vệ hydrụ cung cấp cho lũ thiờu kết kim loại bột
Hỡnh 3.7. Mỏy dập trục khuỷu 350 Tấn ủể dập núng tạo hỡnh phụi tay biờn ủộng cơ xe mỏy C70, C100 sau thiờu kết từ bột sắt
(Cụng ty CP dụng cụ cơ khớ xuất khẩu )
3.3. Phương phỏp tiến hành thớ nghiệm:
3.3.1. Cỏc bước thực hiện thớ nghiệm:
1. Chuẩn bị bột: Yờu cầu chung của bột kim loại dựng ủể sản xuất cỏc chi tiết mỏy như sau:
+ Bột kim loại phải cú mật ủộ tương ủối cao: độ xớt chặt của bột trước khi ộp sẽ gúp phần quan trọng ủể giảm chiều cao khuụn ộp tạo hỡnh sản phẩm và tăng ủộ
chảy ủiền ủày sơ bộ khuụn khi nạp liệu và khi ộp.
+ Cú tớnh khả ộp: Nhờ tớnh khả ộp, sản phẩm cú ủộ bền vững cơ học cần thiết
ủể thỏo ủược ra khỏi khuụn và ủặt vào hộp ủem thiờu kết mà khụng bị biến dạng, sứt mẻ...
Sau khi cú ủược bột cú thành phần và ủộ hạt yờu cầu, ta phải trộn bột với chất kết dớnh và bụi trơn. Khi ộp bột thộp hợp kim, thường dựng stờorat kẽm hoặc cao su tự nhiờn pha xăng nhẹ làm chất kết dớnh và bụi trơn.
2. ẫp nguội tạo hỡnh mẫu thử cơ-lý tớnh và sản phẩm từ bột kim loại:
Lực ộp truyền trong bột kim loại khỏc với truyền trong chất lỏng theo ủịnh luật Pascan: ỏp lực truyền theo phương thành khuụn nhỏ hơn theo phương thẳng
ủứng và do ma sỏt nờn ỏp lực giảm dần theo chiều cao.
đối với phụi dập tay biờn ủộng cơ xe mỏy cú chiều cao so với ủường kớnh của nú tương ủối nhỏ (gần bằng 1 ữ 1,5) nờn cú thể dựng khuụn kim loại ộp một chiều. Trong trường hợp này, ủộ chờnh ỏp lực ộp và do ủú mật ủộ của sản phẩm cũng chờnh nhau khụng nhiều trong thể tớch chi tiết ộp. Cỏc chế ủộ ộp bột tạo hỡnh
ủược qui ủịnh trong bảng 2.1 Quy hoạch thực nghiệm (QHTN). đõy là phương phỏp
ủơn giản và cú hiệu quả nhất vỡ khuụn ủơn giản và dễ chế tạo hơn. ỏp lực riờng khi ộp bằng phương phỏp này tương ủối lớn do ủú cần cú cỏc mỏy ộp cú lực ộp lớn (ủến 350 tấn lực).
3. Thiờu kết vật ộp từ bột kim loại:
Quỏ trỡnh thiờu kết vật ộp từ bột kim loại cú ảnh hưởng quyết ủịnh ủến chất lượng của chi tiết mỏy. Chếủộ cụng nghệ hợp lý sẽ cho kết quả mong muốn: cỏc hạt kim loại bột sẽ ủược hàn với nhau bằng nhiệt nhờ hoàn nguyờn cỏc màng oxớt của cỏc hạt, tạo liờn kết cỏc hạt từ liờn kết cơ học chuyển sang thành liờn kết kim loại và giảm ủộ xốp, tăng cơ tớnh của sản phẩm.
Thụng thường phụi sau khi ộp ủịnh hỡnh ủược nung núng (thiờu kết) trong mụi trường khớ bảo vệở nhiệt dộ TTK≈ 0,75 Tn.ch (Tn.ch - nhiệt ủộ núng chảy của hợp kim cú thành phần hoỏ học tương ủương). Phụi sau thiờu kết ủược ủỏnh dấu ký hiệu theo mó số quy ủịnh của QHTN.
4. Thớ nghiệm dập núng biến dạng kim loại xốp sau thiờu kết:
Do nhiều nguyờn nhõn: mật ủộ chi tiết sau ộp tạo hỡnh và thiờu kết khụng ủều nờn co ngút nhiệt khụng ủều, hệ Fe - C sau thiờu kết cú sự nở, hỡnh dỏng hỡnh học khụng ủối xứng, trong chi tiết ộp nguội cú ứng suất dư, khuụn biến dạng ủàn hồi...
Cỏc nguyờn nhõn trờn dẫn ủến chi tiết kim loại bột sau thiờu kết cú thể bị
cong vờnh biến dạng, khỏc với sản phẩm cần chế tạo. Hơn nữa, mật ủộ chi tiết ủạt
ủược cũn chưa cao, ủộ xốp cũn lớn.
ẫp tinh chỉnh chi tiết mỏy luyện kim bột sau thiờu kết là nguyờn cụng cần thiết ủể cho chi tiết cú mật ủộ cao, ủộ bền cao, kớch thước hỡnh học chớnh xỏc cần thực hiện ở trạng thỏi núng là tốt nhất.Ngoài ra, nhiệt luyện chi tiết kim loại bột sau khi ộp tinh chỉnh là nguyờn cụng cuối cựng trong quỏ trỡnh tạo ra sản phẩm kim loại bột cú tổ hợp cỏc tớnh chất cơ lý tớnh ủỏp ứng yờu cầu sử dụng.
Cỏc bước thớ nghiệm này ủược tiến hành như sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Nung núng nhanh phụi xốp trong hộp bảo vệ cú phủ kớn bằng bột Al2O3 và bột than hoạt tớnh;
+ Dập núng từng phụi riờng biệt theo chếủộ biến dạng tương ủối chỉủịnh; + Phõn loại, ủỏnh số ký hiệu mẫu trong từng loạt phụi cú chế ủộ biến dạng khỏc nhau ủể khảo sỏt cơ - lý tớnh và cấu trỳc tế vi.
3.3.2. Phương phỏp kiểm tra, ủỏnh giỏ cơ - lý tớnh vật liệu sau thiờu kết:
1. Xỏc ủịnh cỏc chỉ tiờu cơ-lý tớnh vật liệu bột sau thiờu kết và biến dạng dẻo: theo cỏc phương phỏp thử quy ủịnh tại tiờu chuẩn quốc tế thụng dụng;
2. Nghiờn cứu khảo sỏt cấu trỳc tế vi vật liệu sau thiờu kết và biến dạng dẻo
ủược thực hiện trờn kớnh hiển vi ủiện tử ỏnh sỏng cú kết nối với phần mềm phõn tớch Material- Pro- Analyzater của Mỹ;
3. Xỏc ủịnh mật ủộ ( khối lượng riờng ) của vật liệu.
Trong cỏc thớ nghiệm trờn, ủó ỏp dụng hai cỏch ủo mật ủộ: cỏc thớ nghiệm ủối với VL1 thỡ dựng phương phỏp cõn thuỷ tĩnh (ỏp dụng ủịnh luật ỏcsimột), cũn ủối với VL2 thỡ dựng phương phỏp ủo thể tớch và cõn khối lượng.
a- Phương phỏp ủo thể tớch và cõn khối lượng:
* Phương phỏp thụng thường:
Cỏc mẫu cần ủo tỷ trọng ủược gia cụng thành cỏc khối lập phương, ủược mài phẳng và ủo cỏc cạnh a, b h bằng panme cú ủộ chớnh xỏc 10 - 2mm. Như vậy thể tớch
phõn ủộ ding cho cỏc chi tiết cú hỡnh dỏng phức tạp thỡ ủộ chớnh xỏc ủạt ủược thấp hơn nhiều (do nước cú sức căng mặt ngoài, do vật liệu cũn lỗ xốp ...).
Sau khi ủo thể tớch, cỏc mẫu này ủược cõn ủể xỏc ủịnh khối lượng m trờn cõn cú ủộ chớnh xỏc 10- 3 gam. Mật ủộủược tớnh toỏn theo cụng thức:
ρ = axbxh m V m = (3.1) * Phương phỏp cõn thuỷ tĩnh:
Cụng việc ủược tiến hành theo trỡnh tự như sau: mẫu ủược ngõm trong chất lỏng trong bỡnh hỳt chõn khụng, thời gian khoảng 2 giờủể chất lỏng ủiền ủầy cỏc lỗ
xốp. Chất lỏng thường dựng là xylen do khả năng tẩm ướt rất tốt.
+ m1 - khối lượng của mẫu chưa thấm tẩm (dựng phương phỏp cõn khối lượng). + m2 - khối lượng của mẫu ủó thấm tẩm (dựng phương phỏp cõn khối lượng). Ta cú: m2 = m1 + ρxl . Vlỗ (3.2)
Trong ủú: ρxl - tỷ trọng của xylen; Vlỗ là thể tớch cỏc lỗ xốp do xylen chiếm chỗ. + m3 - khối lượng của mẫu ủó thấm tẩm và cõn trong trạng thỏi nhỳng chỡm trong xylen ( cõn bằng phương phỏp cõn thuỷ tĩnh ).
m3 = m2 - ρxl x Vt (3.3) Trong ủú: Vt - thể tớch do mẫu ủó thấm tẩm chiếm chỗ trong xylen (thể tớch dung dịch xylen tăng thờm khi nhỳng mẫu ủó thấm tẩm vào), m3 ủo ủược nhỏ hơn m2 do lực ủẩy ỏcsimột. Mật ủộ của mẫu sẽ là: ρ = m V m m m t xl 1 1 2 3 = − ρ . (3.4) Như vậy chỉ cần cõn mà khụng cần ủo thể tớch, vẫn xỏc ủịnh ủược mật ủộ.
3.4. Cơ sở lý thuyết xõy dựng mụ hỡnh toỏn học mụ phỏng cụng nghệ
3.4.1. Chọn hàm mục tiờu mụ hỡnh hoỏ:
Cỏc nhà nghiờn cứu ứng dụng lý thuyết cơ bản ủó xỏc ủịnh ủược rằng, ủa số
cỏc giỏ trị ngẫu nhiờn thường gặp trong cụng nghệ gia cụng chế tạo một sản phẩm cụ thể nào ủú ủều tuõn theo ủịnh luật phõn bố tiờu chuẩn hoặc gần với tiờu chuẩn.
Khi nghiờn cứu quỏ trỡnh ộp thiờu kết kim loại bột trong quy mụ phũng thớ nghiệm thỡ ủiều quan trọng cần phải xỏc ủịnh ủược là hàm mục tiờu cú thể tuõn theo
ủịnh luật phõn bố lý thuyết nào? Chỳng tụi giải bài toỏn này bằng cỏch xỏc lập mụ hỡnh toỏn học ủể ủưa ra mối tương quan giữa chỉ tiờu ủỏnh giỏ bằng số chất lượng vật liệu sau thiờu kết thụng qua hàm mục tiờu ủộ xốp (γ - %) hoặc mật ủộ (ρ - g/cm3) như một hàm số của cỏc thụng sốủộc lập gồm:
Y = f (P, T, t , θd ... ) (3.5)
Theo mụ hỡnh toỏn học nhận ủược ở dạng (3.5) cú thể giới hạn ủược phạm vi
ủiều chỉnh cỏc thụng số cụng nghệ chủ yếu tựy theo cỏc giỏ trị tớnh toỏn ủộ xốp hoặc mật ủộ yờu cầu, với hệ số qui hồi trong ủiều kiện thử nghiệm. độ xốp vật liệu hợp kim bột phải ủược khống chế từ ủiều kiện tối ưu ủể quỏ trỡnh thiờu kết xẩy ra tốt nhất, ủồng thời ủảm bảo sau khõu dập tinh chỉnh sản phẩm cú mật ủộ nhỏ nhất
γMIN≤ γ≤γMAX ; ρ = ρMIN (3.6) trong ủú: γMAX - Giới hạn ủộ xốp tối ủa cho phộp;
γMIN - Giới hạn ủộ xốp tối thiểu cho phộp; (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ρMIN - Giới hạn mật ủộ xốp tối thiểu cho phộp.
3.4.2. Phương phỏp xử lý số liệu thực nghiệm bằng thống kờ toỏn học;
Tớnh toỏn cỏc giỏ trị trung bỡnh của yếu tố lựa chọn X, độ lệch quõn phương (Dispersi) S2X, ủộ lệch tiờu chuẩn SX và sai số tớch luỹ ∆XΣ như sau:
1). Nếu Xi là giỏ trịủo ủộ xốp hoặc mật ủộ tương ứng, thỡ:
Xi = (aiổθi) (3.7)
Ởủõy: ai - sốủo của Xi; θi - sai số của dụng cụủo; i - chỉ số ký hiệu thụng sốủược ủo.
Sai số tương ủối trong trường hợp này là: δi/ai (3.8) 2). Khi ủú giỏ trị sai số tuyệt ủối là: ∆Xi = δi.ai (3.9.)
Ớ Vớ dụ: Gọi γ - là giỏ trịủộ xốp:
Với sai sốủo ủạc ủộ xốp tuyệt ủối: θγ = ổ (2 - 5) g/cm3 Khi ủú sai số tương ủối là: δ = θ/γ ;
Sai số tuyệt ủối là: ∆γP = δγ .γ Sai số tổng cộng là: ∆γΣ = δγ.γ + θγ 3). Xỏc ủịnh giỏ trị trung bỡnh yếu tố lựa chọn: --- n_ X = ∑ Xi / n ; n=1, 2, 3,... (3.10.) i=1 n 4). độ lệch quõn phương: S2X = ∑ (Xi -X)2/ (n-1) ; n=1,2,3,... (3.11) i=1
5). Sai số tiờu chuẩn: SX = √S2X (3.12) 6). Sai số tớnh luỹ của yếu tố: ∆XΣ = √(t∝(K).S2X)2/ n + ∆X2 (3.13)