Đồ án chế tạo cờ lê

Cờ lê là một trong những dụng cụ cầm tay được sử dụng rộng rãi nhất bởi tính tiện lợi và kích thước nhỏ gọn. Trên thị trường hiện tại có rất nhiều mẫu cờ lê, rất đa dạng và phong phú như cờ lê thường (cờ lê vòng, cờ lê đầu miệng, …), cờ lê tự động, cờ lê đóng,….Với sự đa dạng và phong phú của nhiều mẫu mã cũng như kiểu dáng thiết kế, nhỏ gọn của dụng cụ cầm tay – cờ lê, hiện đang được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống cũng như sản xuất.

LỜI NÓI ĐẦU

Trong nhà máy cơ khí, việc sửa chữa các chi tiết máy hỏng hóc luôn cần được làm nhanh và kịp thời để đảm bảo tiến độ sản xuất Cờ lê là một dụng cụ cầmtay không thể thiếu trong việc sửa chữa và gia công kim khí Chức năng chính của

nó là giữ và xoay các đai ốc, bu lông, chốt và các chi tiết có ren Từ khi vít có ren được sử dụng đóng vai trò như nêm không phục hồi, nó có thể bị chờn ren hoặc hư hỏng một phần do bị tác dụng bởi lực mô men xoắn quá mức Do đó một chiếc cờ

lê tốt được thiết kế để giữ các lực đòn bẩy và tải trọng dự định tác dụng trong ngưỡng an toàn

Cờ lê là một trong những dụng cụ cầm tay được sử dụng rộng rãi nhất bởi tính tiện lợi và kích thước nhỏ gọn Trên thị trường hiện tại có rất nhiều mẫu cờ lê, rất đa dạng và phong phú như cờ lê thường (cờ lê vòng, cờ lê đầu miệng, …), cờ lê

tự động, cờ lê đóng,….Với sự đa dạng và phong phú của nhiều mẫu mã cũng như kiểu dáng thiết kế, nhỏ gọn của dụng cụ cầm tay – cờ lê, hiện đang được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống cũng như sản xuất

Chính vì chức năng của cờ lê và cờ lê là dụng cụ có ứng dụng rộng rãi nên việc tìm hiểu về vật liệu, phương pháp gia công, công nghệ nhiệt luyện,…để sản xuất ra một chiếc cờ lê đáp ứng yêu cầu kỹ thuật là rất quan trọng

Vì vậy, trong bài báo cáo này, chúng em chủ yếu tìm hiểu về quy trình nhiệt luyện mà chi tiết đã được áp dụng Trên cơ sở kiến thức đã học, chúng em áp dụng quy trình do mình đề ra dựa trên cơ sở phân tích của chi tiết ban đầu Từ đó đánh giá và so sánh kết quả mà chúng em nghiên cứu

Do kiến thức của chúng em còn hạn chế nên báo cáo nay không thể tránh khỏi các sai sót Vì vậy, chúng em rất mong nhận được những ý kiến nhận xét, đóng góp của các thầy, cô giáo và các bạn để bản báo cáo được hoàn thiện hơn

Đồng thời chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô bộ môn Vật liệu học xử lý nhiệt và bề mặt, đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Đức đã dành nhiều thời gian hướng dẫn, nhiệt tình giảng giải giúp chúng em hoàn thành báo cáo.

Hà Nội, ngày 05 tháng 06 năm 2019

Nhóm sinh viên thực hiện:

Nguyễn Thị Nhung

Đoàn Ngọc Thoạt

PHẦN 1: GIẢI MÃ CÔNG NGHỆ.

1 Điều kiện làm việc, yêu cầu cơ tính của chi tiết cờ lê

Cờ lê là một trong những dụng cụ cầm tay được sử dụng rộng rãi nhất bởi tính tiện lợi và kích thước nhỏ gọn Trong nhà máy cơ khí, việc sửa chữa các chi tiết máy hỏng hóc luôn cần được làm nhanh và kịp thời để đảm bảo tiến độ sản xuất Trên thị trường hiện tại có rất nhiều mẫu cờ lê, rất đa dạng và phong phú như

cờ lê thường (cờ lê vòng, cờ lê đầu miệng, …), cờ lê tự động, cờ lê đóng,….Với sự

đa dạng và phong phú của nhiều mẫu mã cũng như kiểu dáng thiết kế, nhỏ gọn của dụng cụ cầm tay – cờ lê, hiện đang được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống cũng như sản xuất

Hình ảnh của cờ lê:

a Điều kiện làm việc:

- Khi làm việc cờ lê cần độ bền, độ cứng nhất định để siết chặt đai ốc

- Để vặn đai ốc, cờ lê phải chịu tác áp lực rất lớn để xoáy được ốc Cờ lê bị mài mòn: Khi làm việc 2 ngàm của cờ lê tiếp xúc với ốc nên bị mài mòn mạnh Do đó cờ lê cần có độ chống mài mòn cao

- Ngoài các yếu tố trên , thì cờ lê cũng cần các yêu cầu khác: độ dai va đập đảm bảo

b Yêu cầu cơ tính:

Từ các điều kiện làm việc đã nêu trên thì các yêu cầu cơ tính cần cho chi tiếtlà:

- Độ cứng cao 40÷45 HRC.

- Tính chống mài mòn cao

- Độ bền , độ dai va đập đảm bảo

2 Thành phần hóa học của cờ lê.

Sau khi mang mẫu thép đi phân tích thành phần hóa học, ta có kết quả như sau:

Hình 1: Kết quả phân tích thành phần hóa học của cờ lê.

Dựa vào kết quả phân tích thành phần hóa học, tra sổ tay thép thế giới chúng ta xác định được vật liệu làm chi tiết cờ lê là S40C theo tiêu chuẩn của Nhật (JIS) và mác thép tương đương với tiêu chuẩn Việt Nam là C40

Mác thép

tương đương

S40C (JIS) 0.3885 0.2484 0.6548 0.0133 0.0063 0.1248C40(TCVN) 0.37÷0.44 0.4 0.5÷0.8 0.045 0.045 0.4max1040(AISI) 0.37÷0.44 0.08÷0

6

-Nhận xét:

So với tiêu chuẩn của Nhật (JIS) thì ở tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) và tiêu chuẩn Mỹ (AISI) đều có % C gần giống nhau, % Si tối đa theo tiêu chuẩn Mỹ AISI cao hơn so với tiêu chuẩn của JIS và TCVN , %Mn thì ở AISI bằng so với của Nhật (JIS) nhưng cao hơn so với Việt Nam (TCVN) Ở mác tiêu chuẩn của Nhật thép có hàm lượng S, P nhỏ hơn so với tiêu chuẩn của Việt Nam và Mỹ

Dựa vào kết quả phân tích thành phần hóa học, có thể thấy % các nguyên tố đều nằm trong giới hạn yêu cầu Mặt khác, hàm lượng P và S sau phân tích rất nhỏ

< 0,02% cho biết đây thuộc loại thép chất lượng rất cao

 Vai trò của các nguyên tố trong thép:

 Cacbon (C): là nguyên tố quan trọng nhất, quyết định đến tổ chức, cơ tínhcủa thép, quyết định phần lớn công dụng của thép Thông thường, khi hàmlượng cacbon càng cao thép càng cứng, càng kém dẻo dai và càng giòn.Hàm lượng cacbon trong mác thép C40 là khoảng 0,4%, thuộc nhóm théphóa tốt, sau nhiệt luyện hóa tốt đạt được sự kết hợp tốt nhất của các chỉtiêu cơ tính: độ bền, độ dẻo, độ dai

 Mangan (Mn): có ảnh hưởng tốt đến cơ tính, khi hòa tan vào ferit nó nâng cao độ bền và độ cứng của pha này, do vậy làm tăng cơ tính của thép song lượng Mn cao nhất trong thép Cacbon cũng chỉ nằm trong giới hạn (0,5 ÷ 0,8%) nên ảnh hưởng này không quan trọng Mn còn có tác dụng làm giảm nhẹ tác hại của lưu huỳnh (S).

 Silic (Si): giống như Mn, Si hòa tan vào ferit cũng nâng cao độ bền và độ cứng của pha này nên làm tăng cơ tính của thép

 Photpho (P): là tạp chất có hại vì nó là nguyên tố gây nên bở nguội song nó còn là nguyên tố thiên tích (phân bố không đều) rất mạnh, vì vậy để tránh giòn lượng P trong thép phải ít hơn 0,05%

 Lưu huỳnh (S): là tạp chất có hại, kết hợp với sắt tạo nên hợp chất FeS có nhiệt độ nóng chảy thấp (988ᵒC), kết tinh sau cùng nằm ở biên hạt; khi nung lên để cán kéo (1100÷1200ᵒC) biên giới hạt bị chảy ra làm thép đứt gãy như

là thép rất giòn Đây là hiện tượng giòn nóng

Theo kết quả phân tích hóa học, với hàm lượng S và P đều rất nhỏ:

0,0063%S; 0,0133%P → là thép có chất lượng rất cao

3 Đo độ cứng thô đại.

Để xác định độ cứng của cờ lê, ta lấy mẫu (được cắt từ cờ lê) mài đến khi bề mặt phẳng, hết lớp oxit bên ngoài đi rồi đem đo độ cứng thô đại Đo 5 vị trí khác nhau bất kì trên mẫu, ta thu được kết quả như bảng sau:

Độ cứng trung bình của 5 lần đo là 43,7 (HRC) ~ 44 (HRC)

Với độ cứng trung bình là 44HRC, phù hợp với điều kiện làm việc và yêu cầu cơ tính (đã nêu ở trên phần 1).

 Sau mỗi lần thay giấy mài, mẫu cần được lau rửa sạch

- Bước 3: Đánh bóng cơ học

 Sử dụng bột đánh bóng (Cr2O3, Al2O3) đánh bóng trên đĩa phủ dạ mềm quay với vận tốc lớn, đánh bóng đến khi bề mặt không còn vết xước nào

và có độ bóng cao; thời gian đánh bóng khoảng 30 phút

 Sau đánh bóng mẫu được rửa sạch bằng nước rồi sấy khô bằng quạt gió,

…

 Bề mặt mẫu sau đánh bóng cần có độ bóng cao, không bị oxy hóa

- Bước 4: Tẩm thực

Mục đích:

 Loại bỏ lớp biến dạng mỏng trên bề mặt mẫu bằng hóa chất

 Ăn mòn mẫu ở mức độ khác nhau Tạo các độ sâu khác nhau phụ thuộc

tổ chức của thép

Có nhiều dung dịch tẩm thực khác nhau phụ thuộc vào vật liệu cần chụp ảnh

tổ chức Với mẫu là cờ lê được chế tạo bởi mác thép S40C ta sử dụng dung dịch axit loãng HNO3 nồng độ 5%, thời gian tẩm thực khoảng 10s Sau tẩm thực ta cần rửa sạch bằng nước và sấy khô, sau đó mang mẫu đi chụp ảnh tổ chức

- Bước 5: Chụp ảnh hiển vi quang học

 Ảnh tổ chức tế vi:

Ảnh tổ chức tế vi của thép S40C với các độ phóng đại khác nhau

Hình 2.1: Độ phóng đại x200.

Hình 2.2: Độ phóng đại x500

Hình 2.3: Độ phóng đại x1000.

Nhận xét:

Từ ảnh chụp tổ chức tế vi ta có thể thấy tổ chức gồm: Ferit + Xementit

Trên ảnh tổ chức tế vi ở độ phóng đại ×1000, ta có thể nhìn thấy rõ Mactenxithình kim chưa phân hủy hết trong quá trình ram

=> Tổ chức tế vi có thể là Mactenxit ram, Xoocbit ram hoặc Trôxtit ram

Từ ảnh tổ chức tế vi kết hợp với độ cứng trung bình sau 5 lần đo của chi tiết cờlê

là 44 HRC, vậy ta có thể xác định được tổ chức tế vi của thép là Trôxtit ram

4 Xây dựng quy trình nhiệt luyện cho chi tiết.

Thông thường, chi tiết sẽ được tiến hành nhiệt luyện tôi + ram trung bình, khi đó tổ chức nhận được là trôxtit ram đạt độ cứng trung bình nhưng giới hạn đàn hồi đạt được giá trị cao nhất, độ dẻo, độ dai tăng lên

 Tính toán nhiệt độ tôi:

Cờ lê được làm từ mác thép S40C Thép S40C với phần trăm C = 0,4% là thép trước cùng tích, nên nhiệt độ tôi phải lấy cao hơn Ac3 tức là nung nóng tới trạng thái hoàn toàn là austenit (tôi hoàn toàn)

- Nhiệt độ tôi được tính như sau:

Sau tôi, tổ chức nhận được là: Mactenxit tôi + austenit dư.

 Tính toán nhiệt độ ram:

Độ cứng trung bình của 5 lần đo là 43,7 (HRC) ~ 44 (HRC)

Theo “ Sổ tay nhiệt luyện, tập II” – Nguyễn Chung Cảng, ĐHBKHN: Khi tôi ở nhiệt độ 830 ÷ 850ᵒC và ram ở các khoảng nhiệt độ khác nhau thì độ cứng cũng khác nhau Sự khác nhau được thể hiện như sau:

 Cách xác định nhiệt độ ram và thời giam ram:

Dưới đây là biểu đồ xác định chế độ ram:

Hình 3: Biểu đồ xác định chế độ ram.

từ điểm 0,4%C tại điểm B Từ điểm B kẻ đường cong song song với các đường cong trên hình vẽ cắt đường thẳng song song với trục tung kẻ từ điểm 0,35%C tại điểm C Từ điểm C, kẻ đường thẳng song song với trục hoành cắt đường chéo là đường nhiệt độ ram (350ᵒC) ở điểm D Từ điểm D, kẻ song song với trục tung cắt trục thời gian ram thì đó chính là thời gian ram.

Vậy chi tiết cờ lê được làm từ thép S40C sau khi tôi ở nhiệt độ (860 ± 10) ᵒC sẽram ngay ở nhiệt độ 350 ᵒC trong khoảng thời gian 2 giờ

 Quy trình nhiệt luyện tổng quát:

ᵒC

(860 ± 10) ᵒC

350 ᵒC

Không khí Nước

Thời gian (τ))

PHẦN II: THỰC HÀNH CÔNG NGHỆ.

Chi tiết ban đầu được cắt thành 3 mẫu nhỏ khác nhau Các mẫu được xếp vào trong 1 hộp nhỏ (có phủ than xung quanh để tránh thoát Cacbon), sau đó tiến hành ủ ở nhiệt độ 900ᵒC giữ nhiệt trong 30 phút và làm nguội cùng lò để phá tổ chức, đưa về tổ chức ban đầu khi chưa qua xử lý nhiệt luyện

Sau khi ủ, 1 mẫu được đem đi để đo độ cứng và chụp ảnh tổ chức tế vi Hai mẫu còn lại tiến hành tôi ở nhiệt độ 860ᵒC và giữ nhiệt 30 phút, môi trường làm nguội là nước Khi tôi xong, 1 mẫu được đem đi đo độ cứng và chụp ảnh tổ chức tế

vi, mẫu còn lại tiến hành ram ở nhiệt độ 350ᵒC và giữ nhiệt 40 phút, và làm nguội ngoài không khí

Sau khi tiến hành xử lí nhiệt, các mẫu được đo độ cứng và chụp ảnh tổ chức

tế vi để so sánh với chi tiết ban đầu

Mẫu Nhiệt độ (ᵒC) Thời gian giữ nhiệt (phút)

a Đo độ cứng sau ủ:

Sau ủ, mẫu có độ cứng thấp vì vậy không thể đo bằng máy đo HRC như các mẫu đã qua xử lý nhiệt luyện sau tôi, ram,… Vì vậy, phải dùng máy đo HRB đểxác định độ cứng mẫu sau ủ

Nguội cùng lò

Hình 4.2: độ phóng đại x500

Nhận xét:

Khi nung nóng để ủ hoàn toàn ta được Austenit đồng nhất nên khi làm nguộichậm cùng lò, tổ chức nhận được là ferit (màu sáng) + peclit (màu tối) trong đó peclit ở dưới dạng tấm.

Từ ảnh tổ chức tế vi: ta có thấy tổ chức tế vi của thép S40C sau ủ là ferit + peclit Như vậy sau nguyên công ủ, ta đã phá vỡ được tổ chức ban đầu của mẫu là trôxtit ram

Vậy nguyên công ủ đã đạt yêu cầu

2 Tôi.

a Đo độ cứng sau tôi:

Sau tôi đem mẫu đi đo độ cứng thô đại, đo bất kì 5 vị trí trên mẫu ta thu được kết quả như bảng sau:

b Ảnh tổ chức tế vi:

Từ ảnh tố chức tế vi: ta có thể thấy tổ chức tế vi là Matenxit tôi + Austenit dư

Thép S40C có hàm lượng C là 0,4%, sau tôi độ cứng trung bình là 54 HRC,

và tổ chức sau tôi là Mactenxit tôi + Austenit dư

Vậy nguyên công tôi đã đạt yêu cầu

3 Ram.

ᵒC

350ᵒC

a Đo độ cứng sau ram:

Sau ram đem mẫu đi đo độ cứng thô đại, đo 5 vị trí bất kì trên mẫu ta nhận được kết quả sau:

Từ ảnh tổ chức tế vi: ta có thể thấy tổ chức tế vi của mẫu sau ram là: ferit + Xementit

Với độ cứng trung bình sau 5 lần đo là: 42 HRC (nằm trong khoảng yêu cầu 40÷45 HRC), phù hợp điều kiện làm việc và yêu cầu cơ tính

Vậy nguyên công ram đã đạt yêu cầu

4 So sánh ảnh tổ chức tế vi của mẫu sau ram và mẫu ban đầu.

- So sánh 2 ảnh ta thấy tổ chức của 2 ảnh đều giống nhau gồm ferit +

Xementit Tuy nhiên, Xementit ở mẫu sau ram thì thô to hơn so với mẫu banđầu nên chính vì vậy mà mẫu ban đầu (44HRC) có độ cứng lớn hơn mẫu sauram (42HRC)

Dựa vào những kết quả phân tích có được, để sản xuất ra một chiếc cờ lê đápứng được yêu cầu kỹ thuật, công nghệ nhiệt luyện áp dụng đối với chi tiết này làtôi và ram trung bình

Vậy công nghệ nhiệt luyện đã áp dụng đối với chi tiết cờ lê là Tôi + Ram trung bình

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

1 Vật liệu học cơ sở (Nghiêm Hùng)

2 Sách tra cứu thép thế giới (tác giả Trần Văn Địch, Ngô Chí Phúc)

3 Công nghệ nhiệt luyện (Phạm Thị Minh Phương, Tạ Văn Thất)