Đồ án thiết kế sản xuất khuôn gạch và bu lông

thiết kế xưởng sản xuất bao gồm cơ khí và nhiệt luyện khuôn gạch và bu lông. tính toán chi tiết các quá trình nhiệt luyện :thấm,tôi,ram...môn thiết kế xưởng là môn bắt buộc có trong chương trình học của viện khoa học kĩ thuật vật liệu

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay nền công nghiệp Việt Nam đang đi theo xu hướng tự chủ trongcông nghệ và thiết bị, vì thế một kỹ sư không chỉ cần hiểu biết cách sử dụng,ứng các công nghệ hiên đại, máy móc vào sản xuất mà còn phải có khả năngthiết kế dây truyền sản xuất, bố trí xưởng sản xuất sao cho hợp lí với nhu cầusản xuất của công ty Vì thế mà thiết kế xưởng nhiệt luyện là nội dung vô cùngquan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư nhằm giúp các sinh viên có kiếnthức gần với thực tiễn sản xuất trong công nghiệp, là môn học để sinh viên vậndung các kiến thức đã học vào trong một tổng thể

Công nghệ nhiệt luyện nhằm làm thay đổi tính chất vật liệu bằng cách thayđổi cấu trúc của vật liệu thông qua việc xử lý nhiệt Đăc biệt trong cơ khí chế tạomáy, nhiệt luyện đóng vai trò vô cùng quan trọng vì không những nó giúp chocác chi tiết sau khi gia công có độ bền, độ cứng, độ dẻo, dộ dai….phù hợp vớimong muốn của người sử dụng mà nó còn tạo ra những chi tiết có tính côngnghệ rất cao Do đó có thể nói, nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng quyết địnhđến chất lượng sản phẩm cơ khí sau cùng Lựa chọn được công nghệ nhiệt luyệnphù hợp và tính toán sao cho quá trình xử lý hiệu quả và tiết kiệm nhất sẽ đảmbảo được chất lượng sản phẩm luôn ổn đinh, giúp cho nhà đầu tư tiết kiệm vàthu được lợi nhuận kinh tế cao

Đồ án môn học: “thiết kế xưởng nhiệt luyện” gồm các bước phân tích lựa

chọn vật liệu, lập quy trình nhiệt luyện, tính toán lựa chọn thiết bị và thiết kếxưởng nhiệt luyện Để làm được tất cả những điều trên sinh viên phải vận dụngtoàn bộ các kiến thức đã được học và tìm tòi từ nhiều nguồn thông tin thực tế từcác công ty đã sản xuất các sản phẩm tương tự

Nhờ có sự giúp đỡ của thầy hướng dẫn và các bạn chúng em đã có thể hoànthành được đồ án môn học Vì đây là lần đầu tham gia thiết kế một xưởng nhiệtluyện nên trong quá trình làm không thể tránh khỏi sai sót, chúng em mong đượcthầy cô xem xét là chỉ bảo thêm để đồ án thiết kế xưởng này có thể hoàn thiệnhơn

Em xin gửi lời chân thành cảm ơn tới TS Nguyễn Anh Sơn là người trựctiếp hướng dẫn chúng em trong quá trình thực hiện đồ án này, các thầy cô bộmôn vật liệu học và xử lí nhiệt luyện đã truyền đạt kiến thức chuyên môn chochúng em

Hà Nội, ngày 29 tháng 08 năm 2018 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thế Hiếu

Nguyễn Hải Thịnh Miện Nho

2

MỤC LỤC

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 7

1.1 Khuôn gạch không nung 7

1.1.1 Giới thiệu chung về khuôn gạch không nung 7

1.1.2 Điều kiện làm việc và yêu cầu đồi với khuôn gạch không nung 8

1.2 Bulông cường độ cao 11

1.2.1 Giới thiệu chung 11

1.2.2 Điều kiện làm việc, yêu cầu cơ tính và lựa chọn vật liệu chế tạo 12

CHƯƠNG II QUY TRÌNH CHẾ TẠO, NHIỆT LUYỆN 16

2.1 Khuôn ép gạch không nung 16

2.1.1 Quy trình chế tạo 16

2.1.2 Lí do lựa chọn thấm C-N 18

2.2 Bu-lông 19

2.2.1 Quy trình chế tạo 19

2.2.2 Quy trình nhiệt luyện tổng quát 20

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN QUY TRÌNH NHIỆT LUYỆN 21

3.1 Khuôn ép gạch 21

3.1.1 Lựa chọn thiết bị 21

3.1.2 Tính toán quá trình thấm C-N và nhiệt luyện kết thúc 22

3.2 Bu-lông 29

3.2.1 Lựa chọn thiết bị 29

3.2.2 Tính toán quá trình nhiệt luyện 29

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ 36

4.1 Thiết bị dùng cho khuôn ép gạch không nung 36

4.1.1 Lò thấm C-N 36

4.1.2 Lò thường hóa 36

4.1.3 Lò ram 37

4.1.4 Bể làm nguội 37

4.2 Thiết bị nhiệt luyện cho bu-lông 39

4.2.1 Lò tôi 39

4.2.2 Lò ram 40

4.2.3 Bể làm nguội 41

4.3 Thiết bị phụ 42

4.3.1 Đồ gá cho khuôn ép gạch 42

4.3.2 Xe nâng 42

4.3.3 Máy đo độ cứng 43

4.3.4 Máy đo độ cứng cầm tay 44

4.3.5 Cần trục 45

4.3.6 Các thiết bị phụ khác 46

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ MẶT BẰNG XƯỞNG 49

5.1 Thiết kế mặt bằng cho xưởng nhiệt luyện khuôn ép gạch 49

5.1.1 Chọn địa điểm, vị trí, hướng và kiểu nhà xưởng 49

5.1.2 Yêu cầu trong việc sắp xếp, bố trí và các khu vực trong nhà xưởng 49

5.3 Thiết kế mặt bằng xưởng 51

5.4 Thiết kế lưới điện-nước 52

CHƯƠNG VI TÍNH TOÁN CHI PHÍ SẢN XUẤT 53

6.1 Điện tiêu thụ cho nhiệt luyện 53

6.2 Tiền khấu hao thiết bị 55

6.3.Tiền lương của người lao động 56

6.5 Chi phí tiền điện sinh hoạt và tiền dầu 56

6.4.Chi phí lên cho mỗi khối lượng sản phẩm 57

CHƯƠNG VII AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH MÔI TRƯỜNG 58

7.1 An toàn lao động chung 58

7.1.1 Thông gió 58

7.1.2 Chiếu sáng 58

7.1.3 Phòng cháy chữa cháy 58

7.2 Biện pháp đề phòng và chống tai nạn xảy ra khi nhiệt luyện 59

7.2.1 Chống độc hại 59

7.2.2 Phòng chống bỏng 59

7.2.3 Phòng tai nạn về mắt 59

4

7.2.4 Phòng chống điện giật 59

7.2.5 Quy tắc an toàn tập thể 60

7.3 An toàn lao động khi làm việc ở các thiết bị 60

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU 61

Sơ đồ bố trí mặt bằng xưởng 63

Mặt chiếu đứng của nhà xưởng 64

Sơ đồ điện của nhà xưởng 65

Sơ đồ nước của nhà xưởng 66

Tài liệu tham khảo 67

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Khuôn gạch không nung.

1.1.1 Giới thiệu chung về khuôn gạch không nung.

Khuôn gạch không nung là một bộ phận trong máy ép gạch khôn nung, nóđược coi như trái tim của máy ép gạch Khuôn ép gạch không nung có đa dạngchủng loại và chia làm hai loại chính là khuôn nguyên khối và khuôn ghép Hiệnnay trên thị trường chủ yếu sử dụng loại khuôn ghép sơ mi, tức là được ghép từnhiều chi tiết lại với nhau Một bộ khuôn làm gạch hoàn chỉnh gồm có hai phần

là bàn ép và đế khuôn hay còn gọi là chày và cối

Khuôn làm gạch không nung phải làm việc trong điều kiện chịu mài mòncao và rung lắc Do trong quá trình sản xuất gạch nguyên liệu thường là mạt đá,cát và xi măng liên tục được dồn đầy vào khuôn là tiến hành ép, giữa khuôn vànguyên liệu có sự ma sát liên tục theo chu kì (khoảng vài trăm nghìn lần) trongthời gian dài làm mòn khuôn Ngoài ra khuôn còn phải chịu rung từ bàn rungdưới đế khuôn nhằm tăng mật độ bê tông

Hình 1.1: Khuôn ép gạch không nung.

1.1.2 Điều kiện làm việc và yêu cầu đồi với khuôn gạch không nung.

6

1.1.2.1 Điều kiện làm việc.

a Độ cứng của vật liệu thép phải phù hợp: Độ cứng làm khuôn là một trongnhững yếu tố quyết định sự chịu mài mòn của khuôn Thông thường độ cứng củavật liệu thép càng cao thì khả năng chịu mài mòn càng lớn Thông thường yêucầu cho khuôn làm gạch cần đạt độ cứng 55HRC trở lên

b Khuôn phải có tính dẻo: Trong quá trình sản xuất khuôn gạch không nungthường phải chịu lực ép, lực rung lớn và liên tục nên rất dễ gây ra hiện tượngnứt, gãy thành, vách khuôn Do đó vật liệu làm khuôn gạch phải có đặc tính chịudẻo chịu lực uốn tốt

c Khuôn phải có khả năng chịu nhiệt Khi nhiệt độ làm việc của khuôn gạchtăng cao sẽ khiến cường độ chịu lực và độ cứng của khuôn gạch bị hạ thấp, dẫnđến khuôn gạch không nung dễ bị biến dạng hoặc mòn Do đó vật liệu làmkhuôn gạch phải có khả năng kháng nhiệt tốt, ổn định để đảm bảo khuôn gạchkhông bị biến dạng, nhanh mài mòn

=> Khuôn làm gạch yêu cầu có độ cứng bề mặt cao nhưng trong lõi vẫndẻo dai

Kích thước khuôn gạch:

Hình 1.2 Kích thước khuôn ép gạch không nung.

- Rộng: 757mm.

- Dài: 798mm.

- Cao: 130mm.

- Độ dày max: 25mm.

- Độ dày min: 12mm.

- Kích thước lỗ gạch: Rộng 64 ± 0.2mm, dài 219 ± 0.2mm, cao 130mm.

1.1.2.2 Yêu cầu cơ tính.

Để đáp ứng điều kiện làm việc như nêu trên thì khuôn làm gạch phải thỏamãn các yêu cầu cơ tính sau

Bảng 1.2: Các mác thép tương đương với C20.

Tiêu

chuẩn

Mácthép

0.17–0.37

0.35–0.65

4

0.037

0S20C

0.18–0.23

0.15–0.35

0.3 –0.6

1020

0.18–0.23

0.3-0.6

0

05

<0.04DIN

Đức

S235J2G3

<0.035

Vai trò các nguyên tố trong mác thép

- Cacbon: Trong thép cacbon là nguyên tố quan trọng nhất (không kể sắt) Tổchức và tính chất của thép chủ yếu do cacbon quyết định Cacbon tồn tại trongthép dưới hai dạng: dung dịch rắn xen kẽ trong mạng tinh thể sắt và dạng liênkết trong hợp chất Fe3C (xementit) Các pha dung dịch rắn có độ dẻo cao, độbền thấp, pha xêmentit là pha cứng và giòn Sự kết hợp pha này sẽ cho các tổchức khác nhau của thép ứng với từng thành phần và trạng thái thép cụ thể.Hàm lượng các bon từ 0.18-0.23% sau quy trình nhiệt luyện thấm C-N + tôiram thấp đáp ứng chỉ tiêu cơ tính bề mặt có độ bền cứng cao và lõi dẻo daichịu va đập Sau khi thấm cacbon thì hàm lượng cacbon ở bề mặt: 0,8-1%

- Mangan: Mangan có ảnh hưởng tốt đến cơ tính, khi hòa tan vào nó làm tăng độthấm tôi cho thép, do vậy làm tăng cơ tính của thép, song lượng mangan cao nhấttrong thép cacbon C20 cũng chỉ nằm trong giới hạn 0,30 – 0,60% nên ảnh hưởngnày không đáng kể Mn còn có tác dụng làm giảm nhẹ tác hại của lưu huỳnh

- Silic: Giống như mangan, silic cũng nâng cao độ bền và độ cứng này nên làmtăng cơ tính của thép, song lượng silic cao nhất trong thép cacbon C20 cũng chỉtrong giới hạn 0,17 – 0,35% nên tác dụng này cũng không rõ rệt.

Các nguyên tố hợp kim có hàm lượng rất thấp dưới mức tiêu chuẩn nên chỉđược coi là tạp chất, không ảnh hưởng gì hiều đến tính chất của mác thép

- Nguyên tố tạp chất có hại: P, S gây bở nóng và bở nguội cần hạn chế phầntrăm của chúng trong mác thép

1.2 Bulông cường độ cao

1.2.1 Giới thiệu chung

Bulông là một sản phẩm cơ khí được sử dụng để lắp ráp, ghép nối các chitiết lại thành một khối, là chi tiết kẹp chặt, thường có dạng thanh trụ, một đầu có

mũ 6 cạnh ngoài hoặc trong (chìm), một đầu có ren (gọi là vít) để vặn với đai ốc.Mối lắp ghép bằng bulông có thể chịu được tải trọng kéo cũng như uốn rất tốt,

nó lại có độ bền, độ ổn định lâu dài Việc tháo lắp cũng như hiệu chỉnh mối ghépbulông rất thuận tiện, nhanh chóng và không đòi hỏi những công nghệ phức tạpnhư các mối lắp ghép khác Do có nhiều ưu điểm nên bulông được sử dụng rộngrãi trong các máy móc, thiết bị công nghiệp, các công trình xây dựng, công trìnhgiao thông, cầu cống ở khắp mọi nơi trên thế giới

 Đặc điểm cấu tạo của bulông cường độ cao

- Được chế tạo từ hỗn hợp thép và carbon, độ bền của bulông cường độ cao phụthuộc vào lượng carbon có trong thép - nếu lượng carbon càng cao bao nhiêuthì độ bền của bulông càng lớn bấy nhiêu

- Trên thị trường hiện nay có các loại bulông cường độ cao phổ biến là: 8.8,10.9, 12.9…

 Phân loại bulông cường độ cao

Bu lông cường độ cao trong thép được chia làm 3 loại:

- Liên kết chịu cắt: lực vuông góc với thân bulông, khả năng chịu lực tốt nhưng

có một nhược điểm là dể bị trượt do lỗ to hơn thân bu lông Loại bulông nàythường được sử dụng trên những kế cấu công trình không chịu ảnh hưởng bởi

sự trượt và không cần xiết quá chặt chỉ cần triển khai thực hiện sao cho đảmbảo giữa các bản thép không có khe hở

- Liên kết không trượt: chịu lực vuông góc thân bulông, nhưng loại bulông nàyphải được xiết chặt ở mức tối đa để không trượt Liên kết này thường được ápdụng cho các công trình xây dựng: cầu, dầm cầu trục, kết cấu chịu lực động

- Liên kết chịu kéo: lực dọc theo chiều thân bulông, liên kết này được ứng dụngcho liên kết mặt bích, liên kết nối dầm của khung nhà Theo TCVN thì khôngyêu cầu lực xiết bulông nhưng ở các nước tiên tiến như Mỹ, châu Âu, Úc…thìđều có một tiêu chuẩn riêng yêu cầu bulông phải được xiết đến lực lớn hơn

1 0

khả năng chịu lực khi phải làm việc dưới tải, để cho các mặt bích không bịtách rời.

Bulông cường độ cao thường được ứng dụng trên các công trình đòi hỏi về

độ bền cao nhằm đảm bảo chất lượng an toàn tốt nhất cho công trình xây dựng.Chính vì vậy, khi triển khai thực hiện công tác xiết bulông thì công trình đềuphải được triển khai thực hiện thí nghiệm đánh giá chất lượng bulông có đảmbảo đạt tiêu chuẩn hay không

Thông số cấp bền của bulông cường độ cao 8.8: Bulông cường độ cao 8.8

là bulông cường độ cao có giới hạn bền nhỏ nhất là 8×100 = 800Mpa, giới hạnchảy là 800 x (8 / 10) = 640 Mpa

1.2.2 Điều kiện làm việc, yêu cầu cơ tính và lựa chọn vật liệu chế tạo

1.2.2.1 Điều kiện làm việc

Hình 1.3: Bu-lông chịu lực

Các giai đoạn chịu lực:

 Do vặn ốc/êcu → thân bulông chịu kéo, các bản thép bị xiết chặt lại, tạo thànhlực ma sát giữa mặt tiếp xúc của các bản thép Nms

 Dưới tác dụng của lực kéo dọc trục N, các bản thép có xu hướng trượt tươngđối với nhau (Hình a)

+ Giai đoạn 1 - khi N còn nhỏ (N < Nms) : các bản thép chưa trượt tương đốivới nhau Lực truyền giữa các bản thép thông qua ma sát Bulông chưa chịulực ngoại trừ lực kéo ban đầu do vặn êcu

+ Giai đoạn 2 - khi N tương đối lớn (N�Nms): các bản thép trượt tương đốivới nhau, thân bulông tỳ sát về một phía của thành lỗ Ngoại lực tác dụng N

do thân bulông và masat chịu (Hình b)

+ Giai đoạn 3 - khi N khá lớn (N >> Nms): lực ma sát giảm dần và bằngkhông Lực tác dụng N là hoàn toàn do thân bulông chịu Đồng thời bản thépchịu ép mặt do thân bulông tỳ lên thành lỗ

+ Giai đoạn 4 - khi liên kết bị phá hoại: Có 2 khả năng phá hoại có thể xảy ra:

1.2.2.2 Yêu cầu cơ tính

Bulông cường độ cao dùng cho cầu thép phải được chế tạo phải được chế tạotheo Tiêu chuẩn : 22 TCN 204 – 91 của bộ giao thông vận tải

Tính chất cơ học của bulông:

Sai lệch về kích thước hình học của bulông phải tuân theo TCVN 1889-76.

Cho phép tăng cường đường kính của thân bulông (phần không có ren) lên0,25mm của đoạn thân không có ren so với kích thước danh nghĩa, trên chiều dài20mm tính từ mặt tựa của bulông

Độ không vuông góc giữa mặt tựa mũ bulông đối với đường tâm của thânbulông không vượt quá 1o

Độ nhám bề mặt của ren trên bulông không lớn hơn 20 theo TCVN 2511-78

Khi chế tạo bulông:

- Không cho phép có nứt ren và tróc ren ở bề mặt nếu chiều sâu khuyết tật nàyvượt ra ngoài giới hạn đường kính trung bình của ren hoặc chiều dài của chúnglớn hơn 1/4 chiều dài của một vòng ren

- Không cho phép có rìa thừa ở mặt tựa mũ bulông

- Bulông, đai ốc, vòng đệm khi lắp trọn bộ (1 bulông, 1 đai ốc, và 2 vòng đệm)phải đảm bảo có hệ số mômen xiết trong phạm vi không lớn hơn 0,20 và khôngnhỏ hơn 0,14 với giá trị hệ số mômen xiết trung bình K =0,17 với độ phân tán5%

1.2.2.3 Lựa chọn vật liệu chế tạo

 Độ đai va đập ak ≥ 5 kG/cm2.

 Vậy chọn mác thép 40Cr để sử dụng làm bulông cường độ cao

Vật liệu để chế tạo bulông cường độ cao là thép 40Cr

Tiêu

chuẩn giới hạn bền thấp nhất của thép 40Cr là 980Mpa

Bảng 1.3: các ký hiệu và thành phần của mác thép tương đương theo TCVN, Mỹ(ASTM), Nhật (JIS), Nga (GOCT), Trung Quốc

0,37 ÷ 0,44 % C 0,8 ÷ 1,1 % Cr 0,17 ÷ 0,37 % Si

0,3 % Ni 0,5 ÷ 0,8 %

Mn

CHƯƠNG II QUY TRÌNH CHẾ TẠO, NHIỆT LUYỆN

VÀ HÓA NHIỆT LUYỆN 2.1 Khuôn ép gạch không nung.

xử lí mối hàn

Thấm C-N

Tôi trực tiếp

Ram thấp Kiểm

tra

 Hàn: Các mảnh của khuôn được ráp và hàn lại với nhau.

Công suất ngọn lửa là: - Hàn trái: W = (120 ÷ 150) S (lít/giờ)

- Hàn phải: W = (100 ÷ 130) S (lít/giờ)

Đường kính que hàn: - Hàn trái: d = S/2 + 1(mm)

- Hàn phải: d = S/2 (mm)

Trong đó S là chiều dày vật hàn, (mm)

Khi hàn bằng ngọn lửa oxy hóa thì mác que cần sử dụng là: CB-12TC,CB-08T2C, CB-15CHO

Chọn hàn phải vì thợ hàn bắt đầu hàn từ trái sang phải (tức là mỏ hàn đichuyển trước, que hàn di chuyển sau) Phương pháp này cho năng suất cao vàgiúp tiết kiệm được khí Axetilen Mặt khác, mối hàn sau khi hàn còn được ngọnlửa đốt nóng thêm một thời gian nữa nên độ dẻo mối hàn tăng lên và ít bị nứt

Ta tính được công ngọn lửa là W1 = 120.25 = 3000 (l/h)

W2 = 120.12 = 1440 (l/h)

Đường kính que hàn: Chi tiết dày hơn 10mm nên chọn que hàn 4 ÷ 6 mm

 Xử lí mối hàn: Sau khi hàn xong thì tại mỗi hàn sẽ không được vuông vứcnên phải mài đi để cho vuông vức để đúng hình dáng của viên gạch

 Thường hóa: Thường hóa là phương pháp nhiệt luyện gồm nung nóng thépđến trạng thái hoàn toàn Austenit (A3 +(30 - 50oC) hay Acm + (30 - 50oC))giữ nhiệt rồi làm nguội tiếp theo trong không khí tĩnh để Austenit phân hóathành peclit phân tán thành xocbit với độ cứng tương đối thấp Ưu điểm củaphương pháp này là giải phóng lò ngay sau khi nung

Thường hóa có mục đích cũng như ủ vậy, ở đây thép được thường hóa để đạt

độ cứng thích hợp để dễ gia công cắt gọt

Quan trọng nhất là khi thấm C-N thì C và N sẽ khuếch tán vào sắt thông quacác biên giới hạt, chính vì thế mà cần phải thường hóa thép để làm nhỏ hạt,tăng số lượng biên giới hạt nên tạo điều kiện thuận lợi để để thấm C-N

 Thấm C-N: Thép C20 có độ dẻo cao, độ cứng thấp, khoảng 30-40HRC nên để

có thể có bề mặt với độ cứng > 55HRC đảm bảo tính chống mài mòn thì phảiđược thấm C-N Thấm C-N là phương pháp thấm rất phổ biến Sau thấm C-N+ tôi + ram thấp thép C20 có thể nhận được cơ tính rất tốt

 Tôi trực tiếp: Sau khi thấm C-N có thể tiến hành tôi trực tiếp bởi bì nhiệt độthấm và nhiệt độ tôi giống nhau Tôi trực tiếp sau thấm rất tiện vì không phảimất thời gian làm nguội rồi lại nung nóng lên mà chỉ cần ngắt không cung cấpkhí thấm nữa là được Vì đây là thép C nên sẽ được tôi trong nước.

 Tôi + ram thấp: Sau khi thấm C-N thì phải thực hiện tôi và ram thấp để đạt độcứng mong muốn cho lõi Quy trình tôi ram sẽ được trình bày cụ thể ở phầnsau

- Tôi thép là phương pháp nung nóng thép lên cao quá nhiệt độ tới hạn để làm

xuất hiện tổ chức Austenit giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh thích hợp để austenitchuyển thành mactenxit hay các tổ chức không ổn định khác với độ cứng cao

- Ram là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đã tôi dưới các nhiệt độ

nhiệt độ tới hạn (AC1), giữ nhiệt độ ở một thời gian và làm nguội Nhằm đểmactenxit và austenit dư phân hóa thành các tổ chức thách hợp phù hợp vớiđiều kiện làm việc quy định

Đối với chi tiết sau khi được thấm C-N thì sẽ được ram thấp ở 200oCđể khôngảnh hưởng tới độ cứng của bề mặt thép sau khi thấm và không làm giảm độcứng lõi (30 – 40HRC) Tổ chức nhận được là Mactenxit ram

 Kiểm tra:

- Kiểm tra độ cứng bề mặt (nứt, rỗ,…)

- Hàm lượng C, N trên bề mặt khuôn

- Kiểm tra kích thước, độ cong vênh biến dạng.

2.1.2 Lí do lựa chọn thấm C-N

a Khái niệm

Thấm C-N là phương pháp tăng đồng thời cả hai nguyên tố cacbon và nitotrên bề mặt chi tiết làm bằng thép cacbon thấp Bề mặt sẽ có độ cứng cao, nềnvẫn giữu được độ dẻo dai cần thiết thấm C-N được thực hiện trong môi trường

có hàm lượng cacbon và nito cao hơn nhiều so với hàm lượng cacbon và nito cótrong nền thép Cacbon và nito từ môi trường thấm khuếch tán vào bề mặt chitiết cùng với sắt tạo nên cacbit và nitorit có độ cứng cao trên bề mặt, tăng tínhchống mài mòn Bề mặt chi tiết có chất lượng cao nhất khi tổng hàm lượngcacbon và nito trong khoảng 0,9 – 1,3% Thấm C-N thường áp dụng cho các chitiết cần có bề mặt làm việc chống mài mòn, trong lõi vẫn cần dẻo dai

b Ưu nhược điểm của thấm C-N

 Ưu điểm:

- Có thể áp dụng cho thép cacbon thấp và thép hợp kim thấp nhằm tăng độcứng và tính chống mài mòn mà không gây giòn cho bền mặt, lõi vẫn giữđược độ dai

- Thấm C-N có thể thực hiện ở khoảng nhiệt độ rộng (780 – 900oC)

- Nhiệt độ thấm C-N thấp hơn so với thấm cacbon (nếu thấm ở nhiệt độ cao sẽkhông tạo được N nguyên tử đi vào lớp thấm), vì thế tránh được biến dạng chitiết, tránh được tổ chức hạt lớn có thể gây giòn và thấm ở nhiệt độ thấp hơncũng giảm khả năng thoát cacbon

- Nito và cacbon khi có mặt động thời cũng có khả năng tăng hoạt tính lẫnnhau Ngoài ra, nito có tác dụng thu hẹp vùng ferit làm cho quá trình bão hòacacbon xảy ra mạnh mẽ hơn ở khoảng nhiệt độ thấp hơn so với thấm cacbon,tạo được lớp thấm đồng đều hơn vì thế mà ta có thể thấm ở khoảng nhiệt độ

840 ÷ 860oC mà vẫn có được tốc độ thấm như khi thấm C ở 930oC

- Sự có mặt của nito trong lớp thấm cacbon tạo thành pha Fe3(C,N) phân tán rấtcứng làm tăng mạnh tính chống mài mòn tốt hơn cả lớp thấm cacbon (thườngchỉ có cacbit) Độ cứng lớp thấm C-N từ 59 – 63HRC

- Có thể tôi trực tiếp từ nhiệt độ thấm (vì nhiệt độ thấm xấp xỉ nhiệt độ tôi),không cần hạ nhiệt độ trước khi tôi do đó hạn chế thoát cacbon, oxi hóa và cóthể tôi phân cấp vì nito tăng tính ổn định của austenit quá nguội, điều đó cũnggiảm mạnh độ biến dạng

- Lớp thấm C-N không cần dày như lớp thấm cacbon mà vẫn đảm bảo độ cứng,tính chống mài mòn và độ bền

- Thấm N có khả năng chống tạo vết nứt tốt hơn lớp thấm cacbon vì thấm

C-N không có lưới xementit còn lớp thấm cacbon có tổ chức hạt thô và lướixementit do đó trong quá trình tôi lưới xementit tạo ra vết nứt tế vi và pháttriển thành vết nứt của chi tiết

- Do tác dụng của nito và cac nguyên tố hợp kim trong lớp thấm C-N luôn tồntại một lượng austenit dư nhất định, khoảng 25 – 40%, tải trong sẽ được phân

bố đồng đều hơn, tránh được tập trung ứng suất và làm tăng độ dai

- Thấm C-N thường không dày vì chiều dày lớp thấm phụ thuộc vào thời gian

và nhiệt độ khuếch tán Thấm C-N thực hiện ở nhiệt độ không cao như thấmcacbon, còn nếu giữ thời gian thấm quá dài, lớp thấm C-N sẽ xuất hiện khuyếttật

2.2 Bu-lông

2.2.1 Quy trình chế tạo

1 8

 Xử lý bề mặt cho phôi thép: Những cuộn thép vào lò trong 30 giờ để thép

mềm và dễ uốn, nhúng trong H2SO4 (có tác dụng làm sạch bề mặt), để tránh

bị mài mòn những cuộn thép sẽ được xả qua nước sạch và được phủ qua mộtlớp photphat, thép được gia công ở nhiệt độ trong điều kiện bình thường trongnhững chiếc khuôn với lực nén lớn

 Tạo hình: Uốn thẳng sợi dây thép 40Cr và cắt thành những đoạn thẳng dài

hơn bulông một chút, uốn tròn thân bulông tạo dáng cho cạnh và đầu củabulông bẻ đầu bulông thành đầu tròn tạo cho đầu bulông thành hình lục giác,sau đó máy tiếp tục rèn đầu mũ bulông

 Cán ren: Một chiếc máy đặc biệt rèn bulông để dễ dàng bắt bulông vào đai

ốc tạo rãnh dọc cho bulông, những trục cán lớn ép những rãnh dọc theo thânbulông mỗi bulông người ta thường lấy một mẫu để đo đường kính, người tadùng tới những máy đo khác nhau, thước đo tiểu li đo chiều dải của bulông,máy khác đo độ dày và độ rộng của đầu bulông

2.2.2 Quy trình nhiệt luyện tổng quát

Hình 2.1: Quy trình nhiệt luyện tổng quát cho bu-lông cường độ cao

 Thép 40Cr sẽ được thường hóa ở:

T = Ac3 + (20 ÷ 30) oC → Tthường hóa = 840 oCMục đích: làm nhỏ hạt, giảm độ cứng, tăng độ bền, tăng độ dẻo

 Thép 40Cr là thép trước cùng tích, do đó thép được tôi hoàn toàn:

T = Ac3 + (30 ÷ 50) oC → Ttôi = 850 oCMục đích: Chuyển biến Martensite, nâng cao độ cứng, tính chống mài mòn, nâng cao độ bền và khả năng chịu tải của chi tiết

 Ram: Với giới hạn bền yêu cầu là 980 MPa, thì nhiệt độ ram của bulong cường độ cao là 500 oC

Mục đích: Biến đổi tổ chức Martensite và Austenite dư, khử ứng suất, đảm bảo độ cứng yêu cầu

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN QUY TRÌNH NHIỆT LUYỆN

VÀ HÓA NHIỆT LUYỆN.

Công suất thiết kế(kW)

Kích thướcbuồng lòR×D×C(cm)

2 0

- Kích thước khuôn: 757×798×130mm, thành dày: 25mm, thành mỏng: 12mm.

- Khối lượng một bộ khuôn: 187.4kg.

3.1.2 Tính toán quá trình thấm C-N và nhiệt luyện kết thúc.

Dựa vào GĐP tính toán nhiệt

độ chuyển biến austenite của C20 có0.2%C

= => T = 865oC

3.1.2.1 Tính toán quá trình thường hóa.

- Nhiệt độ thường hóa: 880oC

Quá trình nung hai giai đoạn, nhiệt độ lò thay đổi dòng nhiệt không đổi.

Công suất làm việc hữu ích của lò Nh = = = 40kW

Số chi tiết trong một mẻ:

Thời gian thường hóa là: = 0,91 + 0,25/60 = 1,15h

Tốc độ nung giai đoạn 1 là:

v1 = = = 1064 (oC/h)

Tốc độ nung giai đoạn 2 là:

v2 = = = 536 (oC/h)

2 2

Tốc độ nguội khi thường hóa để nguội ngoài không khí là: vng = 3oC/s.

Thời gian nguội là: = 880/3 = 293s = 5 phút

3.1.2.2 Tính toán quá trình thấm C-N.

- Nhiệt độ thấm: 860oC

- Hỗn hợp khí thấm: 78%CH3OH, 10% NH3, 12% LPG (50% C3H8 + 50% C4H10)

- Tiến hành nung phân cấp ở hai nhiệt độ: 650oC và 860oC

- Thời gian lưu của Cnt và Nnt là = 10 phút

Thời gian nung không tải của lò từ 25 870oC là: 2h.

Thời gian nung thực tế là: = 0,4 + 2 = 2,4h

Dựa vào bản đồ nguội Blanter tính được tối độ nguội trong nước 20oC là:

Vng = 100oC/s

Thời gian nguội là: ng = 860/100 = 8,6s

2 4

Tính thời gian thấm C-N.

Chiều dày thấm hiệu quả: X = 600 0,06cm

Nồng độ C tại chiều sâu X tính từ bề mặt vào: 0,4%C

Thời gian giữ nhiệt khi tôi trực tiếp: = 15 phút = 0,25h

Tổng thời gian thấm + tôi trực tiếp là:

- Trong dải nhiệt độ từ 25 ÷ 2000 có c = 0,500kJ/kgK; = 50W/mK.

Nhiệt độ trung bình của vật nung là:

Quá trình nung nhiệt độ lò không thay đổi

Công suất làm việc hữu ích của lò Nh = = = 24kW

Thời gian nung:

ln = = 6355,4s = 106 phút = 1.77h

Tốc độ nung là:

v = = = 99 (oC/h)

2 6

Thời gian giữ nhiệt khi ram là: = 1,5h.

Thời gian ram là: = 1,77 + 1,5 = 3,27h

Hình 3.2: Quy trình nhiệt luyện

Bảng 3.2: Chỉ tiêu cơ tính của mác thép C20 đạt được sau nhiệt luyện

Độ cứngHB

3.2.2 Tính toán quá trình nhiệt luyện

3.2.2.1 Tính toán quy trình tôi

Hình 3.3: Quy trình tôi bu-lông.

Tính nhiệt độ trung bình của vật nung:

→ T2tb = 946 K

Trong đó: ;

Hệ số BiO:

2 8

BiO =S = 0,01 = 0,025 < 0,25 → Bulong M20x85 là vật mỏng

Trong đó: S là chiều dày truyền nhiệt của vật nung

Công suất hữu ích của lò tôi:

→ Khối lượng bulong: Mbulong = 7810.3,784.10-5 = 0,296 (kg)

Số chi tiết trong một mẻ để sử dụng hết công suất hữu ích là:

n = = = 417 chi tiết

Cách xếp chi tiết trong lò:

Hình 3.4: Gá nhiệt luyện bu-lông.

Diện tích hấp thụ nhiệt của gá:

Fgá = Diện tích xung quanh mặt gá + Diện tích xung quanh bốn chân

→ Khối lượng thực tế của gá: M gá = 55,4 – 208.0,029 = 49,5 (kg)

- Khối lượng chi tiết một mẻ: Mchi tiết = 416.0,296 = 123,136 (kg)

- Khối lượng mẻ xếp: Mchi tiết + Mgá = 123,136 + 49,5 = 172,636 (kg)

- Diện tích hấp thụ nhiệt của một mẻ: F = 416.6,8.10-3 + 0,07598 = 2,9 (m2)Kiểm tra điều kiện: Ntk ≥ Nkt

3 0

Nkt = (1,2 ÷ 1,5).= 1,3 = 503,672 (kW)

Trong đó:

→ Ntk ≤ Nkt → Quá trình nung chi tiết được chia thành 2 giai đoạn

 Giai đoạn 1: Nhiệt độ lò thay đổi

Khi kết thúc giai đoạn 1 nhiệt độ của chi tiết đạt

= T1 - = 860 - = 741,3 oC

Thời gian nung giai đoạn 1:

τn1 = - = - = 2054 (s)

 Giai đoạn 2: Nhiệt độ lò không đổi

Thời gian nung gia đoạn 2:

τn2 = ln = ln

→ τn2 = 841,7 (s)

Thời gian giữ nhiệt khi tôi ( bu-lông bằng thép hợp kim thấp): τgn = 15 (phút)

 Tổng thời gian tôi:

BiO = S = 0,01 = 0,0042 < 0,25 → Chi tiết là vật mỏng

Tính công suất hữu ích:

Nh = = (20 kW)

Tính số chi tiết cho một mẻ ram:

n = = = 560 chi tiết

trong đó: Nh công suất hữu ích, Nh = 20 (kW)

là hệ số truyền nhiệt trung bình của lò, = 60 (Wm2/K)

Fbulong là diện tích hấp thụ nhiệt của bulong (m2)

T1 là nhiệt độ lò, T1 = 510 + 273 = 783 (K)

T2c là nhiệt độ của chi tiết, T2c = 500 + 273 = 773 (K)

Kiểm tra điều kiện: Ntk ≥ Nkt

Nkt = (1,2 ÷ 1,5) = = 153 (kW)

→ Ntk < Nkt → Nhiệt độ môi trường lò thay đổi, chi tiết phải nung theo 2 giaiđoạn

 Giai đoạn 1: Nhiệt độ lò không đổi

Khi kết thúc giai đoạn 1, nhiệt độ chi tiết đạt , theo công thức 1.5.6 ta có:

= T1 - = 500 - = 385 oCThời gian nung giai đoạn 1 theo công thức 1.5.7:

( Sách thiết bị nhiệt luyện – Thầy Nguyễn Văn Hiển)

τn1 = - = - = 1625 (s)

Trong đó: c là nhiệt dung của chi tiết ở 500 oC (J/kg.K)

M là khối lượng mẻ nung (kg)

T1 là nhiệt độ cuối của chi tiết (oC)

T2đ là nhiệt độ ban đầu của chi tiết (oC)

α là hệ số truền nhiệt trung bình của lò (Wm2/K)

F là diện tích hấp thụ nhiệt của mẻ nung (m2)

 Giai đoạn 2: Nhiệt độ lò không đổi

τn2 = ln = ln = 1267 (s)

Thời gian giữ nhiệt khi ram:

3 2