Nghiên cứu các ảnh hưởng đến chất lượng nhiệt luyện thép SKD11 và thiết kế, chế tạo lò nhiệt luyện cho phòng thí nghiệm cơ học

Trang 2 TÓM TẮT KẾT QUẢ Sau khi nghiên cứu, tìm hiểu các đặc điểm kỹ thuật và nguyên lý làm việc của các lò điện trở cũng như công nghệ nhiệt luyện nói chung và nhiệt luyện thép

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO KHOA HỌC TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

TP Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2017

Trang 1

PHẦN I: THÔNG TIN CHUNG

1 Tên đề tài: Nghiên cứu các ảnh hưởng đến chất lượng nhiệt luyện thép SKD11 và Thiết kế, chế tạo lò nhiệt luyện cho phòng thí nghiệm cơ học

2 Mã số: IUH.KCK02/15

3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

(học hàm, học vị) Đơn vị công tác Vai trò thực hiện đề tài

2 TS Đường Công Truyền Khoa Nhiệt Lạnh Thành viên

3 ThS Tôn Thất Nguyên Thy Khoa Cơ khí Thành viên

4 Đơn vị chủ trì:

5 Thời gian thực hiện:

 Theo hợp đồng: từ tháng 9 năm 2015 đến tháng 9 năm 2016

 Gia hạn (nếu có): đến tháng… năm…

 Thực hiện thực tế: từ tháng 9 năm 2015 đến tháng 10 năm 2016

6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có):

Không có thay đổi gì so với thuyết minh ban đầu

7 Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: 95 triệu đồng

Trang 2

TÓM TẮT KẾT QUẢ

Sau khi nghiên cứu, tìm hiểu các đặc điểm kỹ thuật và nguyên lý làm việc của các lò điện trở cũng như công nghệ nhiệt luyện nói chung và nhiệt luyện thép SKD11 nói riêng ở nước ta hiện nay, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thiết kế, tính toán các thông số kỹ thuật của lò điện trở và tiến hành chế tạo cũng như thí nghiệm nhiệt luyện loại thép SKD11 được sản suất tại Trung Quốc và Nhật Bản theo đúng các nội dung của thuyết minh đề tài.Trong quá trình thiết kế, tính toán đã cân nhắc để lựa chọn được phương án tối ưu và phù hợp nhất với điều kiện làm việc ở phòng thí nghiệm Thông qua các bài nghiên cứu thì ta có thể suy ra được trong các mác thép SKD11 được sử dụng rộng rãi ngoài thị trường, ta có thể biết được sơ qua chất lượng của các mác thép Thép SKD11 của các nước có ngành công nghệ nhiệt luyện phát triển như ĐỨC và NHẬT thì có chất lượng khá tốt phù hợp và đáp ứng được hầu hết nhu cầu sử dụng trong sản xuất Từ đó căn cứ vào yêu cầu đặc tính sản phẩm, giá thành và chất lượng sản phẩm thì thông qua kết quả thực tế này ta có thể lựa chọn được mác thép SKD11 hợp lý phù hợp với các đặc tính công nghệ sản xuất tối ưu nhất và đảm bảo được giá thành hợp lý nhất

Quan sát vào biểu đồ độ cứng của thép Nhật sau khi ram thép đã tôi ở 1050C (làm nguội sau khi tôi với các môi trường dung dịch khác nhau) Ta có thể thấy được

là khi cùng các điều kiện tiêu chuẩn cùng nhiệt độ ram thì độ cứng của thép Nhật có

sự chênh lệch không đáng kể (<1) giữa các môi trường làm nguội sau khi tôi là dầu

và môi trường xút và môi trường dầu luyn còn riêng đối với môi trường dung dịch emunxi thì độ cứng có sự chênh lệch đáng kể (>3 so với các môi trường khác) Từ đó

ta có thể đưa ra kết luận rằng đối với mác thép SKD11 của Đức khi tôi cùng nhiệt độ nhưng làm nguội sau khi tôi với các môi trường khác biệt sau đó ram ổn định lại thì

độ cứng giữa môi trường dầu, dầu luyn và xút không chênh lệch và có giá trị độ cứng trung bình tương đối cao Nhưng riêng với môi trường emunxi thì độ cứng chênh lệch đáng kể (thấp hơn khá lớn so với ba mốc còn lại) tuy nhiên giá trị độ cứng đạt được vẫn cao Vì vậy ta có thể căn cứ vào mục đích và yêu cầu độ cứng, cũng như căn cứ vào môi trường xung quanh để lựa chọn môi trường phù hợp đáp ứng được nhu cầu một cách tối ưu nhất

Kết quả chính của đề tài này là nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường nhiệt luyện tới độ cứng thép làm khuôn SKD11 Các loại dung dịch làm nguội gồm: dầu biến thế, dầu luyn, dầu biến thế pha luyn, dung dịch xút và nước emunxi Dầu biến thế, dầu luyn và dầu biến thế pha luyn cho kết quả độ cứng cao hơn Kết quả thấy rằng nếu nhiệt luyện với tốc độ nguội nhanh hơn như xút, emunxi dễ gây nứt các chi tiết tôi Dung dịch làm nguội tốt nhất để nhiệt luyện thép SKD11 là dầu biến thế Kết quả cho thấy rằng nhiệt độ nhiệt luyện tốt nhất từ 100C đến 1050C và nhiệt độ ram tốt nhất từ 500C đến 550C

Trang 3

ABSTRACT

After researching, we have studied the technical specifications and working principle of the resistor furnace as well as the technology of heat treatment in general and heat treatment of steel SKD11 in particular in our country, the research team has set up designing, calculating the technical parameters of the furnace and manufacturing steel as well as testing heat treatment of steel SKD11 made in China and Japan in accordance with the contents of the topic explanation The design and calculations have been considered to select the best optimal and suitable solutions to working conditions in the laboratory

Through the research, it can be inferred in the SKD 11 grades used widely in the market, it is easy to see the quality of steel grades SKD 11 steels of some countries with the developed technology such as GERMANY and JAPAN have rather good quality and meet most of demands in production Based on the requirements of the product characteristics, price and quality, we are able to select the appropriate grade of SKD 11 suited to the characteristics of the best optimal technology and make sure the most affordable through this practical result

Looking at the hardness chart of the Japanese steel after the hardened steel tempering at 1050C (cooled in different solutions), It can be seen that with the same standard conditions and tempering temperature, the hardness of Japanese steels has a negligible difference (<1) between the cooling solutions after hardening such as Oils , Soda and Luyn, but the hardness varies considerably in Emunxic Liquid (> 3 compared to other solutions) From this we can conclude that , for the grade of German SKD11 steel, when it is hardened at the same heat but cooled in different environments, and then tempered to stabilize it, the hardness between the oil environment, luyn oil and Soda has non-difference and a relatively high average hardness value For the emunxi environment, the hardness differs significantly (much lower than the other three) but the hardness value is still high Therefore, it is possible

to base on the purpose and requirement of hardness as well as the around environment

to choose the appropriate solutions to meet the needs in the most optimal way The main goal of this research is the study of the influence of heat treatment on steel hardness of the SKD11 steel Among coolant solutions including transformer oil, luyn oil, transformer - luyn oil, Soda and Emunxi Transformer oil, luyn oil and transformer - luyn oil gained the higher hardness The results show that the heat treatment with a faster cooling rate like Soda, Emunxi has caused components cracked The best Liquid for heat treatment SKD11 is the transformer oil It found that the best annealing temperature around from 1000oC to 1050oC and the best tempering temperature is from 500oC to 550oC

Trang 4

MỤC LỤC

PHẦN I: THÔNG TIN CHUNG 1

TÓM TẮT KẾT QUẢ 2

ABSTRACT 3

PHỤ LỤC HÌNH ẢNH 8

PHỤ LỤC BẢNG 11

PHẦN II: NỘI DUNG ĐỀ TÀI 15

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15

1.1 Tình hình chung trong nước và thế giới 15

1.2 Vai trò của nhiệt luyện trong sản xuất cơ khí 16

1.2.1 Sơ lược về nhiệt luyện 16

1.2.2 Tăng độ cứng, tính chịu ăn mòn, độ dẻo dai và độ bền của vật liệu 17

1.2.3 Cải thiện tính công nghệ (rèn, dập, gia công cắt, tính chịu mài, tính hàn…), từ tính, điện tính… 18

1.2.4 Nhiệt luyện trong nhà máy cơ khí 18

1.3 Ưu thế khi sử dụng lò nhiệt luyện bằng điện 19

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DÂY ĐIỆN TRỞ VÀ TÍNH TOÁN NHIỆT CHO LÒ 22

2.1 Yêu cầu của vật liệu chế tạo dây điện trở 22

2.2 Cấu trúc của dây điện trở kim loại 25

2.3 Tính toán nhiệt cho lò 31

CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO LÒ NHIỆT LUYỆN 1200C 35

3.1 Lõi lò 36

3.1.1 Hai tấm vách hông 36

3.1.2 Tấm đế và nóc lò 38

3.1.3 Tấm lưng lò 40

3.1.4 Phần mặt trước của buồng lò 41

3.2 Dây mayxo 42

3.3 Cửa đóng mở 43

3.4 Khung lò (khung trên và khung dưới) 44

Trang 5

3.5 Lắp ghép tất cả lại với nhau 46

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN LÒ 53

4.1 Cầu dao ngắt tự động (CB) 53

4.2 Thiết bị đóng ngắt bằng từ (Contactor) 56

4.2.1 Khái niệm và phân loại 56

4.2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 56

4.2.3 Các thông số cơ bản của Contactor 58

4.3 Ampe kế 58

4.4 Cảm biến đo nhiệt độ 59

4.4.1 Cặp nhiệt điện (Thermocouple - Can nhiệt) 61

4.4.2 Nhiệt điện trở (Resitance temperature detector – RTD) 61

4.5 Bộ điều khiển nhiệt độ TC244 62

4.6 Rơ le thời gian (Timer) 63

4.7 Mạch điện sau khi thiết kế 65

CHƯƠNG 5: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH MÔI TRƯỜNG 69

5.1 Sự cần thiết của an toàn lao động và vệ sinh môi trường 69

5.2 Những quy định chung về an toàn lao động và vệ sinh môi trường trong xưởng nhiệt luyện 69

5.3 Quy tắc an toàn lao động với thợ nhiệt luyện 70

5.4 Biện pháp trang bị bảo hộ lao động cá nhân 71

5.5 Các biện pháp nâng cao điều kiện lao động 72

5.5.1 Chỉ tiêu xây dựng 72

5.5.2 Biện pháp trang bị bảo hộ lao động 73

5.6 Biện pháp phòng chống tai nạn có thể xảy ra trong phân xưởng 73

5.6.1 Phòng chống cháy nổ 73

5.6.2 Phòng chống bỏng 73

5.6.3 Phòng chống điện giật 74

5.6.4 Phòng chống tai nạn nghề nghiệp 74

CHƯƠNG 6: NGHIÊN CỨU CÁC ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG NHIỆT LUYỆN THÉP SKD11 75

6.1 Thí nghiệm tôi thép SKD11 và tìm hiểu ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ cứng của thép SKD11 khi tôi và sau khi ram 75

6.2 Tìm hiểu về ảnh hưởng của nhiệt độ tôi tới thép SKD11 78

Trang 6

6.3 Quy hoạch thực nghiệm lại phương pháp tôi 87

6.3.1 Xác định phụ thuộc độ cứng thép SKD11 Nhật Bản (HRC) vào nhiệt độ tôi 87

6.3.2 Xác định phụ thuộc độ cứng thép SKD11 Trung Quốc (HRC) vào nhiệt độ tôi 88

6.4 Quy hoạch thực nghiệm phương pháp ram 89

6.4.1 Với nhiệt độ tôi 8500C 89

6.4.2 Với nhiệt độ tôi 9000C 91

6.4.3 Với nhiệt độ tôi 9500C 93

6.4.4 Với nhiệt độ tôi 10000C 95

6.4.5 Với nhiệt độ tôi 10500C 97

6.4.6 Với nhiệt độ tôi 11000C 99

6.5 THÍ NGHIỆM NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ TỚI ĐỘ CỨNG CỦA THÉP SKD11 101

6.5.1 Nhận diện phân loại mẫu 101

6.5.2 Tiến hành tôi thép 102

6.5.3 Đo độ cứng 103

6.6 NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ VÀ SỰ THAY ĐỔI ĐỘ CỨNG CỦA THÉP SKD11 VỚI CÁC MÔI TRƯỜNG LÀM NGUỘI KHÁC NHAU SAU KHI TÔI 107

6.7 THÍ NGHIỆM TÔI THÉP SKD11 VÀ TÌM HIỂU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ TỚI ĐỘ CỨNG CỦA THÉP SKD11 KHI TÔI 111

6.7.1 Phương pháp nghiên cứu 111

6.7.2 Quy hoạch thực nghiệm lại phương pháp tôi 112

6.7.3 Quy hoạch thực nghiệm lại phương pháp ram 114

CHƯƠNG 7: ĐÁNH GIÁ CÁC KẾT QUẢ ĐÃ ĐẠT ĐƯỢC VÀ KẾT LUẬN 120

7.1 Đánh giá 120

7.2 Kiến nghị 122

TÀI LIỆU THAM KHẢO 123

PHẦN III: SẢN PHẨM, CÔNG BỐ VÀ KẾT QUẢ ĐÀO TẠO CỦA ĐỀ TÀI 124

PHẦN IV: TỔNG HỢP KẾT QUẢ CÁC SẢN PHẨM KH&CN VÀ ĐÀO TẠO CỦA ĐỀ TÀI 126

Trang 7

PHẦN V: TÌNH HÌNH SỬ DỤNG KINH PHÍ 127 PHẦN VI: KIẾN NGHỊ 127 PHẦN VII: PHỤ LỤC 128

Trang 8

PHỤ LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Lò nhiệt luyện dạng đáy di động cửa kéo lên 17

Hình 1.2 Lò nhiệt luyện thể khí có quạt khuấy 19

Hình 2.1 Các kích thước cơ bản của dây điện trở 25

Hình 2.2 Cấu trúc dây may xo 27

Hình 2.3 Công suất bề mặt riêng của dây nung lý tưởng Wlt phụ thuộc vào nhiệt độ vật nung tv và nhiệt độ dây điện trở td 29

Hình 3.1 Các bộ phận chính cấu thành lò nhiệt luyện 35

Hình 3.2 Các bộ phận cấu thành lõi lò 36

Hình 3.3 Hai tấm vách hai bên hông 36

Hình 3.4 Tấm vách hai bên hông sau khi ghép nối 37

Hình 3.5 Tạo rãnh đặt dây trên tấm vách hông 38

Hình 3.6 Tấm đế sau khi cắt rãnh 38

Hình 3.7 Tấm nóc lò 39

Hình 3.8 Tấm nóc lò nhìn từ hai vị trí sau khi căn chỉnh 39

Hình 3.9 Tấm lưng lò 40

Hình 3.10 Căn chỉnh vị trí tấm lưng lò chuẩn bị cố định 40

Hình 3.11 Tấm miệng lò 41

Hình 3.12 Lắp ghép phần miệng lò 41

Hình 3.13 Dây mayxo 42

Hình 3.14 Quấn dây mayxo trên máy tiện và sợi dây sau khi quấn 42

Hình 3.15 Các sợi dây sau khi chia theo kích thước 43

Hình 3.16 Cửa đóng mở 43

Hình 3.17 Mài bavia cho phần cửa 44

Hình 3.18 Hàn hai phần khung lại và mài phần bavia 45

Hình 3.19 Sơn chống gỉ cho phần khung lò 45

Hình 3.20 Lắp phần miệng lò 46

Hình 3.21 Phần miệng sau khi lắp ghép hoàn chỉnh 46

Trang 9

Hình 3.22 Lắp ghép phần đáy buồng lò 47

Hình 3.23 Lắp ghép phần hông và nắp buồng lò 48

Hình 3.24 Phần đáy buồng lò sau khi lắp ghép 48

Hình 3.25 Chèn bông thủy tinh vào hai hông và nóc buồng lò 49

Hình 3.26 Sau khi chèn bông thủy tinh vào hai hông và nóc buồng lò hoàn chỉnh 49

Hình 3.27 Cố định tấm lưng và nối dây may xo 50

Hình 3.28 Sau khi chèn bông thủy tinh vào phía sau buồng lò 50

Hình 3.29 Ốp tấm lưng của khung lò và hàn hai bạc giữ 51

Hình 3.30 Phần mạch điện 51

Hình 3.31 Sơn chống gỉ cho phần khung lò và sơn màu 52

Hình 4.1 Aptomat bảo vệ mạch 55

Hình 4.2 Contactor 56

Hình 4.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Contactor 56

Hình 4.4 Ampe kế khung quay 59

Hình 4.5 Các loại cảm biến nhiệt độ 60

Hình 4.6 Cặp nhiệt điện 61

Hình 4.7 Nhiệt điện trở 61

Hình 4.8 Bộ điều khiển nhiệt độ TC244 62

Hình 4.9 Rơle thời gian 63

Hình 4.10 Nguyên lý hoạt động của Rơle thời gian 64

Hình 4.11 Mạch điện sau khi thiết kế 65

Hình 4.12 Mạch điện khi lò hoạt động 66

Hình 4.13 Mạch điện khi lò đạt nhiệt độ và Timer bắt đầu tính thời gian 67

Hình 4.14 Mạch điện khi lò đủ thời gian cài đặt 68

Hình 5.1 Găng tay cách nhiệt 71

Hình 5.2 Mặt nạ-áo chắn bức xạ nhiệt 72

Hình 5.3 Trang thiết bị phòng cháy & chữa cháy 73

Hình 6.1 Mẫu thép 81

Hình 6.2 Máy đo độ cứng 81

Trang 10

Hình 6.3 Mũi đo kim cương 81

Hình 6.4 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ cứng của hai loại thép SKD 83

Hình 6.5 Biểu đồ thể hiện độ cứng sau khi ram thép SKD11 Trung Quốc ở dãy nhiệt độ 200°C, 300°C, 400°C, 500°C, 600°C 86

Hình 6.6 Biểu đồ thể hiện độ cứng sau khi ram thép SKD11 Nhật Bản ở dãy nhiệt độ 200°C, 300°C, 400°C, 500°C, 600°C 86

Hình 6.7 Mẫu phôi thí nghiệm của ĐỨC 101

Hình 6.8 Mẫu phôi thí nghiệm của NHẬT BẢN 102

Hình 6.9 Quá trình đưa phôi vào và lấy ra 102

Hình 6.10 Quá trình đo độ cứng bằng máy 103

Hình 6.11 Độ cứng của các mác thép tại mốc nhiệt độ ram 200C 106

Hình 6.12 Độ cứng của các mác thép tại mốc nhiệt độ ram 450C 106

Hình 6.13 Độ cứng của các mác thép tại mốc nhiệt độ ram 550C 107

Hình 6.14 Biểu đồ độ cứng của thép SKD 11 của ĐỨC sau tôi và làm nguội với các môi trường khác nhau 108

Hình 6.15 Biểu đồ độ cứng của thép ĐỨC sau khi ram ở nhiệt độ 500C (khác nhau môi trường làm nguội khi tôi) 109

Hình 6.16 Biểu đồ độ cứng của thép SKD11 của NHẬT sau tôi và làm nguội với các môi trường khác nhau 110

Hình 6.17 Biểu đồ độ cứng của thép NHẬT sau khi ram ở nhiệt độ 5000C (khác nhau môi trường làm nguội khi tôi) 110

Hình 6.18 Thép được dùng trong quá trình tôi là thép SKD11 Nhật Bản và thép SKD11 Trung Quốc Các mẫu thép với đường kính 25mm và dài 15mm được mua từ thị trường địa phương 111

Hình 6.19 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ cứng của hai loại thép SKD 113

Hình 6.20 Biểu đồ thể hiện độ cứng sau khi ram thép SKD11 Trung Quốc ở dãy nhiệt độ 200°C, 300°C, 400°C, 500°C, 600°C 119

Hình 6.21 Biểu đồ thể hiện độ cứng sau khi ram thép SKD11 Nhật Bản ở dãy nhiệt độ 200°C, 300°C, 400°C, 500°C, 600°C 119

Trang 11

PHỤ LỤC BẢNG

Bảng 1.1 Giá thành bán điện sản xuất hiện hành 21

Bảng 2.1 Các sản phẩm dây đốt của SEANA INTERNATIONAL (CHINA) LTD 23 Bảng 2.2 Đường kính dây và các đặc điểm kỹ thuật 24

Bảng 2.3 Các giá trị (D/d)max tuỳ theo nhiệt độ và vật liệu dây 26

Bảng 2.4 Hệ số cách nhiệt và bề dày lớp vật liệu cách nhiệt 33

Bảng 6.1 Kết quả độ cứng khi tôi ở các nhiệt độ khác nhau 75

Bảng 6.2 Kết quả độ cứng sau khi ram 200C ứng với các nhiệt độ khác nhau 75

Bảng 6.3 Kết quả độ cứng sau khi ram 300C ứng với các nhiệt độ khác nhau 76

Bảng 6.4 Kết quả độ cứng sau khi ram 400C ứng với các nhiệt độ khác nhau 76

Bảng 6.5 Kết quả độ cứng sau khi ram 500C ứng với các nhiệt độ khác nhau 77

Bảng 6.6 Kết quả độ cứng sau khi ram 600C ứng với các nhiệt độ khác nhau 77

Bảng 6.7 Thành phần hóa học của thép SKD11 Nhật Bản 82

Bảng 6.8 Thành phần hóa học của thép SKD11 Trung Quốc 82

Bảng 6.9 Kết quả thu được của quá trình tôi thép SKD11 Nhật Bản và thép SKD11 Trung Quốc ở dãy nhiệt độ 850C, 900C, 950C, 1000C, 1050C; 1100C; giữ nhiệt 60 phút, môi trường làm nguội là dầu chống cháy 83

Bảng 6.10 Kết quả thu được của quá trình ram sau khi tôi 850C thép SKD11 Nhật Bản và thép SKD11 Trung Quốc ở dãy nhiệt độ 200C, 300C, 400C, 500C, 600C; giữ nhiệt 60 phút; môi trường làm nguội là không khí 84

Bảng 6.11 Kết quả thu được của quá trình ram sau khi tôi 900C thép SKD11 Nhật Bản và thép SKD11 Trung Quốc ở dãy nhiệt độ 200C, 300C, 400C, 500C, 600C; giữ nhiệt 60 phút; môi trường làm nguội là không khí 84

Bảng 6.12 Kết quả thu được của quá trình ram sau khi tôi 950C thép SKD11 Nhật Bản và thép SKD11 Trung Quốc ở dãy nhiệt độ 200C, 300C, 400C, 500C, 600C; giữ nhiệt 60 phút; môi trường làm nguội là không khí 84

Bảng 6.13 Kết quả thu được của quá trình ram sau khi tôi 1000C thép SKD11 Nhật Bản và thép SKD11 Trung Quốc ở dãy nhiệt độ 200C, 300C, 400C, 500C, 600C; giữ nhiệt 60 phút; môi trường làm nguội là không khí 85

600C; giữ nhiệt 60 phút; môi trường làm nguội là không khí 85 Bảng 6.16 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản 87 Bảng 6.17 Độ cứng của thép SKD11 Trung Quốc 88 Bảng 6.18 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi

850C 89 Bảng 6.19 Độ cứng của thép SKD11 Trung Quốc sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi

850C 90 Bảng 6.20 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi

900C 91 Bảng 6.21 Độ cứng của thép SKD11 Trung Quốc sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi

900C 92 Bảng 6.22 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi

950C 93 Bảng 6.23 Độ cứng của thép SKD11 Trung Quốc sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi

950C 94 Bảng 6.24 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi

1000C 95 Bảng 6.25 Độ cứng của thép SKD11 Trung Quốc sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi

1000C 96 Bảng 6.26 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi

1050C 97 Bảng 6.27 Độ cứng của thép SKD11 Trung Quốc sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi

1050C 98 Bảng 6.28 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi

1100C 99 Bảng 6.29 Độ cứng của thép SKD11 Trung Quốc sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi

1100C 100 Bảng 6.30 Bảng giá trị độ cứng thép SKD11 của ĐỨC sau khi tôi ở nhiệt độ

1050C 103

Trang 13

Bảng 6.31 Bảng giá trị độ cứng thép SKD11 của NHẬT sau khi tôi ở nhiệt độ

1050C 104 Bảng 6.32 Trị số độ cứng trung bình của thép SKD11 (ĐỨC) sau quá trình ram 104 Bảng 6.33 Trị số độ cứng trung bình của thép SKD11 (NHẬT) sau quá trình ram 105 Bảng 6.34 Giá trị độ cứng của các mác thép khác nhau tại nhiệt độ ram 200C 106 Bảng 6.35 Giá trị độ cứng của các mác thép khác nhau tại nhiệt độ ram 450C 106 Bảng 6.36 Giá trị độ cứng của các mác thép khác nhau tại nhiệt độ ram 550C 107 Bảng 6.37 Giá trị độ cứng của thép SKD11 sau khi tôi và làm nguội với các dung dịch khác nhau 108 Bảng 6.38 Giá trị độ cứng của các mác thép sau khi ram cùng với một mốc nhiệt độ 108 Bảng 6.39 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản khi tôi tại các mốc nhiệt độ 112 Bảng 6.40 Độ cứng của thép SKD11 TRUNG QUỐC khi tôi tại các mốc nhiệt độ 112 Bảng 6.41 Kết quả độ cứng khi tôi ở các nhiệt độ khác nhau 113 Bảng 6.42 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi

850C 114 Bảng 6.43 Độ cứng của thép SKD11 Trung Quốc sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi

850C 114 Bảng 6.44 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi

900C 115 Bảng 6.45 Độ cứng của thép SKD11 Trung Quốc sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi

900C 115 Bảng 6.46 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi

950C 115 Bảng 6.47 Độ cứng của thép SKD11 Trung Quốc sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi

950C 116 Bảng 6.48 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi

1000C 116 Bảng 6.49 Độ cứng của thép SKD11 Trung Quốc sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi

1000C 117

Trang 14

Bảng 6.50 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi

1050C 117 Bảng 6.51 Độ cứng của thép SKD11 Trung Quốc sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi

1050C 117 Bảng 6.52 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi

1100C 118 Bảng 6.53 Độ cứng của thép SKD11 Tr.Quốc sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi

1100C 118

Trang 15

PHẦN II: NỘI DUNG ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

1.1 Tình hình chung trong nước và thế giới

Thiết kế và gia công cơ khí đã có những tiến bộ vượt bậc nhờ việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM với các trung tâm gia công CNC Những công nghệ tiên tiến này cho phép chúng ta rút ngắn quá trình thiết kế và gia công chi tiết máy, cũng như thay đổi mẫu mã sản phẩm một cách linh hoạt Có thể nói, chúng ta đã làm chủ được khâu thiết kế và gia công cơ khí Hai công đoạn còn lại là vật liệu và nhiệt luyện đang đặt

ra nhiều thách thức cho các nhà nghiên cứu công nghệ vật liệu cả trong và ngoài nước Thiếu hiểu biết trong lĩnh vực này sẽ cho ra những sản phẩm có chất lượng thấp Vì thế phát triển vật liệu và công nghệ nhiệt luyện là vấn đề rất được quan tâm

Các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, CHLB Đức, Nhật, Nga, Anh, Pháp đã nghiên cứu và chế tạo hàng chục loại thép phù hợp với điều kiện làm việc khác nhau Điển hình là thép chế tạo chi tiết bền nguội, thép chế tạo chi tiết bền nóng, thép chế tạo chi tiết chịu ăn mòn hoá học Theo đó, công nghệ nhiệt luyện chi tiết và sản suất

lò nhiệt luyện cũng được đầu tư tương xứng

Những năm gần đây, ngoài yếu tố công nghệ, vấn đề bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng cũng được các quốc gia trên thế giới quan tâm Nhiều công nghệ nhiệt luyện

và các loại lò nhiệt luyện tiên tiến đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng có hiệu quả cao như công nghệ nhiệt luyện chân không, công nghệ thấm N plasma và các loại

lò nhiệt luyện chân không, lò thấm Nitơ có quạt khuấy cũng được nghiên cứu và chế tạo Hai công nghệ này được các nước tiên tiến trên thế giới ứng dụng có hiệu quả cho nhiệt luyện kim loại chất lượng cao

Ở Việt Nam, nhu cầu sử dụng thép chế tạo chất lượng cao ngày một tăng, đặc biệt

là những năm gần đây khi mà ngành công nghiệp phụ trợ đang ngày càng phát triển Tuy nhiên, năng lực sản xuất nhiệt luyện mới chỉ đáp ứng được một phần nhỏ nhu cầu thị trường

Điển hình là ngành khuôn mẫu, hầu hết các loại khuôn đòi hỏi chất lượng cao đều phải nhập ngoại Các Công ty liên doanh, Công ty 100% vốn nước ngoài phải nhập bán thành phẩm về Việt Nam để lắp ráp hoặc nhập khẩu khuôn để sản xuất Một số Công ty chế tạo khuôn trong nước phải gửi khuôn ra nước ngoài để nhiệt luyện và thấm N

Thời gian gần đây, một số cơ sở nhiệt luyện có 100% vốn nước ngoài đã xuất hiện như công ty Asung (Hàn quốc) ở Hưng Yên, Công ty Hitachi (Nhật Bản) ở KCN

có chất lượng cao và ổn định, nhu cầu về nhiệt luyện và chế tạo cũng như nắm bắt được công nghệ nhiệt luyện ngày càng tăng

Tuy vậy, lò nhiệt luyện chế tạo trong nước chất lượng vẫn còn thấp và không ổn định Chỉ có một vài Công Ty chuyên về chế tạo lò nhiệt luyện cũng như công nghệ nhiệt luyện có uy tín và sản phẩm đạt chất lượng như Công Ty TNHH SX TM Khắc Nguyễn, P Linh Chiểu - Q Thủ Đức – TP Hồ Chí Minh, Công Ty TNHH FUCO,

Q Ba Đình - Hà Nội, Công Ty TNHH ICS Việt Nam( 100% vốn Nhật Bản) trên Quốc

Lộ 5 - Tỉnh Hải Dương

1.2 Vai trò của nhiệt luyện trong sản xuất cơ khí

Nhiệt luyện có vai trò như thế nào trong sản xuất cơ khí Các nhà máy của chúng

ta đã quan tâm đầu tư đúng mức cho nguyên công này Đâu là giải pháp tăng tính cạnh tranh trong môi trường hội nhập đòi hỏi ngày càng khắt khe về chất lượng Trước khi tìm hiểu vai trò của nhiệt luyện đối với nhà máy cơ khí như thế nào chúng ta cùng tìm hiểu sơ qua về nhiệt luyện

1.2.1 Sơ lược về nhiệt luyện

Nhiệt luyện là công nghệ nung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt tại đó một thời gian thích hợp rồi làm nguội với tốc độ nhất định để làm thay đổi tổ chức, do đó biến đổi cơ tính và các tính chất khác theo phương hướng đã chọn trước

Nhiệt luyện chỉ 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 thước 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 cơ những tính chất cần thiết mà còn làm tăng tính công nghệ của vật liệu Vì vậy có thể nói nhiệt luyện là khâu quan trọng không thể thiếu được đối với chế tạo cơ khí và là một trong những yếu tố công nghệ quan trọng quyết định chất lượng của sản phẩm cơ khí

Nhiệt luyện có ảnh hưởng quyết định tới tuổi thọ của các sản phẩm cơ khí Máy móc càng chính xác, yêu cầu cơ tính càng cao thì số lượng chi tiết cần nhiệt luyện

Trang 17

càng nhiều Đối với các nước công nghiệp phát triển, để đánh giá trình độ ngành chế tạo cơ khí phải căn cứ vào trình độ nhiệt luyện, bởi vì dù gia công cơ khí chính xác nhưng nếu không qua nhiệt luyện hoặc chất lượng nhiệt luyện không đảm bảo thì tuổi thọ của chi tiết cũng không cao và mức độ chính xác của máy móc không còn giữ được theo yêu cầu

Nhiệt luyện nâng cao chất lượng sản phẩm không những có ý nghĩa kinh tế rất lớn (để kéo dài thời gian làm việc, nâng cao độ bền lâu của công trình, máy móc thiết bị…) mà còn là thước đo để đánh giá trình độ phát triển khoa học, kĩ thuật của mỗi quốc gia

Các tác dụng chủ yếu của Nhiệt luyện:

1.2.2 Tăng độ cứng, tính chịu ăn mòn, độ dẻo dai và độ bền của vật liệu

Mục tiêu của SX cơ khí là SX ra các cơ cấu và máy bền hơn, nhẹ hơn, khoẻ hơn với các tính năng tốt hơn Để đạt được 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 phương pháp nhiệt luyện thích hợp như 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 như sau:

Hình 1.1 Lò nhiệt luyện dạng đáy di động cửa kéo lên

Trang 18

- Tuổi bền (thời gian làm việc) của máy tăng lên do hệ số an toàn cao không gãy

vỡ (do nâng cao độ bền) Trong nhiều trường hợp máy hỏng còn là do bị ăn mòn quá mạnh, nâng cao độ cứng, tính chống mài mòn cũng có tác dụng này

- Máy hay kết cấu có thể nhẹ đi, điều này dẫn đến tiết kiệm kim loại (hạ giá thành), năng lượng (nhiên liệu) khi vận hành

- Tăng sức chịu tải của máy, động cơ, phương tiện vận tải (ôtô, toa xe, tàu biển…)

và kết cấu (cầu, nhà, xưởng…), điều này dẫn tới các hiệu quả kinh tế – kĩ thuật lớn Phần lớn các chi tiết máy quan trọng như 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 thường được tiến hành gần như là sau cùng, nhằm tạo cho chi tiết, dụng cụ cơ tính thích hợp với điều kiện làm việc và được gọi là nhiệt luyện kết thúc (thường tiến hành trên sản phẩm)

Như thường thấy, chất lượng của máy, thiết bị cũng như 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

1.2.3 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 như 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 thường hoá như 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 được, phải đưa đi ủ hoặc thường hoá để làm giảm độ cứng, tăng độ dẻo Sau khi xử lý như vậy thép trở nên dễ gia công tiếp theo

Các phương pháp nhiệt luyện tiến hành với mục đích như vậy được gọi là nhiệt luyện sơ bộ, chúng nằm giữa các nguyên công gia công cơ khí (thường tiến hành trên phôi)

Vậy trong sản xuất cơ khí cần phải biết tận dụng các phương pháp nhiệt 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

1.2.4 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 thường đặt tập trung Sau khi nhiệt luyện sơ bộ, từ đây phôi thép được chuyển

Trang 19

tới các phân xưởng cắt gọt, dập và sau khi nhiệt luyện kết thúc các chi tiết máy quan trọng (cần cứng và bền cao) được đưa qua mài hay thẳng đến lắp ráp Cách sắp xếp như vậy có nhiều nhược điểm, song không thể khác vì sản lượng thấp Ở các nhà máy

cơ khí có quy mô lớn và rất lớn, các chi tiết máy được gia công hoàn chỉnh từ khâu đầu đến khâu cuối trên dây chuyền cơ khí hoá hoặc tự động hoá trog đó bao gồm cả nguyên công nhiệt luyện Do vậy nguyên công nhiệt luyện ở đây cũng phải được cơ khí hoá thậm chí tự động hoá và phải chống nóng, độc để không có ảnh hưởng xấu đến bản thân người làm nhiệt luyện cũng như cả dây chuyền sản xuất cơ khí Cách sắp xếp chuyên môn hoá cao như vậy đảm bảo chất lượng sản phẩm và lựa chọn phương án tiết kiệm được năng lượng

Các nhà máy cơ khí có thể xem xét tuỳ thuộc vào mức độ sản xuất của đơn vị mình ra sao mà lựa chọn quy mô của phân xưởng nhiệt luyện sao cho phù hợp và tiết kiệm nhất nhưng vẫn đảm bảo được chất lượng của sản phẩm

1.3 Ưu thế khi sử dụng lò nhiệt luyện bằng điện

 Tiết kiệm năng lượng với lò nung bằng điện trở

Trong các quá trình công nghệ, đặc biệt là trong luyện kim và cơ khí có rất nhiều giai đoạn cần gia nhiệt vật nung đến nhiệt độ cao

Nguồn nhiệt cung cấp có thể từ quá trình cháy của nhiên liệu như gas, than đá, sinh khối hay từ quá trình chuyển hóa điện năng trong điện trở hay vòng cảm ứng, đèn hồ quang Xét về mặt hiệu quả sử dụng năng lượng sơ cấp, các quá trình cháy cho phép tận dụng tối đa khả năng sinh nhiệt của nhiên liệu Tuy nhiên đối với các

cơ sở sản xuất, lò nung có quy mô nhỏ, nhiệt của sản phẩm cháy không được tận dụng một cách triệt để thì hiệu suất sử dụng sẽ rất thấp Để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, giảm giá thành sản xuất, một số cơ sở đã chuyển việc sử dụng nhiệt năng của quá trình cháy sang sử dụng nhiệt năng chuyển hóa từ điện năng

Hình 1.2 Lò nhiệt luyện thể khí có quạt khuấy

Trang 20

+ Giá thành 1 kW nhiệt hữu ích khi sử dụng gas làm nhiên liệu

Đối với các lò nung dùng nhiên liệu khí, hiệu suất sử dụng nhiệt của lò thường chỉ đạt khoảng 55% đến 65% Điều này được giải thích là do tổn thất nhiệt mà sản phẩm cháy mang theo lớn, với các lò nung quy mô nhỏ thường không có phương pháp khả thi để tiết kiệm được lượng nhiệt này Gas hiện bán trên thị trường có nhiệt trị thấp khoảng 11,3 đến 12,0 kCal/kg

Theo Ông Đỗ Trung Thành, Phó Trưởng phòng Kinh doanh – Công ty Dầu khí Thành phố Hồ Chí Minh (Saigon Petro) cho biết, giá gas nhập khẩu bình quân tháng 7/2015 ở mức 410 USD/tấn, giảm 12,5 USD/tấn so với tháng trước

Giá các loại gas: Saigon Petro, Pacific Petro, EFF gas, Gia Đình gas… sẽ dao động ở mức 285.000 - 293.000 đồng/bình 12kg Tương đương 23.750 – 24.400 đồng/kg

Theo các số liệu đó, ta có:

Lượng nhiệt hữu ích thu được khi đốt 1 kg Gas là:

0,65.12 = 7,8 kCal/kg = 32,65 kJ

Với 1 Cal = 4,1858 J

Giá thành của 1 kJ nhiệt hữu ích khi sử dụng nhiên liệu Gas là:

+ Giá thành 1 kW nhiệt hữu ích khi sử dụng điện trở

Đối với các lò nung cấp nhiệt bằng dây điện trở, do lò không có hệ thống thoát sản phẩm cháy nên có kết cấu kín, tổn thất nhiệt của lò chỉ là tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che Hiệu suất nhiệt của lò loại này thường rất cao, đạt từ 95% trở lên (trong điều kiện cách nhiệt đảm bảo)

Hệ số chuyển đổi từ điện năng sang nhiệt năng cao tức là cứ 1 kW điện sẽ sinh

ra 0,95 kW nhiệt khi đi qua điện trở Giá bán điện hiện nay được phân theo giờ và cấp điện áp Giá bán điện sản xuất được quy định theo thông tư 05/2011/TT- BCT của Bộ Công Thương áp dụng từ ngày 01/03/2015 được cho trong bảng 1.1

24.400.0,65

= 485,75 VNĐ 32,65

Trang 21

Bảng 1.1 Giá thành bán điện sản xuất hiện hành

STT Đối tượng áp dụng 2011 (đ/kWh) 2010 (đ/kWh) Thay đổi

(%)

Giá bán điện sản xuất

2 Cấp điện áp từ 22 kV đến dưới 110 kV

3 Cấp điện áp từ 6 kV đến dưới 22 kV

Theo bảng giá này, nếu ta lấy mức giá bán điện là mức giá cao nhất 2.061 VNĐ/kWh Với 1 W = 1 J/s vậy 1 kW/h = 3600 kJ Theo các số liệu đó, ta có: + Giá bán của 1 kJ nhiệt thu được khi sử dụng điện trở là:

2061 = 0.573 VNĐ3600

+ Giá bán của 1 kJ nhiệt hữu ích thu được khi sử dụng điện trở là:

0,573 = 0,603 VNĐ0,95

Điều này chứng tỏ, khi sử dụng điện thay thế Gas thì mỗi kJ nhiệt hữu ích, nhà sản xuất sẽ tiết kiệm được 485,15 VNĐ Đây là cơ sở để các nhà sản xuất chuyển đổi nguồn năng lượng sử dụng trong các lò nung Điều này hoàn toàn phù hợp với thực

tế sản xuất ở các doanh nghiệp sản xuất gốm sứ, các cơ sở nhiệt luyện chi tiết máy , các phân xưởng, công ty cơ khí, công ty sản xuất kẽm,…

Trang 22

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DÂY ĐIỆN TRỞ VÀ TÍNH TOÁN

NHIỆT CHO LÒ

2.1 Yêu cầu của vật liệu chế tạo dây điện trở

Dây điện trở là bộ phận phát nhiệt của lò, làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao

do đó phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Chịu nóng tốt, ít bị ôxi hoá ở nhiệt độ cao

- Có độ bền cơ học cao, không bị biến dạng ở nhiệt độ cao, có thể tự bền vững dưới tải trọng của dây

- Điện trở suất phải lớn: Tạo cho dây điện trở có cấu trúc gọn khi cùng đáp ứng một công suất yêu cầu, dễ dàng bố trí trong lò

- Hệ số nhiệt điện trở nhỏ: Hầu hết các vật liệu chế tạo dây điện trở đều có hệ số nhiệt điện trở nhỏ và dương (nhiệt độ càng cao, điện trở càng lớn)

- Các kích thước phải ổn định: Mét số vật liệu, ngày càng chảy dài ra, đứng về mặt cấu tạo, lắp ráp không thuận lợi, khi xây lò và lắp ráp phải chừa chỗ dự phòng cho sự dãn dài của dây, như vậy không đạt yêu cầu chắc chắn

- Các tính chất điện phải ổn định hoặc ít thay đổi

- Dễ gia công: Kéo dây, dễ hàn, đối với vật liệu phi kim loại phải Ðp khuôn được

Để thoả mãn các yêu cầu trên, trong thực tế rất khó có vật liệu nào đáp ứng được, nhưng người ta đã chọn được một số vật liệu thoả mãn tốt các yêu cầu chính để chế tạo dây điện trở Các vật liệu đó là: Crôm - Niken, Crôm - Nhôm, Crôm - Nhôm - Sắt, Cacbuarun (SiC),

Hợp kim Nicrôm

Hợp kim Nicrôm có độ bền nóng tốt vì có líp màng crôm ôxit (Cr2O3) bảo vệ rất chắc chắn, chịu được sự thay đổi nhiệt độ tốt nên có thể làm việc trong các lò có chế

độ làm việc gián đoạn

Hợp kim Nicrôm có cơ lý tính tốt ở nhiệt độ thường cũng như nhiệt độ cao: dẻo,

dễ gia công, dễ hàn, điện trở suất lớn, hệ số nhiệt điện trở nhỏ, không có hiện tượng già hoá Nicrôm là vật liệu đắt tiền nên người ta có khuynh hướng tìm các loại vật liệu khác thay thế

Trang 23

Hợp kim Sắt - Crôm – Nhôm

Hợp kim này chịu được nhiệt độ cao, thoả mãn các yêu cầu về tính chất dẫn

điện, nhưng có nhược điểm là: giòn, khó gia công, kém bền cơ học ở nhiệt độ cao

Vì vậy khi thiết kế cần lưu ý tránh tác động tải trọng của chính dây điện trở

Một nhược điểm nữa của hợp kim này là ở nhiệt độ cao dễ bị các ôxit sắt, ôxit silic tác dụng hoá học, phá hoại lớp màng bảo vệ của các ôxit nhôm và crôm Vì vậy, tường lò (ở những nơi tiếp xúc với dây điện trở) phải là vật liệu chứa nhiều Alumin (Al2 O3 ≥ 70%, Fe2O3 ≤ 1%)

Độ dãn dài của hợp kim này tới 30% - 40% đã gây khó khăn khi lắp đặt dây trong

lò, vì vậy cần tránh đoản mạch khi dây dãn dài và cong Ở Trung Quốc, người ta đã chế tạo được các loại dây hợp kim.Thể hiện trong bảng sau:

Bảng 2.1 Các sản phẩm dây đốt của SEANA INTERNATIONAL (CHINA) LTD

1Cr13A14 0Cr25A15 0Cr21A16 0Cr23A15 0Cr21A14 0Cr21AL6Nb 0Cr27AL7Mo2

Dây tròn có đường kính d [mm]:

Bảng 2.2 Đường kính dây và các đặc điểm kỹ thuật

2.80 6.16 88.0 0.203 21.9 0.04557 0.231 22.9 0.0437 0.248 22.9 0.0437

3.00 7.07 94.2 0.1768 19.1 0.05231 0.201 19.92 0.0502 0.216 19.92 0.0502 3.50 9.62 110.0 0.1299 14.00 0.07120 0.1476 14.64 0.0683 0.159 14.64 0.0683 4.00 12.57 125.7 0.0995 10.75 0.09299 0.1130 11.21 0.0892 0.1218 11.21 0.0892 4.50 15.90 141.4 0.0786 8.50 0.1177 0.0893 8.86 0.1129 0.0962 8.86 0.1129 5.00 19.63 157.1 0.0637 6.88 0.1453 0.0723 7.17 0.1394 0.0779 7.17 0.1394 5.50 23.8 172.8 0.0526 5.69 0.1758 0.0598 5.92 0.169 0.0644 5.92 0.1690 6.00 28.3 188.5 0.0442 4.78 0.2092 0.0520 4.98 0.201 0.0541 4.98 0.201 6.50 33.20 204 0.0377 4.07 0.2456 0.0428 4.24 0.236 0.0461 4.24 0.236 7.00 38.50 220 0.0325 3.51 0.2858 0.0369 3.66 0.273 0.0398 3.66 0.273

Trang 25

Với: 直径 - Đường kính (mm)

面积 - Diện tích (mm2)

每米表面积 - Diện tích bề mặt trên mỗi mét (cm2/m)

200C 每米电用 - Điện trở suất mỗi m ở 200C (/m)

米千克长度- Chiều dài ứng với 1kg dây (m/kg)

每米重量- Khối lượng mỗi m dây (kg/m)

2.2 Cấu trúc của dây điện trở kim loại

Trong các lò điện trở, dây điện trở thường có tiết diện tròn Từ loại tiết diện này,

người ta tạo ra các kiểu cấu trúc dây khác nhau:

- Dây điện trở tròn có cấu trúc xoắn (xoắn trụ hoặc xoắn phẳng)

Kích thước cơ bản của các loại dây được mô tả trên hình 2.1:

Dây tiết diện tròn, kiểu xoắn lò xo

Cấu trúc dây điện trở có tiết diện tròn, kiểu xoắn lò xo

Ở những lò có nhiệt độ thấp, người ta treo tù do dây xoắn hoặc cố định chúng bằng các dây cách điện

Ở những lò có nhiệt độ trung bình hoặc nhiệt độ cao, người ta đặt dây xoắn ở trong các rãnh hoặc nằm trên các giá đỡ hay quấn quanh các ống gốm Đường kính dây là d, đường kính vòng xoắn là D, bước xoắn t ≥ 2d, được trình bày trên hình 2.1 Trong cùng điều kiện như nhau, nếu bước xoắn càng lớn thì ảnh hưởng che chắn giữa các vòng xoắn càng nhỏ Đường kính trung bình của mỗi vòng xoắn D càng lớn thì khả năng phân bố công suất trên 1 m2 tường lò càng lớn, nhưng độ bền cơ học lại yếu đi và dễ xảy ra biến dạng của đường xoắn dưới tác dụng của trọng lượng bản thân dây xoắn

Hình 2.1 Các kích thước cơ bản của dây điện trở

Trang 26

Khi đặt dây xoắn nằm tự do thì giá trị D/d không lớn hơn 10 (D/d ≤ 10) và các giá trị D/d được chọn theo bảng 2.3:

Bảng 2.3 Các giá trị (D/d) max tuỳ theo nhiệt độ và vật liệu dây

Các giá trị (D/d) max được chọn tuỳ theo nhiệt độ và vật liệu dây

Nhiệt độ [ 0 C] Dây Crôm – Niken Dây Sắt – Crôm – Nhôm

- Dây nung xoắn quấn trên ống gốm có thể tăng tỉ số (D/d)max so với bảng 2.3

- Phải đảm bảo vít quấn đều vì tại những vùng bước vít bị mau thì nhiệt độ của dây sẽ quá cao và gây đứt dây nung

Chọn dây điện trở và gạch xốp chịu nhiệt:

Với Lò Nhiệt

- Khả năng ăn mòn hoá học giữa dây điện trở và líp lót tiếp xúc với dây điện trở

- Khả năng ăn mòn hoá học của khí lò đối với dây

- Khi nhiệt độ dây điện trở cao hơn 9000C để tránh hiện tượng gây chảy giữa dây và tường lò và để áp dây trực tiếp lên tường lò thì ta nên chọn gạch ISOLITE

- Để giữ dây cố định, ta dùng gạch chất lượng cao ISOLITE

- Dây điện trở Sắt – Crôm – Nhôm bị giòn trong môi trường không khí có chứa khí CO Trong môi trường này ta phải dùng dây điện trở Crôm – Nhôm (Cr - Al)

=> Dựa vào những điều kiện đã nêu trên do yêu cầu lò có nhiệt độ yêu cầu 12000C nên theo bảng 2.1 ta chọn dây 0Cr27AL7Mo2 có thông số điện trở như sau: