B. Nội dung chính báo cáo
2.6.Xác định công nghệ gia công bạc trượt từ phôi bimetal
Từ hình 1.10 đã nêu ở chương 1 cho thấy: từ băng bimetal thép – hợp kim chịu mòn nói chung có 3 phương án triển khai chế tạo bạc trượt dạng hai nửa và dạng ống. Tuy nhiên, với mục tiêu đề tài này đặt ra là chế tạo một số bạc trượt lắp cho động cơ xe ô tô tải đến 3,5 tấn và xe ô tô con 4-9 chỗ ngồi thuộc dạng hai nửa, nên phương án công nghệ gia công bạc trượt được chọn là theo phương án 1, với các bước cơ bản là:
1) Cắt phôi theo tính toán đủ lượng dư chế tạo bạc hai nửa, sử dụng máy dập và khuôn dập cắt tương ứng;
2) Dập uốn tạo hình 1/2 phôi bạc, sử dụng máy dập và khuôn dập tương ứng; 3) Dập vấu chống xoay, sử dụng máy dập và khuôn dập vấu;
4) Tiện tin mặt trong và tiện rãnh dầu, khoan lỗ cấp dầu, sử dụng máy tiện vạn năn hoặc chuyên dùng, tốt nhất là máy tiện điều khiển số để đảm bảo độ chính xác cao của bạc trượt;
5) Tạo lớp phủ bảo vệ bạc trượt băng phương pháp mạ.
Những bước gia công cơ khí nói trên đều được thwucj hiện tại Xí nghiệp bạc trượt bimetal thuộc Công ty TNHH MTV Cơ khí Ngô Gia Tự là cơ sở sản xuất bạc trượt có đủ điều kiện về thiết bị gia công và kinh nghiệm lâu năm trong việc nàỵ
Kết luận chương 2:
Trong chương 2 này đã trình bày những nội dung chính sau đây:
1) Đề xuất mô hình thí nghiệm đúc cán và hàn nổ tạo phôi bimetal thép 08Kn – hợp kim nhôm AO9-2 có tính khả thi trong điều kiện Việt Nam để lựa chọn được vùng giá trị tối ưu của các thông số đầu vào khảo sát, đảm bảo được tính chất tổng hợp của vật liệu bimetal cao nhất;
2) Giới thiệu phương pháp lấy mẫu giám định chất lượng vật liệu bimetal thép 08Kn – hợp kim nhôm AO9-2 sau hàn nổ và cán để xác định độ bền bám dính 2 lớp, cũng như khảo sát tổ chức kim loại trên bề mặt tiếp xúc giữa chúng;
3) Khái quát về phương pháp tiến hành thực nghiệm làm cơ sở khoa học cho việc lựa chọn chế độ công nghệ: nấu luyện, đúc cán tạo phôi vật liệu hợp kim nhôm AO9-2; hàn nổ bimetal thép – hợp kim nhôm; xử lý nhiệt phôi đúc và phôi bimetal sau hàn nổ, trong quá trình cán; thử nghiệm mòn nhanh lớp hợp kim nhôm AO9-2 trong phòng thí nghiệm; tiến trình gia công cơ khí bạc trượt dạng hai nửa từ băng bimetal;
Chương 3.
NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHỈNH CÔNG NGHỆ TẠO PHÔI BIMMETAL THÉP – HỢP KIM NHÔM CHỊU MÒN LÀM BẠC TRƯỢT 3.1. Quy trình nấu luyện, đúc và cán thỏi hợp kim nhôm chịu mòn AO9-2
Trong báo cáo chuyên đề 3 đề tài này đã nêu cụ thể việc tiến hành thí nghiệm đúc phôi hợp kim nhôm chịu mòn AO9-2 để làm paket hàn nổ với lớp nền thép 08Kпtrong công đoạn tạo phôi vật liệu bimetal thép – hợp kim nhôm. Còn trong chuyên đề 5 đã đề cập các kết quả nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thực nghiệm nấu luyện, đúc, biến dạng dẻo (cán) và nhiệt luyện hợp kim nhôm nói chung và hợp kim nhôm chịu mòn nói riêng. Đặc biệt là đã trích dẫn một số mác hợp kim nhôm chịu mòn tiêu chuẩn của các nước như Nga, Anh Mỹ (bảng 2.9&2.10- Phụ lục).
Trên hình 2.2 đã giới thiệu lò trung tần được sử dụng để nấu luyện hợp kim nhôm chịu mòn hiện đang hoạt động tại Xưởng thực nghiệm đúc của Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Bộ Công Thương. Sơ đồ công nghệ nấu luyện, đúc, cán hợp kim nhôm AO9-2 chuẩn bị cho việc hàn nổ tạo phôi vật liệu bimetal thép 08Kп – hợp kim nhôm (Al-1050 + AO9-2) cho trên hình 3.1. Nồi nấu luyện hợp kim nhôm bằng graphit phấn chì, có dung tích đạt 50 kg/mẻ luyện.
Hình 3.1. Sơđồ công nghệ nấu luyện, đúc thỏi hợp kim nhôm AO9-2 và cán chuẩn bị phôi
paket hàn nổ vật liệu bimetal thép 08Kп – hợp kim nhôm (Al-1050 + AO9-2)
1. Cân chuẩn bị phối liệu Al;
Sn; Cu và phụ gia
2. Nâng nhiệt phôi liệu thỏi Al trong nồi nấu
luyện bằng dòng điện cảm ứng trung tần
4. Khuấy trộn đều hợp kim nóng
chảy, khử khí trong hợp kim
3. Đưa nguyên tố hợp kim hóa Sn, Cu vào
thành phần Al nóng chảy
5. Nung khuôn đúc kim loại đến
nhiệt độđúc rót hợp kim nhôm
(Tkh = 400 OC)
6. Rót HKN nóng chảy AO9-2 vào khuôn
đúc kim loại, làm nguội trong không khí (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
7. Tháo khuôn, kiểm tra sơ bộ thỏi đúc
AO9-2, kiểm tra thành phần hóa học
8. Nhiệt luyện (ủđồng đều hóa)
thỏi đúc hợp kim nhôm AO9-2
9. Phay bỏ khuyết tật hai lớp bề mặt
thỏi đúc hợp kim nhôm AO9-2
10. Cán nguội thỏi đúc hợp kim nhôm
AO9-2 đến kích thước yêu cầu theo chiều
dày, dài và rộng cho phôi paket hàn nổ
11. Cán nguội thỏi đúc hợp kim nhôm
AO9-2 đến kích thước chiều dày yêu cầu
cho phôi paket hàn nổ
12. Kết thúc quá trình tạo phôi hợp
kim nhôm AO9-2 cho công đoạn
Theo sơ đồ nguyên lý công nghệ trên hình 3.1 và sử dụng lò trung tần, khuôn đúc kim loại (hình 3.2 a,b) đã thực hiện việc phối liệu thành phần hợp kim đúc, đồng thời sử dụng các thiết bị thí nghiệm khác đã nêu trong chuyên đề 2 phục vụ việc xử lý nhiệt (ủ đồng đều hóa sau đúc), cán nguội đến kích thước yêu cầu làm phôi paket hàn nổ tạo vật liệu bimetal thép 08Kп – hợp kim nhôm (Al-1050 + AO9-2) đạt yêu cầụ
3.1.1. Kiểm tra thành phần hóa học hợp kim đúc AO9-2
Bằng phương pháp điều chỉnh tăng dần các nguyên tố hợp kim hóa Sn, Cu trong mẻ nấu luyện và đúc thỏi hợp kim nhôm chịu mòn từ giá trị ở mức cận dưới lên mức trung bình và mức cận trên (bảng 3.1) ta nhận được các mẫu đúc tương ứng và đánh số thứ tự để tiến hành kiểm tra thành phần hóa học của hợp kim. Việc phân tích thành phần hóa học hợp kim chịu mòn đầu tiên được đưa mẫu phân tích quang phổ tại Trung tâm kiểm định vật liệu - Viện KHCN Cơ khí năng lượng Mỏ (Bộ Công Thương), nhưng kết quả phân tích có sai số lớn, nên không sử dụng phương pháp nàỵ
Đồng thời với việc thử phân tích quang phổ, nhóm nghiên cứu tiến hành phân tích hợp kim đúc bằng phương pháp hóa ngay tại Viện KHCN Mỏ - Luyện kim, kết qủa cho trong bảng 3.2
Bảng 3.2. Kết quả phân tích thành phần hóa học hợp kim nhôm chịu mòn AO9-2 đúc Hàm lượng các nguyên tố chính, % khối lượng
Ký hiệu mẫu Sn Cu Tạp chất khác Al Mác hợp kim tương ứng 1 8,54 1,62 ≤ Còn lại A09-2 (-) 2 9,32 1,93 ≤ Còn lại AO9-2 3 9,86 2,03 ≤ Còn lại AO9-2 (+)
Ghi chú: (-) Mác vật liệu với hàm lượng Sn, Cu ở mức dưới danh nghĩa; (+) Mác vật liệu với hàm lượng Sn, Cu ở mức trên danh nghĩa (so với tiêu chuẩn ngành)
Nhận xét:
Phương pháp kiểm định vật liệu chuẩn bị cho hàn nổ tạo phôi bimetal thép – (nhôm + hợp kim nhôm) đã trình bày trong Chuyên đề 2, phôi hợp kim nhôm AO9-2 đúc và phôi thép 08Kп được kiểm tra thành phần hóa học. Kết quả thí nghiệm cho trong bảng 3.2, cho thấy so với mác hợp kim AO9-2 theo Tiêu chuẩn ngành của Nga là đạt yêu cầu về thành phần hóa học các nguyên tố hợp kim hóa chính Sn, Cụ
3.1.2. Kiểm tra khuyết tật hợp kim đúc AO9-2
Các khuyết tật của thỏi hợp kim nhôm AO9-2 sau khi đúc được phát hiện thấy sau khi phay bỏ lớp kim loại bề mặt và đã được đề cập trong chuyên đề 3 của đề tài nàỵ Một số dạng khuyết tật cơ bản của thỏi hợp kim nhôm đúc cho trên hình 3.2 dưới đâỵ Nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng này là do trong mẻ nấu luyện và đúc đầu tiên chúng tôi đã không sử dụng khí bảo vệ hợp kim trong quá trình nấu luyện.
Để khắc phục hiện tượng trên, đề tài đã tiến hành lô nấu luyện hợp kim AO9-2 trong môi trường có khí bảo vệ. Kết quả cho thấy không còn hiện tượng rỗ khí trong thỏi hợp kim nhôm, ngay cả khi chưa cần phay bổ một lớp kim loại bề mặt như ở trường hợp lô thí nghiệm đầu tiên. Ví dụ như: trên hình 3.3 thể hiện ảnh chụp hiện trạng bề mặt thỏi hợp kim nhôm AO9-2 sau khi đúc của 04 mẫu lô số 1, còn hình 3.4 – 05 mẫu lô đúc số 2 thuộc loạt thí nghiệm điều chỉnh công nghệ đúc.
Như vậy, việc điều chỉnh chế độ nấu luyện hợp kim nhôm chịu mòn trong loạt thí nghiệp lặp đã cho kết quả tốt. Chất lượng vật liệu hợp kim sau khi đúc đảm bảo yêu cầu tốt để sử dụng cho việc cán tạo băng làm paket hàn nổ.
Hình 3.2. Một số dạng khuyết tật đúc thỏi hợp kim nhôm AO9-2
a) b) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.3. Lô số 1 mẫu thí nghiệm đúc hợp kim nhôm AO9-2 có kích thước hình học
H x B x L = 135 x 20 x 300 mm: a) Bề mặt phôi đúc và sau phay bỏ lớp khuyết tật đúc;
b) 04 mẫu đúc lô số 1
a) b)
Hình 3.4. Lô số 1 mẫu thí nghiệm đúc hợp kim nhôm AO9-2 có kích thước hình học
H x B x L = 135 x 20 x 350 mm: a) Bề mặt phôi đúc và sau phay bỏ lớp khuyết tật đúc;
3.2. Nghiên cứu chếđộ hàn nổ tạo phôi bimetal thép 08Kn – hợp kim nhôm AO9-2
3.2.1. Hàn nổ thăm dò công nghệ
Trong chuyên đề 4 đề tài này đã trình bày kết quả thí nghiệm hàn nổ tạo phôi bimetal thép 08Kn – hợp kim nhôm AO9-2 ở một số chế độ thăm dò cũng như điều chỉnh công nghệ điển hình trong quy hoạch thực nghiệm. Nổi bật nhất là các mẫu cho trên hình 3.5 dưới đây:
a)
b)
c)
Hình 3.5. Hình thái bề mặt lớp hợp kim nhôm AO9-2 mẫu thăm dò công nghệ sau hàn nổ
(Kích thước mẫu B xL = (60 -75) x 200 mm)
Kết quả hàn nổ ở một số chế độ thăm dò công nghệ (hình 3.5) cho thấy:
- Bề mặt lớp hợp kim nhôm AO9-2 có những vết nhăn do tác động mạnh của thuốc nổ với mức độ khác nhau, từ mức cho phép (hình 3.5 a, b) đến mức khuyến cáo không nên áp dụng chế độ hàn nổ cao (hình 3.5 c). Những vết nhăn này trong quá trình cán tiếp theo có thể sẽ là nguyên nhân gây xếp lớp thành khuyết tật ẩn trong lớp hợp kim AO9-2 và làm giảm chất lượng bạc trượt;
- Kiểm tra sơ bộ về khả năng bám dính của lớp hợp kim nhôm AO9-2 với lớp nền thép 08Kn đã xác định được những mẫu thí nghiêm thăm dò công nghệ nói trên đều đạt yêu cầu (phương pháp kiểm tra sơ bộ chất lượng bám dính 2 lớp bimetal có thể tham khảo trong tài liệu Tiêu chuẩn kỹ thuật của một nhà máy sản xuất băng bimetal làm bạc trượt của LB Nga và báo cáo chuyên đề của đề tài đã đề cập);
- Từ các kết quả thí nghiệm hàn nổ thăm dò công nghệ nói trên, đề tài đã lựa chọn các mức điều chỉnh thông số nổ (r, h) và nhận được kết quả hàn nổ tạo phôi bimetal ở các chế độ nổ tương đối phù hợp với cặp vật liệu thép 08Kn và hợp kim nhôm AO9-2 trong nghiên cứu nàỵ
3.2.2. Kết quả thí nghiệm hàn nổ sau điều chỉnh công nghệa). Phương án hàn nổ lớp nhôm với lớp nền thép a). Phương án hàn nổ lớp nhôm với lớp nền thép
Trong công trình này nhóm nghiên cứu đã thực hiện theo phương án 1: thí nghiệm không qua lớp màng mỏng công nghệ chống khuyếch tán nhằm mục đích làm giảm khả năng hình thành các liên kim loại hệ Fe-Al như sau:
+ Bước 1: phải hàn nổ trực tiếp lớp nhôm lót trung gian (Al-1050) có chiều dày HAl = 1,0 mm với nền thép (08Kп) có chiều dày HFe = 4 ÷ 6 mm;
+ Bước 2: hàn nổ lớp hợp kim nhôm AO9-2 có chiều dày HAO* = 5 mm với bề mặt lớp nhôm Al-1050 đã được hàn với lớp thép trước đó (trên tấm bimetal thép 08Kп – nhôm Al-1050). Trên hình 3.6 là ảnh chụp hình thái bề mặt lớp nhôm AO9-2 của một số mẫu bimetal thép 08Kп – (Al-1050+AO9-2) sau hàn nổ theo phương án 1 trên đâỵ
(Nọ1) (Nọ2) (Nọ3) (Nọ4) Hướng nổ
Hình 3.6. Ảnh chụp hiện trạng bề mặt lớp hợp kim nhôm AO9-2 trên các mẫu bimetal thép
08Kп – hợp kim nhôm (Al-1050 + AO9-2), hàn nổ theo phương án 1 (B1 = 60, L1 = 200 mm)
b). Phương án hàn nổ 2 lớp nhôm + hợp kim nhôm với lớp thép 08Kп
Phương án thí nghiệm 2 được thực hiện như sau:
+ Bước 1: hàn nổ lớp nhôm Al-1050 với lớp hợp kim nhôm AO9-2, sau đó cán nguội từ chiều dày tổng cộng 2 lớp Al-1050 + AO9-2 từ chiều dày (1,0 + 17,5) mm xuống chiều dày ‘
+ Bước 2: hàn nổ 2 lớp (nhôm Al-1050 + hợp kim nhôm AO9-2) sau khi cán nguội như trình bày ở trên với lớp thép 08Kп để tạo phôi vật liệu bimetal thép 08Kп – (nhôm Al + hợp kim nhôm AO9-2). Kết quả chụp ảnh hình thái bề mặt lớp hợp kim nhôm AO9-2 trên các mẫu thí nghiệm nhận được ở phương án 2 cho trên hình 3.7.
(Nọ5) (Nọ6) (Nọ7) (Nọ8) (Nọ9) Hướng nổ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.7. Ảnh chụp hính thái bề mặt lớp hợp kim nhôm AO9-2 trên các mẫu bimetal nhôm
(Al-1050) – hợp kim nhôm (AO9-2), hàn nổ theo phương án 2 (B2 = 75, L2 = 400 mm)
Nhận xét:
Phân tích hình thái bề mặt lớp hợp kim nhôm AO9-2 trên mẫu vật liệu bimetal thép 08Kп – (nhôm Al-1050 + hợp kim nhôm AO9-2) nhận được ở các chế độ quy hoạch thực nghiệm khác nhau ở cả 2 phương án hàn nổ cho thấy:
- Ở phương án 1 khi hàn nổ lớp nhôm Al-1050 có chiều dày nhỏ với lớp thép 08Kп và sau đó mới hàn nổ lớp hợp kim nhôm AO9-2, đồng thời với chế độ hàn nổ theo quy hoạch thực nghiệm chọn ở mức thấp (mẫu số 01; 02; 03; 04) cho phép nhận được kết quả là hình thái bề mặt lớp nhôm Al-1050 khá tốt, không bị biến dạng bề mặt do tác động của sóng va đập trong quá trình hàn nổ. Tuy nhiên độ bền bám dính sơ bộ giữa các lớp kim loại sau hàn nổ ở các thí nghiệm này còn ở mức thấp;
- Ở phương án 2 khi hàn nổ 2 lớp (Al-1050 + AO9-2) và sau đó cán nguội xuống kích thước yêu cầu để hàn nổ với lớp thép 08Kп, ngoài việc pahir sử dụng khối lượng thuốc nổ lớn hơn so với phương án 1 (do lớp hợp kim nhôm hàn nổ có kích thước chiều dày nhỏ hơn), còn có ảnh hưởng mạnh của các thông số nổ được chọn ở các chế độ cao hơn (mẫu số 05; 06; 07; 08; 09). Đó là những chế độ nổ với khối lượng thuốc nổ, hàm lượng amônit AD1 và khe hở hàn giữa 2 tấm thép và (nhôm + hợp kim nhôm) lớn hơn so với phương án 1. Điều đó làm tăng tốc độ nổ và tăng áp lực va đập của tấm kim loại
hàn (Al-1050 + AO9-2) với tấm thép 08Kп, dẫn tới hình thái bề mặt lớp (Al-1050 + AO9-2) nhận được sau hàn nổ có hiện tượng bị biến dạng dẻo mạnh hơn so với trường hợp hàn nổ theo phương án 1;
- Qua các thí nghiệm nêu trên cho thấy ở các chế độ hàn nổ với các thông số nổ chọn ở mức cao (phương án 2) sẽ cho phép nhận được độ bền bám dính 2 lớp thép – (nhôm + hợp kim nhôm) cao hơn so với phương án 1. Do vậy, trong nghiên cứu này ưu tiên thực hiện hàn nổ tạo phôi bimetal thép 08Kп – hợp kim nhôm (Al-1050 + AO9-2) theo phương án 2. Qua nghiên cứu định hướng công nghệ, đã chọn chiều dày phôi đúc hợp kim AO9-2 là Hđ = 22 mm, sau khi phay bỏ các khuyết tật bề mặt chiều dày phôi đúc còn lại là Ho = 18 ÷ 19 mm. Với chiều dày đó của lớp AO9-2, chọn chiều dày lớp nhôm Al-1050 trong khoảng 1,0 ÷ 2,0 mm sẽ đảm bảo chiều dày lớp lót trung gian trên phôi bimetal thép – (nhôm + hợp kim nhôm) làm bạc trượt chiếm tỷ lệ 5 ÷ 10 % tổng chiều dày lớp hợp kim chịu mòn là phù hợp.
3.3. Nghiên cứu chếđộ cán và xử lý nhiệt phôi bimetal thép – hợp kim nhôm
3.3.1. Chếđộ cán và xử lý nhiệt tấm hợp kim nhôm đúc AO9-2
- Các thỏi hợp kim nhôm AO9-2 sau khi đúc và ử khử ứng suất được cán nguội từ