Quy trình công nghệ nhiệt luyện

Yêu cầu cơ tính của khuôn: - Từ điều kiện làm việc như vậy khuôn dập nguội phải đạt được các yêu cầu sau: + Độ cứng cao: Nhìn chung khuôn dập nguội yêu cầu độ cứng tương đối cao vàokhoả

Trang 1

CHƯƠNG I: ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ LỰA CHỌN VẬT LIỆU

1.1 Khuôn đột dập

1.1.1 Bản vẽ chi tiết

Hình 1.1.1.Bản vẽ chi tiết khuôn đột dập

Vật liệu học, Xử lý nhiệt & Bề mặt_K51

Trang 2

1.1.2 Điều kiện làm việc

Tổng quan về khuôn dập nguội: Khuôn dập nguội là loại khuôn chuyên dùng đểbiến dạng vật liệu (kim loại) ở trạng thái nguội có nhiều loại khuôn dập nguội: độtdập, dập vuốt, dập sâu, khuôn kéo, chuốt sợi Sản phẩm của khuôn dập nguội rất đadạng và phong phú bao gồm những vật dụng trong cuộc sống như chậu rửa mặt, nồi,chảo, đồ dùng y tế, các sản phẩm trong công nghiệp như các chi tiết trong xe máy…

Khuôn dập nguội có nhiều kiểu loại khuôn đa dạng tùy vào mục đích sản xuất sảnphẩm.Thường có những loại khuôn như khuôn đột dập, khuôn dập vuốt, khuôn dậpsâu

Hình 1.1.1 là bản vẽ chi tiết trên minh họa khuôn đột dập cắt hình

* Điều kiện làm việc của khuôn đột dập cắt hình :

- Chịu va đập

- Trong quá trình làm việc khuôn chịu ma sát cao

- Làm việc trong điều kiện chịu mài mòn cao,ảnh hưởng tại chỗ tiếp xúc dễ gây tróc rỗ

bề mặt

1.1.3 Yêu cầu cơ tính

Yêu cầu quan trọng đầu tiên cho khuôn đột dập là độ cứng cao để cắt được vậtliệu dập, nhưng không nên cao quá vì khuôn sẽ dễ bị nứt mẻ khi làm việc Độ cứngkhuôn phải đạt đến độ giới hạn dưới 56÷62HRC và không được cao quá 62HRC đểtránh sứt mẻ, nứt khuôn

Tính chống mài mòn cao là yêu cầu quan trọng để khuôn không bị mòn, có thểlàm việc làm việc lâu dài Tính chống mài mòn kém sẽ làm cho khuôn dễ bị hỏng do

ma sát tiếp xúc trong quá trình làm việc, sẽ tạo ra khe hở giữa chày và cối, sản phẩmtạo ra có kích thước vượt quá dung sai cho phép và dễ trở thành phế phẩm

Độ bền và độ dai đảm bảo để chịu tải trọng

Khả năng chống dính phôi sản phẩm với khuôn.Yêu cầu này ít nhiều được xử

lý bằng việc bảo dưỡng khuôn, bôi trơn, mặt làm việc nhẵn phẳng

Đối với đa số các loại khuôn, yêu cầu đảm bảo làm việc ở nhiệt độ khá cao,tính cứng nóng nhất định

1.1.4 Các dạng sai hỏng của khuôn dập

Khuôn đột dập tạo hình và đa số các loại khuôn dập làm việc ở mức độ cao tạonhiều sản phẩm.Yêu cầu cả về chất lượng sản phẩm và số lượng cần đạt Ở mức độ đó

do một vài yếu tố do nhiệt luyện không đúng hoặc do sản xuất mà dẫn đến việc hỏngkhuôn

Hiện tượng mài mòn khuôn là dạng sai hỏng hay gặp nhất Sự mài mòn khuôn

có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều nguyên nhân như nhiệt luyện không chính xác, mức độsản xuất, cường độ làm việc, lắp đặt khuôn không đúng, sự không tương thích vật liệusản phẩm và vặt liệu khuôn Khả năng mài mòn khuôn có thể thay đổi đáng kể phụ

Trang 3

Hiện tượng nứt vỡ khuôn cũng có thể gặp phải ngay trong quá trình làm việc.Nhất là với khuôn làm việc cường độ quá cao và có hình dạng phức tạp, nhiều góccạnh Ngoài ra có thể là do chuyển biến tổ chức sau nhiệt luyện khuôn không đềunhau dễ gây nứt, biến dạng.

Ngoài ra tùy từng loại khuôn với chế độ nhiệt luyện khác nhau còn có hiệntượng như nứt chân chim Trong môi trường nung, nếu không được bảo vệ dễ gây ôxyhoá và thoát carbon Hiện tượng thoát cacbon ở bề mặt gây chuyển biến tổ chức khôngđồng đều giữa bề mặt bị thoát cacbon và phần liền kề bề mặt không bị thoát cacbontạo ra một lớp ứng suất kéo, khi gia công cơ tiếp theo ứng suất đó tăng lên có thể lớnhơn giới hạn bền, rất nguy hiểm vì khó nhận ra ngay

AFNOR35-590EN96

DIN17350

JIS64401

GOST1435

ASTMAISI

Trang 4

0,95-0,60

0,30-≤ 0,35 ≤0,20 ≤0,03C85W 0,80-

0,90

0,40

Dù sử dụng mác thép nào cũng vậy, sự ảnh hưởng của nguyên tố C là quyếtđịnh chủ yếu Một nguyên tố được đánh giá là quan trọng nhất khi xét đến cơ tính, cấutrúc tổ chức thép

- Silic: Là nguyên tố không tạo các bít trong thép nhưng hòa tan vào thép cũng có tácdụng tăng độ thấm tôi (độ thấm tôi khoảng 1,7), tăng khả năng chống oxi hóa cho thép

ở nhiệt độ cao, tăng độ bền chống dão Đôi khi với lượng Si và Mn khoảng 1-2% cótác dụng tăng giới hạn đàn hồi

- Mangan: Là nguyên tố hòa tan trong Austennit mở rộng vùng  do vậy nhiệt độ tôi

hạ thấp hơn một chút, có tác dụng tăng độ thấm tôi với hệ số xấp xỉ 4

Trang 5

+ Các bít của Mn yếu dễ bị hòa tan khi nung nóng

+ Nâng cao độ bền và độ cứng của pha khi hòa tan vào ferit, làm tăng cơ tính chothép, song lượng mangan trong thép cũng chỉ nên nằm trong khoảng 0,5-0,8%

+ Ngoài ra con có tác dụng hạn chế phân nào tác hại của lưu huỳnh

Đối với thép Y8A sử dụng làm khuôn thuộc dòng thép dụng cụ với hàm lượng

C cao đảm bảo độ cứng cho khuôn Bản thân dòng thép này được sử dụng làm dao cắt.Lợi dụng triệt để ứng dụng của Y8A cho việc chế tạo khuôn cắt hình

1.2.Khuôn dập nguội

1.2.1.Bản vẽ chi tiết khuôn dập vuốt

1.2.2 Điều kiện làm việc :

- Điều kiện làm việc:

+ Đối với khuôn dập nguội yêu cầu khi làm việc cần phải biến dạng dẻo đượckim loại ở nhiệt độ thường vì vậy khuôn dập nguội thường phải chịu áp lực rất lớn,chịu uốn Đặc điểm này ảnh hưởng trực tiếp và lớn đến độ bền chung của toàn bộ tiếtdiện khuôn Việc đảm bảo được không bị nứt, vỡ khuôn là yêu cầu tối thiểu và tiênquyết đối với khuôn

+ Chịu ma sát lớn khi dập, ép, miết… làm cho khuôn bị mài mòn Yếu tố tránhmài mòn phụ thuộc rất lớn vào độ cứng bề mặt và cấu trúc của vật liệu Vì vậy để đảmbảo cho khuôn chống mài mòn tốt thì độ cứng bề mặt và cấu trúc tế vi của vật liệu

Trang 6

phải xem xét và lựa chọn phù hợp Ví dụ: Với khuôn dập vuốt và dập sâu thì ma sátrất lớn, kéo dài vì vậy nguy cơ bị mòn là không thể tránh khỏi Ngoài ra khuôn còn bịnung nóng do nhiệt độ được sinh ra trong quá trình dập

+ Khuôn cũng phải chịu va đập khi dập, khả năng chịu va đập của khuôn phụthuộc vào độ dai va đập a Độ dai này phải thỏa mãn điều kiện cho khuôn không bịk

biến dạng dẻo khi làm việc

+ Ngoài ra khuôn còn làm việc trong môi trường hóa chất, không khí ẩm… làmcho khuôn bị ăn mòn hóa học ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cũng như tuổi thọcủa khuôn

+ Như vậy từ điều kiện làm việc được phân tích và đưa ra mang đến cho khuônnhững yêu cầu khắt khe, trong đó có một số những yêu cầu mang tính đối lập Bàitoán đặt ra là làm sao phải tối ưu hóa các điều kiện đó để đạt được chỉ tiêu kinh tế caonhất

1.2.3 Các dạng hỏng của khuôn dập:

a Các dạng sai hỏng: Khuôn dập trong quá trình làm việc thường bị nứt hoặc vỡ, sứtmép khuôn, bị mài mòn, bong tróc bề mặt…

b Những nguyên nhân này chủ yếu là do :

+ Vật liệu làm khuôn không hợp lý

+ Phương pháp nhiệt luyện và gia công chưa chính xác

+ Cố lạm dụng kim loại vượt quá khả năng làm việc cho phép của khuôn

+ Chất bôi trơn dùng thiếu hoặc không phù hợp

+ Biện pháp sử lỳ bề mặt chưa chuẩn

1.2.4 Yêu cầu cơ tính của khuôn:

- Từ điều kiện làm việc như vậy khuôn dập nguội phải đạt được các yêu cầu sau:

+ Độ cứng cao: Nhìn chung khuôn dập nguội yêu cầu độ cứng tương đối cao vàokhoảng 58-62 HRC, phụ thuộc vào loại khuôn, chiều dày và độ cứng của thép lá đemdập, biến dạng Khi dập cắt các lá thép cứng như thép kĩ thuật điện (tôn Silic) haychiều dày lớn cần độ cứng 60HRC thậm trí là 62HRC Khi dập uốn các lá mỏng hay

có độ cứng chỉ cần 56HRC Khi độ cứng hơn 62 HRC khuôn dễ bị nứt mẻ khi làmviệc

+ Tính chống mài mòn cao: Bảo đảm được hàng vạn-hàng chục vạn làn dập Nếukhuôn có tính chống mài mòn kém sẽ tạo ra các khe hở giữa chày và cối, không làmviệc được

+ Độ bền và độ dai đảm bảo: Để chịu được tải trọng đặt vào lớn và chịu va đập Đốivới các khuôn dập lớn cần có thêm yêu cầu về độ thấm tôi và ít thay đổi thể tích

Trang 7

- Chọn thép hợp kim dụng cụ để làm khuôn cần tuân theo đặc tính kỹ thuật của từngloại:

+ Với khuôn có kích cỡ trung bình (bề dày thành khoảng 70-100mm) có thể dùngcác loại thép hợp kim thấp như 90CrSi, 100Cr, 100CrWMn, 100CrWSiMn do chúng

có đô thấm tôi cao hơn thép cacbon.ô

+ Khuôn chịu va đâ p vừa phải dùng các thép 40CrSi, 60CrSi và 40CrW2Siô

+ Khuôn dập kích thước lớn, chịu tải nă ng, yêu cầu chống mài mòn cao, loại thépôchứa khoảng 12% crom được sử dụng như 210Cr12, 160Cr12Mo, 130Cr12V Nhómthép này có đô thấm tôi lớn vì vâ y dùng làm khuôn có kích thước lớn Có thể áp dụngô ônhiều chế đô nhiê t luyê n khác nhau để đạt được cơ tính cũng như sự ổn định kíchô ô ôthước của khuôn theo yêu cầu sử dụng

- Từ những yêu cầu về cơ tính, tính kinh tế và sản lượng bình quân trong một năm củakhuôn không lớn lắm nên chọn thép hợp kim 90CrSi làm khuôn dập vuốt

Bảng 1.2.1 Thành phần hóa học của thép 90CrSi và các mác tương đương

Mác thép Thành phần % theo khối lượng

0,85-0,95

1,25

0,95-0,60

0,30-1,60

1,20-0,20

0,15-0,35

0,03

0,03SEA5990 0,85-

0,95

1,25

0,95-0,60

0,30-1,60

1,20- 0,20

0,15-0,35

 0,03

 0,03100CrWSiMn 0,90-

1,05

0,6-1,1 0,6-0,9 0,65-1,0 0,5-0,8 0,0

3

0,03

Bảng1 2.2 Thành phần hóa học của thép thay thế 90CrSi

Trang 8

100 CrWMn 0,95-1,10 0,9-1,2 0,8-1,0 <0,35 1,2-1,6 -  0,0

3

 0,03

2

0,02

1.2 5.2 Mác thép 90CrSi:

- Tổng hàm lượng NTHK nằm trong khoảng 2,5-10% → thép HK trung bình

- Các bon là nguyên tố không thể thiếu trong bất kì loại thép nào Hình vẽ trên biểudiễn ảnh hưởng của các bon đến cơ tính của thép Hàm lượng các bon trong thép quyếtđịnh phần lớn đến độ cứng của thép

Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim :

- Crôm : +Là nguyên tố quan trọng trong thép hợp kim ,Cr mở rộng vùng 

+Tạo các bit phức tạp như Cr7C3 và CrC 3

+ Tăng độ thấm tôi cao khoảng 3,2 lần

+ Tăng khả năng chống mài mòn, tạo oxit bền trặt Cr2O3 chống oxi hóa,nhưng khi hợp kim vào thép gây giòn ram II

- Silic: Là nguyên tố không tạo các bít trong thép nhưng hòa tan vào thép cũng có tácdụng tăng độ thấm tôi (độ thấm tôi khoảng 1,7) , tăng khả năng chống oxi hóa chothép ở nhiệt độ cao , tăng độ bền chống dão Đôi khi với lượng Si và Mn khoảng 1-2%

có tác dụng tăng giới hạn đàn hồi

Trang 9

- Mangan: Là nguyên tố hòa tan trong Austenit mở rộng vùng  do vậy nhiệt độ tôi

hạ thấp hơn một chút, có tác dụng tăng độ thấm tôi với hệ số xấp xỉ 4

+ Các bít của Mn yếu dễ bị hòa tan khi nung nóng

+ Nâng cao độ bền và độ cứng của pha khi hòa tan vào ferit, làm tăng cơ tính chothép, song lượng mangan trong thép cũng chỉ nên nằm trong khoảng 0,5-0,8%

+ Ngoài ra con có tác dụng hạn chế phân nào tác hại của lưu huỳnh

- W : + Thu hẹp vùng  và mở rộng , tạo các bit mạnh khó hòa tan ở nhiệt độ thấp(thường >1200 C)

+ Tăng độ bền nhiệt khi được hòa tan trong thép hợp kim tạo các cácbit phân tánbiên giới hạt giữ hạt nhỏ tạo cơ tính tốt cho thép

+ Có khả năng ngăn cản giòn ram loại II ở khoảng nhiệt độ 500-600 C

- P, S: Là thành phần tạp chất có hại trong thép được khử càng sạch càng tốt

Hình 1.2.3 là đồ thị biểu diễn độ cứng và độ dai phụ thuộc lượng nguyên tố HK:

Hình 1.2.3 Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến độ cứng (a) và độ dai va đập (b)

- Từ đồ thị trên ta nhận thấy khi %Cr tăng lên thì độ cứng của thép cũng được tănglên Trong khoảng từ (0-1)%Cr độ cứng và độ dai va đập cùng tăng nhưng từ 2%Crtrở đi độ cứng vẫn tăng trong khi đó độ dai va đập giảm mạnh Đối với Si thì khi hàmlương Si càng tăng lên thì độ cứng của thép tăng nhưng độ dai va đập giảm khá mạnh

1.3 Khuôn dập vuốt

1.3.1 Bản vẽ chi tiết khuôn dập vuốt

Trang 10

1.3.2 Điều kiện làm việc

Khuôn dập nguội là dụng cụ tạo hình sản phẩm dưới tác dụng của áp lực, phôidùng để tạo hình ở trạng thái nguội (T < T ), thường có dạng tấm mỏng, như thépktl

cacbon thấp dạng tấm, thép không gỉ, hợp kim nhôm, hợp kim magie Ngày nay côngnghiệp ô tô, đồ gia dụng, các ngành công nghiệp phụ trợ khác… phát triển kéo theomột số lượng lớn khuôn dập nguội cần có như: khuôn đột dập, khuôn dập sâu, khuôndập vuốt Mỗi loại khuôn có những điều kiện làm việc khác nhau Dưới đây là điềukiện làm việc của khuôn dập vuốt:

Làm việc với áp suất và mài mòn cao và thay đổi liên tục

Chịu áp lực dập rất lớn và chịu va đập vừa phải

Chịu ứng suất uốn lớn

Chịu ma sát cao và chịu mài mòn mạnh

Trong điều kiện làm việc và chịu lực như đã nói ở trên, khuôn dập thường gặpphải các dạng sai hỏng, nguyên nhân sai hỏng như sau:

- Nứt, vỡ: Nguyên nhân có thể do chọn vật liệu không thích hợp, nhiệt luyện có độcứng quá cao Chẳng hạn đối với khuôn dập vuốt làm từ thép SKD11 nếu trước khiđem chế tạo mà không có nguyên công rèn thì dễ dẫn đến nứt, vỡ do tổ chức của thépSKD11 là cùng tinh lêđêbuarit dạng xương cá thô, giòn vì vậy phải đem phá vỡ tổchức đó để đạt tổ chức nhỏ mịn, phân tán khi đó chế tạo khuôn sẽ khắc phục đượcnhược điểm trên Nứt vỡ còn có thể do ứng suất nhiệt Chi tiết không đồng đều về tiếtdiện, có phần dày, phần mỏng Phần mỏng khi nung sẽ đạt nhiệt độ trước phần dày, do

Trang 11

do quá trình chuyển biến austenit thành mactenxit với thể tích tăng lên Sự tăng thểtích của các phần không đều cũng là nguyên nhân gây ra nứt.

- Độ cứng không đạt: Môi trường tôi, nhiệt độ tôi không đúng, thời gian giữ nhiệtkhông đủ, chọn không đúng mác thép, hoặc đúng mác thép nhưng thành phần không

ổn định Hoặc khi ram còn nhiều austenit dư cũng là nguyên nhân gây giảm độ cứng

vì vậy cần điều chỉnh lượng austenit dư phù hợp với độ cứng yêu cầu Thoát cacboncũng là nguyên nhân gây giảm độ cứng bề mặt vì vậy khi nung cần có biện pháp bảo

vệ để tránh hiện tượng thoát cacbon

- Mài mòn không đều: Do độ cứng trên bề mặt khuôn không đồng đều, sự phân bốkhông đồng đều austenit dư và cacbit sau tôi có thể gây ra điểm cứng và điểm mềmdẫn đến khuôn bị mài mòn không đều

- Tróc rỗ bề mặt do dính khuôn: Trong quá trình làm việc khuôn và phôi luôn tiếp xúcvới nhau dưới áp lực lớn, ma sát cao vì vâ y sau mô t thời gian làm viê c trên bề mă tô ô ô ôkhuôn có hiê n tượng tróc rỗ làm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm.ô

1.3.3 Yêu cầu cơ tính và yêu cầu gia công

Để đáp ứng các yêu cầu làm việc của khuôn dập vuốt và để nâng cao tuổi thọcủa khuôn, khuôn dập vuốt cần phải có các cơ tính sau:

- Tính chống mài mòn cao để cối không bị mài mòn do ma sát nhằm giữ đượcchính xác kích thước của sản phẩm và đảm bảo điều kiện làm việc lâu dài của khuôn

- Đối với các khuôn lớn yêu cầu độ thấm tôi cao và ít thay đổi kích thước sau khitôi

- Độ bền và độ dai đảm bảo để chịu được tải trọng va đập

-Chống bám dính

- Khuôn dập biến dạng với tốc độ lớn bề mặt làm việc có thể bị nung nóng tới

350-4500C cần tính cứng nóng ở mức nhất định

1.3.4 Lựa chọn vật liệu

1.3.4.1 Các loại thép làm khuôn dập nguội:

Vật liệu làm khuôn khá đa dạng, ngoài việc đáp ứng các yêu cầu cơ tính, vậtliệu làm khuôn còn được lựa chọn trên cơ sở sản lượng sản phẩm yêu cầu, đáp ứngtuổi thọ của khuôn Vì vậy có thể sử dụng các vật liệu làm khuôn sau:

- Thép dụng cụ Cacbon: CD100, CD120 dùng làm khuôn nhỏ (chiều dày thành khuônnhỏ hơn 75mm), tải trọng không lớn, hình dạng đơn giản, độ cứng cao nhưng chốngmài mòn thấp

Trang 12

- Thép dụng cụ hợp kim thấp: 100Cr, 100CrWMn, 100CrWSiMn dùng làm khuôn cókích thước trung bình (bề dày thành khuôn 70-100mm) hay khuôn nhỏ có hình dạngphức tạp, chịu tải trọng lớn,có độ thấm tôi cao hơn thép cacbon Các mác có Mn saukhi tôi kich thước ít thay đổi (do có một lượng nhỏ austenit dư)

-Thép dụng cụ hợp kim cao: 210Cr12, 160Cr12Mo, 130Cr12V…có đặc điểm:

+ Có thành phần cacbon rất cao (1.3-2.1%) nên lượng dư cacbit nhiều vì vậy chúng

1.3.4.2 Lựa chọn vật liệu làm khuôn dập vuốt:

Khuôn dập vuốt cần độ dai va đập vừa phải, độ cứng (58-60HRC) để đạt được

cơ tính như vậy, thành phần của thép làm khuôn cần phải có các nguyên tố, đáp ứngđược các điều kiện sau:

+ Do đòi hỏi có độ cứng cao, khả năng chống mài mòn lớn và không đòi hỏi độ dai

va đập cao nên hàm lượng cacbon có thể lên tới (1,5-2,1)% Cacbon là nguyên tố quantrọng quyết định chủ yếu đến độ cứng và khả năng chống mài mòn của thép làmkhuôn

+ Ngoài ra trong thành phần của thép có các nguyên tố hợp kim có vai trò quyết định

độ thấm tôi, do đó có thể làm khuôn có kích thước tăng lên Các nguyên tố hợp kimcòn có vai trò tạo ra nhiều cácbit, nếu có kích thước nhỏ mịn, phân tán sẽ có tác dụngquyết định đến khả năng chống mài mòn Thường dùng các nguyên tố hợp kim như

Với hàm lượng nguyên tố hợp kim > 10%, thép có thể tôi trong không khí cũngđạt được mactenxit, giảm cong vênh, biến dạng

Mác thép đáp ứng các điều kiện trên là 160Cr12Mo, tương đương với các mácthép theo tiêu chuẩn của Mỹ, Nhật, Nga được đưa ra trong bảng 1.1

Bảng 1.3.1 Thành phần hóa học của thép làm khuôn dập nguội 160Cr12Mo và tương đương.

Trang 13

3

0.03

3

 0.03

1.3.4.3 Vai trò của các nguyên tố hợp kim

a Cacbon:

Cacbon là nguyên tố quantrọng nhất quyết định chủ yếuđến tổ chức và tính chất của thép

Khi lượng chứa của cacbon trongthép tăng lên lượng cacbít cũngtăng lên tương ứng và làm thayđổi tổ chức tế vi của thép Ởtrạng thái ủ khi thành phầncacbon tăng lên độ bền, độ cứngtăng còn độ dẻo và độ dai giảm

Hàm lượng cacbon cao đảm bảo độ cứng và tính chống mài mòn cho khuôn

b Crôm

Trang 14

Crôm là nguyên tố hợp kim thông dụng để hợp kim hoá, là nguyên tố tạo cacbittrung bình Crôm có thể hòa tan trong ferit, mở rộng α, Khi hàm lượng crôm cao, cóthể tạo ra các loại cacbit (Fe, Cr) C, Cr3 7C3 và Cr23C6, những cacbit này hoà tan vàoaustenit khi nhiệt độ cao hơn 9000-10000C Crôm làm tăng đáng kể độ thấm tôi vàtăng cơ tính tổng hợp, nó còn có tác dụng cải thiện tính chống ram và độ bền ở nhiệt

độ cao do nó tạo cacbit nhỏ mịn khi ram tiết ra ở nhiệt độ trên 250 C, do đó nó có tính0

chống ram đến nhiệt độ 250 ÷ 300 C, vì thế có tính cứng nóng đến 300 C Ngoài ra,0 0

Cr còn tăng mạnh tính chống oxy hóa do tạo thành Cr2O3 rất bền

c Môlipđen

Môlipđen tăng mạnh độ thấm tôi, cải thiện tính chống ram do nó tạo cacbit nhỏmịn phân tán khi ram ở nhiệt độ cao, làm giảm sự nhạy cảm đối với giòn ram.Môlipđen cùng với Crôm có ái lực hoá học mạnh với cacbon tạo cacbit dạng Me C6

giữ cacbon lại trong mactenxit làm cho thép nâng cao tính chịu nhiệt độ cao, tính bềnnóng và cứng nóng

d Vanađi

Vanađi tạo cacbit VC có độ cứng rất cao, nhỏ mịn, nằm ở biên giới hạt ngăncản sự lớn lên của austenit khi nung Vanađi tăng tính chống ram và tăng khả năngchống mài mòn cho thép Cacbit VC khó tan (hầu như không hòa tan) vào trongaustenit ở nhiệt độ austenit hóa, khi lượng vanađi tăng tính chống mài mòn tăng vàtính mài giảm

CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ NHIỆT LUYỆN VỚI CÁC

CHI TIẾT CỤ THỂ 2.1 Khuôn đột dập

Trang 15

Ví dụ như thép các bon có màu vàng sáng và trên các tia đó có các hoa, lượngcác bon càng cao thì chùm sáng càng rộng, ngắn và nhiều hoa, hoa có nhiều cánh

2.1.2 Nhiệt luyện thép Y8A làm khuôn đột dập

Chế độ nhiệt luyện là một trong những yếu tố quyết định đến độ bền khuôn,tuổi thọ khuôn, cơ tính làm việc của khuôn cũng như chất lượng sản phẩm

Yêu cầu làm việc của khuôn đột dập là cần độ cứng để cắt được vật liệu dập vàchịu va đập nên cần độ dai nhất định Khuôn làm việc trong điều kiện ma sát có áp lực

và chịu mài mòn trong cường độ làm việc cao Vì vậy việc xác định cũng như thựchiện quy trình nhiệt luyện khuôn là rất quan trọng

Thép Y8A-CD80A là dòng thép dụng cụ chất lượng tốt với hàm lượng C cao,sau quá trình xử lý nhiệt hợp lý sẽ đảm bảo về độ cứng Độ thấm tôi không cao nên

Nhiệt luyện kết thúc: tôi + Ram

Gia công tinh

Kiểm tra chất lượng sản phẩm

Trang 16

với kích thước 30÷40 mm lõi vẫn đảm bảo độ dẻo nhất định, khuôn có khả năng chịu

va đập Dòng thép này không đắt vì vậy dễ sử dụng vào yêu cầu làm việc tạo nhiềusản phẩm Như vậy có thể thấy thép Y8A phù hợp dùng để chế tạo khuôn đột dập Tuynhiên vấn đề trọng tâm là phải có chế độ xử lý nhiệt hợp lý để đạt được cơ tính phùhợp như đã đề cập ở trên

- Nhiệt luyện thép Y8A làm khuôn đột dập phân ra thành 2 quy trình

+ Nhiệt luyện sơ bộ : ủ không hoàn toàn

+ Nhiệt luyện kết thúc : Tôi + Ram thấp

- Tổng hợp thành quy trình tổng quát :

ủ → gia công thô→ tôi → ram→ gia công tinh → khuôn

2.1.2.1.Quy trình nhiệt luyện sơ bộ

Nhiệt luyện sơ bộ nhằm mục đích tạo điều kiện thuận lợi về tổ chức cho giacông cắt gọt và quy trình nhiệt luyện tiếp theo

Ủ không hoàn toàn

Thép CD80A là thuộc thép dụng cụ, thép cùng tích với hàm lượng %C =0,75÷0,85 Vì vậy trước khi tiến hành nhiệt luyện kết thúc ta phải tiến hành ủ khônghoàn toàn Khi ủ không hoàn toàn do chỉ được nung thấp (chỉ quá Ac một chút) bản1

thân austenit tạo thành chưa kịp tiến hành đồng đều hóa thành phần hoặc vẫn còn cácphần tử Xementit của peclit chưa chuyển biến xong Sự không đồng nhất như vậy làmcho sự tạo thành peclit hạt dễ dàng, dễ gia công cắt hơn và thuận tiện cho bước giacông tiếp theo Hình 2.1 biểu diễn quy trình ủ không hoàn toàn thép CD80A

Nhiệt độ ủ thép = Ac + (20÷30°) = 750°÷760°C 1

Tốc độ nung không vượt quá 250°/h đến 750÷760°C (tức là thời gian từ khi đưavào ủ nung đến 760° tương đương khoảng 3h) sau đó giữ nhiệt rồi làm nguội cùng lòvới tốc độ nguội V = 120÷150 °/hng

Trang 17

Hình 2.1.1.Sơ đồ ủ không hoàn toàn thép CD80A

2.1.2.2.Quy trình nhiệt luyện kết thúc

Sau khi gia công thô, gia công cơ khí khuôn được tiến hành nhiệt luyện kếtthúc để đạt được cơ tính phù hợp như mong muốn

a.Tôi

Mục đích chủ yếu của công đoạn này là đạt độ cứng cao nhất để sau đó kết hợpvới ram thấp nhằm nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn nhờ đó kéo dài tuổi thọcủa khuôn

Thép CD80A là thép cùng tích, nhiệt độ tôi lấy cao hơn Ac tức là nung thép đến3

trạng thái hoàn toàn austenit Cách tôi này gọi là tôi hoàn toàn Hình 2.2 biểu diễnvùng xác định nhiệt độ tôi thép CD80A

T = Ac + (30÷50°)tôi 3

Thép CD80A với %C=0,75÷0,85 , T = 760÷790°Ctôi

Trang 18

Hình2.1.2.Biểu đồ xác định vùng nhiệt độ tôi thép CD80A

Tôi trong môi trường làm nguội: (Nước + 10 % NaOH) 20÷25°C

Độ cứng có thể đạt được sau tôi : 63-64 HRC

- Với thép 0,8%C, tốc độ nguội tới hạn khi tôi khoảng : (250- 300)độ/s

- Thép CD80A không có hợp kim với thành phần %C > 0,7% nên chọn thời gian giữnhiệt 15÷20 phút

b.Ram

Sau khi tôi thực hiện công đoạn ram thấp với mục đích làm giảm đáng kể ứngsuất bên trong, tính dẻo dai tốt hơn, khó bị phá hủy giòn, độ cứng giảm ít tránh đượchiện tượng nếu để thép sau tôi độ cứng cao quá Vì ta đã biết khuôn với độ cứng caoquá 62HRC sẽ dễ bị nứt trong quá trình làm việc do giòn

Mục đích của quá trình ram thép:

+ Làm giảm hoă c mất ứng suất bên trong.ô

+ Biến đổi tổ chức mactenxit và austenit dư sau tôi thành các tổ chức khác có đô dẻoôdai cao hơn, nhưng có đô cứng và đô bền phù hợp với yêu cầu làm viê c của chi tiết.ô ô ôNhiệt độ ram chọn 150÷200°C thời gian giữ nhiệt 2giờ

Sau công đoạn này đem khuôn thực hiện gia công tinh

Trang 19

Hình2.1.3.Quy trình tổng quát nhiệt luyện kết thúc

2.2 Khuôn dập nguội (90CrSi)

2.2.1 Quy trình chế tạo khuộn dập nguội 90CrSi :

2.2.1.1 Kiểm tra mác thép:

Đây là quy trình đầu tiên và quan trọng để đảm bảo chắc chắn rằng mác thépkhi chế tạo chi tiết, tránh nhầm lẫn gây thiệt hại về kinh tế vì trong quá trình chế tạo

có thể có sự nhầm lẫn mác thép ở khâu nhập khẩu hoặc cơ khí

Có nhiều phương pháp để xác định loại thép sau khi nhập để chuẩn bị tiến hànhchế tạo sản phẩm trong công đoạn tiếp theo Nếu cần xác định nhanh với một số thép

Nhiệt luyệnkết thúcGia công thô

Kiểm tra chấtlượng sảnphẩm

Trang 20

thường dùng thì thường được xác định bằng phương pháp tia lửa điện là chủ yếu tronghầu hết các phân xưởng của Việt Nam Dựa vào màu sắc các tia và số lượng hoa Nếukhông yêu cầu xác đinh nhanh thì chúng ta có thể đi kiểm tra cụ thể thành phần thépbằng cách bắn thành phần của mẫu thép đem cắt điều này giúp xác định hoàn toànchính xác mác thép

Ví dụ như thép các bon có màu vàng sáng và trên các tia đó có các hoa, lượngcác bon càng cao thì chùm sáng càng rộng, ngắn và nhiều hoa, hoa có nhiều cánh

2.2.1.2 Rèn phôi :

Rèn : Là nguyên công đầu tiên nhằm loại bỏ thiên tích và tổ chức nhánh cây

trong thỏi đúc Đây là nguyên công diễn ra ở những nhà máy cán thép, trước khi đemthép ủ hoặc thường hóa rồi bán cho cơ sở sản xuất (trạng thái cung cấp của thép)

Với mác thép 90CrSi nhiệt độ bắt đầu rèn là 1120 C và nhiệt độ kết thúc rèn là0

khoảng 840870 C.0

2.2.1.3 Nhiệt luyện sơ bộ :

Nhiệt luyện sơ bộ nhằm mục đích tạo điều kiện thuận lợi về tổ chức cho giacông cắt gọt và quy trình nhiệt luyện tiếp theo

Với mác thép hợp kim (90CrSi) có % C >0,7% phương pháp nhiệt luyện sơ bộthường là ủ không hoàn toàn

Mục đích của Ủ : + Giảm độ cứng (làm mềm) để rễ tiến hành gia công

+ Làm tăng độ dẻo để dễ dàng tiến hành biến dạng nguội

+ Làm giảm hay làm mất ứng suất bên trong gây nên bởi gia côngcắt, đúc, biến dạng dẻo

+ làm đồng đều thành phần hóa học trên vật đúc bị thiên tích

với lò hoặc ngoài không khí

Lý do chọn ủ không hoàn toàn:

Tổ chức tạo thành sau ủ không hoàn toàn là peclit hạt và các bít Crôm Nếu ủ hoàntoàn tức là nung quá Acm sẽ được Austenit , khi làm nguội tiếp theo sẽ chuyển biếnthành Peclit tấm có độ cứng HB > 200-220 và có tính giòn cao Khi ủ không hoàntoàn do chỉ được nung thấp (chỉ qua Ac một chút) bản thân austenit tạo thành chưa1

kịp tiến hành đồng đều hóa thành phần mặt khác còn các phần tử cacbit ở giai đoạnnày cũng chưa chuyển biến xong Sự không đồng nhất như vậy làm cho sự tạo thànhpeclit hạt dễ dàng và độ cứng HB < 200 dễ gia công cắt hơn

2.2.1.4 Gia công thô :

Trang 21

Sau khi ủ không hoàn toàn để làm giảm độ cứng, phôi thép được chuyển qua giacông cơ thành khuôn dập nguội hoàn chỉnh với hình dạng và kích thước như hình vẽ

2.2.1.5 Nhiệt luyện kết thúc :

Nhiệt luyện kết thúc bao gồm hai nguyên công là : Tôi + ram thấp

Mục đích của nhiệt luyện kết thúc : Với điều kiện làm việc như đã phân tích ở trên

khuôn dập nguội phải đảm bảo bề mặt cứng vững , chịu ma sát và chịu mài mòn cao.Nhiệt luyện kết thúc nhằm đảm bảo cho những yêu cầu cơ tính này

Tổ chức nhận được : Mactenxit ram + các bít + Austenit dư

a Tôi :

Tôi thép là phương pháp nhiệt luyện gồm nung nóng chi tiết đến nhiệt độ caohơn nhiệt độ tới hạn A hoặc A tùy thuộc vào mác thép để làm xuất hiện tổ chức γ,c1 c3

sau khi giữ nhiệt chi tiết làm nguội nhanh thích hợp để γ chuyển thành mactenxit

Đối với khuôn dập nguội làm từ thép hợp kim 90CrSi để đạt được độ cứng yêucầu (58-62 HRC) sau khi gia công cơ khuôn được đem đi nhiệt luyện Quy trình nhiệtluyện :

90CrSi là thép hợp kim trung bình do vâ y chọn quá trình nung phân cấp theo 2 giaiôđoạn :

+ Giai doạn 1: Yêu cầu nung châ m trong giai đoạn đầu 25-650ô 0C, vì trong thép cóthành phần (0,95-1,25%)Cr và (0,85-0,95%)C, thép có hệ số dẫn nhiệt nhỏ hơn so vớithép cacbon Khi nung, lớp bên ngoài được nung nóng trước giãn nở nhanh, trong khilớp bên trong chưa kịp nóng, do đó lớp bên ngoài chịu ứng suất nén, lớp bên trongchịu ứng suất kéo Trị số ứng suất này phụ thuô c vào tốc đô nung, tốc đô nung càngô ô ôlớn thì sự khác nhau về nhiê t đô giữa lõi và bề mă t càng lớn nên ứng suất nhiê t giữaô ô ô ô

Nung trong môi trường khí bảo vệ

Hình 2.2.1 : Quy trình nhiệt luyện tôi+ram

thấp khuôn 90CrSi

Trang 22

câc lớp căng lớn Khi ứng suất vượt quâ trị số giới hạn bền của vđ t lií u, chi tiết sẽ nứtô ôkhi nung nín cần phải nung chđ m Nguy cơ tao vết nứt lớn nhất khi nung trongôkhoảng nhií t đô từ 500-600ô ô 0C, khi đó thĩp có tính đăn hồi cao trong khi tính dẻo lạithấp nhất Vì vđ y cần giữ nhií t trong khoảng nhií t đô năy đủ lđu để đồng đều nhií tô ô ô ô ô

đô ô giữa lõi vă bề mă ôt giảm tối đa tạo nứt trong khi nung vă thường nung với tốc độ

1000C/1h Đđy cũng lă nhiệt độ chuẩn bị cho câc câc bit được nung nóng sơ bộ vă sẽđược hòa tan trong quâ trinh nung lần hai dưới đđy

+ Giai đoạn 2: Có chuyển biến của Peclit văo Austenit bắt đầu khoảng nhií t đô 780-ô ô

8200C Nhií ôt đô tăng lín đến nhiệt đô 880-900ô 0C chuyển biến tiếp tuc, đồng thờicacbít (Fe,Cr)3C bắt đầu hòa tan văo Austenit đem theo C vă nguyín tố hợp kim Quâtrình nung nóng trong giai đoạn năy nhanh hơn giai đoạn 1 vì hệ số dẫn nhiệt cao hơn

vă thường văo khoảng 200 C/1h Chuyển biến Peclit thănh Austenit lă chuyển biến0

khuếch tân, từ tổ chức ban đầu gồm 2 pha (Peclit+cacbit) chuyển thănh dung dịch rắn

có thănh phần C tương đối đồng nhất Quâ trình khuếch tân đòi hỏi phải có thời gian ,lượng nguyín tố hợp kim không chỉ bản thđn chúng khuếch tân chđ m mă còn lămôgiảm tốc đô khuếch tân của C nín cần giữ nhií t ở khoảng 880ô ô 0C để san bằng nhií t đôô ôtrong thể tích, để chuyển biến xảy ra đồng đều

- Sự hòa tan của câc nguyín tố hợp kim có ý nghĩa rất lớn, vì câc nguyín tố hợp kimchỉ phât huy tâc dụng khi chúng nằm trong Austenit Tùy theo bản chất của từng loạicacbit mă nhií t đô hòa tan sẽ khâc nhau Cacbít hòa tan lăm tăng nồng đô C vẵ ô ônguyín tố hợp kim, câcbít không hòa tan có tâc dụng cản trở sự lớn lín của hạtAustenit vă tăng tính chống măi mòn

Chú ý: Trong quâ trình nung phđn cấp lăm hai giai đoạn ở trín do trong thĩp có hăm

lượng Si khâ cao (1,20-1,60%) dễ gđy thoât câc bon trong thĩp lăm giảm độ cứng vă

cơ tính của khuôn bởi vậy cần có những biện phâp cần thiết để hạn chế khả năng thoâtcâc bon :

Câch 1: Bọc chi tiết bằng than ở trong hộp, than phải được sấy khô vă đập thật nhỏ,

hộp kín

Câch 2: Dùng khí bảo vệ chi tiết khi nung trong lò, phương phâp năy phải đảm bảo lò

kín

+ Sau khi nung nóng khuôn được lăm nguội trong dầu nóng nhiệt độ từ dầu nóng

60-800C, nếu đô nhớt của dầu tăng lín lăm chi tiết nguôô ôi không đều, nhií ôt đô dầu quâôcao không có tâc dụng đến khả năng lăm nguô i mă còn nguy hiểm vì có thể lăm dầuôbốc chây cục bô ô Đô ô nhớt nhỏ lăm tăng khả năng thấm ướt, khả năng thoât hơi văđối lưu đảm bảo khả năng nguô i nhanh trong khoảng nhií t đô 600-750ô ô ô 0C, trânh đượcnhững chuyển biến trung gian, quâ trình tiết cacbit vă nguô i đủ chđ m trong khoảngô ônhií ôt đô xảy ra chuyển biến Mactenxit.ô

b.Ram :

Mục đích của quâ trình ram thĩp:

Trang 23

+ Làm giảm hoă c mất ứng suất bên trong.ô

+ Biến đổi tổ chức mactenxit và austenit dư sau tôi thành các tổ chức khác có đô ôdẻo dai cao hơn, nhưng có đô cứng và đô bền phù hợp với yêu cầu làm viê c của chiô ô ôtiết

Trong quá trình ram thép hợp kim đồng thời xảy ra 2 quá trình tác dụng ngượcchiều nhau:

+ Sự phân hủy Mactenxít tôi, quá trình này làm giảm đô cứng.ô

+ Sự biến cứng phân tán do tiết cacbít hợp kim, quá trình này làm tăng đô cứng.ô

- Khuôn dập vuốt chế tạo từ thép 90CrSi sau tôi là quy trình ram thấp (180-200 C) có0

các quá trình sau xảy ra:

+ ˜ng suất do tôi tạo ra giảm được mô t phần.ô

+ M chuyển thành M , cacbit tiết ra chủ yếu là Mtôi ram 3C

+ A chưa chuyển biến.dư

Tổ chức sau ram: M + A + Cacbít, đô cứng sau ram là: 58 - 62HRC ram dư ô

2.3 Khuôn dập vuốt SKD11

2.3.1 Nhiệt luyện thép SKD11 cho khuôn dập vuốt

Vấn đề nâng cao chất lượng và tuổi thọ của khuôn dập vuốt đang là mục tiêuquan tâm của công nghiệp Việt Nam trong thời kỳ đổi mới, nhằm sản xuất ra các sảnphẩm có chất lượng cao, giá thành hạ, có tính cạnh tranh trong khu vực và trên thếgiới Để giải quyết được vấn đề đó, cần phải có chế độ xử lý nhiệt hợp lý để đảm bảo

cơ tính làm việc của khuôn dập

Tuổi thọ của khuôn dập phụ thuộc vào độ bền, độ cứng và khả năng chống màimòn Muốn cho khuôn có chất lượng làm việc tốt, tuổi thọ cao, việc xác định đúng độbền, độ cứng và khả năng chống mài mòn là yếu tố quan trọng Thép có độ bền, độcứng cao sẽ có tính chống mài mòn cao Khi độ cứng của thép lớn hơn 60HRC thì cứtăng thêm 1HRC, tuổi thọ của khuôn sẽ tăng thêm 30% Thép SKD11 ở trạng tháicung cấp có tổng hàm lượng các nguyên tố hợp kim 14,35-17,25 % thuộc họ théplêđêbuarit, sau khi đúc có lượng cacbit lớn ở dạng xương cá thô Yếu tố này ảnhhưởng rất lớn đến quy trình nhiệt luyện và cơ tính của khuôn Vì vậy thép trước khiđược đem chế tạo khuôn cần phải được rèn để cacbit xương cá vỡ vụn, trở thành nhỏmịn và phân tán

Xuất phát từ yêu cầu làm việc của khuôn dập vuốt, độ cứng cần đạt từ 60HRC Khuôn làm việc chịu mài mòn cao và thay đổi liên tục Như vậy, muốn khuôn

58-có tuổi thọ cao, ngoài việc chọn độ cứng thích hợp còn phải chọn chế độ xử lý nhiệtsao cho trong tổ chức có nhiều các bit nhỏ mịn phân bố đều Vấn đề được đặt ra ở đây

là sự kết hợp giữa độ cứng với tổ chức tế vi thích hợp để đạt được mục tiêu vừa đề cập

Trang 24

Rèn → ủ → gia công cơ → nhiệt luyện kết thúc → gia công tinh → sử dụng

2.3.2 Nhiệt luyện sơ bộ:

Nhiệt luyện sơ bộ cho thép làm khuôn dập vuốt có thể bao gồm nguyên công rèn, ủ

2.3.2.1 Rèn thép:

Thép SKD11 ở trạng thái cung cấp thuộc họ thép lêđêbuarit chứa nhiều cacbit khôngđồng nhất về kích thước, hình dáng và sự phân bố Sau đúc phôi thường được rèn làmcho cacbit dạng xương cá trở nên nhỏ mịn và phân tán, thuận tiện cho gia công cơ khí

và xử lý nhiệt tiếp theo

Trong trường hợp kiểm tra tổ chức tế vi của thép cung cấp thấy cacbit còn dạng xương

cá thì nhất thiết phải tiến hành rèn

Rèn là phương pháp biến dạng dẻo ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ kết tinh lại.Trong quá trình biến dạng nóng xảy ra đồng thời hai quá trình đó là quá trình hoá bền

và thải bền Hoá bền do biến dạng dẻo, hiệu quả hóa bền phụ thuộc vào tốc độ biếndạng dẻo và thải bền do kết tinh lại, phụ thuộc vào tốc độ kết tinh lại

Thép SKD11 được nung chậm đến nhiệt độ 1030 C và giữ đồng đều nhiệt, lúc0

đó bắt đầu tiến hành rèn Ở nhiệt độ này thép đã được ostenit hoá có độ dẻo cao thuậntiện cho quá trình biến dạng Dưới tác dụng của lực, cacbit xương cá sẽ bị vỡ vụn, nhỏdần và phân bố lại Để tránh bị nứt vỡ thì quá trình biến dạng cần được tiến hànhnhiều lần, mỗi lần mức độ biến dạng là 30-40 % Nhiệt độ kết thúc quá trình rènkhoảng 8500C

khoảng 7200-7300C khoảng 4 giờ để nhận được các hạt peclit Sau đó nguội chậmcùng lò tới nhiệt độ 500  550 0C nhằm tránh ứng suất nhiệt khi đó mới làm nguộingoài không khí

Do thép SKD11 có hàm lượng cacbon lớn nên khi nung cần có biện pháp tránhthoát cacbon

Sơ đồ hình 2.1 là quy trình ủ của thép SKD11

Trang 25

2.3.3 Nhiệt luyện kết thúc:

2.3.3.1 Quy trình tôi:

Sau khi gia công cơ khí, khuôn cần phải được nhiệt luyện kết thúc để đạt được

cơ tính đáp ứng yêu cầu làm việc của khuôn Thép SKD11 có rất nhiều chế độ tôi vàram để đạt được những yêu cầu khác nhau về cơ tính

Thép SKD11 có tới 12% Cr, cácbít sau khi đúc có dạng xương cá Hình dáng,kích thước và sự phân bố cácbit trong tổ chức phụ thuộc rất nhiều vào quá trình giacông trước đó như rèn

Khi nung tôi thép, lý tưởng nhất là làm sao hoà tan đến mức độ cần thiết cácnguyên tố hợp kim có trong cacbit để mactenxit có độ cứng cao, nhưng không làm thôhạt và giòn Khi lượng cacbon và nguyên tố hợp kim hoà tan vào austenit càng nhiều,điểm bắt đầu và kết thúc chuyển biến mactenxit càng thấp, sau khi tôi nên lượngaustenit dư càng nhiều Nhiệt độ tôi càng cao, thời gian giữ nhiệt ở nhiệt độ tôi càngdài, lượng austenit dư càng nhiều Như vậy sau khi tôi tổ chức tế vi gồm mactenxit,cacbit, austenit dư Đây là những tổ chức không ổn định và tạo ứng suất dễ gây nứt Vìvậy, sau khi tôi cần tiến hành ram để khử ứng suất và xảy ra quá trình chuyển biếnaustenit dư

Trước khi được nung đến nhiệt độ tôi 1030 C, thép cần phải được nung sơ bộ0

nhằm hạn chế ứng suất nhiệt, ứng suất tổ chức, tránh hiện tượng nứt ngay khi nung do

hệ số dẫn nhiệt của thép hợp kim nhỏ ˜ng suất nhiệt sinh ra khi có sự thay đổi nhiệt

độ, sự thay đổi này càng lớn thì ứng suất nhiệt sinh ra càng lớn ˜ng suất tổ chức sinh

850-870 C0

720-730 C0

nguội cùng lò500-550 C0

Không khí

0C

Thời gian

Hình 2.3.1 Sơ đồ ủ của thép SKD11

Trang 26

ra do biến đổi tổ chức khi thay đổi nhiệt độ Nếu xảy ra đồng thời cả hai loại ứng suấttrên rất dễ gây biến dạng, nứt, vỡ khuôn Vì vậy đối với thép SKD11 cần tiến hànhnung phân cấp hai lần

2.3.3.2 Nung sơ bộ:

Nung sơ bộ lần 1: Nhiệt độ nung sơ bộ lần 1 của thép SKD11 khoảng 650 C, đây là0

vùng nhiệt độ thép có tính đàn hồi cao trong khi đó tính dẻo lại thấp nên chi tiết rất dễ

bị nứt Vì vậy cần nung với tốc độ chậm (với tốc độ nung không vượt quá 1500/1h)đến nhiệt độ khoảng 650 C, giữ nhiệt đủ lâu ở khoảng nhiệt độ này để đồng đều nhiệt0

trên toàn bộ tiết diện

Từ nhiệt độ 650 C trở lên độ dẫn nhiệt của thép cao hơn nên có thể nung chi tiết0

với tốc độ cao hơn để rút ngắn thời gian nhiệt luyện

Nung sơ bộ lần 2: Nung với tốc độ khoảng 200 /h đến nhiệt độ 850 C giữ nhiệt Giữ0 0

nhiệt ở khoảng nhiệt độ này có mục đích là hòa tan một phần cacbit Cr ở dạng(Fe,Cr)3C đồng thời chuẩn bị cho việc hoà tan cacbit crôm ở dạng (Fe,Cr)7C3 và(Fe,Cr)23C6 để có thể rút ngắn được thời gian giữ ở nhiệt độ tôi, tránh được lớn hạt.Tuy nhiên khi nung đến nhiệt độ 850 C xảy ra chuyển biến thù hình peclit thành0

austenit, thể tích riêng của peclit lớn hơn austenit nên có sự kéo co thể tích khi chuyểnbiến gây ra ứng suất tổ chức Vì vậy cần giữ nhiệt đủ lâu trong khoảng nhiệt độ này đểchuyển biến xảy ra từ từ, tránh tạo ra ứng suất tổ chức lớn

2.3.3.3 Nung kết thúc đến nhiệt độ tôi

Nhiệt độ tôi và thời gian giữ nhiệt là hai yếu tố quan trọng nhất của quy trìnhnày, trong đó nhiệt độ tôi đóng vai trò quan trọng hơn Với thép SKD11 được nungđến nhiệt độ tôi khoảng 1030 – 1050 C Giữ nhiệt ở nhiệt độ này với mục đích hoà0

tan cácbit Crôm ở dạng (Fe,Cr)7C3 và (Fe,Cr)23C6 vào austenit và làm đồng đều thànhphần các nguyên tố hợp kim Do nhiệt độ tôi của thép SKD11 là tương đối cao nên hạtlớn tương đối nhanh vì thế thời gian giữ nhiệt cần phải được hạn chế Nên chọn thờigian ngắn nhất có thể Thời gian giữ ở nhiệt độ này thông thường tính theo kinhnghiệm (2-2,5 phút/mm chiều dày chi tiết với chi tiết mỏng, đến 3ph/mm chiều dàyvới chi tiết lớn)

2.3.3.4 Làm nguội:

Trang 27

Thép SKD11 có hàm lượng nguyên tố hợp kim cao, từ giản đồ CCT ta thấy đườngcong chữ C dịch chuyển nhiều sang phải vì vậy tốc độ nguội tới hạn nhỏ Sau quátrình nung tôi, chi tiết được làm nguội trong môi trường dầu nóng 600-800C nhằmgiảm ứng suất, hạn chế cong vênh và nứt đồng thời đảm bảo tôi thấu chi tiết

2.3.3.5 Ram

Hình 2.3.2 Biểu đồ thời gian-nhiệt độ-chuyển biến

Hình 2.3.3 Biểu đồ sự phụ thuộc độ cứng vào nhiệt độ ram

Trang 28

Sau khi tôi xong, chi tiết cần được ram ngay khi chi tiết nguội đến 500-700 để tránhnứt do ứng suất tổ chức và tránh ổn định hoá austenit dư Chi tiết được ram 1 đến 2lần ở nhiệt độ 5000-5500C để giảm hoặc mất ứng suất bên trong, đồng thời austenit dưchuyển biến thành mactenxit ram

thµnh ferite vµ cementite

Austennite d > martensite ChuyÓn biÕn

Hình 2.3.4 Thay đổi thể tích trong quá trình ram

Trang 29

Hình 2.3.5 Sơ đồ tổng quát quy trình nhiệt luyện thép SKD11 làm khuôn dập vuốt

Trang 30

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỤ THỂ CỦA QUY TRÌNH

NHIỆT LUYỆN

3.1 Tính toán các thông số quá trình nhiệt luyện khuôn đột dập

- Vật liệu làm khuôn: CD80A

- Khối lượng khuôn: 3,2 kg

- Khối lượng riêng: 7,8 g/cm3

- Nhiệt dung riêng C (kJ/kgđộ)

Trang 31

3.1.1 Tính toán thời gian tôi

3.1.2.1 Sơ đồ nung và giữ nhiệt trong lò tôi

- Chọn lò giếng RJ2 60-9 của Trung Quốc

Công suất : 60kW

Kích thước buồng lò : 800 x 1000ɸ

Nhiệt độ làm việc tối đa : 950°C

- Tính nhiệt độ trung bình của vật nung theo công thức 1.3.5[1] :

Trang 32

])100()100.[(

2

1)100

(T2tb 4 T2d 4 T2c 4



Trong đó T : là nhiệt độ trung bình của vật nung2tb

T2đ: Nhiệt độ ban đầu của vật nung( K)o

T2c: Nhiệt độ cuối giai đoạn của vật nung( K)o

Nhiệt dung riêng C (ở nhiệt độ 622 C) = 0.5927 kJ/kg.độ°

Tra theo hình 1.3.1[1] xác định được hệ số truyền nhiệt ở nhiệt độ 622 C : = 95° W/m K2

η.N 0,8.60000

(1,2÷1,5) 1,3 

 : Hệ số sử dụng hữu ích của lò, = 0,70,8

Ntk : công suất thiết kế của lò, N = 60 kWtk

- Số chi tiết trong 1 mẻ để sử dụng hết công suất hữu ích của lò theo 1.5.11[1]:

- Chọn số chi tiết trong 1 mẻ là 90 cái

- Khối lượng chi tiết trong 1 mẻ là : M = 90.3,2 = 288 (Kg)ct

+ F : diện tích bề mặt nung một chi tiết :

90 lỗ nhỏ đường kính 25 mm có tác dụng dẫn nhiệt từ dưới lên.Gá mỗi tầng dày 5

mm, có 4 thanh trụ đường kính 10 mm cao 600 mm hàn các tầng gá để liên kết các

Trang 34

Ta thấy N > N nên quá trình nung đến 790 C trong lò tôi phải trải qua 2 giai đoạn:kt tk o

+ Giai đoạn 1: Nhiệt độ lò thay đổi

- Khi kết thúc giai đoạn 1 nhiệt độ chi tiết đạt nhiệt độ t’2

Trang 35

S : chiều dày trung bình của vật nung : S = 22 mm

Các hệ số A,b được xác định theo bảng 1.9.3[1]: A=0, b=1

→ τgn= 0 + 1.22 = 22 phút

Quá trình làm nguội trong môi trường (nước + 10%NaOH) 20-25°C với tốc độ nguộitới hạn là 1200°C

3.1.2.2 Thời gian làm nguội:

- Tính nhiệt độ trung bình của vật nung 1.3.5 [1] :

2

100 100

2

1

100

c d

T

Trong đó:

T : Nhiệt độ trung bình của vật nung2tb

T : Nhiệt độ ban đầu của vật nung ( K), T2d 0 2d = 790 + 273 = 10630K

T : Nhiệt độ cuối giai đoạn của vật nung( K), T = (25 + 15) + 273 = 313 K2c 0 2c 0

t : Nhiệt độ của nước, t = 25 C1 1 0

Thay giá trị vào công thức trên ta có:

Dựa vào đồ thị (1.3.1 [1]) suy ra:

 là hệ số truyền nhiệt cho nước + NaOH ở 622 C :0 634 W/m K2

- Tra bảng 2.18 và tính toán xác định được:

Trang 36

F0: chỉ tiêu F Từ biểu đồ Burin [3] tính toán theo nhiệt độ bề mặt cho chi tiết0

dạng khối với Bi = 0,2536 và M0,019 xác định được F = 8,50

Hình3.1.5.Sơ đồ quy trình tôi

3.1.2.Tính toán thời gian ram

3.1.2.1.Sơ đồ nung và giữ nhiệt trong lò ram

Trang 37

Hình 3.1.6.Sơ đồ nung và giữ nhiệt trong lò ram

- Chọn lò ram Liên Xô loại πA-32-1 :

+ công suất 30kW

+ Kích thước 500 x 650 mm,

+ Nhiệt độ làm việc tối đa 650°C

3.1.3.2.Tính toán thời gian nung đến nhiệt độ ram

- Tính nhiệt độ trung bình của vật nung 1.3.5[1]:

])100()100.[(

2

1)100

(T2tb 4 T2d 4 T2c 4



Trong đó T : là nhiệt độ trung bình của vật nung2tb

T2đ: Nhiệt độ ban đầu của vật nung( K)o

T2c: Nhiệt độ cuối giai đoạn của vật nung( K)o

T = 25 + 273 = 298 °K2đ

T = 200 + 273 = 473°K2c

Từ đó ta có T = 412 K= 139 C2tb 0 o

- Tra bảng 1.5.1 [1] xác định được :Hệ số dẫn nhiệt = 40,487 W/mK

Nhiệt dung riêng C = 0,484 kJ/kg.độ

- Tra theo hình 1.3.1[1] xác định được hệ số truyền nhiệt = 25 W/m K 2

- Chỉ tiêu Bi tính theo công thức 1.4.2[1] :

Ntk : công suất thiết kế của lò, N = 30 kWtk

Trang 38

Chọn đồ gá gồm 4 tầng kích thước 450x480 mm, mỗi tầng dày 5mm.

Trên mỗi tầng đục 60 lỗ nhỏ đường kính 25 mm có tác dụng dẫn nhiệt từ dướilên.Thiết kế 4 thanh trụ đường kính 10 mm cao 480 mm hàn các tầng gá để liên kếtcác tầng với nhau.Mỗi tầng hàn 1 dây thép đường kính 5mm dài 1,414m (khi quấntròn được hình tròn đường kính 450mm) bao quanh để đỡ 4 trụ và chi tiết đặt bêntrong.3 tầng dưới ta đặt khít tầm 23 chi tiết, tầng trên cùng đặt 21 chi tiết

Trang 39

Ta thấy N > N nên quá trình nung đến 200 C trong lò ram phải trải qua 2 giai đoạn:kt tk o

+ Giai đoạn 1: Nhiệt độ lò thay đổi

- Khi kết thúc giai đoạn 1 nhiệt độ chi tiết đạt nhiệt độ t’2

S : chiều dày trung bình của vật nung : S = 22 mm

Các hệ số A,b được xác định theo bảng 1.9.3[1] với nhiệt độ ram 200 C: °

Trang 40

Hình 3.1.8.Sơ đồ quy trình ram

3.2.Tính toán các thông số của quá trình nhiệt luyện khuôn dập vuốt.

Định dạng
Số trang	83
Dung lượng	10,5 MB