Đồ án Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các chế độ nhiệt luyện đến cơ tính thép C45 (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các chế độ nhiệt luyện đến cơ tính thép C45 (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC CHẾ ĐỘ NHIỆT LUYỆN ĐẾN CƠ TÍNH THÉP C45 GVHD: PGS. TS. HOÀNG TRỌNG BÁ SVTH: TRƯƠNG ĐÌNH NGUYÊN MSSV: 11104020 S K L 0 0 4 2 1 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH  BỘ MÔN KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC CHẾ ĐỘ NHIỆT LUYỆN ĐẾN CƠ TÍNH THÉP C45” Giảng viên hƣớng dẫn : PGS. TS. HOÀNG TRỌNG BÁ Sinh viên thực hiện : TRƢƠNG ĐÌNH NGUYÊN MSSV : 11104020 Lớp : 111040A Khoá : 2011 – 2015 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2016
3. TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn: KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: PGS. TS. HOÀNG TRỌNG BÁ Sinh viên thực hiện: TRƢƠNG ĐÌNH NGUYÊN MSSV: 11104020 1. Tên đề tài: “ NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC CHẾ ĐỘ NHIỆT LUYỆN ĐẾN CƠ TÍNH THÉP C45 ” 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Vật liệu thép C45. - Tôi và ram các mẫu ở các chế độ nhiệt luyện khác nhau. 3. Nội dung chính của đồ án: - Lý thuyết về nhiệt luyện. - Nghiên cứu độ cứng thép C45. - Nghiên cứu độ dai va đập của thép C45. 4. Các sản phẩm dự kiến - Bảng số liệu về độ cứng của thép C45 đƣợc đo bằng phƣơng pháp Rockwell (HRC). - Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa độ cứng thép C45 đo bằng phƣơng pháp Rockwell và chế độ nhiệt luyện ở các nhiệt độ khác khác nhau. - Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa độ dai va đập và các chế độ nhiệt luyện khác nhau (nhiệt độ ram) của thép C45. 5. Ngày giao đồ án: 21/09/2015 6. Ngày nộp đồ án: 02/01/2016 TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Đƣợc phép bảo vệ (GVHD ký, ghi rõ họ tên) i
4. LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: “ NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC CHẾ ĐỘ NHIỆT LUYỆN ĐẾN CƠ TÍNH THÉP C45 ” - GVHD: PGS. TS. HOÀNG TRỌNG BÁ - Họ tên sinh viên: TRƢƠNG ĐÌNH NGUYÊN - MSSV: 11104020 Lớp: 111040A - Địa chỉ: 42B/71 Tổ8/Kp6_ P.Linh Trung _Quận Thủ Đức _ TP. Hồ Chí Minh - Tell: 01636262922 Email: 11104020@student.hcmute.edu.vn - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 2/01/2016 - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính chúng tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, Ngày 02 Tháng 01 Năm 2016 (Ký tên và ghi rõ họ tên) ii
5. LỜI CẢM ƠN Đƣợc sự đồng ý của Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy và sự phân công của bộ môn Kỹ Thuật Công Nghiệp Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP HCM cùng Thầy giáo hƣớng dẫn PGS. TS. HOÀNG TRỌNG BÁ em đã thực hiện đề tài “ Nghiên cứu sự ảnh hƣởng của các chế độ nhiệt luyện đến cơ tính thép C45 ”. Để hoàn thành khóa luận này em xin chân thành cảm ơn các quý Thầy Cô giáo đã tận tình hƣớng dẫn, giảng dạy trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và rèn luyện ở trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP HCM Trong suốt quá trình bắt đầu thực hiện đồ án tốt nghiệp đến nay, em đã nhận đƣợc rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của giáo viên hƣớng dẫn PGS_TS HOÀNG TRỌNG BÁ Cùng các quý Thầy Cô trong khoa cùng Khoa Xây dựng & Cơ học Ứng dụng. Thầy Dƣơng Đăng Danh, Thầy Nguyễn Văn Thức, Thầy Nguyễn Nhựt Phi Long, Cô Vƣơng Thi ̣Ngoc̣ Hân và các Thầy, Cô trong bộ môn. Em xin chân thành cảm ơn Thầy HOÀNG TRỌNG BÁ cùng các quý Thầy, Cô trong bộ môn đã truyền đạt những kinh nghiệm, kiến thức quý báu cho giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp. Thầy đã tận tâm hƣớng dẫn em qua từng buổi duyệt, từng thao tác, cách thức cũng nhƣ phƣơng pháp thực hiện nghiên cứu. Chính sự nhiệt tình, những lời hƣớng dẫn cùng sự chỉ bảo và truyền đạt kinh nghiệm thực tế của Thầy đã giúp em hoàn thiện khóa luận này. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn Thầy. Mặc dù dã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất, song lần đầu thực hiện đồ án tốt nghiệp, kiến thức và kinh nghiệm thực tế còn rất nhiều hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ, nên không tránh khỏi những thiếu sót nhất định, rất mong nhận đƣợc những sự góp ý quý báu của quý Thầy, Cô để khóa luận đƣợc hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Tp_HCM ngày tháng năm Sinh viên thực hiện TRƢƠNG ĐÌNH NGUYÊN iii
6. TÓM TẮT ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC CHẾ ĐỘ NHIỆT LUYỆN ĐẾN CƠ TÍNH THÉP C45 Nghiên cứu sự ảnh hƣởng của các chế độ nhiệt luyện đến cơ tính thép C45. Nội dung của đề tài gồm các phần: Nghiên cứu vật liệu kim loại và thép Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về nhiệt luyện, các phƣơng pháp nhiệt luyện, nung nóng kim loại. Nghiên cứu các phƣơng pháp đo độ cứng, độ dai va đập Đo độ cứng thép C45 bằng phƣơng pháp Rockwell Đo độ dai va đập của thép bằng phƣơng pháp charpy Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa độ cứng thép C45 đo bằng phƣơng pháp Rockwell và chế độ nhiệt luyện ở các nhiệt độ khác khác nhau Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa độ dai va đập và các chế độ nhiệt luyện khác nhau (nhiệt độ ram) của thép C45 Sinh viên thực hiện Trƣơng Đình Nguyên iv
7. ABSTRACT PROJECT TITLE: RESEARCH, EFFECTS OF HEAT REGIME FOR THE MECHANICAL PROPERTIES OF STEEL C45. Research, effects of heat regime for the mechanical properties of steel C45. Content topics include parts: Research materials metal and steel. Learn about the theoretical basis of heat, heat methods, heated metal. Research methods of hardness, toughness. Measure the Hardness of steel C45 by method of Rockwell Measure the toughness of steel by method of Charpy The graph shows the relationship between hardness steel C45 measured by Rockwell and heat regime at different temperatures The graph shows the relationship between toughness and the different heat regimes of steel C45 v
8. MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ x DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xii CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài. 1 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. 1 1.2.1. Ý nghĩa khoa học. 1 1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn. 2 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài. 2 1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. 2 1.4.1. Đối tƣợng nghiên cứu. 2 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu. 2 1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu. 3 1.5.1. Cơ sở phƣơng pháp luận. 3 1.5.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể. 3 1.6. Kết cấu của ĐATN. 3 CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 4 2.1. Tầm quan trọng của công nghệ nhiệt luyện. 4 2.2. Vật liệu thí nghiệm. 6 2.3. Thiết bị thí nghiệm. 7 CHƢƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9 3.1. Sơ lƣợc về vật liệu cơ khí và tầm quan trọng của kim loại. 9 3.1.1. Sơ lƣợc về vật liệu cơ khí. 9 3.1.2. Cấu tạo và tầm quan trọng của kim loại. 9 vi
9. 3.2. Khái niệm và phân loại thép. 12 3.2.1. Khái niệm. 12 3.2.2. Khái niệm và phân loại thép Cacbon. 13 3.2.3. Thép hợp kim 16 3.3. Lý thuyết về nhiệt luyện và phƣơng pháp nhiệt luyện tôi và ram thép. 17 3.3.1. Khái niệm cơ bản về nhiệt luyện. 17 3.3.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng nhiệt luyện. 18 3.3.3. Giản đồ trạng thái Fe-C. 19 3.3.4. Các phƣơng pháp nhiệt luyện. 25 3.4. Các khuyết tật xảy ra khi nhiệt luyện 39 3.4.1. Biến dạng, nứt 39 3.4.2. Oxy hóa và thoát cacbon. 40 3.4.3. Độ cứng không đạt. 42 3.4.4. Giòn ram 43 3.5. Những yếu tố ảnh hƣởng cơ tính thép : 43 3.6. Các phƣơng pháp đo độ cứng của thép hiện nay. 44 3.6.1. Phƣơng pháp đo độ cứng Brinell (HB) 45 3.6.2. Phƣơng pháp đo độ cứng Rockwell ( HRA, HRB, HRC ). 47 3.6.3. Phƣơng pháp đo độ cứng Vickers (HV). 50 3.6.4. Ý nghĩa thử độ cứng. 52 3.7. Độ dai va đập và phƣơng pháp đo va đập charpy. 53 3.7.1. Định nghĩa: 53 3.7.2. Phƣơng pháp đo va đập charpy. 53 CHƢƠNG 4: TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 56 4.1. Mẫu thực nghiệm. 56 4.1.1. Kích thƣớc mẫu: 56 4.1.2. Vật liệu mẫu. 56 4.2. Kiểm định vật liệu của mẫu: 56 4.3. Gia công mẫu. 60 4.4. Nhiệt luyện mẫu thí nghiệm. 61 4.5. Đo độ cứng bằng phƣơng pháp Rockwell. 62 4.6. Đo độ dai va đập. 63 vii
10. CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 64 5.1. Sự ảnh hƣởng của nhiệt luyện đến độ cứng thép C45. 64 5.1.1. Đặc điểm thép C45 khi chƣa qua nhiệt luyện: 64 5.1.2. Kết quả đo độ cứng: 66 5.1.3. Đồ thị. 67 5.2. Sự ảnh hƣởng của nhiệt luyện đến độ dai va đập của thép C45. 70 5.3. Tìm hiểu về độ bền kéo thép C45 qua các chế độ nhiệt luyện. 73 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 6.1. Kết luận: 79 6.2. Kiến nghị. 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 PHỤ LỤC viii
11. DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 2.1 : Hệ số giãn nở nhiệt 7 Bảng 2.2 : Cơ tính thép sau khi ủ 7 Bảng 3.1: Tọa độ các điểm trên giảng đồ pha Fe-C. 21 Bảng 3.2. Chọn thang độ cứng Rockwell và Brinell. 50 Bảng 4.1. Thành phần thép C45 56 Bảng 4.2: Nhiệt độ ram 62 Bảng 5.1: Cơ tính thép C45 chƣa qua nhiệt luyện. 64 Bảng 5.2: Độ cứng thép C45 sau khi nhiệt luyện tôi + ram. 66 Bảng 5.3: Sự giảm độ cứng của thép C45 qua các chế độ ram (%) 68 Bảng 5.4: Độ dai va đập của thép C45. 70 Bảng 5.5: Sự tăng độ dai va đập qua các chế độ nhiệt luyện khác nhau. 70 Bảng 5.6 : Giới hạn bền kéo của thép C45 qua các phƣơng pháp nhiệt luyện 75 Bảng 5.7: Các chỉ tiêu cơ tính của thép ở hai trạng thái trƣớc và sau khi nhiệt luyện. 77 ix
12. DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Trang Hình 2.1: Máy đo độ cứng Rockwell 7 Hình 2.2: Lò buồng điện trở 7 Hình 2.3 : Máy đo độ dai va đập theo phƣơng pháp charpy. 8 Hình 2.4 : Kính hiển vi quan sát tổ chức tế vi 8 Hình 3.1. Cấu tạo mạng tinh thể 10 Hình 3.2: mạng lập phƣơng thể tâm. 10 Hình 3.3. Mạng lập phƣơng diện tâm 11 Hình 3.4. Mạng lục giác xếp chặt 11 Hình 3.5. Mạng tinh thể của kim loại 12 Hình 3.6 : Tổ chức tế vi của thép trƣớc cùng tích. 15 Hình 3.7: Mối quan hệ các thông số nhiệt luyện 19 Hình 3.8 : Giản đồ pha hệ sắt – cacbon (sắt – xêmentit) 20 Hình 3.9. Tổ chức tế vi của ferit (a) và austenit (b) (x500). 22 Hình 3.10. Tổ chức tế vi của peclit tấm (a) và peclit hạt (b) (x500). 23 Hình 3.11. Tổ chức tế vi của lêđêburit - (P+Xe) (x500) 24 Hình 3.12: Sơ đồ ủ hoàn toàn. 27 Hình 3.13 : Sơ đồ ủ không hoàn toàn. 28 Hình 3.14: Phƣơng pháp ủ cầu hóa 29 Hình 3.15 : Biểu đồ xác định tốc độ tôi tới hạn. 32 Hình 3.16: Tính độ thấm tôi. 33 Hình 3.17: Xác định nhiệt độ tôi. 34 Hình 3.18: Máy đo độ cứng Brinell 45 Hình 3.19 : phƣơng pháp đo độ cứng Brinell 46 Hình 3.20: Máy đo độ cứng Rockwell. 48 Hình 3.21: Nguyên lý đo 49 Hình 3.22: Sơ đồ phƣơng pháp đo Vickers. 51 Hình 3.23: Hình dạng vết lõm trên mẫu thử. 51 Hình 3.24: máy và mẫu thử va đập 54 Hình 4.1: Kích thƣớc mẫu thử thực nghiệm. 56 Hình 4.2: Tia lửa mài của một số mác thép. 58 x
13. Hình 4.3 : Tổ chức tế vi thép C45 nhận đƣợc dƣới kính hiển vi ( ×250 ) 60 Hình 4.4. Sơ đồ thử va đập: 63 Hình 5.1: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa độ cứng và nhiệt độ ram. 67 Hình 5.2: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa độ dai va đập và nhiệt độ ram 71 Hình 5.3: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa độ bền kéo thép C45 và nhiệt độ ram. . 75 xi
14. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Ac1 Điểm tới hạn A1 khi nung Ac3 Điểm tới hạn A3 khi nung Accm Điểm tới hạn Acm khi nung B Bainit ĐATN Đồ án tốt nghiệp F Ferit M Mactenxit P Peclit T Trustit Vth Tốc độ nguội tới hạn X Xoocbit Xe Xêmentit γ Austenit xii
15. Chƣơng 1. Giới thiệu CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU 1.1. Tính cấp thiết của đề tài. Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật chế tạo cơ khí, luyện kim, xây dựng, kỹ thuật điện tử .v.v và trong đời sống hàng ngày cần đến các vật liệu bằng kim loại, hợp kim có tính năng đa dạng với chất lƣợng ngày càng cao. Trong chế tạo cơ khí nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng vì không những nó tạo cho chi tiết sau khi đúc và gia công cơ có đƣợc tính chất cần thiết nhƣ độ cứng, độ bền, độ dẻo dai, khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn cao mà còn làm tăng tính công nghệ của vật liệu. Nên có thể nói nhiệt luyện là một trong những yếu tố công nghệ quan trọng quyết định chất lƣợng của sản phẩm. Trong dây truyền sản xuất cơ khí nhiệt luyện có thể là một nguyên công sơ bộ, cũng có thể là nguyên công cuối cùng trong dây truyền sản xuất cơ khí để nâng cao chất lƣợng sản phẩm, không những có ý nghĩa kinh tế rất lớn mà còn là thƣớc đo để đánh giá trình độ phát triển khoa học kỹ thuật của mỗi quốc gia. Mặc khác sự phát triển của các ngành kỹ thuật nhƣ chế tạo cơ khí, luyện kim, xây dựng, kỹ thuật điện tử, giao thông vận tải, kỹ thuật hàng không thúc đẩy nhu cầu sử dụng vật liệu ngày càng cao. Mỗi lĩnh vực, các ngành khác nhau yêu cầu sử dụng vật liệu với chất lƣợng, cơ tính thành phần và phƣơng pháp nhiệt luyện cũng khác nhau. Do đó, muốn tạo ra vật liệu, chi tiết phù hợp có cơ tính, chất lƣợng tốt phù hợp yêu cầu kĩ thuật đề ra ta cần nghiên cứu, tìm hiểu tổ chức, thành phần và tính toán đƣa ra các chế độ nhiệt luyện để tạo sản phẩm có chất lƣợng tốt nhất. Ngoài ra việc nghiên cứu các chế độ nhiệt luyện giúp ta hiểu thêm bản chất bên trong của vật liệu (tổ chức tế vi ) và các chuyển biến pha cơ bản từ đó làm cơ sở thực hiện các nghiên cứu trên các vật liệu khác nhau. Chính vì thế mà việc nghiên cứu sự ảnh hƣởng cúa các chế độ nhiệt luyện đến cơ tính thép là rất quan trọng. Trên vấn đề đó, em đã tiến hành nghiên cứu sự ảnh hƣởng cúa các chế độ nhiệt luyện đến cơ tính thép C45. Kết quả nghiên cứu có thể phục vụ nhu cầu giảng dạy và học tập của sinh viên, thực tập trong nhà trƣờng cũng nhƣ trong thí nghiệm vật liệu học. 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. 1.2.1. Ý nghĩa khoa học.  Bằng kết quả nghiên cứu thực nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của các chế độ nhiệt luyện khác nhau, các phƣơng pháp đo độ cứng, độ dai va đập và một số thông số 1
16. Chƣơng 1. Giới thiệu nhiệt luyện chính nhƣ: thời gian nung, nhiệt độ nung, thời gian giữ nhiệt để xác định đúng các chế độ nhiệt luyện và cơ tính của thép.  Đƣa ra các phƣơng pháp, các đề xuất nhằm cải thiện cũng nhƣ nâng cao cơ tính, tính chất, ứng dụng của thép và các phƣơng pháp nhiệt luyện trong đời sống 1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn.  Vẽ đƣợc biểu đồ thể hiện sự ảnh hƣởng của các chế độ nhiệt luyện đến cơ tính thép C45 có thể phục vụ trong giảng dạy trong các lĩnh vực kỹ thuật nhiệt luyện liên quan.  Từ biểu đồ nắm quy luật thay đổi cơ tính của thép nói chung và thép C45 nói riêng theo các chế độ tôi và ram khác nhau. Từ đó làm cơ sở nghiên cứu cơ tính cho những chi tiết quan trọng nhƣ các loại trục, bánh răng chế tạo bằng vật liệu là thép C45.  Ứng dụng trong thực tiễn, xác định các chế độ nhiệt luyện và cơ tính tƣơng ứng nhằm tiết kiệm chi phí, thời gian, giảm bỏ các chi phí không cần thiết. 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài. Nghiên cứu các chế độ nhiệt luyện khác nhau và các đặc điểm, thành phần tính chất cơ học của thép C45, tính toán các thông số cơ bản của chế độ nhiệt luyện nhằm có đƣợc các số liệu cần thiết cho việc thí nghiệm tôi và ram và chọn, kiểm tra mác thép đúng theo yêu cầu đề ra. 1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. 1.4.1. Đối tƣợng nghiên cứu.  Đối tƣợng nghiên cứu trong đề tài là thép C45 và các chỉ tiêu cơ tính của nó ở các chế độ nhiệt luyện khác nhau.  Mẫu đƣợc tôi ở nhiệt độ 830 0C sau đó lần lƣợt đƣợc ram ở chín nhiệt độ khác nhau ứng với ba chế độ ram: ram thấp, ram trung bình, ram cao và mỗi chế độ ram sử dụng ba giá trị nhiệt độ khác nhau, dùng hai mẫu cho một nhiệt độ ram. 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu là toàn bộ chế độ ram và phƣơng pháp nhiệt luyện thép. Nghiên cứu về nung nóng kim loại, tìm hiểu về thành phần, tính chất, độ cứng, độ bền và độ dai va đập của thép C45. 2
17. Chƣơng 1. Giới thiệu 1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu. 1.5.1. Cơ sở phƣơng pháp luận.  Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về nhiệt luyện, nung nóng kim loại, nghiên cứu về các tính chất của vật liệu thép C45 và các phƣơng pháp xác định độ cứng và độ dai va đập của thép. 1.5.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể.  Nghiên cứu lý thuyết tôi và ram thép.  Tìm hiểu các chuyển biến xảy ra khi nhiệt luyện.  Các yếu tố ảnh hƣởng đến độ cứng của thép khi nhiệt luyện.  Lý thuyết về độ cứng và các phƣơng pháp đo độ cứng của thép hiện nay. . Độ cứng Brinell . Độ cứng Rockwell . Độ cứng Vickers  Lý thuyết độ dai va đập và phƣơng pháp đo va đập charpy 1.6. Kết cấu của ĐATN. ĐATN bao gồm 6 chƣơng: Chƣơng 1: Giới thiệu. Chƣơng 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài. Chƣơng 3: Cơ sở lý thuyết. Chƣơng 4: Trình tự thí nghiệm. Chƣơng 5: Kết quả thực nghiệm. Chƣơng 6: Kết luận & kiến nghị. 3
18. Chƣơng 2. Tổng quan nghiên cứu đề tài CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1. Tầm quan trọng của công nghệ nhiệt luyện. Ngày nay cùng với sự phát triển của tất cả các ngành kỹ thuật nhƣ chế tạo cơ khí, luyện kim, công nghiệp hoá học, xây dựng, kỹ thuật điện tử, giao thông vận tải, công nghiệp thực phẩm, kỹ thuật hàng không. . . và đời sống thƣờng ngày đều gắn với vật liệu và cần đến các vật liệu có tính năng đa dạng với chất lƣợng ngày càng cao. Công nghệ nhiệt luyện là quá trình làm thay đổi tính chất của vật liệu (chủ yếu là vật liệu kim loại) bằng cách thay đổi cấu trúc bên trong mà không làm thay đổi hình dáng và kích thƣớc bên ngoài của chi tiết. Trong chế tạo cơ khí, nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng vì không những nó tạo cho chi tiết sau khi gia công có những cơ tính cần thiết nhƣ độ cứng, độ bền, độ dẻo dai, khả năng chống mài mòn, chống ăn mòn , mà còn làm tăng tính công nghệ của vật liệu. Vì vậy có thể nói nhiệt luyện là một trong những yếu tố công nghệ quan trọng quyết định chất lƣợng của sản phẩm cơ khí. Nguyên công nhiệt luyện có thể nằm ở vị trí khác nhau trong dây truyền sản xuất cơ khí tuỳ thuộc vào vị trí có thể phân thành hai loại : Nhiệt luyện sơ bộ : Là dạng nhiệt luyện thƣờng tiến hành trƣớc khi gia công cơ (ví dụ: ủ, thƣờng hóa ), nhằm tạo ra độ cứng và tổ chức tế vi thích hợp cho các nguyên công cơ khí và nhiệt luyện tiếp theo. Nhiệt luyện kết thúc : Là dạng nhiệt luyện đƣợc tiến hành sau khi gia công cơ nhằm tạo cho chi tiết những tính chất cần thiết theo yêu cầu kỹ thuật. Nhiệt luyện có ảnh hƣởng quyết định tới tuổi thọ và chất lƣợng của các sản phẩm cơ khí. Máy móc càng chính xác, yêu cầu cơ tính càng cao thì số lƣợng chi tiết cần nhiệt luyện càng lớn. Đối với các nƣớc công nghiệp phát triển để đánh giá trình độ của ngành chế tạo cơ khí phải căn cứ vào trình độ nhiệt luyện vì rằng: dù gia công cơ khí có chính xác đến đâu nhƣng nếu không qua nhiệt luyện hoặc chất lƣợng nhiệt luyện không đảm bảo thì tuổi thọ của chi tiết càng giảm theo và mức độ chính xác của máy móc không còn giữ đƣợc theo yêu cầu kỹ thuật. Nhiệt luyện nâng cao chất lƣợng sản phẩm không những có ý nghĩa kinh tế rất lớn (để kéo dài thời hạn làm việc, nâng cao độ bền lâu của công trình, máy móc thiết bị ) mà còn là thƣớc đo để đánh giá trình độ phát triển khoa học, kỹ thuật của mỗi quốc gia. Tác dụng chủ yếu của nhiệt luyện . Tăng độ cứng, tính chịu mài mòn, độ dẻo dai và độ bền của vật liệu 4
19. Chƣơng 2. Tổng quan nghiên cứu đề tài Mục tiêu của sản xuất cơ khí là tạo ra các cơ cấu và máy bền hơn, nhẹ hơn, khoẻ hơn với các tính năng tốt hơn. Để đạt đƣợc điều đó không thể không sử dụng thành quả của vật liệu kim loại và nhiệt luyện, sử dụng triệt để các tiềm năng của vật liệu về mặt cơ tính. Bằng những phƣơng pháp nhiệt luyện thích hợp nhƣ tôi + ram, tôi bề mặt, thấm cacbon – nitơ, độ bền và độ cứng của vật có thể tăng lên từ ba đến sáu lần (thép chẳng hạn), nhờ đó có thể dẫn tới rất nhiều điều có lợi nhƣ sau: - Máy hay kết cấu có thể nhẹ đi, điều này dẫn đến tiết kiệm kim loại ( hạ giá thành), năng lƣợng (nhiên liệu) khi vận hành. - Tăng sức chịu tải của máy, động cơ, phƣơng tiện vận tải ( ôtô, toa xe, tàu biển ) và kết cấu ( cầu, nhà, xƣởng ), điều này dẫn tới các hiệu quả kinh tế – kĩ thuật lớn. Phần lớn các chi tiết máy quan trọng nhƣ trục, trục khuỷu, vòi phun cao áp, bánh răng truyền lực với tốc độ nhanh, chốt đặc biệt là 100% dao cắt, dụng cụ đo và các dụng cụ biến dạng ( khuôn) đều phải qua nhiệt luyện tôi + ram hoặc hoá nhiệt luyện. Chúng thƣờng đƣợc tiến hành gần nhƣ là sau cùng, nhằm tạo cho chi tiết, dụng cụ cơ tính thích hợp với điều kiện làm việc và đƣợc gọi là nhiệt luyện kết thúc ( thƣờng tiến hành trên sản phẩm). Nhƣ thƣờng thấy, chất lƣợng của máy, thiết bị cũng nhƣ phụ tùng thay thế phụ thuộc rất nhiều vào cách sử dụng vật liệu và nhiệt luyện chúng. Những máy làm việc tốt không thể không sử dụng vật liệu tốt ( một cách hợp lý, đúng chỗ) và nhiệt luyện bảo đảm. . Cải thiện tính công nghệ ( rèn, dập, gia công cắt, tính chịu mài, tính hàn ), từ tính, điện tính Muốn tạo thành chi tiết máy, vật liệu ban đầu phải qua nhiều khâu, nguyên công gia công cơ khí: rèn, dập, cắt Để đảm bảo sản xuất dễ dàng với năng suất lao động cao, chi phí thấp vật liệu phải có cơ tính sao cho phù hợp với điều kiện gia công tiếp theo nhƣ cần mềm để dễ cắt hoặc dẻo để dễ biến dạng nguội. Muốn vậy cũng phải áp dụng các biện pháp nhiệt luyện thích hợp (ủ hoặc thƣờng hoá nhƣ với thép). Ví dụ, sau khi biến dạng (đặc biệt là kéo nguội) thép bị biến cứng đến mức không thể cắt gọt hay biến dạng (kéo) tiếp đƣợc, phải đƣa đi ủ hoặc thƣờng hoá để làm giảm độ cứng, tăng độ dẻo. Sau khi xử lý nhƣ vậy thép trở nên dễ gia công tiếp theo. Các phƣơng pháp nhiệt luyện tiến hành với mục đích nhƣ vậy đƣợc gọi là nhiệt luyện sơ bộ, chúng nằm giữa các nguyên công gia công cơ khí (thƣờng tiến hành trên phôi). Vậy trong sản xuất cơ khí cần phải biết tận dụng các phƣơng pháp nhiệt 5
20. Chƣơng 2. Tổng quan nghiên cứu đề tài luyện thích hợp, không những đảm bảo khả năng làm việc lâu dài cho chi tiết, dụng cụ bằng thép mà còn đễ dàng cho quá trình gia công. . Nhiệt luyện trong nhà máy cơ khí Ở các nhà máy cơ khí với quy mô nhỏ và trung bình, bộ phận nhiệt luyện không lớn và thƣờng đặt tập trung. Sau khi nhiệt luyện sơ bộ, từ đây phôi thép đƣợc chuyển tới các phân xƣởng cắt gọt, dập và sau khi nhiệt luyện kết thúc các chi tiết máy quan trọng (cần cứng và bền cao) đƣợc đƣa qua mài hay thẳng đến lắp ráp. Cách sắp xếp nhƣ vậy có nhiều nhƣợc điểm, song không thể khác vì sản lƣợng thấp. Ở các nhà máy cơ khí có quy mô lớn và rất lớn, các chi tiết máy đƣợc gia công hoàn chỉnh từ khâu đầu đến khâu cuối trên dây chuyền cơ khí hoá hoặc tự động hoá trong đó bao gồm cả nguyên công nhiệt luyện. Do vậy nguyên công nhiệt luyện ở đây cũng phải đƣợc cơ khí hoá thậm chí tự động hoá và phải chống nóng, độc để không có ảnh hƣởng xấu đến bản thân ngƣời làm nhiệt luyện cũng nhƣ cả dây chuyền sản xuất cơ khí. Cách sắp xếp chuyên môn hoá cao nhƣ vậy đảm bảo chất lƣợng sản phẩm và lựa chọn phƣơng án tiết kiệm đƣợc năng lƣợng. Ở nƣớc ta, từ lâu nhiệt luyện đã đƣợc áp dụng trong đời sống thƣờng ngày, ông cha ta đã biết tôi dao, kéo, dũa, đục làm cho thép cứng trở thành mềm dẻo, dễ dàng cho quá trình chế tạo các chi tiết. Hiện nay nền công nghiệp của chúng ta đang phát triển không ngừng từng bƣớc hội nhập quốc tế do đó việc nghiên cứu nâng cao chất lƣợng cho các chi tiết bằng phƣơng pháp nhiệt luyện ngày càng trở nên quan trọng và cấp thiết 2.2. Vật liệu thí nghiệm. 2.2.1. Giới thiệu về thép C45. a) Đặc điểm và công dụng thép C45 - Thép C45 thuộc nhóm thép cacbon trung bình (0,30 ~ 0,50%C ) có chỉ tiêu cơ tính tổng hợp tốt về độ bền, độ dẻo, độ dai khi kết thúc bằng phƣơng pháp nhiêt luyện hóa tốt ( tôi + ram cao ). - Thép C45 nằm trong nhóm thép thông dụng, dễ kiếm, giá thành tƣơng đối, đƣợc sử dụng rộng rãi và đƣợc dùng trong chế tạo các chi tiết máy yêu cầu cơ tính tổng hợp cao nhƣ: bánh răng, các loại trục - Có tính công nghệ tốt: dễ đúc, cán, rèn, kéo sợi, hàn, gia công cắt gọt. b) Tính chất vật lý ở nhiệt độ môi trƣờng xung quanh.  Mô – đun đàn hồi ( 103 ×N/mm2 ): 205 6
21. Chƣơng 2. Tổng quan nghiên cứu đề tài  Mật độ ( g/cm3 ) : 7,85 c) Hệ số giãn nở nhiệt 10-6 oC-1 Bảng 2.1 : Hệ số giãn nở nhiệt 20- 100 0C 20-250 0C 20-500 0C 11,5 13,0 14,0 d) Cơ tính thép C45 khi Ủ ở 840 0C: Bảng 2.2 : Cơ tính thép sau khi ủ Độ bền kéo k Độ cứng  ( MPa ) ( HB ) ( %) 530 197 32,5 2.3. Thiết bị thí nghiệm.  Để thực hiện và hoàn thành thử nghiệm đo độ cứng và độ dai va dập các thiết bị, máy móc cần thiết đƣợc sử dụng : . Lò buồng điện trở ( dùng để nhiệt luyện ). . Kính hiển vi quan sát tổ chức tế vi để kiểm định thép C45. . Máy đo độ cứng Rockwell. . Máy thử độ dai va đập JB-300 pendulum – type.  Dƣới đây là một số hình ảnh các thiết bị thử nghiệm. Hình 2.1: Máy đo độ cứng Rockwell Hình 2.2: Lò buồng điện trở 7
22. S K L 0 0 2 1 5 4