D O= Kτ 0,5 (1.6) Trong đó:
4.1Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo
3. ảnh h−ởng của hàm l−ợng Al đến đặc tính cơ lý
4.1Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo
• Về thành phần phối liệu ban đầu
Các thí nghiệm lựa chọn các thông số công nghệ ép - thiêu kết tối −u dựa theo thành phần cơ bản của VLMSTK nền sắt nh− nêu ở phần tổng quan, cụ thể nh− bảng 4.1.
Bảng4.1 Thành phần phối liệu mẫu khảo sát các thông số công nghệ
Nguyên liệu Graphit SiO2 SiC Cu Fe
Thành phần, % 8-9 8 5-7 8 còn lại
• Các b−ớc công nghệ và thông số công nghệ
Sơ đồ công nghệ chế tạo vật liệu theo ph−ơng pháp luyện kim bột đã đ−ợc trình bày trên hình 2.6. Đối với vật liệu ma sát thiêu kết, công nghệ chế tạo gồm có 3 công đoạn chính sau :
- Nhào trộn bột nguyên liệu, - ép tạo hình,
- Thiêu kết.
Các nghiên cứu về đặc điểm cấu trúc của vật liệu đã cho thấy qui trình nhào trộn bột để tạo mẫu thí nghiệm là khá hiệu quả. Điểm quan trọng nhất trong quy trình nhào trộn bột này, là đã sử dụng dung môi là dẫn xuất của hyđrocacbon để cố định tạm thời hỗn hợp sau quá trình nhào trộn nhằm chống phân lớp trong quá trình di chuyển và nạp liệu vào khuôn ép.
- B−ớc 1: chuẩn bị và nhào trộn nguyên liệu
Bột nguyên liệu đ−ợc cân chính xác theo tỷ lệ cho mỗi mẻ trộn. Các loại bột đ−ợc nhào trộn trong máy trộn côn, theo nguyên lý trộn khuếch tán nh−
+ Bột Fe và Cu đ−ợc đ−a vào trộn tr−ớc với thời gian từ 20 ữ 25 phút, nhằm đồng đều thành phần.
+ Bột graphit, SiC, SiO2 đ−ợc trộn cùng nhau trong thời gian khoảng 15 phút. Sau đó đ−a vào trộn cùng hỗn hợp bột Fe - Cu với thời gian khoảng 15 ữ 20 phút.
+ Cho 3% xăng hoặc aceton vào hỗn hợp đã trộn và tiếp tục trộn đều với cánh khuấy trong vòng 3-5 phút.
- B−ớc2: ép chi tiết
ép vật liệu ngay trong vòng 2 giờ kể từ khi trộn. Quy trình ép đ−ợc thống nhất cho toàn bộ các mẫu nh− sau:
+ Chuẩn bị khuôn,
+ Cân và đổ hỗn hợp bột đã trộn vào khuôn, + Dàn đều hỗn hợp,
+ Lắp chày ép trên vào khuôn, + Căn chỉnh vị trí khuôn,
+ Điều khiển máy ép (chạy hành trình tự động nh− sau: di chuyển nhanh bàn ép trên → ép với lực ép đã đặt tr−ớc → giữ lực ép trong vòng 8 giây → bàn ép trên tự động di chuyển lên),
+ Quay đầu khuôn, tháo chày ép d−ới và điều khiển máy để lấy mẫu ép ra khỏi khuôn.
Lực ép đ−ợc xác định bằng số liệu thực nghiệm. Khảo sát tổng quan thấy rằng, với vật liệu ma sát thiêu kết nền sắt, nếu lực ép d−ới 3 tấn/cm2 sẽ làm cho vật liệu có cơ tính không cao, nếu lực ép lớn hơn 5 tấn/cm2 dễ làm cho vật ép bị nứt khi tháo khuôn do hiệu ứng đàn hồi của vật liệu.
Hiện t−ợng tăng tr−ơng thể tích phôi ép d−ới tác dụng của ứng suất trong quan sát thấy khi thôi tác dụng lực ép cũng nh− khi đẩy phôi kim loại ra khỏi khuôn ép, gọi là hiện t−ợng đàn hồi sau ép. Phần lớn phôi kim loại dãn rộng đàn hồi sau ép sẽ xảy ra hầu nh− tức thời (tại thời điểm đẩy phôi ra khỏi khuôn ép), còn phần còn lại sẽ xảy ra sau một thời gian nhất định, có khi kéo dài đến vài ngày.
Hiệu ứng đàn hồi theo chiều cao phôi ép lớn hơn theo chiều rộng và ở trong khoảng 5- 6% (chiều rộng khoảng 3%), điều đó liên quan với mối quan
hệ lực ép dọc lớn hơn so với lực bên và liên quan với biến dạng đàn hồi của khuôn ép mà nhờ nó sau khi thôi tác dụng lực chiều cao phôi tăng lên. Ngoài ra, tiêu hao áp lực ép do ma sát với thành khuôn ép cũng có ảnh h−ởng tới sự chênh lệch hiệu ứng đàn hồi sau, theo chiều cao phôi kim loại. Hiệu ứng đàn hồi sau một phần sẽ làm giảm ứng suất trên các vùng tiếp xúc. Sự tiếp xúc gián đoạn giữa các hạt kim loại trên một khoảng lớn có thể dẫn đến sự xuất hiện vết nứt gọi là phân lớp, đôi khi dẫn đến sự phá huỷ kim loại.
Việc sử dụng chất bôi trơn trong quá trình ép sẽ làm giảm hiệu ứng đàn hồi sau, đặc biệt trong tr−ờng hợp sử dụng chất bôi trơn tích cực (bảng 4.2).
Bảng 4.2 ảnh h−ởng chất bôi trơn tới hiệu ứng đàn hồi sau khi ép
Độ gia tăng thể tích sau khi ép, % Vật liệu áp lực ép, (tấn/cm2) Không bôi trơn
Dầu vazơlin Axit olenin và xăng
Đồng 2,5 4,0 1,15 1,20 1,10 1,10 0,25 0,35 Thiếc 0,5 1,0 0,91 0,96 0,88 0,89 0,12 0,08 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nh− vậy việc sử dụng dung môi trong quá trình nhào trộn không những có tác dụng chống phân lớp mà còn có tác dụng làm giảm độ gia tăng thể tích sau khi ép.
ảnh cấu trúc của vật liệu với lực ép là 2,5 tấn/cm2 trên hình 4.1a cho thấy do lực ép ch−a đủ nên vẫn còn có thể quan sát đ−ợc biên giới các hạt sắt, ng−ợc lại trên hình 4.1b với lực ép là 4,5 tấn/cm2 cho thấy các hạt sắt đã biến dạng và ranh giới giữa chúng đã không còn rõ nét.
Hình 4.1: Cấu trúc của vật liệu ma sát thiêu kết nền sắt với các lực ép khác nhau chụp trên kính hiển vi quang học; x 100
a- lực ép 2,5 tấn/cm2; b- lực ép 4,5 tấn/cm2
Bằng các số liệu thực nghiệm trên rất nhiều mẫu ép, đề tài đã xác định đ−ợc lực ép phù hợp cho vật liệu ma sát nền sắt là từ 4,0 đến 4,5 tấn/cm2.
- B−ớc3: thiêu kết
Đề tài đã tiến hành khảo sát hai môi tr−ờng thiêu kết khác nhau: + Môi tr−ờng chân không,
a)
+ Môi tr−ờng khí trơ là Ar.
So sánh hai môi tr−ờng thiêu kết trên nhận thấy, vật liệu ma sát nền sắt khi thiêu kết trong môi tr−ờng chân không th−ờng sinh ra nhiều khí (ví dụ khí CO) làm khó khăn cho quá trình vận hành thiết bị.
Lò thiêu kết là loại lò có khí bảo vệ (khí Ar). Đầu tiên lò đ−ợc hút chân không sơ cấp và đ−ợc nung nóng đến 3500C (trong quá trình nung nóng vẫn liên tục hút chân không). Tiếp theo khí Ar đ−ợc xả vào lò và duy trì áp suất d−ơng + 0,5 atm.
Bằng rất nhiều thực nghiệm chúng tôi đã xác định đ−ợc nhiệt độ giữ nhiệt là 1080 0C. V−ợt qúa giới hạn này, sản phẩm (mẫu) sẽ bị nứt, điều này đ−ợc minh hoạ rõ nét trên hình 4.2
Hình 4.2: Mẫu bị nứt khi nhiệt độ thiêu kết v−ợt quá 10800C Sơ đồ qui trình nâng nhiệt đ−ợc trình bày tại hình 4.3.
Hình 4.3 Quy trình thiêu kết vật liệu ma sát nền sắt trong môi tr−ờng Ar
800oC Nhiệt độ 700oC Xả khí Ar lần 1 Thời gian(h) 1080oC 2h 2h 1,5h 2,5h Xả khí Ar lần 2 Xả khí Ar lần 3 Để nguội < 1500C