Tiểu luận vật liệu học về mũi khoan bằng thép gió

Như chúng ta đã biết vật liệu học là môn khoa học được ứng dụng về quan hệ giữa các thành phần, cấu tạo và tính chất của vật liệu, nhằm giải quyết những vấn đề kỹ thuật quan trọng trong

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT LÝ TỰ TRỌNG

TIỂU LUẬN MÔN HỌCVẬT LIỆU HỌC

TÂN BÌNH, Ngày 30 Tháng 11 Năm 2014

MỤC LỤC

1 Khái niệm chung

2 Kí hiệu của vật liệu (mác thép) theo tiêu chuẩn việt nam và các tiêu chuẩn của các nước khác…

3 Cấu trúc tổ chức tế vi của thép gió……

4 Thành phần hóa học…

5 Quy trình sản xuất thép gió…

6 Các phương pháp tạo ra mũi khoan trong thực tế …

7 Phương pháp kiểm tra đánh giá sản phẩm(vật liệu :thép gió)

8 Chống ăn mòn và bảo vệ vật liệu…

- Phương pháp thông thường(dùng đá mài)

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thực tế cuộc sống hiện nay, việc sản xuất ra của cải vật chất được thay thế bởi máy móc là xu hướng tất yếu của xã hội nhằm giải phóng sức lao động của con người

Một hệ thống sản xuất tự động giúp sản phẩm có chất lượng cao ,sản phẩm đồng đều, cho phép thay đổi kiểu dáng sản xuất 1 cách linh hoạt phù hợp với nhu cầu của con người là điều tất yếu của cuộc sống, nhưng vẫn đảm bảo về mặt kinh tế và thời gian chuyển đổi mẫu mã linh hoạt ….là một điều cấp thiết đối với nền sản xuất công nghiệp hiện đại

Như chúng ta đã biết vật liệu học là môn khoa học được ứng dụng về quan hệ giữa các thành phần, cấu tạo và tính chất của vật liệu, nhằm giải quyết những vấn đề

kỹ thuật quan trọng trong ngành kỹ thuật (cơ khí,đóng tàu…), liên quan đến việc tiết kiệm vật liệu, giảm khối lượng thiết bị máy móc và dụng cụ, nâng cao độ chính xác, độ tin cậy và khả năng làm việc của máy Để hiểu rõ hơn những đặc điểm trên thì chúng ta sẽ đi vào một mẫu cụ thể được làm từ thép gió là “MŨI KHOAN” Với mục đích làm quen và tiếp cận với các thiết bị sản xuất tiên tiến, con người

đã biết dùng mũi khoan để khoan lỗ trên những vật thể cứng như:sắt ,thép, đá, bê tông,…nhằm có thể biết được độ bền, độ cứng bên trong của vật thể

Mũi khoan có rất nhiều công dụng trong cuộc sống, nó giúp cho con người biết ở đâu có nước, ở đâu có nước sạch, giúp con người khoan lỗ nhưng vật thể cứng mà bằng dụng cụ thô sơ (bằng tay)không thể làm được vậy có thể nói mũi khoan là thiết bị máy móc rất có ích với con người trong cuộc sống hiện đại ngay nay

Trong thực tế có rất nhiều loại mũi khoan và mỗi loại mũi khoan được làm từ những vật liệu khác nhau như:thép (thép gió, thép dụng cụ ), đá…, và được sử dụng đối với những vật thể khác nhau có độ cứng, độ bền khác nhau cho nên trong cuộc

sống chúng ta phải biết lựa chọn những mũi khoan thích hợp để dùng vào nhưng vật thể thích hợp

*MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ MŨI KHOAN TỪ THÉP GIÓ

1*.Khái niệm chung

Thép gió là một loại thép dụng cụ có đặc tính đặc biệt: có thể tôi (nhiệt luyện) trong gió Ở đa số các quốc gia khác thép gió được gọi là "thép cắt nhanh" (thí dụ, tiếng Anh: high speed steel).

2.*Kí hiệu của vật liệu (mác thép )theo tiêu chuẩn việt nam và các tiêu chuẩn của các nước khác.

Thép gió được chia làm 2 nhóm:

- Nhóm thép có năng suất thường gồm các thép vonfram (P18,P12,P9,P9Co5) và thép Vonfram-môlipđen (P6M3,P6M5) có khả năng duy trì độ cứng không thấp hơn 58HRC nhiệt độ làm việc đến 620°C Cùng với độ chịu nóng như nhau các mác thép này khác nhau chủ yếu ở cơ tính và tính công nghệ

- Nhóm thép có năng suất cao là các thép chứa côban và một lượng vanadi khá cao: P6M5K5, P9M4K8, P9K5, P9K10, P10K5Փ5, P18K5Փ2 Chúng hơn hẳn các nhóm thép trước về độ cứng nóng ( khoảng 64-65HRC, nhiệt độ 640-650°C) và dộ chống mài mòn, nhưng lại thua về dộ bền và độ dẻo Các thép có năng suất cao được dung để gia công các thép có độ bền cao, thép chống ăn mòn và thép bền nóng

có tổ chức austenite và các vật liệu khó gia công khác

Dùng thép Cr-Ni (hay Cr-Mn) có thêm Mo hay W và %C =0,5%.Các mác 50CrNiMo ,50CrNiW , 50CrNiSiW, 50CrMnMo trong đó 50CrNiMo là mác:

60Si2: lò xo trong toa xe ,nhíp ôtô ,trục mềm

50CrMn được dùng làm nhíp ôtô với tính công nghệ tốt hơn

60Si2CrVA và 60Si2Ni2A , σe =1500Mpa làm nhíp, lò xo lớn, chịu tải trọng nặng, riêng loại chịu va đập mạnh nên dùng 60Si2Ni2A

W18Cr4V 0.70 ~

0.80

0.20 ~ 0.40

0.10 ~ 0.40

£ 0.03

£ 0.03

3.80 ~ 4.40

<

0.30

1.00 ~ 1.40

17.50 ~ 19.00

Mác thép

Độ cứng (HBS) £ Nhiệt luyện và độ cứng sau tôi, ramỦ

Phương phápkhác

Nhiệt độ nung trước/oC

Nhiệt độ tôi /oC

Làm nguội

Ram /oC

Độ cứng

³

Lò muối

Lò giếngW18Cr4V

255

269 820 ~ 870

1270

~ 1285

1270

~ 1285

Dầu

550

~ 570

63

3.* Cấu trúc tổ chức tế vi của thép gió

Sau ủ và thường hóa :sau ủ :Lê,sau thường hóa :M Thép chứa nhiều cacbit(15÷25%),sau khi đúc cacbit chủ yếu ở dạng cùng tinh Lê hình xương cá nên rất giòn và phải làm nhỏ chúng bằng biến dạng nóng (cán,rèn).

+Tổ chức tế vi của thép của thép ở hình trên :gồm M giàu W,(γ) dư (30%) và cacbit

dư (15÷20%) với độ cứng HRC chỉ khoảng 62 Cacbit dư có ảnh hưởng tốt đến tính

chống mài mòn song lượng lớn (γ) dư làm giảm độ cứng của thép tôi vài đơn vị HRC (γ) dư nhiều vì tôi ở nhiệt độ cao ,(γ) hòa tan nhiều nguyên tố hợp kim làm hạ thấp điểm MK Do (γ) quá nguội có tính ổn định rất cao nên có thể tôi cho thép gió :

-Tôi trong dầu (>60°C): áp dụng cho các dao có hình dạng đơn giản

-Tôi phân cấp trong muối nóng chảy (400÷600°C):với thời gian giữ nhiệt 5min, áp dụng cho các dao nhỏ, hình dạng phức tạp, yêu cầu độ cong vênh rất nhỏ như mũi khoan

-Tôi trong không khí (tự tôi):tuy vẫn đạt độ cứng cao đối với dao mỏng, song

có thể cho độ cứng không đều (độ cứng thấp hơn ở chỗ dày),dễ bị ooxxi hóa, thoát

cacbon bề mặt, tiết cacbit khỏi (γ)làm giảm tính cứng nóng, nên rất ít dùng

-Tôi đẳng nhiệt ra ra bainit (giữ ở 240÷280°C):cho biến dạng nhỏ nhất song độ cưng HRC không quá 6 ,năng suất thấp, ít dùng

4* Thành phần hoá học

 Cacbon: 0,7-1,5%: đảm bảo đủ hoà tan vào mactenxit tạo thành cacbit với các nguyên tố tạo thành cacbit mạnh là Volfram, Mô lip đen và đặc biệt là Vanađi

 Volfram, Mô lip đen khá cao: > 10%

 Crom : Khoảng 4% (từ 3,8÷4,4%) có tác dụng làm tăng mạnh độ thấm tôi Nhờ

tổng lượng Cr+W+Mo cao (>15%) nên thép gió có khả năng tự tôi (đây là lý do

khiến người ta đặt tên là thép gió), tôi thâu với tiết diện bất kỳ và có thể áp dụng tôi phân cấp

 Vanađi Nguyên tố tạo thành các bít rất mạnh Mọi thép gió đều có ít nhất 1%V, khi cao hơn 2% tính chống mài mòn tăng lên, tuy nhiên không lên dùng quá 5%

3 Sau đó các dụng cụ được làm nguội trong không khí, các dụng cụ lớn được làm nguội trong dầu Các dụng cụ có hình dạng phức tạp được tôi phân cấp ở 500-5500C để giảm biến dạng.

5.*Quy trình sản xuất thép gió:

6.*Các phương pháp tạo ra mũi khoan trong thực những lỗ có đường kính d ≥ 80 mm, người ta dùng MK vành Khi tế:

1)Đầu tiên, người ta dùng phôi là một tấm thép gió hình chữ nhật có độ dày mỏng khác nhau tùy kích thước mũi khoan chế tạo

2)Sau đó nung nóng thép gió cho thật mềm, rồi dùng máy nén áp lực để đẩy một cây thép dùi 2 lỗ dọc theo chiều của phôi (2 lỗ này sẽ là lỗ phun dầu tản nhiệt )và một cái lỗ chính giữa đầu ngược lại tức là lỗ đưa dầu vào (lúc này thì thép mềm nên

nó dùi sắt cũng dễ như dùi gỗ

3)Tiếp là cho tấm phôi nguội từ từ, đến một nhiệt độ mà có thể uốn nhưng không hư

3 lỗ mới dùi thì họ sẽ đưa vào máy và bắt kéo uốn xoắn tạo hình mũi khoan

4)Sau khi mũi khoan định hình xong thì đưa đi mài thô

5)Kế đến là quy trình tôi mũi khoan cho cứng trơ lại cũng như tẩm Titan ,Nito… lên bề mặt mũi khoan (quá trình tôi thấm Nito ở người nhật làm ,mũi khoan đang nóng thì Robot nó gắp xong liệng luôn vô bể đựng Nito lỏng, nó thấm Nito từ trong ra ngoài

6)Công đoạn cuối cùng là mài tinh và tẩm hợp kim chông mài mòn lên bề mặt mũi khoan

7) Sau khi hoàn thành xong mũi khoan, đưa vào thử nghiệm nếu đạt thì đưa ra sử dụng

7.*Phương pháp kiểm tra đánh giá sản phẩm(vật liệu :thép gió):

+Phương pháp này được thực hiện bằng cách quan sát hoa lửa tạo ra khi mài mẫu trên máy mài, sau đó đối chiểu với ảnh (hoặc đồ thị) chuẩn hoặc với hoa lửa của mẫu chuẩn

• Phương pháp này do Max Bermann, một kỹ sư làm việc ở Budapest (Hungary), đưa ra lần Kiểm tra bằng hoa lửa là một phương pháp kiểm tra sơ bộ để phân loại nhanh hợp đầu tiên vào năm 1909 khi ông ta phát hiện sự khác nhau giữa hoa lửa của các mác thép Ông ta khẳng định có thể phân biệt được các loại thép khác nhau dựa trên %C và tỷ lệ các nguyên tố hợp kim Thậm chí, ông ta còn khẳng định phương pháp này có thể đạt tới độ chính xác 0.01%C

• Phương pháp này được sử dụng nhiều trong các nhà máy, phân xưởng cơ khí, chế tạo dụng cụ, nhiệt luyện và đúc do tính chất nhanh, dễ dàng và rẻ tiền Hơn nữa, phương pháp này không đòi hỏi phải chế tạo, gia công mẫu kiểm phức tạp; chỉ cần 1 mẩu vật liệu, thậm chí có thể dùng máy mài cầm tay để tạo hoa lửa Nhược điểm chính của phương pháp này là không thể xác định chắc chắn mác vật liệu, nếu yêu cầu xác định chắc chắn thì buộc phải phân tích thành phần hóa học Ngoài ra, phương pháp này cũng gây hỏng bề mặt vật liệu

• Từ những năm 1980, khi việc đầu tư các trang thiết bị kiểm tra thành phần vật liệu không còn quá khó khăn, phương pháp kiểm tra hoa lửa không còn được sử dụng nhiều trong công nghiệp

2 Các phương pháp kiểm tra hoa lửa:

2.1 Phương pháp thông thường (dùng đá mài):

• Phương pháp này thường sử dụng máy mài bàn (VD: máy mài 2 đá) để tạo hoa lửa, đôi khi cũng có thể sử dụng máy mài cầm tay

• Đá mài phải quay với tốc độ tối thiểu là 23 m/s (vận tốc dài), thực tế nên điều chỉnh trong khoảng 38 ~ 48 m/s Đá mài nên sử dụng loại thô và cứng (loại oxit nhôm hoặc carborundum – SiC)

• Chiều dài của hoa lửa phụ thuộc vào lực mài rất khó so sánh nếu nếu lực mài mẫu khác nhau Trong thực tế, lực mài sao cho chùm tia lửa của thép 0.2% C có chiều dài khoảng 500mm thường được dùng làm lực chuẩn

• Để tránh ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời hoặc để điều chỉnh độ sáng xung quanh, cần thiết phải sử dụng các loại màn che hoặc buồng tối Khi mài, để mẫu tiếp xúc nhẹ với đá mài

• Hướng của chùm tia lửa nên theo phương ngang hoặc hơi chếch lên trên Và vị trí quan sát nên ở phía sau hoặc bên phải của chùm tia

• Để nhận biết chính xác hơn, nên có thêm mẫu chuẩn (đã phân tích chính xác thành phần hóa học) để làm mẫu đối chiếu

• Các mẫu thử cần được làm sạch bề mặt, loại bỏ các lớp thấm (C, N), các lớp oxit và thoát carbon Có thể thực hiện bằng cách mài sâu

• Khi kiểm tra, cần quan sát kỹ chùm hoa lửa từ gốc đến ngọn (theo hình 1) Đặc biệt cần chú ý vào một số đặc điểm sau:

• Chùm tia lửa: màu sắc, số lượng, độ sáng, chiều dài các tia lửa

• Hoa lửa: màu sắc, số lượng, hình dạng, kích cỡ

• Trở lực mài: theo cảm giác ở tay khi mài mẫu

2 Chú ý: bề mặt đá mài phải vệ sinh thường xuyên để tránh bám vụn kim

loại (dùng cà đá)

2.2 Phương pháp dùng khí nén:

• Phương pháp này nung mẫu kiểm đến khi nóng đỏ rồi thổi khí trực tiếp lên mẫu Khí nén sẽ cung cấp đủ lượng oxy cần thiết để làm cháy bề mặt mẫu và tạo ra hoa lửa

• Phương pháp này tạo ra luồng hoa lửa có chiều dài lớn hơn , dễ quan sát hơn ,độ chính xác cao hơn so với dùng đá mài

• Do áp suất khí có độ ổn định cao nên việc so sánh, đối chiếu hoa lửa giữa các mẫu khác nhau trở nên dễ dàng hơn nhiều

2.3 Phương pháp kiểm tra tự động:

• Bằng việc sử dụng các thiết bị quan sát và phân tích quang phổ, phương pháp này cho độ chính xác cao hơn rất nhiều lần so với quan sát bằng mắt và hoàn toàn không phụ thuộc kỹ năng cũng như kinh nghiệm của người kiểm tra

+Đồ thị thể hiện quá trình đánh giá vật liệu:

Hình 2 Đặc điểm hoa lửa của thép gió

3 Đặc điểm hoa lửa của thép gió:

Bảng 2 Ảnh hưởng của các nguyên tố trong thép gió đến hoa lửa

Hình 3 Đặc điểm hoa lửa của thép theo nguyên tố hợp kim

4 Hoa lửa của một số loại, mác thép:

8.*Chống ăn mòn và bảo vệ vật liệu:

Ăn mòn là một hiện tượng rất phổ biến của kim loại Vấn đề ăn mòn xuất hiện trong tất cả khía cạnh của công nghệ, nó gây ra những hậu quả nghiêm trọng như làm hư hại các thiết bị, giảm hiệu suất của máy móc, gây ô nhiễm các sản phẩm, thực phẩm,… Thậm chí ăn mòn còn gây ra những tai hoạ rất lớn cho các lò phản ứng hạt nhân, máy bay, tên lửa, các thiết bị tự động Không chỉ có vậy, ăn mòn còn là trở ngại trong việc tung ra những sản phẩm mới thuộc lĩnh vực công nghệ cao và trong các lĩnh vực cơ khí do chúng thường xảy ra một cách không thể lường trước được Trong nhiều trường hợp, ăn mòn có thể trở thành yếu tố ngăn cản sự thành công của các công nghệ mới nhiều hứa hẹn.

Có thể nói ăn mòn gây ra những thiệt hại vô cùng to lớn cả về trực tiếp lẫn gián tiếp Những thiệt hại gián tiếp là không thể tính được, thường lớn hơn nhiều so với thiệt hại trực tiếp

+Sơn mạ kẽm lạnh zrc giải pháp chống ăn mòn lâu dài :

Đối với sản phẩm ZRC Worldwide

Tính năng:

ZRC là chế phẩm giàu kẽm một thành phần sơn phủ lên bề mặt kim loại ở điều kiện bình thường như các loại sơn truyền thống khác Sau khi khô, kim loại được bảo vệ bởi 1 lớp mạ kẽm lạnh có hàm lượng kẽm đến 95%, cung cấp chức năng chống ăn mòn điện hóa như mạ kẽm nhúng nóng

Đặc điểm:

- Sản phẩm là hợp chất hữu cơ giàu kẽm, một thành phần

- Chứa đựng đến 95% kẽm trong lớp phủ sau khi khô

- Đáp ứng các tiêu chuẩn UL, ASTM, MIL, DOD, SSPC, USDA, ISO9001

Đối với sản phẩm ZG 151 AUS

Tính năng:

ZG 151 là loại sơn lót giàu kẽm một thành phần được phủ lên bề mặt kim loại ở điều kiện bình thường như các loại sơn truyền thống khác Sau khi khô, kim loại được bảo vệ bởi 1 lớp mạ kẽm lạnh có hàm lượng kẽm lên đến 90%, cung cấp chức

năng chống ăn mòn điện hóa, bên cạnh đó sản phẩm là loại một thành phần nên rất

dễ thi công và bảo quản lâu dài

Đặc điểm:

- Sản phẩm có gốc là hợp chất hữu cơ alkyd và bột kẽm tinh khiết 99.99%

- Chứa đựng đến 90% kẽm trong lớp phủ sau khi khô

- Sản phẩm được sản xuất theo công nghệ của Úc

Đối với sản phẩm SM-5002

SM-5002 tạo lớp phủ theo phương pháp xịt, sử dụng nguyên liệu hạt kẽm mạ chất lượng cao (độ tinh khiết của kẽm 99.99%) Sau khi khô, kim loại được bảo vệ bởi 1

lớp mạ kẽm lạnh có hàm lên đến lượng kẽm 85% Với thiết kế dạng chai xịt nên rất

thuận tiện khi sử dụng ở mọi ngõ ngách mà các loại sơn khác không thực hiện được

và không cần pha thêm dung môi hay hóa chất nào

Ứng dụng:

+) Thay thế lớp mạ kẽm nhúng nóng

- Sơn sửa lớp mạ kẽm nhúng nóng bị hư hỏng do hàn, cắt, khoan lỗ

- Sơn tái tạo bề mặt mạ kẽm nhúng nóng bị môi trường ăn mòn

- Mạ kẽm tại công trường hay nơi sản xuất mà không phải đưa vào xưởng mạ kẽm nhúng nóng

- Làm sơn lót chống gỉ cho bề mặt kim loại kết hợp với loại sơn truyền thống phủ ngoài cùng để được màu sắc như mong muốn

+) Ứng dụng điển hình

- Trụ điện, trụ đèn chiếu sáng, anten parabol, đài rada

- Kết cấu công trình: cầu cảng, nhà xưởng, hàng rào, thiết bị ngoài khơi, bồn bể, đường ống

- Bảo trì thiết bị, phụ kiện trong các hệ thống phân phối, truyền tải trạm biến áp điện lực

- Công trình điện lực, dầu khí, giao thông, thủy sản, nhà máy công nghiệp và các công trình công cộng

9.*Bảo quản thép: