Nghiên cứu quy trình công nghệ thấm nitơ thể khí cho thép skd11 dùng làm khuôn dập nguội

  • Số trang: 112 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 237 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 26946 tài liệu

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ------------------ PHẠM THỊ HẰNG NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ THẤM NITƠ THỂ KHÍ CHO THÉP SKD11 DÙNG LÀM KHUÔN DẬP NGUỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp Mã số: 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học: TS Phùng Thị Tố Hằng HÀ NỘI - 2010 LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kì công trình nào khác. Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Nếu sai tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Tác giả luận văn Phạm Thị Hằng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập, nghiên cứu và tiến hành làm luận văn tốt nghiệp, tôi ñã nhận ñược sự dạy bảo, hướng dẫn và giúp ñỡ rất tận tình của các thầy cô, các anh chị ñồng nghiệp, gia ñình và bạn bè. Nhân dịp này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo TS. Phùng Thị Tố Hằng, người thầy trực tiếp hướng dẫn và giúp ñỡ tôi trong thời gian thực hiện ñề tài này. Tôi cũng xin cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn công nghệ cơ khí, các thày cô giáo trong khoa Cơ ðiện Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã giảng dạy, giúp ñỡ và tạo ñiều kiện cho tôi trong quá trình học tập và thực hiện ñề tài. Qua ñây, tôi xin ñược gửi lời cảm ơn tới các thầy cô và các bạn ñồng nghiệp trong bộ môn Vật liệu học, xử lý nhiệt và bề mặt trường ðại học Bách khoa Hà Nội ñã rất nhiệt tình giúp ñỡ ñể tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình. Xin gửi lời cảm ơn tới gia ñình và bạn bè ñã ủng hộ, ñộng viên tạo ñiều kiện giúp tôi hoàn thành khoá học. Tôi xin chân thành cảm ơn! Tác giả Phạm Thị Hằng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........ii MỤC LỤC Lời cam ñoan ..................................................................................................................... i Lời cảm ơn.............................................................................................................. ii Mục lục.................................................................................................................. iii Danh mục các bảng................................................................................................. v Danh mục các hình ................................................................................................ vi MỞ ðẦU ............................................................................................................... 0 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................... 3 1.1. Tổng quan về khuôn dập nguội.................................................................... 3 1.1.1. Sơ lược về khuôn dập nguội ................................................................... 3 1.1.2. ðiều kiện làm việc của khuôn................................................................. 4 1.1.3. Yêu cầu cơ tính khuôn ............................................................................ 5 1.1.4. Các dạng sai hỏng của khuôn dập nguội ................................................ 6 1.1.5. Vật liệu làm khuôn ............................................................................... 10 1.1.6. Thép SKD11......................................................................................... 16 1.2. Nhiệt luyện thép SKD11............................................................................. 21 1.2.1. Quy trình công nghệ tổng quát nhiệt luyện ........................................... 21 1.2.2. Tôi thép SKD11.................................................................................... 23 1.2.3. Ram thép SKD11.................................................................................. 29 1.2.4. Sai hỏng khi nhiệt luyện khuôn dập nguội ............................................ 31 1.3. Tổng quan về thấm nitơ .............................................................................. 33 1.3.1. Mục ñích thấm nitơ cho thép SKD11 dùng làm khuôn dập sâu và dập vuốt................................................................................................................ 33 1.3.2. Khái niệm thấm nitơ……………………………………………...……………34 1.3.3. Tổ chức lớp thấm ................................................................................. 34 1.3.4. Tính chất của lớp thấm nitơ ................................................................. 37 2.3.5. Các loại thép dùng ñể thấm nitơ........................................................... 38 1.3.6. Quá trình thấm nitơ.............................................................................. 39 1.3.7. Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình thấm............................................ 41 2.3.8. Các phương pháp thấm nitơ ................................................................. 43 1.3.9. Thấm nitơ thể khí ................................................................................. 45 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........iii CHƯƠNG II: ðỐI TƯỢNG, ðỊA ðIỂM, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................................................... 55 2.1. ðối tượng, ñịa ñiểm nghiên cứu.................................................................. 55 2.1.1. ðối tượng nghiên cứu .......................................................................... 55 3.1.2. ðịa ñiểm nghiên cứu ............................................................................ 55 3.2. Quy trình thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu.................................... 55 3.2.1. Sơ ñồ thực nghiệm................................................................................ 55 2.2.2. Phương pháp kiểm tra.......................................................................... 61 2.2.3. Thiết bị thí nghiệm ............................................................................... 61 2.2.4. Thiết bị kiểm tra và nghiên cứu ............................................................ 63 2.2.5. Thiết bị phụ .......................................................................................... 67 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 68 3.1. Thành phần hóa học và tổ chức tế vi của thép SKD11 trước nhiệt luyện..... 68 3.1.1. Thành phần hóa học............................................................................. 68 3.1.2. Tổ chức tế vi của thép SKD11 trước khi nhiệt luyện ............................. 68 3.2. Tổ chức tế vi và ñộ cứng sau nhiệt luyện .................................................... 70 3.2.1. Tổ chức tế vi và ñộ cứng sau tôi ........................................................... 70 3.2.2. Tổ chức tế vi và ñộ cứng sau ram ......................................................... 73 3.3. Tổ chức và tính chất lớp thấm nitơ trên thép SKD11 .................................. 75 3.3.1. Ảnh hưởng của ñộ phân hủy NH3 ñến tổ chức, tính chất của lớp thấm . 75 3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến tổ chức và tính chất của lớp thấm nitơ..... 80 3.3.3. Ảnh hưởng của thời gian thấm ñến tổ chức và tính chất của lớp thấm.. 84 3.4. Ảnh hưởng của phương pháp thấm ............................................................. 88 3.5. Nghiên cứu các pha có trong tổ chức lớp thấm ........................................... 91 3.5.1. Dự ñoán các pha trong tổ chức lớp thấm trên giản ñồ pha xây dựng bằng chương trình thermocal ................................................................................. 91 3.5.2. Xác ñịnh các pha trong tổ chức lớp thấm bằng phương pháp nhiễu xạ Rơnghen ........................................................................................................ 94 3.6. Thử mài mòn .............................................................................................. 96 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................. 97 1. Kết luận......................................................................................................... 97 2. Kiến nghị....................................................................................................... 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 99 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........iv DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang 1.1 Vật liệu làm khuôn dập ñịnh hình bằng áp lực 12 1.2 Vật liệu làm khuôn dập sâu 13 1.3 Thành phần % của thép SKD11 và của mác thép tương ứng 16 1.4 Các mác thép tương ứng với SKD11 17 1.5 Tính chất vật lý của thép SKD11 17 1.6 Các pha trong tổ chức lớp thấm nitơ 36 1.7 Hệ số phân hủy β theo nhiệt ñộ 47 3.1 Thành phần hóa học thép SKD11 nghiên cứu 66 3.2 ðộ cứng của mẫu giữ nhiệt với τ = 25 phút 69 3.3 ðộ cứng của mẫu giữ nhiệt với τ = 50 phút 70 3.4 ðộ cứng sau ram ở 530oC 72 3.5 ðộ cứng sau ram ở 560oC 73 3.6 Thông số khi thấm với nhiệt ñộ và thời gian thấm không ñổi 74 với ñộ phân hủy β thay ñổi 3.7 Giá trị ñộ cứng phân bố theo chiều sâu lớp thấm (nhiệt ñộ thấm 480oC, thời gian thấm 6h) 3.8 Giá trị ñộ cứng phân bố theo chiều sâu lớp thấm (khi nhiệt ñộ 78 81 thay ñổi) 3.9 Giá trị ñộ cứng phân bố theo chiều sâu lớp thấm 84 3.10 Chế ñộ thấm hai giai ñoạn 97 3.11 Giá trị ñộ cứng phân bố theo chiều sâu lớp thấm 88 (T=530oC, thời gian 8h, ñộ phân hủy 50-60%) 3.12 Kết quả phân tích thành phần pha mẫu thấm nitơ 95 3.13 Kết quả thử mài mòn 96 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........v DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Tên hình Trang 1.1 Khuôn dập nguội và sản phẩm dập vuốt, dập sâu 4 1.2 Các sai hỏng của khuôn dập nguội 7 1.3 Một số chi tiết dập sâu với chiều dày và kích thước khác nhau 15 1.4 Biểu ñồ so sánh cơ tính của một số loại thép hợp kim 15 1.5 Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim tới cơ tính của thép 18 1.6 Giới hạn tồn tại của các loại cacbit trong hợp kim Fe-C-Cr 19 1.7 Quy trình công nghệ tổng quát nhiệt luyện thép SKD11 22 1.8 Sơ ñồ nung, tôi thép SKD11 27 1.9 Giản ñồ CCT của thép SKD11 28 1.10 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ram tới ñộ cứng của thép SKD11 30 1.11 Sự thay ñổi thể tích các tổ chức trong quá trình ram 32 1.12 Sự thay ñổi kích thước khuôn theo nhiệt ñộ trong quá trình ram 32 1.13 Giản ñồ Fe-N 35 1.14 Tổ chức lớp thấm nitơ 35 1.15 Sơ ñồ quá trình phân hủy, hấp thụ và khuếch tán khi thấm nitơ 40 1.16 Ảnh hưởng của khuếch tán ñến nồng ñộ và chiều sâu lớp thấm 41 1.17 Sự phụ thuộc hệ số khuếch tán D vào nhiệt ñộ 42 1.18 Sự phụ thuộc chiều dày lớp thấm vào thời gian 43 1.19 ðộ phân hủy NH3 phụ thuộc vào nhiệt ñộ 46 1.20 Vết ño ñộ cứng Vicke 49 1.21 Biểu ñồ thể hiện phương pháp ñiều khiển quá trình thấm nitơ 50 thông qua thế nitơ 1.22 Thấm nitơ một giai ñoạn 51 1.23 Thấm nitơ hai giai ñoạn 51 2.1 Sơ ñồ nghiên cứu 54 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........vi Số hình Tên hình Trang 2.2 Kích thước mẫu thí nghiệm 55 2.3 Quy trình tôi thép SKD11 55 2.4 Quy trình ram thép SKD11 56 2.5 Quy trình thấm nitơ thể khí 57 2.6 Lò nung theo chu trình 60 2.7 Lò ram và thấm nitơ 60 2.8 Bảng ñiều chỉnh lưu lượng 61 2.9 Máy ño ñộ cứng thô ñại 61 2.10 Máy ño ñộ cứng tế vi 62 2.11 Kính hiển vi quang học Axiovert 25° 62 2.12 Máy thử mài mòn 63 2.13 Máy phân tích Rơnghen 63 2.14 Thiết bị ño ñộ phân hủy NH3 63 2.15 Sơ ñồ ño ñộ phân hủy NH3 64 3.1 Thép SKD11 ở trạng thái cung cấp 67 3.2 Thép SKD sau rèn (tiết diện ngang phương rèn) 67 3.3 Thép SKD sau rèn (tiết diện dọc phương rèn) 67 3.4 Tổ chức tế vi thép sau tôi (τ =25 phút) 69 3.5 Tổ chức tế vi thép sau tôi (τ =50 phút) 69 3.6 Quan hệ giữa nhiệt ñộ ram và ñộ cứng của mẫu sau tôi 71 3.7 Tổ chức thép SKD11 sau ram ở 530oC 72 3.8 Tổ chức thép SKD11 sau ram ở 560oC 72 3.9 Lớp thấm nitơ ở 480oC, ñộ phân hủy 40-45 % ; thời gian thấm 6h 75 3.10 Lớp thấm nitơ ở 480oC, ñộ phân hủy 50-60% ; thời gian thấm 6h 75 3.11 Lớp thấm nitơ ở nhiệt ñộ 480oC, ñộ phân hủy 70 % ; thời gian 76 thấm 6h 3.12 Ảnh tổ chức tế vi lớp thấm thấm ở 5300C, trong 6 giờ ñộ phân 76 hủy 50-60% Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........vii 3.13 Ảnh tổ chức tế vi lớp thấm thấm ở 530oC, trong 6 giờ với ñộ 76 phân hủy 80-85% 3.14 Sự phân bố ñộ cứng theo chiều sâu lớp thấm tính từ bề mặt khi 77 thấm vào trong nền của lớp thấm nitơ 3.15 Sự phân bố ñộ cứng theo chiều sâu lớp thấm tính từ bề mặt khi 78 thấm với ñộ phân hủy khác nhau 3.16 Lớp thấm nitơ ở nhiệt ñộ 480oC, ñộ phân hủy β= 50-60% thời 79 gian thấm 6h 3.17 Lớp thấm nitơ ở nhiệt ñộ 500oC, ñộ phân hủy β= 50-60% thời 79 gian thấm 6h 3.18 Lớp thấm nitơ ở nhiệt ñộ 530oC, ñộ phân hủy β= 50-60%, thời 80 gian thấm 6h 3.19 Sự phân bố ñộ cứng theo chiều sâu lớp thấm nitơ tính từ bề mặt 82 khi thấm ở các nhiệt ñộ khác nhau 3.20 Lớp thấm nitơ ở nhiệt ñộ 500oC, ñộ phân hủy 40-50 % ; thời 83 gian thấm 4h 3.21 Lớp thấm nitơ ở nhiệt ñộ 500oC, ñộ phân hủy 40-50 % ; thời 83 gian thấm 6h 3.22 Lớp thấm nitơ ở nhiệt ñộ 500oC, ñộ phân hủy 40-50 % ; thời 83 gian thấm 7h 3.23 Sự phân bố ñộ cứng theo chiều sâu lớp thấm tính từ bề mặt khi 84 thấm với thời gian giữ nhiệt khác nhau 3.24 Ảnh tổ chức tế vi của mẫu thấm ở 530oC, thời gian thấm 6h với 85 ñộ phân hủy 50-60% 3.25 Ảnh tổ chức tế vi của mẫu thấm ở 530oC, thời gian thấm 8h với 86 ñộ phân hủy 50-60% 3.26 Ảnh tổ chức tế vi của mẫu thấm 2 giai ñoạn ở 530oC, bão hòa 87 6h, khuếch tán 2h, ñộ phân hủy 50-60% Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........viii Số hình 3.27 Tên hình Trang o Ảnh tổ chức tế vi của mẫu thấm 2 giai ñoạn ở 530 C, bão hòa 87 5h, khuếch tán 3h, ñộ phân hủy 50-60% 3.28 Sự phân bố ñộ cứng theo chiều sâu lớp thấm tính từ bề mặt khi 89 thấm 2 giai ñoạn, T=530oC, ñộ phân hủy 50-60% 3.29 Giản ñồ thermocal xây dựng với 12%Cr, 0,76%Mo 91 3.30 Phổ phân tích thành phần pha với mẫu thấm có lớp trắng γ’ ở bề 93 mặt mẫu 3.31 Phổ phân tích thành phần pha với mẫu thấm có thể không xuất 94 hiện lớp trắng γ’ ở bề mặt mẫu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........ix MỞ ðẦU Khuôn dập nguội là dụng cụ ñể gia công kim loại và hợp kim bằng phương pháp biến dạng nguội. Khuôn dập nguội ñược sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp chế tạo ôtô, xe máy, ñồ gia dụng... gồm nhiều chủng loại như ñột dập, dập vuốt, dập sâu... Ở Việt Nam hiện nay, khuôn dập nguội ñược sử dụng theo hai nguồn: sản xuất trong nước song chất lượng không cao, tuổi thọ thấp và nhập khẩu thì giá thành cao. Vì vậy, nâng cao chất lượng và tuổi thọ của khuôn ñang là vấn ñề ñược quan tâm của công nghiệp Việt Nam. Trong quá trình làm việc, ngoài việc chịu áp lực lớn, khuôn còn chịu ứng suất uốn, lực va ñập và ma sát lớn. ðể ñảm bảo ñiều kiện làm việc như vậy, bên cạnh việc lựa chọn chính xác vật liệu làm khuôn tùy theo chủng loại khuôn, vật liệu dập, khối lượng mẻ, khuôn phải ñược nhiệt luyện ñể có ñộ bền, ñộ cứng, ñộ dai và khả năng chống mài mòn, ñảm bảo khuôn làm việc lâu dài, tạo ra các sản phẩm có ñộ chính xác cao, chất lượng tốt với giá thành hạ. Nếu ñộ cứng của khuôn cao, khả năng chống mài mòn tốt thì dộ bền và ñộ dai va ñập lại kém, khuôn dễ bị sứt, vỡ. Song ñể ñộ bền và ñộ dai cao, thì ñộ cứng và khả năng chống mài mòn lại kém. Cần có biện pháp tăng ñộ cứng và chống mài mòn bề mặt. Vật liệu làm khuôn dập nguội có chất lượng cao hiện nay thường dùng là thép SKD11 (Nhật bản), thông thường, khuôn chỉ cần nhiệt luyện tôi và ram là ñã có thể ñáp ứng ñược các cơ tính làm việc. Song với khuôn dập vuốt, dập sâu, với mẻ dập lên ñến hàng triệu sản phẩm, bề mặt khuôn bị mài mòn mạnh. Do vậy cần áp dụng các lớp phủ cứng và chống mài mòn. Thấm nitơ là công nghệ xử lý bề mặt nâng cao khả năng chống mài mòn có hiệu quả. Công nghệ này ñược áp dụng phổ biến cho họ khuôn dập nóng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........1 và ñùn ép. Ở Việt Nam, ñã có nhiều công trình nghiên cứu công nghệ thấm nitơ trên thép SKD61 dùng làm khuôn dập nóng. Song với thép SKD11, hầu như chưa có công bố nào về thấm nitơ. Vì vậy, với mục tiêu nâng cao chất lượng cho khuôn dập sâu và vuốt, ñã ñặt ra ñề tài:“Nghiên cứu quy trình công nghệ thấm nitơ thể khí cho thép SKD11 dùng làm khuôn dập nguội”. Mục tiêu của ñề tài: Nghiên cứu xác lập quy trình công nghệ thấm nitơ thể khí cho thép SKD11 dùng làm khuôn nguội (dập vuốt và dập sâu) bao gồm: ảnh hưởng của thời gian thấm, nhiệt ñộ thấm và ñộ phân hủy khí thấm trong quan hệ với chế ñộ nhiệt luyện trước ñó thông qua khảo sát tổ chức tế vi, sự phân bố ñộ cứng từ bề mặt vào nền vật liệu, chiều dày, cấu trúc lớp thấm và khả năng chống mài mòn; nhằm nâng cao chất lượng, tuổi thọ của khuôn dập nguội. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tổng quan về khuôn dập nguội 1.1.1. Sơ lược về khuôn dập nguội Khuôn dập nguội là dụng cụ tạo hình sản phẩm dưới tác dụng của áp lực, phôi dùng ñể tạo hình ở trạng thái nguội (T < Tktl), thường có dạng tấm mỏng, như thép cacbon thấp dạng tấm, thép không gỉ, hợp kim nhôm, hợp kim magie... Ngày nay, công nghiệp ô tô, ñồ gia dụng, các ngành công nghiệp phụ trợ khác… phát triển kéo theo một số lượng lớn khuôn dập nguội cần có như khuôn ñột dập, khuôn dập sâu, khuôn dập vuốt… Về mặt chủng loại thì khuôn dập ñược sử dụng rất ña dạng với nhiều chủng loại khác nhau. Tuy nhiên dựa vào tính năng làm việc có thể chia ra làm hai dòng khuôn chính là khuôn dập vuốt, dập sâu và khuôn ñột dập. Một vài ví dụ về các loại khuôn và ñặc ñiểm ứng dụng của nó như sau: - Dụng cụ uốn cong, tạo hình nổi, vuốt. ðây có thể gọi chung là khuôn dập vuốt tạo hình, yêu cầu ñộ cứng bề mặt rất cao và ñộ dai va ñập vừa phải. Loại này ñược dùng ñể dập sâu xoong, nồi làm bằng nhôm hoặc inox, dụng cụ y tế từ tấm thép không gỉ… - Khuôn ñột dập, cắt phôi tiền, dập lỗ. Loại này thì cần ñộ cứng thấp hơn khuôn dập vuốt do phải chịu va ñập mạnh và thường xuyên hơn. Ứng dụng chủ yếu của loại như là: dập ñồng tiền xu bằng hợp kim, ñột dập tấm thép mỏng sản xuất cây máy vi tính… Cấu tạo của khuôn gồm hai phần: khuôn trên và khuôn dưới. Khuôn trên (còn ñược gọi là chày) ñược gắn với búa, chuyển ñộng nhờ áp lực của búa. Khuôn dưới (còn gọi là cối) ñược cố ñịnh. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........3 ðộ cứng bề mặt khuôn cần có ñể ñảm bảo lượng sản phẩm trên một ñầu khuôn theo yêu cầu. Hình 1.1. Khuôn dập nguội và sản phẩm dập vuốt, dập sâu 1.1.2. ðiều kiện làm việc của khuôn ðối với khuôn dập nguội yêu cầu khi làm việc cần phải biến dạng dẻo ñược kim loại ở nhiệt ñộ thường (hoặc To< Toktl) vì vậy, khi làm việc các khuôn dập nguội ngoài phải chịu áp lực rất lớn còn chịu ứng suất uốn, lực va ñập và lực ma sát. ðể ñảm bảo ñiều kiện làm việc như vậy thép làm khuôn dập nguội phải ñạt ñược các yêu cầu cơ tính cao, ñảm bảo khuôn làm việc lâu dài, dập ra các sản phẩm có ñộ chính xác cao với giá thành hạ. Muốn vậy vật liệu làm khuôn phải ñược lựa chọn chính xác tùy theo vật liệu dập, theo khối lượng mẻ, ñồng thời quá trình nhiệt luyện khuôn phải ñược thực hiện ñúng ñể khuôn có tuổi thọ cao. Việc ñảm bảo ñược không bị nứt, vỡ khuôn là yêu cầu tối thiểu và tiên quyết ñối với khuôn. Chịu ma sát lớn khi dập, ép, miết… làm cho khuôn bị mài mòn. Yếu tố tránh mài mòn phụ thuộc rất lớn vào ñộ cứng bề mặt và cấu trúc của vật liệu. Vì vậy ñể ñảm bảo cho khuôn chống mài mòn tốt (ñây cũng chính là chỉ tiêu kinh tế cho nhà sản xuất là số lượng sản phẩm lớn trên tuổi thọ của khuôn) thì Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........4 ñộ cứng bề mặt và cấu trúc tế vi của vật liệu phải xem xét và lựa chọn phù hợp. Ví dụ: với khuôn dập vuốt và dập sâu thì ma sát rất lớn, kéo dài vì vậy nguy cơ bị mòn là không thể tránh khỏi. Ngoài ra khuôn còn bị nung nóng do nhiệt ñộ ñược sinh ra trong quá trình dập. Khuôn cũng phải chịu va ñập khi dập, khả năng chịu va ñập của khuôn phụ thuộc vào ñộ dai va ñập ak. ðộ dai này phải thỏa mãn ñiều kiện cho khuôn không bị biến dạng dẻo khi làm việc. Ngoài ra khuôn còn làm việc trong môi trường hóa chất, không khí ẩm… làm cho khuôn bị ăn mòn hóa học ảnh hưởng ñến chất lượng sản phẩm cũng như tuổi thọ của khuôn. Như vậy từ ñiều kiện làm việc ñược phân tích và ñưa ra mang ñến cho khuôn những yêu cầu khắt khe, trong ñó có một số yêu cầu mang tính ñối lập. Bài toán ñặt ra là làm sao phải dung hòa các ñiều kiện ñó ñể ñạt ñược chỉ tiêu kinh tế cao nhất. 1.1.3. Yêu cầu cơ tính khuôn Có thể nêu ra các yêu cầu tổng quát về cơ tính ñối với khuôn dập nguội như sau: a) ðộ cứng cao ðây là yêu cầu ñầu tiên về cơ tính ñối với khuôn dập nguội, tuy không ñòi hỏi ñộ cứng cao như dao cắt nhưng cũng phải ñạt ñược khoảng 56÷62 HRC, tùy vào loại khuôn, chiều dày và ñộ cứng của phôi thép. Các khuôn dập cắt phôi thép cứng và có chiều dày lớn phải yêu cầu có ñộ cứng cao trên 60 HRC, khi dập, uốn các lá thép mỏng có ñộ cứng thấp, ñộ cứng của khuôn có thể thấp hơn. Nhưng khi ñộ cứng quá cao (quá 62 HRC) khuôn dễ bị nứt, vỡ hoặc sứt mẻ khi làm việc, với khuôn dập sâu dễ gây ra rách sản phẩm. Do vậy, ñối với các khuôn dập vuốt và dập sâu thì ñộ cứng có thể giảm ñi (56-58 HRC) [3], khi ñó khả năng chống mài mòn cao có thể ñạt Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........5 ñược nhờ công nghệ xử lý bề mặt, chẳng hạn như phun phủ cacbit, mạ crôm cứng hay thấm nitơ. b) Tính chống mài mòn cao Khuôn dập nguội cần có tính chống mài mòn cao ñể ñảm bảo khả năng làm việc lâu dài, ổn ñịnh kích thước sản phẩm trong phạm vi dung sai cho phép nhất là khi số lượng sản phẩm lớn. Khi khuôn bị mài mòn nhanh, khe hở giữa chày và cối tăng lên, khuôn dập khi ñó sẽ bị loại bỏ và sản phẩm sẽ bị phế phẩm, quá trình sản xuất bị dừng lại, giá thành sản phẩm vì thế sẽ tăng lên. c) ðộ bền và ñộ dai bảo ñảm Khuôn dập nguội ngoài yêu cầu có ñộ cứng cao ñể có ñược tính chống mài mòn cao còn phải có ñộ bền và ñộ dai nhất ñịnh ñể ñảm bảo chịu ñược lực va ñập trong suốt quá trình làm việc, chịu ñược tải trọng ñặt vào lớn, tránh hiện tượng lún khuôn có thể xảy ra, ñảm bảo tuổi thọ khuôn cao. d) Giảm triệt ñể ứng suất của khuôn ñể tránh nứt vỡ khuôn do việc tích thêm ứng suất trong suốt quá trình làm việc. e) Khuôn có tính cứng nóng ở nhiệt ñộ khoảng 300÷350oC: do trong quá trình làm việc khuôn bị biến dạng mạnh, chu trình dập một chi tiết kéo dài, bề mặt chi tiết có thể bị nung nóng lên ñến khoảng nhiệt ñộ ñó. 1.1.4. Các dạng sai hỏng của khuôn dập nguội Sau một thời gian sử dụng, khuôn thường xuất hiện các sai hỏng như bị nứt vỡ, mài mòn không ñều hoặc cũng có thể bị mài mòn quá nhanh do ñộ cứng thấp, có hiện tượng dính giữa khuôn và vật liệu làm bề mặt khuôn bị xước. Các dạng sai hỏng này thường làm giảm sản lượng và chất lượng sản phẩm, không ñạt do sai số về kích thước hay bề mặt xấu. ðiều này ảnh hưởng rất lớn tới giá thành sản phẩm. Các dạng sai hỏng thường gặp bao gồm: Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........6 Hình 1.2. Các dạng sai hỏng của khuôn dập nguội a) Nứt, vỡ Nứt có thể sinh ra do mỏi (ở vùng bề mặt) hoặc quá tải khi làm việc. Nứt sinh ra ñầu tiên tại các vùng có tổ chức tế vi giòn (như cacbit) trong thép. Chẳng hạn nếu chọn thép làm khuôn là thép SKD11 có hàm lượng Cr tới gần 12%, hàm lượng C vào khoảng 1,6%, lượng cacbit của thép là rất lớn. Tổ chức ban ñầu (sau ñúc) của vật liệu này có cacbit phân bố dạng xương cá thô, giòn, nếu không ñược phá bỏ trước khi chế tạo khuôn sẽ là nguyên nhân gây giòn, dẫn ñến nứt vỡ. Do ñó, cần phải tiến hành rèn phôi cẩn thận sau khi ñúc. Nếu mức ñộ biến dạng không ñủ ñể phá bỏ cacbit xương cá ban ñầu ñể trở thành những hạt cacbit nhỏ mịn phân bố ñều ñặn thì sau này dù có thực hiện quy trình nhiệt luyện với quy trình ñầy ñủ và chặt chẽ cũng không cải thiện ñược sự phân bố cacbit. Nứt vỡ còn có thể do ứng suất nhiệt. Chi tiết không ñồng ñều về tiết diện, có phần dày, phần mỏng. Phần mỏng khi nung sẽ ñạt nhiệt ñộ trước phần dày và thường là nơi bị quá nhiệt khi nung làm hạt bị lớn, gây hiện tượng giòn. Do ñó, ñể tránh nứt hoặc cong vênh, cần nung chậm hoặc nung phân cấp, tạo cân bằng nhiệt giữa phần dày và phần mỏng, cũng như giữa bề mặt và lõi. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........7 Làm nguội ñột ngột cũng gây ra ứng suất nhiệt. Với khuôn ñược chế tạo từ thép SKD11 là thép hợp kim cao, có tốc ñộ nguội tới hạn nhỏ, làm nguội chậm cũng nhận ñược mactenxit, nên không cần làm nguội với tốc ñộ lớn, thường sử dụng dầu nóng ñể hạn chế ứng suất. Khi nhiệt luyện còn có ứng suất tổ chức do quá trình chuyển biến austenit thành mactenxit với thể tích tăng lên. Sự tăng thể tích của các phần không ñều nhau cũng sẽ gây ra nứt. Trong môi trường nung, nếu không ñược bảo vệ dễ gây ôxy hoá và thoát cacbon. Hiện tượng mất cacbon ở bề mặt gây chuyển biến tổ chức không ñồng ñều giữa bề mặt bị thoát cacbon và phần liền kề bề mặt không bị thoát cacbon tạo ra một lớp ứng suất kéo, khi gia công cơ tiếp theo ứng suất ñó tăng lên có thể lớn hơn giới hạn bền, dẫn ñến nứt chân chim bề mặt khuôn. Dạng khuyết tật này không làm hỏng khuôn nhưng làm giảm chất lượng bề mặt sản phẩm. Bề mặt sản phẩm không nhẵn bóng như mong muốn. Một dạng nữa cần ñáng lưu ý là sứt ở mép cắt khuôn, ñiều này ñặc biệt hay xảy ra ở khuôn ñột dập. Do ñộ cứng quá cao, ñiều này làm cho khuôn có khả năng cắt tốt, chống mài mòn nhưng ñối với khuôn ñột dập do phải chịu va ñập mạnh lại dẫn ñến dễ sứt ñặc biệt là mép khuôn. b) Mài mòn Do khuôn làm việc chịu tải trọng lớn, các bề mặt chịu lực luôn tiếp xúc trực tiếp với nhau nên trong quá trình làm việc, khuôn bị mài mòn. Mặt khác, nếu ñộ cứng của khuôn không ñạt, dưới tác dụng của tải trọng lớn khuôn cũng bị mài mòn ñi. Khi ñộ mài mòn quá giới hạn cho phép thì khuôn không còn sử dụng ñược nữa. Ngoài ra, dạng mài mòn có thể xảy ra là mài mòn không ñều, nguyên nhân là do tổ chức tế vi sau nhiệt luyện, chẳng hạn, sự phân bố không ñồng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........8 ñều austenit dư và cacbit sau tôi có thể gây ra ñiểm cứng và ñiểm mềm. Vai trò của cacbit trong khả năng chống mài mòn là rất quan trọng vì vậy ngay từ trước khi chế tạo khuôn dập nguội từ thép SKD11 việc rèn ñể làm vỡ cabit xương cá, chế ñộ nhiệt luyện ñể nhận ñược các bít có ñộ phân tán cao và nhỏ mịn, sẽ làm giảm thiểu cho khuôn dạng sai hỏng này. c) Khuôn bị biến dạng Do khuôn khi làm việc chịu tác dụng lực lớn, ñộ cứng và ñộ bền của khuôn thấp, không ñủ ñể chống lại lực tác dụng. Có rất nhiều nguyên nhân dẫn ñến chi tiết không ñạt ñộ cứng sau nhiệt luyện, chẳng hạn môi trường tôi, nhiệt ñộ tôi không ñúng, thời gian giữ nhiệt không ñủ, chọn không ñúng mác thép, hoặc ñúng mác thép nhưng thành phần không ổn ñịnh. Ngoài ra, còn phải kể ñến lượng austenit dư, nếu còn nhiều sau khi ram, ñộ cứng cũng thấp, do ñó, cần ñiều chỉnh lượng austenit dư phù hợp với ñộ cứng yêu cầu. Thoát cacbon cũng làm cho ñộ cứng bề mặt thấp và khuôn chóng mòn. Thời gian giữ nhiệt quá lâu có thể làm lớn hạt cũng dẫn ñến ñộ cứng và ñộ bền thấp. Biến dạng sẽ làm khuôn không còn sử dụng ñược nữa vì gây sai khác về hình dạng và kích thước của sản phẩm. d) Tróc rỗ bề mặt do dính khuôn Trong quá trình làm việc, khuôn và phôi luôn tiếp xúc với nhau dưới áp lực lớn, ma sát cũng lớn. Vì vậy, sau một thời gian làm việc trên bề mặt khuôn có hiện tượng tróc rỗ làm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm. Hiện tượng này làm xước bề mặt khuôn, ñặc biệt ở các mép cắt của khuôn làm mất cạnh sắc, khả năng làm việc của khuôn giảm, bề mặt sản phẩm bị xước, các mép cắt không sắc nét, người ta gọi là hiện tượng dính khuôn. Khi khuôn làm việc liên tục, nhiệt ñộ của khuôn càng tăng lên vì vậy hiện tượng tróc rỗ bề Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........9 mặt càng dễ xảy ra. ðể khắc phục dạng sai hỏng này trong quá trình dập của khuôn theo chu kì dập người ta quét một lượng dầu ñể bôi trơn, giúp giảm ma sát và sự bám dính giữa bề mặt khuôn và phôi. Với các vật liệu gia công khác nhau, dầu bôi trơn ñược chọn khác nhau. Ngoài ra, tiến hành hóa nhiệt luyện và tạo ra bề mặt khuôn với ñộ bóng cao cũng giúp giảm bớt hiện tượng này. 1.1.5. Vật liệu làm khuôn Lựa chọn vật liệu làm khuôn dựa vào các chỉ tiêu sau: - ðộ bền cao ñể có thể chịu ñược tải trọng liên tục trong quá trình làm việc - Khả năng chống mài mòn cao - Dẻo dai ñể chống phá huỷ và chống mỏi - Ổn ñịnh kích thước trong quá trình làm việc - Tổ chức vật liệu ñồng ñều và ñẳng hướng - Khả năng gia công tạo hình khuôn tốt - Khả năng chống ăn mòn tương ñối tốt vì khuôn làm việc trong chế ñộ với dầu bôi trơn. [10] ðể ñạt ñược các yêu cầu cơ tính như ñã ñề cập ở trên các loại thép làm khuôn dập nguội nói chung phải có thành phần C cao, thường ở mức trên dưới 1%, trong trường hợp chịu va ñập cao thì hàm lượng C sẽ ít hơn. Lượng nguyên tố hợp kim của thép ñược quyết ñịnh bởi kích thước của khuôn, tính chống mài mòn, tính cứng nóng. Các nguyên tố hợp kim thường dùng ñể hợp kim hóa là các nguyên tố làm tăng ñộ thấm tôi, tạo cacbit và tăng tính chống mài mòn như Cr, Mn, Mo,v.v. Loại vật liệu sử dụng ñể làm khuôn cần phải ñược lựa chọn một cách chính xác ñể vừa có thể ñảm bảo yêu cầu kỹ thuật nhưng ñồng thời cũng ñảm bảo tính kinh tế. ðiều này còn tùy thuộc vào vật liệu dập, số lượng chi tiết sản Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...........10
- Xem thêm -