Nghiên cứu xây dựng quy trình nhiệt luyện của dao băm gỗ trong ngành nguyên liệu giấy

Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra sự ảnh hưởng của quá trình nhiệt luyện đến sự thay đổi các thông số như độ cứng, độ bền va đập, khả năng chống mài mòn và cấu trúc tế vi của thép công cụ SKD

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

NGUYỄN ĐỨC ĐÔNG

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH NHIỆT LUYỆN

CỦA DAO BĂM GỖ TRONG NGÀNH

NGUYÊN LIỆU GIẤY

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KHÁNH HÒA, 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

NGUYỄN ĐỨC ĐÔNG

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH NHIỆT LUYỆN

CỦA DAO BĂM GỖ TRONG NGÀNH

NGUYÊN LIỆU GIẤY

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan mọi kết quả của đề tài: “Nghiên cứu xây dựng quy trình nhiệt

luyện của dao băm gỗ trong ngành nguyên liệu giấy” là công trình nghiên cứu của cá

nhân tôi và chưa từng được công bố trong bất cứ công trình khoa học nào khác cho tới thời điểm này

Khánh Hòa, ngày 15 tháng 10 năm 2015

Tác giả luận văn

Nguyễn Đức Đông

LỜI CÁM ƠN

Trong suốt thời gian thực hiện đề tài, tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ của quý thầy cô từ các phòng ban chức năng của Trường Đại học Nha Trang, với sự giúp đỡ nhiệt tình đó đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi được hoàn thành đề tài Đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của TS Trần Doãn Hùng để tôi có thể hoàn thành tốt đề tài Qua đây, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến sự giúp đỡ quý báu đó

Tôi xin cám ơn các thầy cô trong bộ môn Công nghệ chế tạo máy, Trung tâm thí nghiệm thực hành, các thầy cô giáo trong khoa Cơ khí của Trường Đại học Nha Trang

đã giảng dạy, giúp đỡ tạo điều kiện cho tôi quá trình học tập, nghiên cứu thực hiện đề tài này

Qua đây tôi cũng xin bày tỏ lời cám ơn sâu sắc đến các bạn đồng nghiệp, kỹ thuật viên thuộc Công ty LD TNHH Cát Phú rất nhiệt tình giúp đỡ tôi trong phần chạy thử nghiệm dao mẫu để góp phần hoàn thành luận văn này

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình và tất cả bạn bè đã luôn giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Khánh Hòa, ngày 15 tháng 10 năm 2015

Tác giả luận văn

Nguyễn Đức Đông

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CÁM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC KÝ HIỆU vi

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ viii

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN x

Chương 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan về đề tài nghiên cứu 1

1.2 Tình hình nghiên cứu đối với vấn đề đặt ra 2

1.3 Mục tiêu, phương pháp, nội dung và giới hạn nghiên cứu 3

1.3.1 Mục tiêu và mục đích nghiên cứu 3

1.3.2 Nội dung nghiên cứu và bố cục của đề tài 3

1.3.3 Phương pháp nghiên cứu 4

1.3.4 Giới hạn nội dung nghiên cứu 4

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 6

2.1 Giới thiệu chung về dao băm gỗ 6

2.1.1 Sơ lược về dao băm gỗ 6

2.1.2 Điều kiện làm việc của dao 7

2.1.3 Yêu cầu cơ tính của dao 7

2.1.4 Các dạng sai hỏng của dao băm gỗ 8

2.1.5 Yêu cầu vật liệu làm dao 8

2.2 Vật liệu thép hợp kim 9

2.2.1 Cấu trúc tinh thể và liên kết nguyên tử của hợp kim 9

2.2.2 Thành phần pha của các hợp kim 10

2.2.3 Các đặc trưng cơ tính của kim loại và ý nghĩa 10

2.3 Tổng quan về công nghệ nhiệt luyện 12

2.3.1 Khái niệm về nhiệt luyện 12

2.3.2 Các thông số đặc trưng của nhiệt luyện 12

2.3.4 Các phương pháp tôi thép 13

2.3.5 Ram thép 15

2.3.6 Hoá nhiệt luyện 15

2.4 Giới thiệu chung về vật liệu thép hợp kim SKD61 16

2.4.1 Đặc điểm của thép hợp kim SKD61 16

2.4.2 Tính chất vật lý SKD61 16

2.4.3 Thành phần hóa học thép SKD61 17

2.4.4 Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim trong thép SKD61 18

2.4.5 Nhiệt luyện thép SKD61 22

2.5 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 23

2.5.1 Sơ đồ nhiệt luyện thép SKD61 23

2.5.2 Quy hoạch thí nghiệm 23

2.5.3 Bố trí thí nghiệm 24

2.5.4 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm 25

2.5.5 Quy trình nhiệt luyện 26

2.6 Phương pháp kiểm tra và xử lý số liệu thực nghiệm 30

2.7 Phương pháp kiểm tra mẫu 31

2.7.1 Các cách kiểm tra độ cứng 31

2.7.2 Kiểm tra, chụp ảnh tổ chức tế vi mẫu trước và sau nhiệt luyện 34

2.7.3 Kiểm tra va đập Charpy V-Notch 34

2.7.4 Xác định mài mòn 36

2.8 Thiết bị thí nghiệm: Phụ lục A 37

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 38

3.1 Lựa chọn mẫu dao khảo sát 39

3.1.1 Các thông số kỹ thuật của dao băm gỗ .39

3.1.2 Các thông số khảo sát trên dao mẫu 39

3.2 Mẫu thép SKD61 theo JIS .40

3.2.1 Thành phần hóa học thép SKD61 ở dạng cung cấp 40

3.2.2 Tổ chức tế vi của thép SKD61 ở dạng cung cấp .41

3.3 Kết quả thí nghiệm và thảo luận 41

3.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ tôi đến độ cứng của mẫu 41

3.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ tôi đến tổ chức tế vi của mẫu 43

3.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ ram đến độ cứng của mẫu 45

3.3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ ram đến độ bền va đập của mẫu 47

3.3.5 Mối quan hệ giữa độ cứng và độ bền va đập khi thay đổi nhiệt độ ram .49

3.3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ tôi, ram đến khả năng mài mòn của mẫu 51

3.3.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ ram đến tổ chức tế vi của mẫu thép SKD61 53

3.4 So sánh dao chế tạo từ thép SKD61 và vật liệu làm dao nhập khẩu 55

3.4.1 So sánh chỉ tiêu cơ tính 55

3.4.2 So sánh chỉ tiêu kinh tế 57

3.4.3 Xây dựng quy trình nhiệt luyện dao băm gỗ CYK54 58

3.4.4 Xây dựng quy trình gia công dao băm gỗ CYK54 59

3.4.5 So sánh chỉ chất lượng 60

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62

4.1 Kết luận 62

4.1.1 Chỉ tiêu cơ tính 62

4.1.2 Chỉ tiêu kinh tế 62

4.1.3 Chỉ chất lượng 62

4.2 Kiến nghị 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC

- JIS: Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật

- LD TNHH: Liên doanh trách nhiệm hữu hạn

- M18: Bulong có đường kính ren 18 mm

- SKD61: Ký hiệu thép công cụ hợp kim

- Y10: Ký hiệu thép công cụ hợp kim

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Các mác thép tương ứng với thép SKD61 16

Bảng 2.2 Tính chất vật lý của thép SKD61 16

Bảng 2.3 Bảng thành phần hóa học của thép SKD61 và các mác thép tương ứng 17

Bảng 2.4 Bố trí thí nghiệm các chế độ nhiệt luyện 24

Bảng 2.5 Thành phần hóa học thép SKD61 được chọn khảo sát 25

Bảng 2.6 Trình tự các bước chuẩn bị mẫu thí nghiệm 26

Bảng 2.7 Mẫu thép sau tôi + ram chọn kiểm tra độ mài mòn 36

Bảng 3.1 Thành phần hóa học dao mẫu nhập khẩu từ Nhật Bản 39

Bảng 3.2 Thành phần hóa học thép SKD61 theo JIS dùng nghiên cứu 40

Bảng 3.3 Quan hệ giữa độ cứng và nhiệt độ tôi của thép SKD61 42

Bảng 3.4 Kết quả đo độ cứng của mẫu thí nghiệm sau ram 45

Bảng 3.5 Kết quả kiểm tra độ bền va đập mẫu thép SKD61 sau ram 47

Bảng 3.6 Kết quả kiểm tra độ mài mòn của các mẫu thép sau nhiệt luyện 52

Bảng 3.7 Bảng so sánh cơ tính của thép SKD61 và vật liệu làm dao mẫu nhập khẩu 56

Bảng 3.8 Bảng chiếc tính giá thành sản xuất 1 con dao băm gỗ 57

Bảng 3.9 Các bước nguyên công chế tạo dao băm gỗ máy CYK54 59

DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Nhà máy chế biến dăm gỗ xuất khẩu 1

Hình 1.2 Hệ thống máy băm dăm gỗ 2

Hình 2.1 Dao băm gỗ máy CYK54 6

Hình 2.2 Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim tới độ dẻo dai của thép [6] 18

Hình 2.3 Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim tới độ cứng của thép [6] 19

Hình 2.4 Giới hạn tồn tại của các loại cacbit trong hợp kim Fe-C-Cr[14] 20

Hình 2.5 Sơ đồ quy trình nhiệt luyện thép SKD61 23

Hình 2.6 Kích thước và hình dạng của mẫu thí nghiệm 25

Hình 2.7 Sơ đồ tăng nhiệt độ nung [15] 27

Hình 2.8 Mẫu thí nghiệm được nung trong lò nung N7/H Nabertherm 28

Hình 2.9 Tôi mẫu trong môi trường dầu 29

Hình 2.10 Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ ram và độ cứng của thép SKD61 [18] 30

Hình 2.11 Sơ đồ gia nhiệt khi ram mẫu thép 30

Hình 2.12 Sơ đồ đo Vicke [9] 31

Hình 2.13 Sơ đồ đo độ cứng Brinen [9] 32

Hình 2.14: Sơ đồ đo độ cứng Rocvel [9] 33

Hình 2.15 Kích thước mẫu kiểm tra va đập 34

Hình 2.16 Thử va đập trên máy Tinius Olsen 84.USA 35

Hình 2.17 Mô hình xác định độ dai va đập [9] 35

Hình 2.18 Mẫu được thử mài mòn trên máy ABRASER 5131 37

Hình 3.1 Tổ chức tế vi của thép SKD61 ở trạng thái cung cấp (×500) 41

Hình 3.2 Biểu đồ quan hệ giữa độ cứng và nhiệt độ tôi thép SKD61 42

Hình 3.3 Ảnh chụp tổ chức tế vi của thép SKD61 sau tôi (×500) 44

Hình 3.4 Biểu đồ so sánh độ cứng thép SKD61 sau tôi và ram 46

Hình 3.5 Biểu đồ thể hiện độ bền va đập của thép SKD61 sau ram 48

Hình 3.6 Biểu đồ độ cứng của mẫu thép SKD61 tôi ở nhiệt độ 10200C 49

Hình 3.7 Biểu đồ độ cứng của mẫu thép SKD61 tôi ở nhiệt độ 10350C 50

Hình 3.8 Biểu đồ độ cứng của mẫu thép SKD61 tôi ở nhiệt độ 10500C 50

Hình 3.9 Biểu đồ thể hiện độ mài mòn của vật liệu thép SKD61 sau tôi và ram 53

Hình 3.10 Ảnh chụp tổ chức tế vi mẫu thép SKD61 sau tôi nhiệt độ 10200C (×500) 54

Hình 3.11 Ảnh chụp tổ chức tế vi mẫu thép SKD61 sau tôi nhiệt độ 10350C (×500) 54

Hình 3.12 Ảnh chụp tổ chức tế vi mẫu thép SKD61 sau tôi nhiệt độ 10500C (×500) 55

Hình 3.13 Sơ đồ quy trình sản xuất dao băm gỗ 58

Hình 3.14 Đánh số bề mặt gia công dao băm gỗ 59

Hình 3.15 Dao băm gỗ thử nghiệm được gắn trên máy CYK54 60

Hình 3.16 Dao băm gỗ thử nghiệm sau khi sử dụng 60

Hình 3.17 Mài dao băm gỗ thử nghiệm sau khi sử dụng 61

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Dao băm gỗ là chi tiết quan trọng nhất trong máy băm dăm gỗ Dao được sử dụng ở nước ta hiện nay theo nguồn chính là nhập khẩu và một phần sản xuất trong nước nhưng với chất lượng và hiệu quả kinh tế không cao Hàng năm, ngành nguyên liệu giấy phải nhập khẩu dao chi phí hàng triệu đô la Ở một số doanh nghiệp nhỏ lẻ có

tự sản xuất dao cung cấp cho thị trường nhưng nhìn chung chỉ đáp ứng một phần yêu cầu dao trên thị trường về chất lượng Tuy nhiên, đến nay chưa có công bố nào về chất

lượng dao được sản xuất trong nước Vì vậy, “Nghiên cứu xây dựng quy trình nhiệt

luyện của dao băm gỗ trong ngành nguyên liệu giấy” đã được nghiên cứu nhằm khảo

sát thực nghiệm và tìm được chế độ nhiệt luyện tối ưu để chế tạo dao băm gỗ Nghiên cứu này đã tiến hành khảo sự thay đổi độ cứng, độ bền va đập, khả năng chống mài mòn và cấu trúc tế vi của thép SKD61 theo tiêu chuẩn của Nhật JIS G4404: 2000 (Japanese Industrial Stadard) dưới ảnh hưởng của nhiệt độ tôi, nhiệt độ ram khác nhau

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Các mẫu thép được nung phân cấp đến các mức nhiệt 10200C, 10350C, 10500C giữ nhiệt 30 phút và được tôi trong môi trường dầu Sau đó, tiến hành khảo sát sự thay đổi cơ tính và cấu trúc tế vi của các mẫu thép sau khi ram ở các nhiệt độ 5100C, 5400C, 5700C làm nguội trong môi trường không khí

Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra sự ảnh hưởng của quá trình nhiệt luyện đến sự thay đổi các thông số như độ cứng, độ bền va đập, khả năng chống mài mòn và cấu trúc tế

vi của thép công cụ SKD61 nhằm nâng cao tuổi thọ, độ bền, độ tin cậy và độ ổn định của dao băm gỗ

Ứng dụng quy trình nhiệt luyện đã nghiên cứu xử lý nhiệt trên dao mẫu, đưa vào sản xuất thử nghiệm 3 tháng, kết quả đạt được tương đương dao băm gỗ nhập khẩu Giá thành sản xuất thấp bằng 85% giá dao nhập khẩu

Kết quả nghiên cứu có khả năng chuyển giao công nghệ cho các cơ sở sản xuất dao băm gỗ trong nước, đồng thời tiếp tục nghiên cứu dao băm gỗ từ các loại thép công cụ khác nhằm hạ giá thành sản phẩm, mà vẫn đáp ứng yêu cầu thị trường

Từ khóa: Thép dụng cụ SKD61 tiêu chuẩn JIS, Nhiệt luyện, Dao máy băm gỗ

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về đề tài nghiên cứu

Dao băm gỗ là chi tiết quan trọng nhất trong máy băm dăm Nó được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nguyên liệu giấy Với nhiều chủng loại, quy cách khác nhau tùy từng loại máy băm gỗ như: máy CYK54, BX1710, Ở Việt Nam, Dao được sử dụng hiện nay theo nguồn chính là nhập khẩu và một phần được sản xuất trong nước Nhưng dao sản xuất trong nước với chất lượng và hiệu quả kinh tế không cao Hàng năm, ngành nguyên liệu giấy phải nhập khẩu dao chi phí hàng triệu đô la [1] Ở một số doanh nghiệp nhỏ lẻ có tự sản xuất dao cung cấp cho thị trường nhưng nhìn chung chưa đáp ứng yêu cầu chất lượng của thị trường Tuy nhiên, đến nay chưa

có công bố nào về chất lượng dao được sản xuất trong nước Theo khảo sát thực tế ở các Công ty sản xuất nguyên liệu giấy trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa, thì đa phần sử dụng dao nhập khẩu từ Nhật Bản, Đài Loan, Dao nhập khẩu chất lượng tốt, ổn định,

độ tin cậy cao, nhưng giá thành cao Để nâng cao chất lượng dao sản xuất trong nước đang là vấn đề được quan tâm của ngành chế tạo máy

Nhà máy chế biến nguyên liệu giấy và hệ thống máy băm dăm gỗ được thể hiện trên hình 1.1, hình 1.2

Hình 1.1 Nhà máy chế biến dăm gỗ xuất khẩu

Hình 1.2 Hệ thống máy băm dăm gỗ Dao làm việc trong điều kiện bình thường, cần có độ cứng vững, độ sắc bén còn chịu lực va đập và sự mài mòn Để đáp ứng các yêu cầu làm việc của dao bên cạnh chọn vật liệu đầu vào, còn phải chọn chế độ nhiệt luyện hợp lý để tăng cường các thông số cơ tính của dao như: độ cứng, độ bền va đập và khả năng chống mài mòn nhằm tăng tuổi thọ, độ bền, độ tin cậy của dao Tạo ra các sản phẩm dăm gỗ có chất lượng tốt phù hợp tiêu chuẩn xuất khẩu

Theo số liệu phân tích dao băm gỗ sử dụng đang sử dụng phổ biến trên thị trường thường có độ cứng khoản 51-53 HRC, độ bền va đập khoảng 61.25 (J/cm2), khả năng chịu mài mòn Từ các số liệu khảo sát trên việc tìm kiếm loại vật liệu phù hợp và quy trình nhiệt luyện hợp lý cho dao băm gỗ có ý nghĩa rất quan trọng Trong nghiên cứu này, đề xuất sử dụng vật liệu là thép SKD61 theo tiêu chuẩn của Nhật JIS G4404: 2000 làm vật liệu chính để nghiên cứu và chế tạo dao Trên cơ sở đó xây dựng quy trình nhiệt luyện dao băm gỗ phục vụ ngành nguyên liệu giấy

1.2 Tình hình nghiên cứu đối với vấn đề đặt ra

Thép SKD61 được sử dụng phổ biến trong công nghiệp sản xuất khuôn mẫu như: khuôn dập nóng, khuôn rèn, khuôn đùn nóng đã được nhiều nước tiên tiến trên thế giới nghiên cứu và ứng dụng khá lâu Thời gian gần đây, có nhiều công bố trong và ngoài nước về nghiên cứu liên quan đến quy trình nhiệt luyện thép SKD61

Nguyễn Hữu Bính, năm 2012 đã công bố công trình nghiên cứu công nghệ chế tạo dao băm gỗ từ phôi vật liệu bimetal thép CT.3 và thép Y10 từ công nghệ hàn nổ

[1] Ưu điểm, công nghệ hàn nổ thì giá thành phôi vật liệu chế tạo dao thấp Tuy nhiên

công nghệ hàn nổ phức tạp do có liên quan đến thuốc nổ, khó thương mại Dao khi bị sự

cố như gặp đinh, đá, khó khắc phục lại dao Đến nay, các công trình nghiên cứu liên

quan đến thép SKD61 theo tiêu chuẩn JIS làm dao băm gỗ vẫn chưa được thực hiện

Mục tiêu của nghiên cứu là ứng dụng các công cụ xử lý nhiệt trong nước để sản

xuất và nhiệt luyện dao băm gỗ nhằm cải thiện độ cứng, độ bền va đập, khả năng

chống mài mòn của thép SKD61 phù hợp với điều kiện làm việc của dao băm gỗ

1.3 Mục tiêu, phương pháp, nội dung và giới hạn nghiên cứu

1.3.1 Mục tiêu và mục đích nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu và xây dựng quy trình nhiệt luyện thép

SKD61 theo JIS dùng làm dao băm gỗ trong ngành nguyên liệu giấy, phù hợp với điều

kiện máy móc thiết bị tại Nha Trang Chế tạo dao mẫu từ thép SKD61, lắp ráp, chạy

thử trên máy băm gỗ CYK54 nhập khẩu từ Đài Loan tại Công ty Liên doanh trách

nhiệm hữu hạn Cát Phú, xã Phước Đồng, Nha Trang, Khánh Hòa

Mục đích là làm chủ công nghệ nhiệt luyện, sản xuất dao trong nước thay thế các

loại dao nhập khẩu trong ngành nguyên liệu giấy

1.3.2 Nội dung nghiên cứu và bố cục của đề tài

Từ mục tiêu và mục đích nghiên cứu đã trình bày, nội dung đề tài tập trung vào

việc thử nghiệm nhiệt độ tôi, nhiệt độ ram các mẫu thép và kiểm tra độ cứng, độ bền

va đập, độ mài mòn, chụp tổ chức tế vi của thép sau tôi, ram Trên cơ sở đó đi đến

phân tích, lựa chọn vùng tối ưu để nhiệt luyện dao băm gỗ mẫu, chạy thử nghiệm, tính

toán giá thành sản xuất dao mẫu trên cơ sở máy móc thiết bị tại thành phố Nha trang,

Khánh Hòa Bố cục của đề tài gồm các chương như sau:

Chương 1: Phần tổng quan

Nội dung chương trình bày tổng quan đề tài, tình hình nghiên cứu trong và ngoài

nước, mục tiêu nghiên cứu, nội dung, phương pháp và giới hạn nghiên cứu của đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nội dung chương sẽ trình bày những cơ sở lý thuyết cần thiết liên quan đến việc

thực hiện đề tài, tập trung vào các nội dung như giới thiệu vật liệu thép hợp kim, các

nguyên tố hợp kim ảnh hưởng đến cơ tính của thép, cơ sở lý thuyết về nhiệt luyện thép, xây dựng mô hình nghiên cứu

Chương 3: Kết quả nghiên cứu

Trình bày kết quả nghiên cứu, so sánh kết quả nghiên cứu với các tác giả đã nghiên cứu trước đó, đối chiếu với yêu cầu kỹ thuật đặt ra cho dao băm gỗ đang sử dụng trên thị trường Qua đó, đánh giá khả năng vận dụng cơ sở lý thuyết về nhiệt luyện vào thực nghiệm, kiểm nghiệm kết quả nghiên cứu như: đo độ cứng, độ bền va đập, khả năng chịu mài mòn, tổ chức tế vi của thép trước và sau nhiệt luyện làm cơ sở đưa ra quy trình nhiệt luyện dao băm gỗ từ thép SKD61 phục vụ ngành công nghiệp nguyên liệu giấy

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

Phần này nêu tóm lược mục tiêu, kết quả và nhận xét về kết quả nghiên cứu so với mục tiêu đề ra Những kiến nghị đối với các nhà sản xuất, sử dụng dao băm gỗ Đề xuất các giải pháp được thực hiện hiệu quả Đánh giá hạn chế của nghiên cứu và đề xuất hướng nghiên cứu trong tương lai

1.3.3 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu đề tài là kết hợp nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm, trên cơ sở nhiệt luyện các mẫu thử nghiệm, xác định cơ tính và tổ chức tế

vi của mẫu vật liệu đề xuất, ứng dụng các thông số nhiệt luyện thử nghiệm để nhiệt luyện dao mẫu, cho chạy thử nghiệm, đánh giá kết quả, và xây dựng quy trình nhiệt luyện dao băm gỗ

1.3.4 Giới hạn nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu sử dụng quy trình công nghệ trong nước để sản xuất, nhiệt luyện dao băm gỗ, trên cơ sở nghiên cứu cơ tính, cấu trúc tế vi và tính kinh tế của vật liệu nghiên cứu So sánh với các loại dao đang sử dụng hiện nay trên thị trường, đề tài chỉ chọn mẫu dao nhập khẩu từ Nhật Bản để làm cơ sở so sánh

- Việc thử nghiệm quy trình nhiệt luyện hoặc phân tích độ bền đối với mẫu thép SKD61 thí nghiệm sẽ áp dụng theo các chỉ tiêu công bố của nhà sản xuất mác thép và so sánh kết quả với các tác giả nghiên cứu trước đã công bố

- Chỉ tiêu kinh tế khi sử dụng vật liệu SKD61 sản xuất dao băm gỗ chỉ được tính toán thực hiện trên quy mô sản xuất đơn chiếc Bỏ qua chi phí khấu hao tài sản cố định và quy trình công nghệ sản xuất hàng loạt

- Do hạn chế về thời gian và kinh phí nên đề tài tập trung nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ tôi, nhiệt độ ram đến các yêu cầu kỹ thuật của dao băm gỗ như: độ cứng bề mặt, khả năng chống mài mòn, độ bền va đập và tổ chức tế vi của thép SKD61 dùng làm dao

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Giới thiệu chung về dao băm gỗ

2.1.1 Sơ lược về dao băm gỗ

Dao băm gỗ được gắn trên bệ gá cố định trên mâm máy chặt bởi 4 bulong M18, dùng để chặt cây gỗ theo một góc nghiêng 480 so với đường sinh thân cây, tạo ra các mảnh dăm gỗ thành phẩm dưới tác dụng của lực ly tâm từ bánh đà của máy Các loại gỗ thường được chặt trên máy băm gỗ như: keo lai, tràm bông vàng, bạch đàn,… Theo số liệu thống kê những năm gần đây do nhu cầu ngày càng tăng của nguyên liệu giấy trên thế giới nên rừng trồng ở nước ta cũng phát triển nhanh, do đó các nhà máy chế biến nguyên liệu giấy cũng tăng cao Theo Hiệp hội Gỗ lâm sản Việt Nam, năm 2009, số lượng nhà máy băm gỗ ở nước ta là 47 nhà máy Đến năm 2012 số nhà máy chế biến dăm gỗ tăng lên đến con số 112 nhà máy, với tổng khối lượng dăm gỗ xuất khẩu là 6,2 triệu tấn Với kim ngạch xuất khẩu thu về là 800 triệu USD vào năm

2012 [4]

Trước sự phát triển nhanh của các nhà máy chế biến dăm gỗ nên nhu cầu về dao cũng rất lớn Dao băm gỗ được cấu tạo bởi một tấm thép có quy cách 378mm x152mm x16mm được thể hiện trên hình 2.1

Hình 2.1 Dao băm gỗ máy CYK54

Các thành phần chính của dao có cấu tạo như sau: lưỡi dao, thân dao, lưng dao, bụng dao và rãnh định vị bulong Lưỡi dao được vát mép với góc nghiêng 350-410 và được mài sắc, góc này được lựa chọn tùy theo nhu cầu của từng nhà máy, là phần chính của dao để chặt xén thân cây gỗ, trên thân dao có các rãnh côn nhằm định vị dao vào bệ gá dao được gắn trên mâm quay của máy, lưng dao là vùng tiếp xúc trực tiếp giữa đầu cây gỗ với dao, bụng dao được tựa trên bệ ổ gá dao nhằm khống chế trượt dao khi băm gỗ

Độ sắc bén của mặt lưỡi dao là cần thiết để đảm bảo chất lượng dăm gỗ thành phẩm băm được trên mỗi lần mài Theo quy định của các nhà máy nguyên liệu giấy thì dao đạt yêu cầu (bộ 8 con) là phải sản xuất được khoảng 20 tấn gỗ/lần mài dao hoặc 2 giờ sử dụng Dao băm gỗ sau khi thay thế được đưa đến xưởng cơ khí mài lại cho lần

sử dụng tiếp theo

2.1.2 Điều kiện làm việc của dao

Theo thực tế dao khi làm việc yêu cầu phải chặt đứt thân cây gỗ theo mặt cắt ngang hợp với chiều dài thân cây một góc 550-600, chịu lực va đập, chịu mài mòn do

ma sát Do đó thép làm dao sau nhiệt luyện phải đạt được các yêu cầu như trên Việc lựa chọn vật liệu làm dao phải phù hợp, giá cả cạnh tranh là yêu cầu cấp thiết

2.1.3 Yêu cầu cơ tính của dao

Qua khảo sát thực tế dao băm gỗ nhập khẩu từ Nhật Bản đang được sử dụng rộng rãi trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa đã có được các thông số đầu vào cho quá trình nghiên cứu như sau:

- Độ cứng làm việc của dao khoảng 51-53 HRC Dao băm gỗ yêu cầu có độ cứng cao, sắc bén, độ bền và các tác nghiệp phụ trợ khác Nếu độ cứng quá cao khi gặp vật lạ lẫn trong gỗ như: đinh, thép, đá… thì dao dễ bị mẻ và hỏng dao Ngược lại thì không thể chặt được các loại gỗ cứng, dao dễ bị “lụt”-“cùn” mép, vặm mép

- Chịu được mài mòn để đảm bảo tuổi thọ tối thiểu theo yêu cầu làm việc Trong quá trình làm việc dao luôn tiếp xúc trực tiếp với đầu cây gỗ gây nên mài mòn cơ học, ngoài ra dao còn chịu sự ăn mòn hóa học do môi trường có nhựa cây, nước làm mát

- Độ bề va đập khoảng 61.25 (J/cm2) Dao làm việc luôn chịu va đập với đầu cây gỗ

do đó dao phải có độ bền và độ dai nhất định để đảm bảo chịu được lực va đập trong suốt quá trình làm việc, tránh hiện tượng bị mẻ, nứt dao do tác động của ngoại lực

2.1.4 Các dạng sai hỏng của dao băm gỗ

Trong quá trình làm việc dao băm gỗ thường xảy ra các dạng hư hỏng như: nứt,

mẻ, vỡ dao Các dạng sai hỏng này thường làm giảm năng suất máy, chất lượng sản phẩm giảm, tiêu tốn nhiều năng lượng điện, mất nhiều thời gian khắc phục lại dao

- Nứt, vỡ: Nứt dao có thể sinh ra do mỏi (ở vùng mép cắt) hoặc bị va đập mạnh khi làm việc Nứt sinh ra đầu tiên tại các vùng có tổ chức tế vi to thô hình thành các vết nứt tế vi, giòn (như cacbit) trong thép Nứt vỡ còn có thể do ứng suất nhiệt, cấu tạo chi tiết không đồng đều về tiết diện có phần dày, phần mỏng nên khi nung có một vài nơi bị quá nhiệt làm hạt to thô, gây hiện tượng giòn Trong môi trường nung, nếu không được bảo vệ sẽ bị oxy hóa và thoát cacbon Hiện tượng mất cacbon ở bề mặt làm tổ chức không đồng đều tạo ra một lớp ứng suất kéo, khi gia công cơ làm ứng suất này tăng lên có thể lớn hơn giới hạn bền gây ra hiện tượng nứt chân chim trên bề mặt dao, nhất là khu vực đầu lưỡi cắt gây ra hiện tượng mẻ dao tự nhiên

- Mài mòn, tróc rỗ bề mặt dao: Dao làm việc trong môi trường có ma sát với đầu cây gỗ nên dao thường bị mòn lõm giữa thân Bởi vậy vật liệu làm dao phải chịu được sự mài mòn cơ học và sự ăn mòn hóa học Môi trường làm việc của dao có nước làm mát,

ẩm thấp, nhựa cây nên dao dễ bị oxy hóa bề mặt gây tróc rỗ, khi vết rỗ nằm ở đầu mép dao xảy ra hiện tượng răng cưa, giảm độ sắc bén, ảnh hưởng đến lực chặt, tạo ra sản phẩm chất lượng thấp Để khắc phục dạng sai hỏng này sau khi nhiệt luyện, tiến hành mài bóng bề mặt dao cũng giảm ăn mòn làm tróc rỗ bề mặt

- Biến dạng dao: Thân dao cũng là đế tựa của bulong do đó cần có độ cứng và độ bền đủ để chống lại áp lực của bulong tác dụng gây ra hiện tượng biến dạng thân dao làm sai lệch hình dạng và kích thước hoặc cong vênh dao Ngoài ra biến dạng, dao còn

bị gây ra bởi các nguyên nhân khác như: Môi trường tôi, nhiệt độ tôi, mác thép, thời gian giữ nhiệt khi nung, lượng austenit dư còn nhiều, thoát cacbon, cũng làm cho độ cứng bề mặt thấp gây biến dạng

2.1.5 Yêu cầu vật liệu làm dao

Vật liệu làm dao được chọn theo các chỉ tiêu sau:

- Độ bền nóng cao, chịu được nhiệt cao khi bị ma sát gây ra

- Khả năng chống mài mòn tốt

- Dẻo dai để chống phá huỷ do va đập, chống mỏi nhiệt và nứt nóng

- Ổn định kích thước trong quá trình làm việc

- Tổ chức vật liệu đồng đều và đẳng hướng hạn chế biến dạng khi nhiệt luyện

- Khả năng gia công tạo hình dao tốt

Các nguyên tố hợp kim thường dùng trong thép làm dao nhằm làm tăng độ thấm tôi, tạo cacbit và tăng tính chống mài mòn như Cr, Mn, Mo,V, Tuy nhiên, vật liệu làm dao lựa chọn phải phù hợp yêu cầu kỹ thuật, tính kinh tế

Dao nhập khẩu từ Nhật Bản, Đài Loan… thường dùng thép cacbon dụng cụ như hnv1, suh3, 51Cr8Si2, X45CrSi93, X50CrSi82…[5] Tuy nhiên tại thị trường Việt Nam các dòng phôi thép này ít thông dụng, không phổ biến khó thương mại hóa sản phẩm dao băm gỗ

Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng dao băm gỗ là độ sắc bén, ổn định trong suốt quá trình làm việc, giá cả hợp lý

Qua tham khảo ý kiến của các doanh nghiệp sản xuất dăm gỗ trên địa bàn, kết hợp với sự phân tích đặc điểm làm việc của dao Nghiên cứu đã sử dụng vật liệu là thép dụng

cụ SKD61 theo tiêu chuẩn của Nhật JIS G4404: 2000

2.2 Vật liệu thép hợp kim

2.2.1 Cấu trúc tinh thể và liên kết nguyên tử của hợp kim

Ở trạng thái rắn các nguyên tử được giữ cân bằng bởi các lực tương tác Lực tương tác thay đổi theo nhiệt độ và áp suất Khi nâng áp suất sẽ làm cho nguyên tử gần nhau, tăng nhiệt độ sẽ làm tăng động năng và có thể làm cho chúng tách nhau Khoảng cách giữa các nguyên tử được xác định bởi sự cân bằng lực hút và đẩy giữa các nguyên tử Tùy vào lực hút tương tác mà giữa chúng có các kiểu liên kết khác nhau: ion, đồng hóa trị, kim loại…

- Liên kết ion khá mạnh xảy ra giữa các nguyên tử có ít điện tử hóa trị, dễ cho bớt điện tử để tạo thành ion dương với các nguyên tử có nhiều điện tử hóa trị để tạo thành ion âm Liên kết ion không có cơ tính tốt nên không có vai trò trong hợp kim, nó chỉ có vai trò quan trọng trong một số muối khoáng và đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp luyện kim: xỉ và tạp bẩn [6]

- Liên kết đồng hóa trị là hai (hay nhiều) nguyên tử góp chung nhau một số điện

tử hóa trị để có đủ 8 điện tử lớp ngoài cùng Đây là liên kết chặt chẽ về hướng và rất mạnh nên không chịu biến dạng dẻo, nó có độ rắn và độ giòn cao Các tinh thể đồng hóa trị không dẫn điện trong trạng thái nóng chảy

- Liên kết kim loại là liên kết không định phương vì mỗi nguyên tử có xu hướng hút về mình số nguyên tử lân cận nhiều nhất có thể Năng lượng liên kết kim loại nhỏ hơn năng lượng liên kết đồng hóa trị, do đó trong nhiều trường hợp các kim loại có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ bay hơi, mô đun đàn hồi thấp hơn, nhưng hệ số giản nở nhiệt cao hơn Các tinh thể kim loại dẻo hơn nhưng kém cứng hơn so với tinh thể đồng hóa trị, độ dẫn điện tốt [7]

2.2.2 Thành phần pha của các hợp kim

Trong hợp kim các nguyên tố có thể tương tác với nhau theo các cách khác nhau để tạo thành pha tinh thể khác nhau về thành phần hóa học, kiểu liên kết và cấu tạo Các tinh thể này tùy vào cấu trúc có thể chia thành hai dạng cơ bản là dung dịch rắn và các pha trung gian

2.2.3 Các đặc trưng cơ tính của kim loại và ý nghĩa

- Độ bền: là tập hợp các đặc trưng cơ học phản ánh sức chịu đựng tải trọng cơ học tĩnh của vật liệu, chúng được xác định bằng ứng suất quy ước của tải trọng gây ra các đột biến về hình học cho mẫu đo Tùy theo tải trọng tác dụng người ta phân biệt độ bền kéo, uốn, nén, xoắn,…

Độ bền là cơ tính quan trọng nhất Nâng cao độ bền trong khi vẫn đảm bảo độ dẻo, độ dai là phương hướng chủ yếu của vật liệu học Trong chế tạo cơ khí cũng như xây dựng, yêu cầu sử dụng vật liệu có độ bền cao nhằm tăng khả năng chịu tải, tăng tuổi thọ và giảm nhẹ khối lượng vật liệu sử dụng để tạo ra máy móc có kết cấu nhỏ gọn và bền Có các biện pháp hóa bền vật liệu:

+ Biến dạng dẻo nhằm tạo hình dáng bán thành phẩm có hình dạng và kích thước theo ý muốn, còn làm mạng tinh thể bị xô lệch, cơ tính kim loại thay đổi làm tăng độ cứng, tăng độ bền, nhưng giảm độ dẻo, độ dai có xu hướng biến giòn

+ Hợp kim hóa là đưa thêm nguyên tố thứ hai vào kim loại nguyên chất để tạo nên dung dịch rắn (thay thế hoặc xen kẽ) làm tăng xô lệch mạng và mật độ lệch nhằm tăng độ bền nhưng không làm xấu độ dẻo, độ dai

+ Tạo các pha cứng phân tán hay hóa bền tiết pha là đưa vào hợp kim nguyên tố thứ hai (thường là lượng nhỏ) để tạo nên các phần tử có độ cứng cao song có kích thước rất nhỏ và phân tán làm tăng độ bền lên mức cao hơn

+ Nhiệt luyện tôi, ram là tạo nên sự bảo hòa cao của nguyên tố thứ hai trong dung dịch rắn thông thường nên làm tăng độ bền của hợp kim lên mức cao hơn Tôi, ram hoặc các phương pháp hóa nhiệt luyện khác như: thấm cacbon, thấm nitơ,… được ứng dụng rộng rãi trong chế tạo cơ khí để tăng độ bền, độ cứng, tính chống mài mòn của chi tiết máy và dụng cụ

-Độ dẻo: là tập hợp của các chỉ tiêu cơ tính phản ánh độ biến dạng dư của vật liệu khi bị phá hủy dưới tải trọng tĩnh, nó quyết định khả năng chịu biến dạng dẻo, gia công áp lực của vật liệu như dập, dát mỏng, kéo sợi…

Các thông số đánh giá độ dẻo và độ bền khi thử kéo theo hai chỉ tiêu: Độ giãn tương đối δ% và độ thắt tiết diện tương đối ψ% được xác định theo công thức:

%100

 (2.2)

Trong đó:- l0, S0 là chiều dài, diện tích mặt cắt ngang ban dầu của mẫu thử,

- l1, S1 là chiều dài, diện tích mặt cắt ngang sau khi đứt của mẫu thử,

Trong đó: Ak là công phá hủy mặt cắt ngang

S là tiết diện hình chữ nhật qua rãnh khía 10x8mm

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ dai va đập là:

+ Cấu trúc hạt nhỏ mịn là phương pháp tác động tốt nhất đến độ dai va đập

+ Hóa bền bề mặt lõi vẫn giữ nguyên tổ chức ban đầu với độ dẻo cao như: tôi bề mặt, hóa nhiệt luyện nhằm nâng cao độ bền độ cứng, tính chống mài mòn mà vẫn duy trì độ dẻo dai cao, chống va đập tốt

-Độ cứng: Độ cứng là khả năng chống lại biến dạng dẻo cục bộ của vật liệu thông qua mũi đâm Độ cứng có những đặc điểm sau:

+ Độ cứng chỉ biểu thị tính chất của bề mặt mà không biểu thị chung cho toàn sản phẩm khi vật liệu có cấu trúc không đồng nhất

+ Biểu thị khả năng chống mài mòn của vật liệu, độ cứng càng cao tính chống mài mòn càng tốt

+ Đối với vật liệu đồng nhất (như ở trạng thái ủ) độ cứng có quan hệ xác định với giới hạn bền và khả năng gia công cắt Độ cứng càng cao giới hạn bền càng cao, khả năng gia công cắt giọt càng kém

2.3 Tổng quan về công nghệ nhiệt luyện

2.3.1 Khái niệm 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 sau đó 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 Các dạng cơ bản của nhiệt luyện bao gồm: ủ, tôi, ram và hóa già

2.3.2 Các thông số đặc trưng của nhiệt luyện

- Nhiệt độ nung là nhiệt độ cao nhất mà quá trình đạt tới

- Thời gian giữ nhiệt thời gian duy trì chi tiết tại nhiệt độ nung nóng

- Tốc độ nguội là tốc độ giảm nhiệt độ chi tiết theo thời gian sau khi giữ nhiệt Kết quả của quá trình nhiệt luyện được đánh giá bằng các chỉ tiêu sau:

+ Độ cứng là chỉ tiêu cơ tính dễ xác định và cũng liên quan đến các chỉ tiêu khác như độ bền, độ dẻo, độ dai của chi tiết

+ Tổ chức tế vi bao gồm cấu tạo pha, kích thước hạt, chiều sâu lớp hóa bền, chỉ tiêu này thường kiểm tra theo từng mẻ nhiệt luyện

+ Độ biến dạng cong vênh trong nhiều trường hợp là không đáng kể Tuy nhiên trong một số trường hợp quan trọng yêu cầu này rất khắc khe

2.3.3 Phân loại nhiệt luyện

- Ủ: là nung nóng vật liệu thép rồi làm nguội chậm để dạt tổ chức cân bằng với

độ cứng và độ bền thấp nhất, tăng độ dẻo và làm giảm hoặc mất ứng suất dư

- Thường hóa: là nung nóng thép đến tổ chức hoàn toàn austenite rồi làm nguội bình thường trong không khí tĩnh để đạt tổ chức gần cân bằng Mục đích của ủ và thường hóa là làm mềm thép dễ gia công cắt và dập nguội

- Tôi: là nung nóng thép làm xuất hiện austenit, giữ nhiệt và làm nguội nhanh để đạt tổ chức không cân bằng với độ cứng cao nhất Mục đích của tôi là làm cho thép có

độ bền, độ cứng, độ chống mài mòn cao nhưng cũng tăng độ giòn

- Ram: là nguyên công bắt buộc sau tôi, nung nóng lại thép tôi để điều chỉnh độ cứng, độ bền theo đúng yêu cầu làm việc

- Hóa - nhiệt luyện: là thay đổi nhiệt độ và biến đổi thành phần hóa học ở bề mặt làm vùng này có biến đổi tổ chức và cơ tính mạnh hơn Thường tiến hành bằng cách thấm, khuyết tán một hay nhiều nguyên tố nhất định

- Cơ nhiệt luyện: là thay đổi nhiệt độ và biến dạng dẻo để biến đổi tổ chức và cơ tính trên toàn bộ tiết diện mạnh hơn khi nhiệt luyện đơn thuần như cán nóng thép [8][7]

2.3.4 Các phương pháp tôi thép

- Tôi trong một môi trường:

Chi tiết sau khi nung nóng đến nhiệt độ tôi, giữ nhiệt rồi làm nguội trong một môi trường nhất định nào đó (nước, dầu, muối nóng chảy,…) với tốc độ nhanh đến nhiệt độ nhất định để austenite biến thành mactenxit [10][8][6]

Ưu điểm: đơn giản, dễ dàng thực hiện

Nhược điểm: làm chi tiết dễ biến dạng cong vênh, nức do ứng suất nhiệt phát sinh khi tôi quá lớn thường áp dụng cho các chi tiết đơn giản, tiết diện ít thay đổi

- Tôi trong hai môi trường:

Tôi trong hai môi trường là chi tiết từ nhiệt độ tôi được làm nguội nhanh trong

sau Vì môi trường đầu làm nguội mạnh để austennit không kịp chuyển thành peclit (hay xoocbit, trustit, baynhit) Môi trường sau cần làm nguội chậm để giảm ứng suất nhiệt và ứng suất tổ chức phát sinh khi tôi

Ưu điểm: cho phép tôi những chi tiết có hình dạng phức tạp hơn

Nhược điểm: khó xác định nhiệt độ chuyển môi trường (môi trường đầu và môi trường sau) Nhiệt độ chuyển môi trường thích hợp nhất là ở nhiệt độ bắt đầu sinh ra mactenxit

-Tôi phân cấp:

Chi tiết từ nhiệt độ tôi làm nguội trong môi trường có nhiệt độ cố định và cao

hơn đường cong động học của chuyển biến mactenxitcủa thép, giữ nhiệt độ một thời gian để nhiệt độ đồng đều trên toàn chi tiết sau đó tiếp tục làm nguội xuống nhiệt độ bình thường

Ưu điểm: là giảm được ứng suất bên trong, độ biến dạng thấp, nhiệt độ chênh lệch giữa lõi và bề mặt ít, chuyển biến mactenxit xảy ra với tốc độ làm nguội rất chậm,

ít gây ra biến dạng và cong vênh

Nhược điểm: là môi trường làm nguội có nhiệt độ cao (300-5000C) khó áp dụng cho các chi tiết có tiết diện lớn, năng suất thấp chỉ áp dụng cho các chi tiết nhỏ

-Tôi đẳng nhiệt:

Tôi đẳng nhiệt là chi tiết sau khi nung và giữ nhiệt được làm nguội trong môi trường có nhiệt độ nhất định với thời gian đủ lâu để austenit phân hóa hoàn toàn thành hỗn hợp (F+Xe)

Ưu điểm sau khi tôi đẳng nhiệt chi tiết có độ cứng tương đối cao và độ dai tốt, không cần ram Tuy nhiên phạm vi áp dụng rất hạn chế

-Tôi tự ram:

Tôi tự ram là chi tiết được nung đến nhiệt độ tôi, giữ nhiệt và chỉ nhúng phần làm việc vào môi trường làm nguội trong thời gian ngắn nhất định đủ để chuyển biến thành mactenxit, trong khi đó lõi và phần còn lại vẫn còn nóng, khi dừng làm nguội nhiệt của lõi sẽ nung nóng phần đã được tôi cứng và do đó nó được ram ngay

Ưu điểm của tôi tự ram là giảm được nứt do tôi vì ram kịp thời, không mất thời gian ram tiếp theo

- Định nghĩa:

Ram là phương pháp nhiệt luyện gồm nung nóng chi tiết đã tôi đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn 7270C, sau đó giữ nhiệt một thời gian cần thiết để mactenxit và austenit dư phân hóa thành các tổ chức thích hợp rồi làm nguội

Mục đích của ram thép là làm giảm hoặc mất ứng suất dư bên trong Biến tổ chức mactenxit và austenit dư sau khi tôi thành các tổ chức khác có độ dẻo và độ dai cao hơn, nhưng có độ cứng giảm và độ bền phù hợp với yêu cầu làm việc của chi tiết -Phân loại:

+ Ram thấp 150-2500C tổ chức đạt được là mactenxit ram có độ cứng chi tiết hầu như không thay đổi hay có giảm rất ít khoảng 1-3 HRC, khử ứng suất dư

+ Ram trung bình nhiệt độ ram 300-4500C, tổ chức đạt được là trustit ram Độ cứng của thép giảm, ứng suất bên trong giảm mạnh, giới hạn đàn hồi đạt được giá trị cao nhất, độ dẻo dai tăng

+ Ram cao nhiệt độ ram 500-6500C tổ chức đạt được là xoocbit ram, độ cứng của thép tôi giảm mạnh, ứng suất bên trong bị khử bỏ, độ bền giảm đi, tăng độ dẻo, độ dai 2.3.6 Hoá nhiệt luyện

Hoá nhiệt luyện là một phương pháp nhiệt luyện, ngoài việc làm thay đổi cấu trúc bên trong của kim loại, còn làm thay đổi thành phần hoá học lớp bề mặt Do đó làm thay đổi tổ chức và tính chất lớp bề mặt mà vẫn bảo tồn được các tính chất ở trong lõi của vật liệu

2.4 Giới thiệu chung về vật liệu thép hợp kim SKD61

2.4.1 Đặc điểm của thép hợp kim SKD61

Thép SKD61 theo tiêu chuẩn của Nhật JIS G4404: 2000 được dùng phổ biến trong công nghiệp sản xuất khuôn mẫu như: khuôn dập nóng, khuôn rèn, khuôn ép, ép chảy, làm dao xén giấy, khuôn đúc áp lực Các mác thép tương ứng với thép SKD61 được thể hiện trên bảng 2.1

Bảng 2.1 Các mác thép tương ứng với thép SKD61 [11][5]

Tiêu chuẩn JIS AISI/SAE ҐOCT Werkstoff BS970 Mác thép SKD61 H13 40X5MΦ X40CrMoV51 BH13

2.4.2 Tính chất vật lý SKD61

Thép SKD61 trước khi xử lý nhiệt khoảng 5-10HRC, độ cứng sau khi xử lý nhiệt khoảng 50-55 HRC Có thể chọn chế độ ram thích hợp để có được độ cứng thứ hai tức

là sau ram độ cứng của thép tiếp tục tăng lên và vẫn tăng độ dẻo dai

Tính ưu việt về độ thấm tôi của thép hợp kim SKD61 càng rõ khi tiết diện của thép càng lớn thì lượng hợp kim vẫn đủ để đảm bảo tôi thấu Do tính thấm tôi tốt, nên

có thể dùng môi trường tôi chậm như: dầu, khí, sản phẩm sau tôi có cơ tính tốt, ít biến dạng

Thép SKD61 khi tôi các nguyên tố hợp kim có sự hòa tan ở dạng thay thế vào ferit, các nguyên tố hợp kim làm xô lệch mạng do đó tăng độ cứng, độ bền và giảm độ dẻo, độ dai chi tiết Tính chất vật lý của thép SKD61 được thể hiện trên bảng 2.2

(JIS)

0.32 0.42

Max 0.50

0.80 1.20

Max 0.03

Max 0.03

4.50 5.50

0.00 1.00

1.50

0.80 1.20 H13

(AISI)

0.32 0.42

0.20 0.50

0.80 1.20

Max 0.03

Max 0.03

4.75 5.50

- 1.10

1.75

0.80 1.20 40X5MΦ

(ҐOCT)

0.35 0.45

0.50 0.80

0.17 0.37

Max 0.03

Max 0.03

4.50 5.50

- 1.20

1.60

0.40 0.60 X40CrMoV5-1

(ISO)

0.32 0.42

0.25 0.50

0.80 1.20

Max 0.03

Max 0.02

4.80 5.50

- 1.20

1.50

0.80 1.20

Qua bảng 2.3 cho thấy hàm lượng nguyên tố hợp kim có trong thép ở mức trung bình [5] Trong thép SKD61 có mặt các nguyên tố hợp kim Cr, Mo, V đây là các nguyên tố có ái lực mạnh với nguyên tố cacbon tạo cacbit hợp kim, nên thép có tính thấm tôi tốt, cho độ bền sau tôi cao, thể hiện khi tiết diện của thép càng lớn thì lượng hợp kim đủ để bảo đảm tôi thấu Ngoài ra thép còn có độ cứng nóng cao và khả năng chống mài mòn tốt Độ cứng của thép SKD61 sau nhiệt luyện đạt hơn 50 HRC

Do tính thấm tôi tốt, môi trường tôi chậm nên ít bị biến dạng và nứt khi tôi, ổn định được kích thước chi tiết máy Tuy nhiên thường có độ dẻo, độ dai thấp hơn thép cacbon Do đó cần phải xử lý ram sau tôi để tăng độ dẻo, độ dai

Trong đó vanadi để nâng cao tính chống mài mòn và giúp duy trì nhỏ hạt khi nung, môlipđen cải thiện tính thấm tôi Đây là các nguyên tố tạo cacbit mạnh, khi gặp các nguyên tố hợp kim này, nguyên tố cacbon sẽ ưu tiên kết hợp lại Tùy theo tỷ lệ nguyên tố hợp kim Mo đưa vào nhằm giúp cho thép có độ ổn định cao (khó phân hủy, kết tụ khi nung) tăng khả năng mỏi nhiệt, tăng độ dẻo, độ dai, nâng cao độ thấm tôi, tạo cácbit chống mài mòn, tăng tính cứng nóng trong điều kiện làm việc liên tục phát

sinh nhiệt, đồng thời tránh được hiện tượng giòn ram loại II Sau khi tôi tổ chức được mactenxit hợp kim hóa cao cho tính cứng nóng cao, nhỏ hạt bảo đảm độ dai tốt [7]

Để nâng cao tính cứng nóng và độ thấm tôi, các nhà sản xuất khuyến cáo nhiệt

độ tôi thép SKD61 tốt nhất là nhiệt độ 1000-11000C và ram trong khoảng nhiệt độ 400-6750C tùy theo yêu cầu độ cứng làm việc và hình dạng của chi tiết máy [13]

2.4.4 Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim trong thép SKD61

Trong thép SKD61 là thép hợp kim trung bình, với nguyên tố hợp kim chính là crôm, ngoài ra còn có molypden (Mo) và vanadi (V) Các nguyên tố hợp kim này khi hòa tan (dạng thay thế ) vào ferit làm xô lệch mạng, do đó làm tăng độ cứng, độ bền, chống mài mòn, độ thấm tôi cao, tăng độ cứng nóng nhưng thường làm giảm độ dẻo

độ dai Các nguyên tố hợp kim có trong thép tạo thành: Cr + Mo, Cr + V, và các nguyên tố khác Tổ chức thép thu được sau nhiệt luyện nhận được cơ tính cao trong toàn tiết diện với kích thước bất kỳ, bởi vậy thép được ứng dụng đối với các chi tiết lớn, hình dáng phức tạp Khả năng làm nguội chậm khi tôi, những chi tiết sẽ giảm ứng suất bên trong và giảm sự tạo thành vết nứt [8] Với thép SKD61 có thể làm nguội chậm vẫn nhận được mactenxit

Khi hàm lượng các nguyên tố hợp kim tăng, độ dai va đập giảm và độ cứng của thép tăng được thể hiện trên hình 2.2, hình 2.3

Hình 2.2 Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim tới độ dẻo dai của thép [6]

Hình 2.3 Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim tới độ cứng của thép [6]

Sau đây, chúng ta đi xét ảnh hưởng của từng nguyên tố riêng biệt đến tính chất thép hợp kim nói chung và của thép SKD61

+ Cacbon (C) là nguyên tố quan trọng quyết định đến tổ chức và tính chất của thép Cacbon ảnh hưởng theo đồ thị đường thẳng đến độ cứng của thép Hàm lượng cacbon càng cao thép càng cứng, càng giòn, nhưng giảm độ dẻo dai, do pha xementit cứng và giòn tăng lên

Cacbon ảnh hưởng lớn đến cơ tính của thép nên nó quyết định phần lớn công dụng của thép Tùy theo mục đích ta sử dụng của chi tiết máy mà ta chọn thép có thành phần cacbon hợp lý trước tiên, rồi sau đó mới tới các nguyên tố hợp kim khác Tuy nhiên, thép cacbon thường sau tôi có độ cứng khá cao, nhưng không giữ được khi nhiệt độ làm việc cao hơn 2000C, do mactenxit bị phân hủy và kết tụ Mặt khác thép cacbon bị rỉ trong không khí, ăn mòn trong môi trường axit, bazo, và muối…

Trong thành phần của thép SKD61 có hàm lượng cacbon chiếm 0.32-0.42% đây

là loại thép trước cùng tích, với hàm lượng cacbon trung bình, nhưng nhờ có các nguyên tố hợp kim khác trong thép, mà thép tăng độ bền cơ học như độ cứng, chịu được

sự ăn mòn, giảm tính giản nở, giảm tính đàn hồi cao hơn Hiệu quả sau tôi, ram tốt phù hợp cho chi tiết máy chịu tải trọng tỉnh và va đập [9]

+ Crôm (Cr) có mạng lập phương thể tâm với thông số mạng gần với thông số mạng của α-Fe, là nguyên tố mở rộng vùng α, chúng hòa tan vô hạn vào nhau Cr có vị trí trung gian về khả năng tạo cacbit So với các nguyên tố hợp kim khác nó được sử dụng rộng rãi hơn trong thép

Hợp kim FeCr ở trạng thái rắn tạo ra một số dung dịch rắn γ, γ+α và α, với bất kỳ nồng độ Cr nào cũng có thể tạo ra tổ chức một pha của ferit là dung dịch rắn giữa Fe-α

và Cr Đồng thời Cr có thể kết hợp với cacbon tạo xementit hợp kim (Fe,Cr)3C và (Cr,Fe)7C3 Ngoài ra nó còn kết hợp với các nguyên tố Mo, V có trong thép tạo thành:

Cr + Mo, Cr + V, Cr + Mo + V, làm cho thép có cơ tính tốt hơn

Khi hòa tan vào Austenit, Cr có tác dụng tăng độ thấm tôi cho thép, giảm tốc độ nguội tới hạn, có hệ số thấm tôi δ = 3.1÷ 3.3 Tôi trong môi trường dầu hoặc không khí vẫn đảm bảo nhận được độ cứng lớn hơn 52 HRC Khi ram, các cacbit Cr tiết ra ở nhiệt độ trên 250oC, do đó nó có tính chống ram đến nhiệt độ (250 ÷ 300)oC và tính cứng nóng đến 300oC

Ngoài ra, Cr còn tăng mạnh tính chống oxy hóa và tính chống gỉ của thép do tạo thành Cr2O3 rất bền Khi trên bề mặt kim loại hay hợp kim tạo được một lớp màng oxít

có khả năng ngăn ngừa không cho các ion thấm qua và bám chặt vào kim loại nền Chính lớp màng này đã ngăn cản sự oxy hoá tiếp theo, tạo cho kim loại hay hợp kim ở vào trạng thái thụ động tăng khả năng chống gỉ của thép hợp kim Ngoài ra Crôm còn

có vai trò quan trọng trong việc làm bền vững lớp màng thụ động, vì nó có ái lực hoá học với oxy cao hơn sắt Mặt khác Cr còn kết hợp với cacbon tạo ra cacbit để bảo đảm

độ cứng và tính chịu mài mòn cao

Trong thép SKD61 có hàm lượng Cr (4.5-5.5) % được coi là ở mức trung bình nó tạo cacbit Cr7C3 Cacbit Cr trong thép có thể hòa tan trong sắt với một lượng đáng kể,

Cr phần lớn tồn tại cacbit dạng α+(Fe, Cr)3C và α+(Cr,Fe)7C3 được thể hiện trên giản

+ Molipđen: Với sự có mặt của Mo cùng hợp kim hóa với Cr làm xuất hiện cácbit phức tạp chứa Cr , Mo và Fe với công thức M6C Molipđen thu hẹp vùng ổn định của γ-Fe và nâng cao nhiệt độ chuyển biến pha γ-Fe ↔ α-Fe Molipđen là nguyên

tố tạo cacbit rất mạnh, có tính ổn định cao, tăng mạnh độ thấm tôi, tăng độ cứng, tăng tính chống gỉ và tính chống mài mòn Mặt khác, Mo tạo ra độ cứng thứ cấp khi ram, làm giảm sự nhạy cảm đối với hiện tượng giòn ram và tăng độ cứng nóng [8]

Trong thép SKD61 có tỷ lệ hợp kim Mo chiếm (1.0-1.5%) chúng sẽ hòa tan vào xementit hay ferit Khi hòa tan vào xementit sẽ tạo nên xementit molipden có công thức là (Fe,Mo)3C duy trì độ cứng, đây là loại cacbit có tính ổn định cao, khó phân huỷ khi nung Khi hàm lượng Mo đủ lớn, sẽ tạo thành cacbit đơn giản Mo2C và cacbit phức tạp (Fe,Mo)2C Tuy nhiên trong thành phần của thép SKD61 hàm lượng nguyên

tố hợp kim Mo không lớn do đó cacbit thường gặp xementit molipden hay là hỗn hợp cacbit đặc biệt Hợp kim Mo có những ảnh hưởng xấu đến thép như dễ bị ôxy hóa khi nung nóng tạo thành oxyt MoO3 [6]

+ Vanadi (V): Đây là nguyên tố tạo cacbit mạnh Cacbit VC hầu như không hòa tan vào austenit khi nung Nó ở dạng các phần tử cứng, phân tán, làm tăng tính chống mài mòn và giữ nhỏ hạt khi nung VC nhỏ mịn, nằm ở biên hạt, nó có tác dụng ngăn cản sự lớn lên của hạt γ khi nung Trong thép SKD61 hàm lượng hợp kim V có tỷ lệ 1.07% làm tăng khả năng chống mài mòn của chi tiết [9]

+ Mangan (Mn): Hòa tan vào Ferit và hóa bền pha này, là nguyên tố mở rộng và

ổn định γ, Mn kìm hãm sự phân hủy của Austenit trong vùng Peclit và Bainit Do đó làm tăng độ ổn định của Austenit quá nguội, đẩy đường cong chữ “C” sang phải và làm tăng mạnh độ thấm tôi, hệ số thấm tôi δ = 4, làm tăng lượng γ dư sau tôi, do đó làm giảm độ biến dạng phôi khi nhiệt luyện

Mangan được cho vào thép khi nóng chảy để khử oxy cũng như làm giảm tác dụng độc hại của lưu huỳnh Mangan được coi là nguyên tố hợp kim hoá nếu hàm lượng trong thép lớn hơn 1% Mn làm tăng độ dai va đập của thép Tốc độ làm nguội khi tôi nhỏ tính thấm tôi cao, nên có thể tôi trong môi trường yếu (như dầu)

Ưu điểm của thép chứa Mn là giảm chiều hướng biến dạng và tăng tính thấm tôi Mangan còn liên kết với lưu huỳnh tạo thành hợp chất hoá học bền vững MnS nên làm giảm sự vỡ nóng của thép, khi hàm lượng Mn từ 1-1.2% thì độ bền của thép được tăng

lên Nhược điểm của Mn là nếu nung trong thời gian dài ở nhiệt độ cao dễ làm lớn hạt, dẫn đến làm cho thép giòn và giảm độ dai Tuy nhiên, trong thép SKD61 lượng Mn chiếm tỷ lệ 0.41% nhỏ, được xem là tạp chất [6]

+ Silic (Si) có mạng kim cương, là nguyên tố mở rộng khu vực α song chỉ hòa tan có hạn, không tạo cacbit, cản trở sự thải bền của thép khi ram, giảm độ dẻo dai và nâng cao ngưỡng giòn nguội Ở nhiệt độ cao, có thể tạo SiO2 xiết chặt ở bề mặt thép có tác dụng chống ôxy hóa cho thép Tuy nhiên trong thép SKD61 hàm lượng hợp kim Si

có tỷ lệ 1.03% dễ gây thoát cacbon và khó biến dạng Nung thép SKD61 cần lưu ý khi nung phải có môi trường bảo vệ giảm khả năng thoát cacbon khi nung [9][6]

+ Niken có mạng lập phương diện tâm với thông số mạng gần với thông số mạng của γ-Fe nên chúng hòa tan vô hạn vào nhau Ni là nguyên tố mở rộng vùng γ rất mạnh, làm tăng tính ổn định của austenit Do đó khi tăng hàm lượng Ni trong hợp kim thì lượng austenit dư sau tôi cũng tăng lên Điều này nên tránh trong thép làm dụng cụ, loại thép cần ổn định về kích thước trong quá trình sử dụng Trong thép không gỉ làm dụng cụ , người ta khống chế lượng Ni ≤ 0.75%

2.4.5 Nhiệt luyện thép SKD61

Với mục đích nâng cao độ cứng, độ dẻo dai, tính chống mài mòn của dao băm gỗ nhằm đáp ứng yêu cầu làm việc Đảm bảo chất lượng sản phẩm dăm gỗ sản xuất trong một chu kỳ mài dao Công việc chọn chế độ nhiệt luyện dao phù hợp rất quan trọng Với thép SKD61 nếu chọn chế độ nhiệt luyện hợp lý sẽ được sản phẩm dao băm gỗ đạt

độ cứng cao nhưng vẫn giữ được độ dẻo dai nhất định Chế độ tôi thép ở các nhiệt độ khác nhau từ 950oC đến 1100oC Tuy nhiên, khi được tôi ở nhiệt độ thích hợp thì tính cứng nóng và cơ tính của thép sẽ được cải thiện

Thép SKD61 khi nung ở nhiệt độ cao thì các nguyên tố hợp kim hòa tan vào austenit lớn Tuy nhiên, nếu tôi ở nhiệt độ cao quá (trên 1080oC) hạt tinh thể của thép

sẽ bị to thô, độ dẻo dai giảm, dễ bị nứt vỡ, tuổi thọ giảm Trái lại, tôi ở nhiệt độ thấp (dưới 1000oC) nền thép ít được hoà tan các nguyên tố hợp kim sẽ kém ổn định, nhanh chóng bị phân huỷ làm giảm độ cứng

Theo một số kết quả nghiên cứu trước cho thấy nhiệt độ nung thép SKD61 tốt nhất khoản 1010-1060 oC [15] Giới hạn dưới dùng cho các chi tiết lớn, có hình dạng phức tạp (khuôn lớn), thời gian giữ nhiệt khi nung tôi dài Giới hạn trên dùng cho các chi tiết nhỏ, hình dạng đơn giản, thành mỏng dưới 20 mm

Nhiệt độ ram tốt nhất để được độ cứng thứ II là từ 460 -540 oC, khi ram lớn hơn

600oC tính cứng nóng giảm mạnh do hiện tượng tiết cacbit làm nền thép nghèo nguyên

tố hợp kim

2.5 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

2.5.1 Sơ đồ nhiệt luyện thép SKD61

Các bước tiến hành nhiệt luyện mẫu được bố trí trên sơ đồ hình 2.5

băm gỗ do hạn chế về điều kiện máy móc thiết bị và quỹ thời gian do đó nghiên cứu chỉ chọn các mức nhiệt độ tôi là 10200C, 10350C, 10500C Lò nung làm thí nghiệm N7/H của hãng Nabertherm-Đức đang sử dụng có dung sai nhiệt là ±50C, để có kết quả phản ánh tốt sự khác nhau giữa các mức thí nghiệm nghiên cứu đã chọn các mức nhiệt

độ tôi cách nhau 150C, tôi trong môi trường dầu Tương tự nghiên cứu cũng chọn nhiệt

độ ram ở các mức 5100C, 5400C, 5700C, các mức nhiệt độ cách nhau 300C, thời gian giữ nhiệt tại nhiệt độ ram 2 giờ làm nguội trong môi trường không khí [13]

Các mẫu sau tôi, ram đều được đo, kiểm tra các thông số như:

- Kiểm tra độ cứng sau tôi, ram

- Kiểm tra độ bền va đập sau ram

- Kiểm tra độ mài mòn của mẫu sau ram

- Chụp ảnh kim tương, kiểm tra cấu trúc tế vi của mẫu sau tôi, ram

2.5.3 Bố trí thí nghiệm

Quy trình nghiên cứu thực nghiệm được bố trí 9 thí nghiệm, trong đó khảo sát tại

3 mức nhiệt độ tôi và 3 mức nhiệt độ ram khác nhau, mỗi thí nghiệm chuẩn bị 3 mẫu vật liệu nhằm lấy giá trị trung bình của các lần kiểm tra Các thí nghiệm được bố trí theo bảng 2.4

Bảng 2.4 Bố trí thí nghiệm các chế độ nhiệt luyện Stt Tên mẫu Nhiệt độ tôi (0C) Nhiệt độ ram (0C)

Các mẫu thí nghiệm khảo sát là thép công cụ SKD61 theo (JIS G4404: 2000) của Nhật có thành phần hóa học được Trung Tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng

3 công bố kết quả thử nghiệm ngày 29/10/2014 được thể hiện trên bảng 2.5

Bảng 2.5 Thành phần hóa học thép SKD61 được chọn khảo sát

Nguyên tố C Mn Si P S Cr Ni Mo V

Hàm lượng (%) 0.41 0.41 1.03 0.022 0.005 5.14 0.17 1.3 1.07 2.5.4 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm

- Mẫu thí nghiệm được chế tạo theo kích thước 8mm x 10mm x 20mm, 10mm x 10mm x 55mm có cắt rãnh chữ V dùng trong thử nghiệm độ bền va đập Các mẫu được gia công theo hình dạng và kích thích được giới thiệu ở hình 2.6

- Yêu cầu mẫu thí nghiệm: Kích thước mẫu: 20mm x 10mm x 8mm và mẫu 10mm x 10mm x55mm có hai mặt phẳng song song nhau, sai số cho phép ≤ ± 0.1 Độ nhám bề mặt A và B cho phép Rz 0.4 – Rz 0.2 Các mặt còn lại độ nhám bề mặt Rz 10

- Trình tự các bước chuẩn bị mẫu thí nghiệm được trình bày trong bảng 2.6

Bảng 2.6 Trình tự các bước chuẩn bị mẫu thí nghiệm

Bước công việc Chỉ dẫn kỹ thuật

Cưa thép SKD61 200mm x100mm x10mm làm 02 tấm

Cắt mẫu Cắt mẫu 20mm x 10mm x 8mm, 10mm x 10mm x 55mm có

lượng dư dùng cho các gia công tiếp theo

Bào Hai bề mặt phẳng song song với nhau sai số cho phép < ± 0.1 Mài mặt cạnh Độ bóng Rz 0.08

Mài mặt đầu Độ bóng Rz 0.08

2.5.5 Quy trình nhiệt luyện

- Làm sạch mẫu: Sau khi mài tinh 2 mặt các mẫu, để không bị oxy hóa ta tiến hành bảo quản bằng mỡ công nghiệp Trước khi đem tôi phải tiến hành làm sạch mẫu bằng dầu mazut và lau khô bằng cồn

-Tôi mẫu: Các mẫu được thí nghiệm trên các trang thiết bị tại phòng thí nghiệm Vật liệu cơ khí thuộc trường Đại học Nha Trang Các số liệu thực nghiệm được xác định trên cơ sở đo thực tế trên các máy, thiết bị tại phòng thí nghiệm Vật liệu học và Viện nghiên cứu chế tạo tàu thủy Trường Đại học Nha Trang

Việc xác định chế độ nhiệt luyện cho thép phụ thuộc rất lớn vào hình dáng, kích thước của chi tiết và sự phân bố cacbit trong tổ chức của thép ban đầu Dao băm gỗ yêu cầu độ cứng trung bình khoảng (51÷53) HRC Nếu độ cứng cao thì dao sẽ làm việc tốt, chặt được các loại gỗ cứng, lâu cùn Tuy nhiên khi dao gặp sự cố như gặp phải đinh, sắt, đá… làm mẻ dao, khó khắc phục, thời gian mài phá phần bị mẻ lâu, ảnh hưởng đến năng suất máy mài Do đó ta cần phải tôi và ram thép để có được độ cứng hợp lý, độ dẻo dai và tính chống mài mòn tốt

Quá trình nung được tiến hành nung phân cấp nhằm làm cấu trúc hạt được phân bố nhiệt độ đều trên các khu vực dày, mỏng của chi tiết, để tránh quá nhiệt tại các khu vực mỏng Nung trong môi trường trung tính để chống thoát cacbon ở bề mặt chi tiết

Các nguyên tố hợp kim trong thép SKD61 có ảnh hưởng lớn đến quá trình nhiệt luyện đặc biệt là tôi và ram Vì sự hòa tan cacbit hợp kim khó hơn, đòi hỏi nhiệt độ tôi

cao hơn và thời gian giữ nhiệt dài hơn Mặt khác, thép SKD61 có hệ số dẫn nhiệt nhỏ nên cần phải nung với tốc độ chậm nhằm đảm bảo cấu trúc, giảm ứng suất nhiệt, tránh hiện tượng nứt, vỡ khi nung Việc chọn phương pháp nung phân cấp cũng nhằm mục đích có đủ thời gian để cho các nguyên tố hợp kim khuếch tán vào cấu trúc của thép, giảm sự lớn hạt tại nhiệt độ tôi

Các mẫu vật liệu được nung phân cấp lần 1 tại nhiệt độ 6500C, lần 2 ở 8500C với tốc độ tăng nhiệt là 50C/phút tại các điểm phân cấp này mẫu được giữ nhiệt 15 phút rồi tiếp tục nung đến các nhiệt độ tôi lần lược là 10200C, 10350C, 10500C [16], giữ nhiệt

30 phút, sau đó mẫu được tôi trong môi trường dầu Sau tôi, các mẫu được ram ở nhiệt

độ lần lượt 5100C, 5400C, 5700C với thời gian giữ nhiệt trong 2 giờ, và làm nguội ở môi trường không khí Sơ đồ nung thép được thể hiện trên hình 2.7

Hình 2.7 Sơ đồ tăng nhiệt độ nung [15]

Giai đoạn 1: Nung từ nhiệt độ môi trường đến đến nhiệt độ (600-650)0C giữ nhiệt

15 phút, hoặc ta có thể chọn thời gian giữ nhiệt hợp lý tùy yêu cầu làm việc của chi tiết máy Ở khoảng nhiệt độ này là khoảng đàn hồi của thép, cũng là vùng nhiệt độ mà chi tiết máy thay đổi thể tích do peclit bắt đầu chuyển biến thành austenit dễ gây ra biến dạng dụng cụ, do đó giữ nhiệt nhằm đạt độ đồng điều cấu trúc trên toàn bộ tiết diện của vật thể cần nung

Giai đoạn 2: Bắt đầu từ nhiệt độ 6500C đến 8500C, ở nhiệt độ (800-850)0C các cacbit hợp kim bắt đầu hòa tan vào trong thép như cacbit Cr ở dạng (Fe,Cr)3C mục đích của giữ nhiệt tại khoảng nhiệt độ này là có thời gian để cacbit Cr hòa tan dần vào trong thép nhằm giảm thời gian giữ nhiệt tại nhiệt độ tôi hạn chế thời gian giữ nhiệt tại nhiệt độ tôi, giảm khả năng lớn hạt

(0C)

(Phút)

Nếu khi nung tốc độ càng lớn, hiện tượng nhiệt trễ càng lớn, ứng suất nhiệt phát sinh khi nung càng lớn, chi tiết càng dễ bị biến dạng cong vênh hay nứt Nhiệt độ tôi

có ảnh hưởng lớn đến cơ tính của thép, vì kích thước hạt sau tôi phụ thuộc vào kích thước hạt austenite khi tôi

Tốc độ làm nguội cũng ảnh hưởng rất lớn đến chi tiết máy sau tôi Thép SKD61

có sự phân hóa đẳng nhiệt của austenit quá nguội nhờ các nguyên tố hợp kim với các mức độ khác nhau đều làm chậm tốc độ phân hóa đẳng nhiệt của austenite quá nguội [9] Do đó, thép có thể dùng các môi trường tôi chậm mà vẫn đạt được mactenxit (tôi dầu hoặc không khí) Nên các chi tiết máy sản xuất bằng vật liệu thép SKD61 có hình dạng phức tạp khi tôi ít bị gãy, nứt, biến dạng

Thí nghiệm được tiến hành trên lò N7/H của hãng Nabertherm-Đức