Nghiên cứu lựa chọn công nghệ hàn đắp và công nghệ làm bền bề mặt để hồi phục các cổ trục bị hao mòn

Luận văn, thạc sỹ, tiến sĩ, cao học, kinh tế, nông nghiệp

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học nông nghiệp I- hà nội

Phạm giang nam

Nghiên cứu lựa chọn công nghệ hàn đắp và công nghệ làm

bền bề mặt để hồi phục các cổ trục bị hao mòn

Lời cam đoan

Tôi cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn Tôi cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và ch−a hề sử dụng đ

này là trung thực và ch−a hề sử dụng để bảo vệ một học vị nào ể bảo vệ một học vị nào ể bảo vệ một học vị nào Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã đ−ợc cảm ơn và thông tin trích dẫn trong luận văn đều

TS Hoàng Đình Hiếu người đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện giúp

đỡ tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu này

Xin cảm ơn các bạn đồng nghiệp và những người thân đã động viên giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài

Quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong tiếp tục nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp đối với đề tài nghiên cứu của tôi, để đề tài được hoàn thiện hơn

Tác giả

Phạm Giang Nam

Mục lục

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Các bảng biểu, hình vẽ, ảnh vii

Mở đầu 1

Chương 1 Tổng quan về các công nghệ hồi phục cổ trục khi bị hao mòn 3

1.1 Khái quát về sự hao mòn của các cổ trục 3

1.1.1 Điều kiện làm việc 3

1.1.2 Dạng hỏng và phương pháp hồi phục các cổ trục 4

1.2 Khái quát các công nghệ hồi phục cổ trục bị hao mòn 6

1.2.1 ý nghĩa của việc hồi phục 6

1.2.2 Các phương pháp phục hồi cổ trục bị hao mòn 7

1.2.2.1 Hồi phục cổ trục hao mòn bằng phương pháp hàn 7

1.2.2.2 Hồi phục cổ trục hao mòn bằng phương pháp phun kim loại 9 1.2.2.3 Hồi phục các cổ trục hao mòn bằng phương pháp mạ 10

1.2.3 Lựa chọn công nghệ hàn đắp để hồi phục cổ trục hao mòn 11 1.2.3.1 Một số phương pháp hàn đắp 11

1.2.3.2 Hồi phục cổ trục bằng hàn đắp trong môi trường khí bảo vệ 13 1.3 Công nghệ làm bền và nâng cao cơ tính bề mặt cổ trục 14

1.3.1 Các công nghệ làm bền bề mặt 14

1.3.2 Lựa chọn công nghệ làm bền 16

1.4 Công tác sửa chữa, phục hồi tại trường trung học công nghiệp Việt Đức - Thái Nguyên 17

1.5 Kết luận chương 1 19

Chương 2 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 21 2.1 Chọn đối tượng nghiên cứu 21 2.2 Giới hạn nghiên cứu 21

2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết 22

2.2.3 Phương pháp xác định và xử lý các số liệu thực nghiệm 23 2.2.4 Các chỉ tiêu cần kiểm tra đánh giá 24

3.1 Nghiên cứu vật liệu và yêu cầu cơ tính của các cổ trục 25

3.1.2 Yêu cầu cơ tính của các cổ trục 26

3 2 Nghiên cứu công nghệ hàn đắp trong môi trường khí bảo vệ để

3.2.1 Vật liệu hàn trong môi trường khí bảo vệ 28

3.3.4 ảnh hưởng của vật liệu hàn 46 3.4 Nhiệt luyện nâng cao cơ tính bề mặt các cổ trục sau khi hàn

3.4.2.2 Tính toán chế độ khi tôi cao tần 58

Chương 4 Nghiên cứu thực nghiệm 63 4.1 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng chất lượng lớp hàn đắp trong

4.1.2 Chuẩn bị mẫu hàn đắp và chọn chế độ hàn 63 4.13 Mục tiêu kiểm tra và thiết bị kiểm tra 65 4.1.3.1 Kiểm tra khuyết tật trên lớp đắp 65 4.1.3.2 Kiểm tra phân tích thành phần kim loại 65 4.1.3.3 Chụp ảnh kim tương đánh giá tổ chức tế vi của biên giới giữa

4.1.5.3 Tổ chức kim tương các mẫu khi thực hiện các chế độ hàn

4.1.5.4 Độ cứng lớp kim loại hàn đắp phụ thuộc vào chế độ hàn 73 4.1.5.5 Độ xốp lớp kim loại hàn phụ thuộc vào chế độ hàn 74 4.1.5.6 Độ bền kéo lớp kim loại hàn phụ thuộc vào chế độ hàn 75 4.2 Nghiên cứu công nghệ nhiệt luyện làm bền bề mặt cổ trục sau

4.2.2 Chọn mẫu đắp và phương pháp nhiệt luyện 77 4.2.3 Kết quả đạt được sau khi nhiệt luyện 79 4.2.3.1 Phân tích tổ chức kim loại lớp bề mặt 79 4.2.3.2 Kiểm tra độ cứng lớp hàn đắp sau nhiệt luyện 80 4.2.3.3 Kiểm tra độ thấm tôi lớp hàn đắp 81 4.2.3.4 Đánh giá khả năng chống mài mòn của lớp đắp sau khi nhiệt

Danh mục Các bảng biểu, hình vẽ, ảnh

Các bảng biểu:

Bảng 3.1 Thành phần hoá học (%) của một số mác thép dùng làm cổ trục (theo TCVN 1766-75 và ΓOCT 1414-75)

Bảng 3.13 Dây hàn lõi bột sử dụng cho thép C và hợp kim thấp

Bảng 3.14 Dây hàn đặc sử dụng cho hàn đắp thép C và hợp kim thấp Bảng 3.15 Nhiệt độ nung nóng khi tôi cao tần với một số mác thép

Bảng 3.16 Chiều sâu lớp tôi phụ thuộc vào nhiệt độ và tốc độ nung

Bảng 3.17 Tốc độ làm nguội trung bình trong các tiết diện trục nung nóng

đến nhiệt độ tôi

Bảng 3.18 Tốc độ làm nguội trung bình để đạt độ cứng 50 HRC

Bảng 3.19 Tốc độ làm nguội thép trong các môi trường khác nhau

Bảng 4.1 Điều kiện thực nghiệm đối với các mẫu hàn đắp

Bảng 4.2 Kết quả kiểm tra khuyết tật hàn trên lớp đắp

Bảng 4.3.a Mẫu cơ bản N01 (Thép 45)

Bảng 4.3.b Mẫu đắp đúng chế độ hàn (N08) trên vật liệu thép C45 Bảng 4.4 Trị số độ cứng lớp kim loại hàn đắp

Bảng 4.5 Kết quả khảo sát độ xốp các mẫu hàn đắp

Bảng 4.6 Độ bền bám dính các mẫu hàn đắp

Bảng 4.7 Điều kiện thực nghiệm nhiệt luyện với các mẫu

Bảng 4.8 Trị số độ cứng lớp kim loại hàn đắp

Bảng 4.9 Trị số độ thấm tôi sau khi nhiệt luyện

Bảng 4.10 Giá trị trung bình độ mài mòn các mẫu hàn đắp

Các hình vẽ:

Hình 1.1 Quá trình hao mòn của cặp lắp ghép

Hình 3.1 Quan hệ điện áp và cường độ dòng điện

Hình 3.2 Hình dạng mối hàn khi tăng cường độ dòng điện

Hình 3.3 Hình dạng mối hàn khi tăng điện áp hồ quang

Hình 3.4 Hình dạng mối hàn phụ thuộc vào điện áp hồ quang

Hình 3.5 Hình dạng mối hàn phụ thuộc vào điện áp hồ quang

Hình 3.6 Hình dạng mối hàn khi tăng vận tốc đắp

Hình 3.7 Hình dạng mối hàn phụ thuộc vào tốc độ hàn

Hình 3.8 Khoảng cách thích hợp giữa kim loại cơ bản và miệng phun Hình 3.9 Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt của ostenit

Hình 3.10 Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt ostenit của thép C

Hình 3.11 Sơ đồ tôi cao tần liên tục - liên tiếp

Hình 3.12 Bảng màu xác định nhiệt độ nung

Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý thiết bị máy phát cao tần

Hình 4.1.a Biểu diễn thành phần hoá học của kim loại nền (N01)

Hình 4.1.b Biểu diễn thành phần hoá học của kim loại hàn đắp (N08) Hình 4.2 Biểu đồ độ cứng lớp kim loại hàn đắp

Hình 4.3 Biểu đồ độ xốp lớp kim loại hàn đắp

Hình 4.4 Biểu đồ độ cứng lớp kim loại hàn đắp sau khi tôi

Hình 4.5 Biểu đồ độ thấm tôi

Hình 4.6 Biểu đồ l−ợng mài mòn

Các ảnh:

ảnh 4.1 Tổ chức Peclit (mẫu cơ bản N01)- 200X

ảnh 4.2 Tổ chức Peclit + Bainit lớp kim loại đắp (mẫu N08) - 100X

Thực hiện hàn theo chế độ tính toán, khí bảo vệ: CO2

ảnh 4.3 Tổ chức Peclit + Bainit (mẫu N08)- 100X

Thực hiện hàn theo chế độ tính toán, khí bảo vệ: CO2

ảnh 4.4 Tổ chức Bai nit + Peclit (mẫu N09) - 100X

thực hiện hàn theo chế độ tính toán, khí bảo vệ: 20%Ar+100%CO2

ảnh 4.5 Tổ chức Bainit + Mactenxit (mẫu N01)-200X

nhiệt luyện ở nhiệt độ 8500C

ảnh 4.6 Tổ chức Bainit + Mactenxit (mẫu N08) -200X

nhiệt luyện ở nhiệt độ 8300C

Mở đầu

Trong những năm gần đây, khi nền kinh tế đất nước chuyển sang nền kinh tế thị trường, sản xuất công nghiệp nói chung cũng như nghành chế tạo máy nói riêng ở nước ta đ^ phát triển mạnh Cùng với sự phát triển về công nghệ chế tạo, nhu cầu về vật liệu (chủ yếu là vật liệu kim loại) ngày một tăng về cả số lượng và chất lượng

ở Việt Nam, các sản phẩm kim loại cũng như vật liệu khác còn phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu Để đáp ứng với sự phát triển kinh tế của đất nước, chúng ta phải nhập khẩu nguyên vật liệu trong đó có kim loại phục vụ cho công nghệ chế tạo Tuy nhiên trong tương lai nước ta cần phải từng bước sản xuất vật liệu kim loại, đây chính là mục tiêu của công nghiệp luyện kim

Để sử dụng tiết kiệm và hữu hiệu nguyên vật liệu, trong kỹ thuật có nhiều biện pháp công nghệ, trong đó biện pháp hữu hiệu nhất là ứng dụng các công nghệ hồi phục các chi tiết máy bị hao mòn Hồi phục chi tiết máy

là biện pháp tích cực để sử dụng các chi tiết máy đ^ bị hỏng và mất chính xác Nguyên vật liệu dùng cho phục hồi các chi tiết máy chỉ cần một khối lượng rất nhỏ so với khối lượng toàn bộ chi tiết mới, ngoài ra chi phí cho phục hồi cũng thấp so với sản xuất chi tiết mới

Xử lý bề mặt và phục hồi các loại cổ trục hao mòn bằng phương pháp hàn đắp nhằm đáp ứng được yêu cầu trên Việc phục hồi các loại cổ trục không chỉ đòi hỏi khôi phục lại kích thước hình học và các tính năng làm việc của chi tiết trục mà còn phải đảm bảo chất lượng và tuổi thọ của chi tiết sau khi hồi phục Thực tế có nhiều cổ trục máy sau khi hồi phục có chất lượng bề mặt tốt hơn chi tiết mới Song để đạt được điều đó thì trong quá trình hàn hồi phục cần nghiên cứu một cách kỹ lưỡng, có hệ thống các yếu

tố ảnh hưởng và quyết định đến chất lượng phục hồi như chọn phương pháp

hàn, vật liệu hàn, các điều kiện bảo vệ kim loại hàn, xử lý nhiệt trong quá trình hàn và khống chế khả năng phát sinh, tồn tại ứng suất khi hàn

Việc xử lý nhiệt và nhiệt luyện sau hàn đắp hồi phục các cổ trục là một trong những biện pháp công nghệ phổ biến được áp dụng để khắc phục ứng suất dư của kim loại lớp hàn đắp và kim loại cơ bản (có thể khử ứng suất dư từ 70% - 90%), có tác dụng ổn định tổ chức kim loại mối hàn, tăng

độ cứng và độ bền bề mặt chi tiết, nâng cao chất lượng bề mặt lớp hàn đắp

Đây cũng chính là yếu tố ảnh hưởng quyết định đến chất lượng và tuổi thọ của lớp kim loại đắp trong quá trình làm việc lâu dài, nâng cao chất lượng của sản phẩm

Đề tài “Nghiên cứu lựa chọn công nghệ hàn đắp và công nghệ làm bền bề mặt để hồi phục các cổ trục bị hao mòn sẽ” giải quyết một số yếu

tố kỹ thuật để hồi phục chi tiết nhằm nâng cao chất lượng chi tiết sau khi hồi phục

Chương 1 Tổng quan về các công nghệ hồi phục

cổ trục khi bị hao mòn

1.1 Khái quát về sự hao mòn của các cổ trục

1.1.1 Điều kiện làm việc

Trong các thiết bị máy móc, chi tiết trục chiếm một vai trò quan trọng, được dùng để đỡ các chi tiết quay hoặc truyền chuyển động như bánh răng, bánh đai, bánh xích và truyền mô men xoắn dọc theo đường trục từ các chi tiết lắp trên nó đến các chi tiết khác, hoặc làm cả hai nhiệm vụ trên

Do đó chi tiết trục có thể chịu lực tác dụng của lực ngang, lực dọc trục và mô men uốn, và mô men xoắn Khi làm việc trục thường bị hỏng như: hỏng các lỗ ren, mòn hoặc biến dạng các r^nh then, trục bị xoắn, bị cong vênh, nứt vỡ thậm chí bị gẫy tuy nhiên dạng hỏng thường gặp nhất là trục bị hao mòn quá kích thước giới hạn tại các cổ trục

Gối đỡ các chi tiết trục thường dùng là ổ trượt và ổ lăn Thông thường trong kết cấu máy, ổ lăn được sử dụng rộng r^i hơn vì lý do

- Giá thành ổ lăn rẻ và chất lượng đảm bảo

- Chọn ổ lăn thay thế dễ dàng do ổ lăn chế tạo theo tiêu chuẩn

Nhưng trong điều kiện trục làm việc với vận tốc lớn, đường kính trục lớn thì dùng ổ trượt sẽ làm hạ giá thành Mặt khác ổ trượt có ưu điểm là chịu tải trọng chấn động, làm việc êm, khi làm việc trong môi trường ma sát

ướt thì mất mát do ma sát và mòn trong ổ trượt nhỏ hơn ổ lăn, ngoài ra ổ trượt có thể làm việc tốt hơn trong điều kiện môi trường có nhiệt độ thay

đổi lớn

Tuy nhiên khi dùng gối trục bằng ổ trượt, với điều kiện làm việc tải trọng lớn, thay đổi và chế độ bôi trơn không hợp lý, chi tiết trục thường bị hao mòn nhanh, mòn không đều tại các cổ trục Việc phục hồi các cổ trục

bị hao mòn có ý nghĩa quan trọng với những chi tiết trục có đường kính lớn, hoặc làm việc trong những máy móc quan trọng do giảm đáng kể chi phí cho vật liệu và những chi phí liên quan tới chế tạo phôi Vì vậy cần được nghiên cứu cẩn thận công nghệ sửa chữa phục hồi để cải thiện được chất lượng và nâng cao tuổi thọ của các chi tiết trục [5]

1.1.2 Dạng hỏng và phương pháp hồi phục các cổ trục

Các cổ trục thường gặp một số hỏng cơ bản sau:

- Mệt mỏi vật liệu do trục chịu lực tác dụng lớn, với chu kỳ nhất định

và lâu dài sinh ra Các cổ trục do mệt mỏi nên sinh ra các vết nứt, tróc rỗ bề mặt ngoài ra, tải trọng chấn động khi làm việc, dầu nhờn có cặn bẩn, bề mặt cổ trục không nhẵn phẳng cũng là những nguyên nhân gây nên hiện tượng mỏi của cổ trục, hiện tượng mỏi vật liệu tại các cổ trục nếu không phát hiện và có biện pháp xử lý kịp thời sẽ dẫn đến hao mòn và hỏng nhanh tại các cổ trục [5]

- Hao mòn cổ trục (hình 1.1.) do bề mặt của cổ trục và ổ trượt có sự chuyển động tương đối làm cho các cổ trục bị thay đổi về hình dáng, kích thước và chất lượng bề mặt

Sự hao mòn làm quan hệ các cặp lắp ghép và vị trí tương đối giữa chúng đều thay đổi, do đó hao mòn là một trong những nguyên nhân rất cơ bản của hỏng Tốc độ hao mòn có ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian sử dụng của chi tiết Hao mòn là do ma sát gây nên, do đó trong quá trình nghiên cứu cần hiểu rõ bản chất của ma sát và ảnh hưởng của nó đến hiện tượng hao mòn từ đó xác định giới hạn của hao mòn, đồng thời đưa ra công nghệ hồi phục hợp lý [12]

* Các cổ trục khi bị hao mòn thường được hồi phục theo trình tự sau

- Tháo trục ra khỏi vị trí làm việc, lắp trục lên máy đánh bóng, dùng giấy giáp làm sạch các vết bẩn, dầu mỡ, cạnh sắc tại các cổ trục

- Xác định giới hạn hao mòn kiểm tra kích thước thực của cổ trục, xác

định giới hạn hao mòn của các cổ trục và kích thước cần hồi phục (kể cả lượng dư gia công)

- Gia công cơ khí sửa chữa những sai lệch về hình dáng, kích thước Lắp trục lên máy tiện, tiến hành tiện bóc một lớp kim loại trên cổ trục (lượng kim loại bóc phụ thuộc vào lượng hao mòn và đường kính của các cổ trục)

- Đắp kim loại lên cổ trục xác định kích thước cần hồi phục (kể cả lượng dư gia công), đắp lên bề mặt cổ trục một lớp kim loại có cơ tính và vật liệu tương đương với chi tiết trục

Trong đó: τ: Thời gian chi tiết làm việc bình thường

Smax: Khe hở giới hạn lớn nhất

Smin: Khe hở giới hạn nhỏ nhất

SBĐ: Khe hở lắp ráp ban đầu α: Biểu thị tốc độ tăng khe hở

- Gia công cơ khí đạt kích thước danh nghĩa lắp trục lên máy tiện và tiến hành tiện cổ trục đạt kích thước ban đầu (cộng thêm lượng dư để mài chính xác)

- Nhiệt luyện tăng cơ tính lớp kim loại hồi phục đưa cổ trục đi nhiệt luyện để làm bền bề mặt, sau đó đem ram để khử ứng suất dư và đem cổ trục mài bóng đạt kích thước [13]

* Nhận xét: Quá trình hồi phục các cổ trục hao mòn chủ yếu là hồi phục lại cơ lý tính và kích thước ban đầu của cổ trục Có nhiều công nghệ ứng dụng để tạo lớp kim loại đắp, để nâng cao hiệu quả hồi phục và độ tin cậy của các cổ trục cần thiết phải nghiên cứu công nghệ và các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng lớp kim loại hồi phục

1.2 Khái quát các công nghệ hồi phục cổ trục bị hao mòn

1.2.1 ý nghĩa của việc hồi phục

Các cổ trục làm việc trong các máy nông nghiệp, máy công cụ, máy thi công cơ giới và các phương tiện vận tải qua quá trình làm việc bị hao mòn, mỏi vật liệu, các hỏng cơ học dẫn đến mất khả năng làm việc Có hai

xu thế đó là thay mới và sửa chữa phục hồi, phương án thay mới chỉ áp dụng các loại trục tương đối phổ biến, dễ tìm, dễ mua và được tiêu chuẩn hoá Điều kiện nền kinh tế trong nước và tốc độ phát truyển nhanh của khoa học kỹ thuật hiện đại, đặc biệt là sự phát triển của công nghệ vật liệu cho phép sử dụng lại chi tiết thông qua công nghệ phục hồi với chi phí chấp nhận được [11]

Hồi phục chi tiết bằng các phương pháp khác nhau có độ tin cậy và

độ bền lâu bằng, hoặc thậm chí vượt độ tin cậy và độ bền lâu của các chi tiết mới Chi phí hồi phục phụ thuộc vào đặc điểm công nghệ và mức độ hao mòn, nhưng nhìn chung chỉ chiếm khoảng 35% - 60% giá mua chi tiết mới Các chi tiết càng phức tạp thì hiệu quả của việc hồi phục càng cao

Khi phục hồi chi tiết nhất là các cổ trục bị hao mòn không cần gia

công tất cả các bề mặt mà chỉ cần gia công một số bề mặt (tại những bề mặt hỏng) vì vậy sẽ giảm đáng kể chi phí vật liệu và chi phí gia công cơ khí, loại trừ hoàn toàn các chi phí chế tạo phôi

Phục hồi cổ trục hao mòn còn có ý nghĩa đặt biệt quan trọng trong các trường hợp chi tiết trục hỏng thuộc các máy móc, thiết bị ngoại nhập nhưng lại không phổ biến và chưa có phụ tùng thay thế trong nước

1.2.2 Các phương pháp phục hồi cổ trục bị hao mòn

Có nhiều công nghệ phục hồi, hiệu quả và chất lượng phục hồi phụ thuộc đáng kể vào phương pháp công nghệ được sử dụng Chọn đúng công nghệ phục hồi cho phép không chỉ hoàn trả các tính chất ban đầu của chi tiết mà còn có thể cải thiện được một số tính chất khác của bản thân chi tiết Việc lựa chọn công nghệ phục hồi phụ thuộc vào đặc điểm kết cấu, giá trị hao mòn và điều kiện làm việc của các cổ trục

* Đặc điểm kết cấu công nghệ của cổ trục được xác định bởi đặc

điểm cấu tạo về hình dánh hình học và kích thước, vật liệu và xử lý nhiệt,

1.2.2.1 Hồi phục cổ trục hao mòn bằng phương pháp hàn

Hàn là một công nghệ được ứng dụng rộng r^i để khôi phục các chi tiết máy bị hao mòn, hỏng Bằng phương pháp hàn có thể khôi phục lại hình dáng, kích thước của các chi tiết máy Thực tế ở nhiều nước trên thế giới, chi tiết hỏng được khôi phục bằng phương pháp hàn chiếm một tỷ lệ rất lớn (khoảng 60% - 70%) ở nước ta hiện nay, công nghệ hàn cũng được ứng

dụng rộng r^i, sự phát truyển mạnh của công nghệ vật liệu cho phép phục hồi các chi tiết quan trọng bị hao mòn, hỏng trong quá trình sử dụng với chất lượng tốt và đem lại hiệu quả kinh tế cao

* Đặc điểm phục hồi chi tiết bằng hàn được ứng dụng rộng r^i trong sửa chữa hồi phục bởi nó có thể khôi phục được nhiều loại hao mòn, hỏng (nứt, g^y, vỡ, hao mòn kích thước lớn) Thiết bị hàn đơn giản, có khả năng vận chuyển khá dễ dàng Trong hàn đắp lớp kim loại có độ bám dính tốt

Có khả năng khống chế được độ bền và độ cứng lớp hàn Lớp kim loại đắp lớn, tạo thuận lợi cho việc gia công cơ khí sau khi hàn

* Hàn hồi phục các cổ trục bị hao mòn có thể sử dụng các phương pháp hàn hơi, hàn điện hồ quang, hàn trong môi trường khí bảo vệ Yêu cầu cơ bản nhất của lớp hàn đắp là đảm bảo được khả năng bám chắc vào lớp kim loại cơ bản, độ bền, khả năng chịu mài mòn và các yêu cầu cơ tính khác của các cổ trục Khi hàn cần đặc biệt chú ý một số vấn đề

- Vật liệu que hàn phải tương đương với vật liệu chế tạo cổ trục Khi chọn que hàn cần nắm vững được đặc điểm thay đổi về mặt hoá học của nó

so với vật liệu cổ trục

- Đảm bảo chất lượng chuẩn bị bề mặt chi tiết trước khi hàn, cần tẩy sạch hết dầu, gỉ sắt, các vết rạn nứt Với các chi tiết đ^ qua nhiệt luyện cần

ủ trước khi hàn đắp

- Trường hợp lớp hàn đắp có bề dày lớn nên chia ra thành nhiều lớp

để hàn đắp Để tiết kiệm kim loại quý các lớp dưới cùng có thể hàn bằng que hàn có tỷ lệ cacbon thấp

- Cần chú ý chế độ nung nóng chi tiết trước khi hàn Ngoài việc giảm bớt ứng suất trong, việc nung nóng trước còn cho khả năng nóng chảy tốt ở

vị trí hàn, quá trình hàn sẽ nhanh hơn đạt năng suất cao hơn [4]

1.2.2.2 Hồi phục cổ trục hao mòn bằng phương pháp phun kim loại

Phun kim loại là một trong những phương pháp hồi phục tiên tiến nhất được dùng mấy chục năm trở lại đây ở nhiều nước trên thế giới ở nước ta phun kim loại đ^ được thí điểm ứng dụng ở một số cơ sở sửa chữa

và đ^ thu được một số kết quả bước đầu

*Có 3 phương pháp phun kim loại là phun kim loại dùng dòng điện, phun kim loại dùng hơi và phun kim loại dùng dòng điện cao tần Nguyên

lý chung của phun kim loại là dùng kim loại nóng chảy, dưới tác dụng của luồng không khí nén phun tơi thành hạt bụi nhỏ (kích thước hạt khoảng 0,001mm - 0,05mm) đắp lên bề mặt cổ trục cần hồi phục

* Đặc điểm phục hồi cổ trục bằng phun kim loại là cổ trục được phun phủ một lớp kim loại có chiều dày lớn (có thể từ 0,2mm ữ 10mm) Khi phun kim loại, các cổ trục không bị nung nóng quá, tránh được những thay đổi về tổ chức kim tương, biến dạng, có thể phun kim loại lên các cổ trục có vật liệu và đường kính bất kỳ Do đó công nghệ phun kim loại được ứng dụng phục hồi các cổ trục bị hao mòn lớn, khắc phục các khuyết tật do chế tạo, phun phủ chống han gỉ, trang trí hay các yêu cầu đặc biệt khác

* Nhược điểm phương pháp phun đòi hỏi kỹ thuật tiên tiến và thiết bị phức tạp, đắt tiền Lượng kim loại khi phun phủ hao tổn lớn (theo các kết quả nghiên cứu, lượng hao phí chiếm khoảng 30% tổng số kim loại dùng phun, với các cổ trục có kích thước nhỏ hao phí có thể tăng đến 78%) Kim loại đắp thường có nhiều lỗ rỗ và chứa một lượng lớn các oxit Các phần tử

bị va đập bởi vận tốc phun lớn nên tạo khả năng biến cứng bề mặt, giảm tính gia công cơ khí sau phục hồi Khả năng chống mài mòn của kim loại

đắp khi làm việc trong điều kiện có bôi trơn rất tốt nhưng lại rất kém trong

điều kiện ma sát khô Thành phần hoá học của lớp phun phủ khác đáng kể

so với thành phần hoá học của kim loại nền do bị thoát một lượng C, Si, Mn

đáng kể, làm giảm cơ tính của lớp kim loại đắp [5]

Để cải thiện chất lượng lớp kim loại sau khi phun, ta cần chú ý một

số vấn đề sau

* Tăng độ liên kết giữa hạt kim loại và độ bền của lớp kim loại phun Căn cứ vào sự biến dạng của kim loại có thể áp dụng các phương pháp lăn hoặc nén để tăng độ liên kết, ngoài ra có thể cho các chất dẻo hữu cơ vào tổ chức kim loại sau khi sấy khô nhằm tăng độ bền lớp kim loại đắp

* Nâng cao độ bám cho lớp kim loại phun đắp nhất thiết phải giảm

tỷ lệ lớp ôxy hoá trong tổ chức kim loại Hiện nay chủ yếu dùng cách xử lý trong chất có khả năng tách lớp ôxy hoá đồng thời đặt chi tiết trong môi trường khí hyđrô, sau khi xử lý trong nhiệt độ khoảng 880 - 9000C, giữ nhiệt từ 2 - 3 giờ, độ bám dính có thể tăng nên đến 14 lần

Nâng cao tính chống mài mòn ngâm chi tiết sau khi phun vào dầu công nghiệp với nhiệt độ 80 - 1000C làm cho tăng khả năng gia công, giảm ứng suất dư và độ chống mài mòn có thể tăng lên từ 1 - 1,5 lần [22]

1.2.2.3 Hồi phục các cổ trục hao mòn bằng phương pháp mạ

* Đặc điểm phục hồi chi tiết bằng mạ được sử dụng rộng r^i để hồi

phục các cổ trục có lượng hao mòn không lớn Trong quá trình mạ, cổ trục không bị đốt nóng nhiều, không làm thay đổi cấu trúc và tính chất của kim loại cổ trục, lượng dư cho gia công rất nhỏ so với phương pháp hàn Độ cứng của lớp mạ phụ thuộc vào chế độ và kim loại mạ Trong hồi phục chi tiết người ta sử dụng phổ biến là mạ Crôm, mạ thép, ngoài ra còn sử dụng mạ đồng, mạ Niken và mạ kẽm

Chất lượng lớp mạ được đặc trưng bằng độ cứng, độ bền bám, độ chịu mài mòn, ứng suất bên trong và độ bền mỏi Độ chống mòn của lớp mạ phụ thuộc vào bản chất và cấu trúc của kim loại, đồng thời phụ thuộc độ hạt và phân bố đều đặn của cấu trúc cũng như định hướng của các hạt [5]

Phương pháp mạ thông thường (dùng bể mạ) chỉ phù hợp với việc hồi phục các chi tiết có kích thước vừa và nhỏ Khi hồi phục các cổ trục có kích thước lớn như trục khuỷu, xy lanh ôtô, trục động cơ máy kéo, máy búa,

máy đột dập người ta sử dụng phương pháp mạ không dùng thùng mạ Có

ba phương pháp mạ không dùng thùng mạ, đó là: phun thành tia điện dịch (mạ phun), sử dụng dòng chảy (mạ dòng chảy) và mạ quét (mạ tiếp xúc) 1.2.3 Lựa chọn công nghệ hàn đắp để hồi phục cổ trục hao mòn

Có nhiều phương pháp hàn khác nhau để phục hồi chi tiết như: Hàn hơi, hàn hồ quang điện, hàn tự động, bán tự động dưới lớp thuốc, hàn trong môi trường khí bảo vệ

1.2.3.1 Một số phương pháp hàn đắp

* Hàn hồ quang điện là phương pháp phổ biến được sử dụng cho nhiều công việc phục hồi Thiết bị phục vụ cho hàn đắp hồ quang đơn giản,

dễ vận hành, mất ít thời gian cho công tác chuẩn bị, thao tác hàn rất linh

động nên có thể phù hợp với tất cả chủng loại chi tiết, đặc biệt là các chi tiết

* Hàn đắp tự động và nửa tự động dưới lớp thuốc bảo vệ sử dụng phương pháp này làm tăng năng suất hàn đắp, điều kiện lao động và chất lượng hàn đắp được cải thiện, tiêu hao điện năng và vật liệu hàn ít, phù hợp với các chi tiết hồi phục dạng trục So với hàn hồ quang tay, hàn đắp tự

động và nửa tự động có thể hợp kim hoá kim loại mối hàn dễ dàng, do đó làm tăng cơ tính của mối hàn đắp, tăng khả năng chịu mài mòn, va đập của chi tiết sau hồi phục Có thể hợp kim hoá mối hàn bằng ba cách: dùng dây hợp kim, dùng dây lõi thuốc hoặc dùng thuốc hàn gốm Việc lựa chọn phương án hợp kim hoá nào phụ thuộc vào yêu cầu hợp kim hoá của mối hàn, nguyên tố hợp kim, điều kiện vật liệu, điều kiện thao tác hàn

* Hàn đắp hồ quang trong môi trường khí bảo vệ có nhiều phương pháp hàn đắp trong môi trường khí bảo vệ như hàn bằng điện cực nóng chảy

và không nóng chảy, hàn một hồ quang và hàn nhiều hồ quang Trong đó phương pháp hàn đắp bán tự động và tự động dùng điện cực nóng chảy

được sử dụng rộng r^i nhất

Hàn đắp trong môi trường khí bảo vệ cho phép cơ khí hoá và tự động hoá quá trình hàn trong bất kỳ vị trí không gian nào phù hợp với các bề mặt chi tiết hàn đắp Chúng ta cũng có thể cơ khí hoá cả việc hàn đắp trên những chi tiết nhỏ, điều đó làm tăng năng suất lao động lên từ 3 ữ 5 lần so với các phương pháp hàn thông thường

* Hàn điện xỉ thường được áp dụng cho các chi tiết có chiều dày lớn với năng suất cao và chất lượng mối hàn tốt Trong công nghiệp, phương pháp hàn điện xỉ dùng để hàn nối các loại thép cacbon, thép hợp kim, nhôm

và các kim loại khác có chiều dày lớn Trong lĩnh vực phục hồi hàn điện xỉ

được áp dụng để hàn đắp mặt phẳng, mặt trụ và mặt côn với chiều dày của lớp đắp lớn

Trong hàn điện xỉ mức tiêu hao thuốc hàn do bay hơi và tạo lớp xỉ lỏng chiếm không quá 5% khối lượng kim loại đắp So với hàn dưới lớp thuốc khối lượng đó giảm 15 ữ 20 lần Tiêu thụ điện năng cũng giảm do giảm được năng lượng làm nóng chảy thuốc hàn Bể hàn với chiều sâu lớn

và tồn tại lâu tạo điều kiện cho khí và tạp chất thoát ra, giảm được việc hình thành các khuyết tật như rỗ khí hoặc nứt Việc nung nóng và làm nguội chậm vùng ảnh hưởng nhiệt loại trừ được hiện tượng tôi nhưng kích thước hạt và chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt lớn hơn nhiều lần so với các phương pháp khác

*Hàn đắp bằng Plasma là phương pháp hàn tiên tiến, có rất nhiều ưu

điểm như nhiệt độ cao, tập trung nhiệt nên có thể hàn nối các chi tiết với lớp hàn có chiều dày rất mỏng (khoảng 0,1 mm) Mặt khác, hàn bằng

Plasma có thể thực hiện tốt việc đắp các lớp đồng chì, đồng đỏ, đồng thau trên thép với lượng sắt không vượt quá 0,5% Hàn Plasma có hai phương pháp hàn chính:

- Hàn đắp Plasma với vật liệu hàn ở dạng bột có thể điều chỉnh thành phần kim loại lớp hàn dễ dàng, đáp ứng được yêu cầu làm việc của chi tiết Được ứng dụng để đắp các cổ trục chịu mài mòn với bột kim loại hợp kim cứng đặc biệt Lớp đắp nhận được chủ yếu là kim loại bổ xung, kim loại cơ bản hầu như không tham gia vào việc hình thành mối hàn

- Hàn đắp Plasma với vật liệu là dây kim loại đặc sử dụng với thiết

bị hàn tự động, nó có nhiệm vụ cấp dây tự động vào bể hàn Người ta cũng

có thể cho thêm vật liệu bổ xung vào vùng ngoài dây hàn, do đó tăng năng suất đồng thời giải quyết được vấn đề hợp kim hoá mối hàn [20]

1.2.3.2 Hồi phục cổ trục bằng hàn đắp trong môi trường khí bảo vệ

Trong kỹ thuật hiện đại, hàn đắp trong môi trường khí bảo vệ chiếm

vị trí rất quan trọng Nó không những có thể hàn đắp các loại thép thông thường mà còn có thể hàn các loại thép không gỉ, chịu lửa, bền nóng, các loại hợp kim đặc biệt, các hợp kim có tính hoá học mạnh và kim loại hiếm như titan, môlipđen Khí bảo vệ được cấp liên tục vào vùng cháy hồ quang, tạo xung quanh nó một lớp bảo vệ vững chắc kim loại hàn đắp khỏi tác dụng của không khí, tránh được các khuyết tật Đồng thời cản trở việc thoát C và các nguyên tố hợp kim khác, do đó nâng cao cơ tính và chất lượng lớp kim loại đắp [20] [21] [25]

Tuy nhiên, hàn đắp trong môi trường khí bảo vệ cũng có một số nhược điểm nhất định như yêu cầu kỹ thuật cao, nhiệt độ trong khi hàn cao làm cho kim loại cơ bản (kim loại chi tiết) thay đổi kết cấu, phát sinh ứng suất, từ đó có thể gây ra biến dạng, nứt, vỡ chi tiết Mặt khác, chất lượng mối hàn phụ thuộc rất nhiều yếu tố, khó khống chế và kiểm tra đánh giá

Khi ứng dụng công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ, đối tượng chủ yếu là các cổ trục hao mòn, hỏng đ^ qua quá trình làm việc Do vậy,

trong hàn hồi phục cần tính toán đầy đủ đến các mặt sau:

* Quản lý chất lượng hàn bao gồm việc lựa chọn phương pháp hàn, thiết bị hàn, các biện pháp chống biến dạng khi hàn Chọn số liệu, điều kiện

kỹ thuật, chọn dây hàn, khí bảo vệ và các điều kiện khác ngoài ra cần hiểu rõ đặc điểm yêu cầu làm việc, cơ tính kim loại các cổ trục

* Xử lý nhiệt sau khi hàn quá trình hàn thường phát sinh ứng suất và biến dạng do các cổ trục bị nung nóng không đồng đều Xử lý nhiệt sau hàn là một biện pháp công nghệ phổ biến được áp dụng để khắc phục ứng suất dư của kim loại lớp đắp và kim loại cơ bản Đồng thời có tác dụng ổn

định tổ chức kim loại, nâng cao cơ tính và độ bền bề mặt cổ trục

* Gia công cơ khí sau khi hàn các cổ trục sau đắp hồi phục được gia công cơ khí để đảm bảo hình dáng, kích thước và độ nhẵn bóng cần thiết Khi quyết định phục hồi cổ trục bằng phương pháp hàn cần chú ý đến vấn

đề này, nếu không sau khi hàn việc gia công khó thực hiện được

1.3 Công nghệ làm bền và nâng cao cơ tính bề mặt cổ trục

1.3.1 Các công nghệ làm bền bề mặt

* Làm bền bề mặt bằng nhiệt là hình thức gia công dùng nhiệt để thay đổi cấu trúc, tổ chức bên trong của kim loại, tăng cao độ lệch mạng do

đó làm thay đổi tổ chức của kim loại và hợp kim, làm cho nó có độ cứng,

độ bền cao, độ chống mài mòn tốt Để đạt được điều đó ta phải nung nóng kim loại, hợp kim lên đến nhiệt độ tôi

Đối với thép trước cùng tích: t0

tôi = Ac3 + (30 ữ 50)0C

Đối với thép sau cùng tích : t0

tôi = Ac1 + (30 ữ 50)0C giữ nhiệt trong một thời gian cần thiết để peclit chuyển biến sang ôstenit, sau đó làm nguội nhanh hơn vận tốc nguội tới hạn để pha ôstenit chuyển biến thành mactenxit có độ cứng, độ bền cao

* Làm bền bề mặt bằng hoá nhiệt luyện là dưới tác dụng của nhiệt

độ để thấm một hay một số chất (như C, Ni, lưu huỳnh, xianua ) vào lớp

bề mặt của chi tiết để thay đổi tổ chức thành phần hoá học và cấu trúc lớp

bề mặt, sau đó tiến hành tôi để thay đổi tổ chức và cơ tính theo yêu cầu làm việc như khả năng chịu nhiệt, tính chống ăn mòn, chống mài mòn, nâng cao

độ cứng, độ bền và giới hạn mỏi Thường sau khi tôi, chi tiết được ram để giảm ứng suất dư, tăng thêm độ cứng, độ bền và tính trơ mòn Trong quá trình thấm có 3 quá trình xảy ra cùng một lúc, đó là quá trình phân hoá, hấp thụ và khuyếch tán Quá trình phân hoá là quá trình chất hoà tan bị phân hoá ra dạng nguyên tử tự do có hoạt tính cao, dễ hoà tan vào mạng tinh thể của dung môi (chất hoà tan là chất thấm, còn dung môi là vật liệu làm chi tiết) Quá trình hấp thụ là quá trình nguyên tử tự do của chất hoà tan xâm nhập vào mạng tinh thể của bề mặt chi tiết bằng cách tạo thành dung dịch

đặc thay thế hoặc xen kẽ Quá trình khuyếch tán là quá trình chất hoà tan khuyếch tán sâu vào lớp bề mặt chi tiết để san bằng nồng độ của hệ thống

* Làm bền bề mặt bằng cơ học là dạng gia công áp lực có tác dụng nâng cao độ cứng, độ bền Làm cho cấu trúc kim loại chặt trẽ và nhỏ mịn, tạo ra tổ chức dạng thớ (chức kim loại bị biến dạng kéo dài theo hướng xác

định), các vết nứt nhỏ, rỗ khí được ép chặt lại, độ bóng bề mặt được nâng cao Bản chất của quá trình là dưới tác dụng của ngoại lực, mạng tinh thể bị biến dạng đàn hồi, rồi biến dạng dẻo, khi không có ngoại lực tác dụng mạng tinh thể bị biến dạng dư Quá trình trên làm tính chất kim loại thay

đổi, độ cứng độ bền tăng nên, độ dẻo dai giảm xuống Việc “chảy tổ chức" (tạo thớ trong kim loại) có tác dụng tăng bền khi giảm ứng suất cắt vuông góc theo chiều dọc thớ, ứng suất kéo ngang thớ

* Làm bền bề mặt bằng nhiệt - cơ có lợi thế là kết hợp được những

ưu điểm của phương pháp tôi bề mặt và biến dạng dẻo Bề mặt kim loại vừa

được nung lên đến nhiệt độ tôi vừa được biến dạng dẻo, mạng tinh thể bị xô lệch, cấu trúc hạt nhỏ và định hướng Vì vậy sau khi tôi tổ chức kim loại ở

lớp bề mặt là mactenxit nhỏ mịn có tính dị hướng, mật độ lệch mạng tăng hai lần so với tôi bề mặt thuần túy Độ bền và độ cứng bề mặt tăng cao, còn bên trong vẫn là kim loại ban đầu có độ dẻo dai cao [9]

* Làm bền bề mặt bằng La de (tôi bằng tia lade) là phương pháp dựa trên cơ sở những thay đổi về vật lý trong lớp kim loại bề mặt bị chiếu xạ la de Về bản chất tia la de là một loại tia có bước sóng ngắn, đi thẳng, không chịu ảng hưởng của điện trường, từ trường, dùng hệ thống quang học

có thể điề chỉnh hướng đi và hội tụ Khi chùm tia la de đ^ được thấu kính hội tụ lên bề mặt kim loại, ta thấy năng lượng của tia la de được hấp thụ, hệ

số hấp thụ cao hay thấp phụ thuộc và bản chất tia la de, tình trạng bề mặt và bản chất lớp đắp bề mặt Việc xác định trường nhiệt độ trong kim loại được chiếu xạ la de cho phép tìm ra các thông số quan trọng như nhiệt độ nung, tốc độ nung, tốc độ nguội các thông số thích hợp của trang bị la de và chế

độ làm việc hợp lý Với thép có hàm lượng ít C không làm bền được bằng các phương pháp truyền thống khác nhưng làm bền bằng tia la de độ cứng

có thể tăng gấp 3 lần, giảm độ biến dạng của chi tiết đến mức tối thiểu và

có thể làm bền tại các vị trí mà các phương pháp khác không làm được [10] 1.3.2 Lựa chọn công nghệ làm bền

Để nâng cao cơ tính và độ bền tổng hợp, tăng độ tin cậy và giảm chi phí giá thành sau hồi phục, các loại cổ trục sau khi đắp phục hồi cần được

xử lý nhiệt nhằm khắc phục ứng suất dư của kim loại lớp đắp Nhiệt luyện chính là biện pháp ảnh hưởng quyết định đến chất lượng và tuổi thọ của các

cổ trục trong quá trình làm việc lâu dài

Nhiệt luyện sau khi hàn đảm bảo khử ứng suất dư tới 70%ữ90%,

đồng thời còn có tác dụng ổn định tổ chức lớp kim loại đắp, nâng cao khả năng chống lại sự mài mòn Tổ chức, cấu trúc kim loại sau khi nhiệt luyện phân bố một cách hợp lý theo lớp từ tâm ra ngoài bề mặt

Nhiệt luyện là một công nghệ dùng nhiệt để thay đổi tổ chức, ứng suất bên trong kim loại, hợp kim để nâng cao độ bền, các chuyển hoá bên

trong do nhiệt gây ra không chỉ là yếu tố nhiệt độ mà còn phụ thuộc nhiều yếu tố như tốc độ nung nóng, tốc độ làm nguội, các yếu tố môi trường

Làm bền bề mặt bằng tôi cao tần là dạng dùng nhiệt làm bền lớp bề mặt các cổ trục có hiệu quả và phổ biến nhất hiện nay Nguyên lý của nó là mật độ dòng điện xoay chiều phân bố không đều theo tiết diện ngang của dây dẫn, càng vào tâm càng giảm Dòng điện có tần số cao, sự phân bố càng không đồng đều Để nhiệt luyện bề mặt trục và những chi tiết máy tương tự, người ta ứng dụng rộng r^i là tôi bằng dòng điện có tần số cao

Khi nhiệt luyện bề mặt cổ trục bằng dòng cảm ứng tần số cao làm tăng thêm độ cứng từ 6 ữ 8 HRC (so với tôi chi tiết trên lò thường) Độ cứng bề mặt đạt như vây không chỉ do chuyển biến pha đặc biệt khi nung bằng dòng cảm ứng, mà còn do làm nguội thép trong vùng chuyển biến mactenxit với tốc độ rất lớn, do đó ngăn ngừa quá trình ram mactenxit trong quá trình tôi và cố định lại hàm lượng C trong dung dịch đặc Mactenxit tạo thành hạt nhỏ, do đó làm tăng cơ tính lớp tôi bề mặt [6] [7]

1.4 Công tác sửa chữa, phục hồi tại trường trung học công nghiệp Việt

Trong những năm qua, nhà trường đ^ chủ động tổ chức sửa chữa các thiết bị hiện có trong trường để duy trì sự hoạt động của máy móc thiết bị

Ngoài ra, nhà trường còn thường xuyên nhận bảo dưỡng, sửa chữa các thiết

bị máy móc, các loại ô tô máy kéo ở ngoài trường Việc sửa chữa, phục hồi chi tiết trục và cổ trục thường chiếm từ 20% ữ 30% khối lượng công việc, hao mòn tại các cổ trục là nguyên nhân cơ bản và phổ biến của các trục bị hỏng Trong công tác sửa chữa, nhà trường có thuận lợi rất lớn

- Có chuyên ngành đào tạo về công nghệ sửa chữa

- Có các thiết bị gia công cơ khí, kể cả các thiết bị chuyên dùng và thiết bị gia công tự động, đảm bảo độ chính xác cao

- Có một số thiết bị kiểm tra, kiểm định chất lượng

Tuy nhiên, do các thiết bị máy móc, các loại ô tô, máy kéo cần sửa chữa có nguồn gốc rất khác nhau nên công tác sửa chữa gặp những khó khăn nhất định Đặc biệt, việc thay thế các chi tiết bị hao mòn, hỏng thường không có sẵn mà phải tự chế tạo hoặc phục hồi từ các chi tiết cũ

Trong công tác sửa chữa phục hồi, nhà trường đ^ có sự kết hợp chặt chẽ với các công ty doanh nghiệp trong khu công nghiệp Sông Công, các Viện nghiên cứu, chế tạo máy công cụ Ngoài ra nhà trường còn được nhận

sự tư vấn kỹ thuật công nghệ của các chuyên gia cộng hoà liên bang Đức, các giảng viên của hai trường Đại học công nghiệp Thái Nguyên và trường

Đại học nông nghiệp I - Hà Nội Từ sự hợp tác chặt chẽ về kỹ thuật và tư vấn về công nghệ đó đ^ duy trì được hoạt động khá ổn định của các thiết bị máy móc, góp phần tích cực trong việc đảm bảo chất lượng đào tạo trong nhà trường, đồng thời đ^ đáp ứng được nhu cầu sửa chữa phục hồi chi tiết của các cơ sở sản xuất kinh doanh ngoài nhà trường

Đánh giá về công tác sửa chữa hồi phục của nhà trường trong những năm qua, bên cạnh những kết quả đạt được còn một số vấn đề nổi cộm là:

- Tuổi bền của các chi tiết máy hoặc cụm chi tiết sau sửa chữa, phục hồi thường không cao do chưa có biện pháp hữu hiệu để nâng cao chất lượng và hiệu quả việc sửa chữa, phục hồi chi tiết

- Các chi tiết sau sửa chữa phục hồi thường ít được kiểm tra đánh giá

chất lượng, không kiểm tra về độ cứng, tổ chức vật liệu, khả năng bền hoá dẫn đến hiệu quả phục hồi chưa cao

- Một số chi tiết trục khi các cổ trục bị hao mòn hỏng vẫn có khả năng phục hồi trong trường bằng các trang thiết bị máy móc và với đội ngũ cán bộ kỹ thuật sẵn có nhưng không tổ chức thực hiện được mà còn phải lệ thuộc bên ngoài

- Chưa đầu tư nhiều trong công tác nghiên cứu về công nghệ phục hồi chi tiết máy trong điều kiện thực tế của trường

Từ những vấn đề thực tế trên, cùng với sự tăng cường khá đồng bộ và hiện đại về trang thiết bị, từ các thiết bị về hàn, gia công cơ khí, tới các thiết

bị kiểm tra Tất cả đều đảm bảo thuận lợi cho công tác nghiên cứu và triển khai việc sửa chữa phục hồi chi tiết máy Đặc biệt các thiết bị hàn được nhà trường tập trung đầu tư, công nghệ hàn phục hồi trong môi trường khí bảo

vệ đ^ thay thế dần công nghệ hàn hồ quang bình thường, với các thiết bị đo, kiểm tra sẽ phục vụ tốt cho công tác sửa chữa phục hồi tại chỗ

Nhiệm vụ đặt ra cho nhà trường là cần khai thác triệt để các điều kiện sẵn có để phục vụ tốt hơn cho việc sửa chữa hồi phục các thiết bị của mình nhằm đáp ứng yêu cầu ngày càng cao trong đào tạo công nhân và kỹ thuật viên, đồng thời đáp ứng được nhu cầu sửa chữa phục hồi của các cơ sở sản xuất kinh doanh ngoài trường

1.5 Kết luận chương 1

(1) Các chi tiết trục làm việc trong điều kiện chịu tải trọng lớn, có hình dạng phức tạp, độ chính xác cao hay các chi tiết trục đặc chủng (không thông dụng) khi hao mòn các cổ trục đều chọn phương án sửa chữa phục hồi mà ít thay thế

(2) Việc lựa chọn phương pháp phục hồi phụ thuộc vào đặc điểm kết cấu - công nghệ và điều kiện làm việc của chi tiết trục, giá trị hao mòn, các

đặc điểm của công nghệ hồi phục có ảnh hưởng quyết định đến tuổi thọ các

cổ trục và giá thành hồi phục

(3) Có rất nhiều cổ trục bị hao mòn trong quá trình làm việc đ^ được phục hồi bằng phương pháp hàn để lấy lại kích thước (kể cả lượng dư gia công), sau khi qua gia công cơ khí được nhiệt luyện làm bền bề mặt đều có khả năng làm việc rất tốt, thậm chí về cơ tính không thua cơ tính ban đầu

(4) Hàn đắp phục hồi cổ trục bằng các phương pháp hàn thông thường, chất lượng lớp hàn đắp không cao, làm giảm tuổi thọ và độ tin cậy của các cổ trục sau khi phục hồi

(5) Việc nghiên cứu lựa chọn một số công nghệ phục hồi cổ trục bị hao mòn, trong đó phương pháp hàn đắp mới như hàn trong môi trường khí bảo vệ để nâng cao chất lượng lớp hàn đắp khi phục hồi cổ trục hao mòn là vấn đề cần thiết Về bản chất phương pháp hàn có khả năng phục hồi rất tốt, tuy nhiên phương pháp hàn lại là phương pháp khó kiểm tra chất lượng bởi vì chất lượng mối hàn phụ thuộc nhiều yếu tố và rất khó kiểm tra, vì vậy cần tập trung nghiên cứu, giải quyết

Nhiệt luyện tăng cơ lý tính tổng hợp và nâng cao độ bền bề mặt các

cổ trục nhằm đảm bảo chất lượng và độ tin cậy sau khi hồi phục là cần thiết, điều đó hết sức có ý nghĩa đối với các cổ trục làm việc trong điều kiện chịu tải trọng thay đổi, chế độ bôi trơn hở Thực tế, hồi phục bằng phương pháp hàn sau đó nhiệt luyện tăng cơ tính và kiểm tra chất lượng sau hồi phục đ^ được nghiên cứu và thực hiện khá phổ biến trên thế giới và ngay cả trong nước Song trong một điều kiện rất cụ thể với những thiết bị mới có như ở trường Trung học công nghiệp Việt Đức thì việc nghiên cứu công nghệ mới, khai thác có hiệu quả các thiết bị mới là cần thiết và tập trung giải quyết Vì vậy, là một cán bộ của trường tôi chọn nghiên cứu luận văn cao học của bản thân là: Nghiên cứu công nghệ hàn đắp và công nghệ làm bền bề mặt thích hợp để hồi phục các cổ trục bị hao mòn

Chương 2

Đối tượng và Phương pháp nghiên cứu

Để giải quyết nhiệm vụ đặt ra cho đề tài luận văn là nghiên cứu công nghệ hàn đắp và công nghệ làm bền bề mặt thích hợp để hồi phục các cổ trục bị hao mòn, cần thiết phải khảo sát các yếu tố công nghệ cơ bản ảnh hưởng tới chất lượng hồi phục, từ đó đưa ra giải pháp công nghệ nhằm nâng cao chất lượng và tuổi thọ của các cổ trục sau khi hồi phục; phương pháp luận nghiên cứu được lựa chọn dựa trên cơ sở các nội dung sau:

2.1 Chọn đối tượng nghiên cứu

Để nâng cao chất lượng và hạ giá thành khi nghiên cứu ứng dụng công nghệ mới trong sửa chữa hồi phục các cổ trục bị hao mòn, ta chọn đối tượng không phải là một chi tiết trục cụ thể mà là mô hình hoá chi tiết trục

Trong các cổ trục bị hao mòn, thường gặp nhất là các cổ trục có

đường kính từ Φ50 ữ Φ80mm, do đó mô hình được chọn nghiên cứu là dạng trục với đường kính Φ50 ữ Φ80mm và được thực hiện trên bề mặt trụ ngoài Vật liệu được chọn nghiên cứu là thép cacbon và thép hợp kim thấp

Địa điểm phối hợp nghiên cứu là hai trung tâm Sửa chữa máy công

cụ và Sửa chữa ô tô của trường Trung học công nghiệp Việt Đức, Công ty chế tạo Phụ Tùng số 1, Công ty Điêzel Sông Công, khoa Cơ - Điện trường

Đại học nông nghiệp 1 và kiểm tra tại Trung tâm nghiên cứu kỹ thuật cơ khí

- trường Đại học Bách khoa và Viện nghiên cứu Cơ khí Hà Nội

2.2 Giới hạn nghiên cứu

Công nghệ hàn có rất nhiều phương pháp hàn đắp khác nhau, chất lượng lớp kim loại hàn đắp phụ thuộc rất nhiều vào phương pháp hàn đắp và các yếu tố ảnh hưởng Do đó, trong phạm vi của đề tài chỉ giới hạn nghiên cứu chất lượng lớp hàn đắp và một số yếu tố công nghệ cơ bản ảnh hưởng tới chất lượng lớp đắp bằng phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ với điện cực nóng chảy, được thực hiện dưới các hình thức

- Hàn điện cực không nóng chảy với khí bảo vệ là khí trơ TIG (Tungsten Inert Gas)

- Hàn điện cực nóng chảy dạng dây hàn với khí bảo vệ là khí trơ MIG (Metal Innert Gas), hoặc khí hoạt tính bảo vệ MAG (Metal Active Gas)

Để nâng cao chất lượng lớp hàn đắp, tiến hành đem đi làm bền bề mặt bằng nhiệt luyện với phương pháp tôi cao tần, kiểm tra đánh giá tổ chức kim loại và độ cứng của mô hình sau hồi phục so với chi tiết nguyên 2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết

Nghiên cứu vật liệu chế tạo trục, yêu cầu cơ tính và thành phần hoá học của các cổ trục, khả năng chịu tải trọng và mài mòn

Nghiên cứu các yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới chất lượng lớp kim loại đắp khi ứng dụng công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ để hồi phục kích thước cổ trục Qua kết quả nghiên cứu tìm ra các yếu tố công nghệ cơ bản trực tiếp ảnh hưởng tới chất lượng lớp đắp, từ đó tìm ra giải pháp công nghệ nhằm nâng cao chất lượng lớp đắp khi hàn phục hồi

Nghiên cứu chế độ nhiệt luyện thích hợp để cổ trục hồi phục có chất lượng và cơ tính tương đương với cổ trục nguyên

2.3.2 Khảo sát thực nghiệm

Bằng thực nghiệm khảo sát từng yếu tố đầu vào ảnh hưởng tới các thông số ra theo nguyên tắc là: Thay đổi một số yếu tố cần khảo sát đồng thời cố định các yếu tố đầu vào còn lại, để xác định ảnh hưởng tới các thông số mục tiêu (chất lượng lớp đắp), thăm dò mức độ ảnh hưởng của các thông số đó làm cơ sở nghiên cứu cho thực nghiệm đa yếu tố

Các thông số cần thăm dò khi hàn: Điện áp hàn, cường độ dòng điện hàn, lượng khí bảo vệ Các chỉ tiêu xem xét: Khuyết tật hàn, thành phần hoá học và tổ chức kim loại, độ cứng, độ bền kéo

Nghiên cứu công nghệ nhiệt luyện làm bền bề mặt cổ trục với các chế độ tôi cao tần

2.2.3 Phương pháp xác định và xử lý các số liệu thực nghiệm

Chất lượng lớp kim loại đắp phải thoả m^n các yêu cầu kỹ thuật nhất

định và phải đảm bảo cơ lý tính, độ tin cậy Phương pháp hàn đắp phục hồi kích thước là kết quả tổng hợp của thiết kế hàn, thao tác hàn, lựa chọn vật liệu và kỹ thuật hàn Chất lượng lớp đắp chỉ thoả m^n các yêu cầu khi các

điều kiện hàn được tính đến đầy đủ trong quá trình thiết kế và thi công Tuy nhiên, ngay cả khi những điều kiện này được thực hiện cẩn thận cũng chưa

đủ để đảm bảo chất lượng do quá trình hàn luôn xảy ra những biến đổi luyện kim, biến dạng, ứng suất dư do vậy thử nghiệm và kiểm tra là cần thiết sau khi hàn để đảm bảo chắc chắn lớp kim loại đắp đạt yêu cầu

Trong các kiểm tra, mẫu thử được kiểm tra theo qui trình được chuyên biệt và kết quả kiểm tra thường được trình bày bằng văn bản theo mẫu chuẩn Quá trình kiểm tra và thể nghiệm được thực hiện tuỳ thuộc vào

đặc tính kỹ thuật, yêu cầu khảo sát, kiểu kết cấu và các yếu tố môi trường

kể cả về nhiệt độ, ăn mòn hoá học và mài mòn [19]

Trong nghiên cứu thực nghiệm, các kết quả đo được thường là các

đại lượng ngẫu nhiên, có độ sai lệch nhất định do ảnh hưởng của nhiễu Vì vây để đảm bảo độ tin cậy các thí nhiệm cần lặp lại để đảm bảo xác xuất tin cậy của dụng cụ đo, thiết bị đo

Để xử lý các số liệu đo, kiểm tra áp dụng các quy tắc của xác xuất thống kê toán học Các thí nhiệm sau khi đ^ lặp lại n lần được giá trị Xi(i=1 n)

+ Giá trị trung bình của các lần đo:

Giá trị tin cậy được tính theo chuẩn Student với mức ý nghĩa α = 0,05 bậc

tự do f = α -1, độ tin cậy X ±tα.σtb

Với các số liệu nghi ngờ kiểm tra bằng quy luật phân bố chuẩn (quy luật 3σ) Với X >3σ thì loại bỏ

2.2.4 Các chỉ tiêu cần kiểm tra đánh giá

+ Kiểm tra khuyết tật trong lớp đắp

+ Kiểm tra thành phần hóa học của lớp đắp

+ Kiểm tra cấu trúc kim tương và chụp ảnh kim tương

+ Kiểm tra độ bám dính của kim loại hàn trên kim loại cơ bản

+ Kiểm tra độ cứng của lớp hàn đắp

+ Kiểm tra cấu trúc kim tương lớp đắp sau khi nhiệt luyện

+ Kiểm tra độ cứng của lớp đắp sau khi nhiệt luyện

+ Kiểm tra độ thấm tôi sau nhiệt luyện

+ Kiểm tra khả năng chống mài mòn của lớp đắp sau khi nhiệt luyện

Chương 3 Nghiên cứu lý thuyết

3.1 Nghiên cứu vật liệu và yêu cầu cơ tính của các cổ trục

Để nâng cao chất lượng và hiệu quả hồi phục, đảm bảo yêu cầu làm việc của các cổ trục, lớp kim loại đắp phải có thành phần hoá học và cơ lý tính tương đương với các cổ trục nguyên Do đó trước khi hồi phục ta phải nghiên cứu cẩn thận vật liệu và yêu cầu cơ tính của các cổ trục

3.1.1 Vật liệu chế tạo cổ trục

Vật liệu chế tạo trục và cổ trục thường là các loại thép kết cấu C40, C45 hoặc thép hợp kim 40Cr Trong trường hợp đặc biệt quan trọng để truyền tải trọng lớn có thể dùng thép crôm - mangan như 35 CrMnV, 40CrMnTiBo và thép crôm - niken 40CrNi; 45CrNi, 30 CrNi3A được tôi cải thiện và tôi bằng dòng điện tần số cao tại các bề mặt cổ trục và các bề mặt làm việc chịu mài mòn Đối với trục làm việc với vận tốc cao, lắp với ổ trượt và yêu cầu có độ cứng bề mặt của trục cao, có thể dùng các loại thép 20Cr, 18CrMn, 12CrNi2, 12CrNi3A được thấm cacbon và tôi

Bảng 3.1 giới thiệu thành phần hoá học của một số mác thép thường dùng để chế tạo chi tiết trục và cổ trục [8]

Bảng 3.1 Thành phần hoá học (%) của một số mác thép dùng làm cổ trục (theo TCVN 1766-75 và ΓΓΓOCT 1414-75)

Mác

thép C(%) Mn(%) Si(%) P(%) S(%) Cr(%) Ni(%) C35 0,32-0,40 0,50-0,80 0,17-0,37 0,040 ≤ ≤0,040 0,25 0,25 C45 0,042-0,50 0,50-0,80 0,17-0,37 ≤ ≤ ≤0,040 0,17-0,37 ≤ ≤ ≤0,25 ≤0,25 ≤20X 0,17 0,50 ≤0,17 ≤ ≤ ≤0,035 ≤ ≤0,040 0,7-1,1 ≤0,30 ≤40X 0,36 0,50 ≤0,17 ≤ ≤ ≤0.035 0,17-0,37 0,8-1,1 ≤0,30 ≤

3.1.2 Yêu cầu cơ tính của các cổ trục

* Chống mài mòn là yêu cầu quan trọng của các cổ trục Như chúng

ta đ^ biết, yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính chống mài mòn đó là độ cứng Độ cứng của lớp đắp có ý nghĩa quan trọng và là yêu cầu cơ bản nhất

về cơ tính của các cổ trục Độ cứng chỉ biểu thị khả năng chống lại biến dạng dẻo của bề mặt chứ không phải toàn sản phẩm, nếu vật liệu có cấu trúc không đồng nhất (giữa bề mặt trục và lõi), độ cứng thể hiện khả năng chống mài mòn của vật liệu, độ cứng càng cao tính chống mài mòn càng tốt, độ cứng có quan hệ nhất định với giới hạn bền kéo và khả năng gia công [3]

Đối với các cổ trục làm việc trong các ổ trượt thường sử dụng độ cứng HRC (mũi kim cương và P = 150 kG), yêu cầu trị số độ cứng của các

cổ trục nằm trong khoảng 40 ữ 67 HRC

* Độ dẻo dai đối với các cổ trục, trong các chỉ tiêu về độ bền cần quan tâm đến giới hạn chảy vì trong các hệ lắp ghép chính xác không cho phép cổ trục bị biến dạng dẻo Nhiều cổ trục còn làm việc trong điều kiện tải trọng lớn, thay đổi nên cổ trục cũng phải đảm bảo độ dẻo, độ dai nhất

định

* Nhiệt độ các cổ trục lắp trong các ổ trượt thường làm việc trong môi trường có nhiệt độ thay đổi lớn vì vậy lớp kim loại đắp hồi phục phải

đáp ứng được yêu cầu này

Để đạt được các yêu cầu cơ tính tổng hợp cao như vậy, lớp kim loại sau khi đắp hồi phục cần được nhiệt luyện Bảng 3.2 giới thiệu cơ tính của của một số mác thép dùng chế tạo cổ trục [16]

Bảng 3.2 Cơ tính của mác thép (theo TCVN 1766-75)

Giới hạn bền kéo

Giới hạn chảy

Giới hạn mỏi

Đội dai

va đập Mác

52ữ65 68ữ72 90ữ95

28 48ữ50 75ữ85

53ữ58 60ữ75 75ữ82 90ữ103

28-30

32 50ữ52 70ữ80

- Tôi cải thiện

- Thấm than, tôi và

ram đạt độ cứng 56 ữ

62 HRC

143ữ179 217ữ235

62ữ75 85ữ95 130ữ150

40 65ữ73 120ữ135

30

40

68

3 2 Nghiên cứu công nghệ hàn đắp trong môi trường khí bảo vệ để hồi phục các cổ trục bị hao mòn

3.2.1 Vật liệu hàn trong môi trường khí bảo vệ

3.2.1.1 Khí bảo vệ

Khí bảo vệ thường là khí trơ như Ar, He hoặc khí hoạt tính như CO2 Ngoài ra cũng có thể sử dụng hỗn hợp khí Nói chung khí bảo vệ có chức năng ngăn không cho không khí tiếp xúc với vùng hàn, đồng thời gây ảnh hưởng lên các đặc trưng của hồ quang, dạng dịch chuyển kim loại điện cực vào vùng hàn, các thông số hình học của mối hàn, tốc độ hàn, xu hướng cháy lõm mép hàn và hiệu ứng bắn phá lớp oxit bề mặt [21]

* Khí Argon (Ar) Argon là khí trơ, phân tử chỉ chứa một nguyên tử

được trích từ khí quyển bằng phương pháp hoá lỏng không khí và tinh chế

độ tinh khiết 99,9% Khí được cung cấp trong các bình áp suất cao hoặc ở dạng lỏng với nhiệt độ dưới -1840C trong các thùng chứa lớn Tỷ trọng của khí Ar là 1,33 lần so với không khí Sau khi ra khỏi mỏ hàn, Ar tạo thành lớp bảo vệ phía trên vùng hàn Ar cung cấp tính ổn định hồ quang như nhau

đối với dòng điện xoay chiều AC và dòng một chiều DC đồng thời tác dụng làm sạch tốt với dòng điện hàn xoay chiều AC

Khí Ar thường không được sử dụng riêng rẽ khi hàn thép cacbon và thép hợp kim thấp Thay vào đó người ta bổ xung vào đó một lượng oxy hoặc khí CO2 có tác dụng làm cho hồ quang ổn định

* Khí Heli (He) cũng là một loại khí trơ, phân tử chỉ chứa một nguyên tử, có trọng lượng riêng khoảng 1/10 so với khí Ar, được trích từ khí

tự nhiên He có nhiệt độ hoá lỏng thấp (-2720C), do đó thường được chứa trong các bình áp suất cao He có tính dẫn nhiệt cao hơn do đó đòi hỏi điện

áp hồ quang lớn hơn so với Ar Khí He bảo vệ chi tiết hàn dày tốt hơn so với Ar và thường dùng cho những vật liệu có độ dẫn nhiệt cao hoặc nhiệt độ nóng chảy cao và hàn cơ khí hoá tốc độ cao Khí He tạo hồ quang rất ổn

định với dòng điện một chiều DC nhưng tính ổn định hồ quang và tác dụng

làm sạch với dòng điện xoay chiều AC tương đối thấp

* Hỗn hợp khí (Ar + He) sử dụng hỗn hợp khí Ar + He với hàm lượng He đến 75% sẽ cân bằng được các đặc tính của từng loại khí Với hỗn hợp khí này sẽ cung cấp tính ổn định hồ quang và tác dụng làm sạch tốt đối với cả dòng điện xoay chiều AC và dòng một chiều DC

* Hỗn hợp khí (Ar + H2) việc bổ sung H2 vào Ar làm tăng điện áp hồ quang và các ưu điểm tương tự Heli Hỗn hợp với 5% H2 làm tăng độ sạch của mối hàn TIG bằng tay Hỗn hợp với 15% H2 được sử dụng để hàn cơ khí hoá tốc độ cao cho các mối hàn giáp mối cho thép không gỉ với chiều dày dưới 1,6mm Hỗn hợp với 35%H2 có thể hàn thép không gỉ với mọi chiều dày, nếu khe hở đáy của đường hàn trong phạm vi 0,25 ữ 0,5mm Tuy nhiên khi sử dụng hỗn hợp khí chứa H2 dễ gây rỗ xốp cho mối hàn

* Khí CO2 là khí hoạt tính, được cung cấp trong các bình thép Các bình này chứa CO2 lỏng và khí ở trạng thái cân bằng với áp suất cao Khi hàn, CO2 ra khỏi bình lỏng hoá hơi thay cho phần khí thoát ra ngoài duy trì

sự cân bằng lỏng-khí Sự hoá hơi của CO2 lỏng sẽ làm nguội khí ra khỏi bình Khí CO2 dùng để bảo vệ khi hàn thép cacbon và thép hợp kim thấp với dạng dịch chuyển ngắn mạch của kim loại điện cực Sử dụng khí CO2 để bảo vệ khi hàn sẽ có đặc điểm là: Chiều sâu nóng chảy lớn nhất, chi phí thấp, có thể hàn ở nhiều tư thế khác nhau nhưng hồ quang không êm, bắn toé nhiều và không thuận lợi cho dịch chuyển dạng tia

* Hỗn hợp khí Ar + CO2 Hỗn hợp khí Ar + CO2 theo tỷ lệ nhất định

được dùng khi hàn thép cacbon và thép hợp kim thấp với dạng dịch chuyển ngắn mạch của kim loại điện cực và có đặc điểm: Có thể hàn ở các tư thế khác nhau, tạo hình dạng mối hàn tốt, chiều sâu hàn nhỏ hơn so với hàn bằng CO2, vũng hàn có tính chảy lo^ng thấp hơn và có thể xảy ra hiện tượng không ngấu bề mặt của r^nh hàn

Ngoài ra còn sử dụng các loại hỗn hợp khí theo các tỷ lệ khác nhau

và cho các đặc tính sử dụng như sau (Bảng 3.3.)

Bảng 3.3 Các loại khí bảo vệ

Khí bảo vệ Đặc tính Các ứng dụng tiêu biểu

nhiệt lớn và ít rỗ khí)

Ar + 20% đến 80% He Khí trơ

Hợp kim Al, Cu, Mg, (Do công suất nhiệt lớn và ít rỗ khí - tốt hơn 100% He)

Ar + 25% đến 30% N2 Công suất nhiệt lớn cho Cu (Tốt

Ar + 10% CO2 + 5% O2 Oxy hoá Các loại thép

CO2 + 20% O2 Oxy hoá Các loại thép