Báo cáo TN kỹ thuật chế tạo 1

XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ RÓT ĐỐI VỚI ĐỘ CHẢY LOÃNG CỦA KIM LOẠI ĐÚC KẼM-Zn...1 1... Mục đích thí nghiệm - Biết tính đúc của kim loại là gì, các yếu tố nào ảnh hưởng đến tính đúc

Mục Lục BÀI 1 XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ RÓT ĐỐI VỚI ĐỘ CHẢY

LOÃNG CỦA KIM LOẠI ĐÚC (KẼM-Zn) 1

1 Mục đích thí nghiệm 1

2 Cơ sở lý thuyết 1

2.1 Tính đúc của kim loại 1

2.2 Tính chất cũa kẽm 2

3.Dụng cụ thí nghiệm 3

Hình 1.1 Lò nung điện trở 3

Hình 1.2 Kẹp phôi, kẹp cốc 3

Hình 1.3 Thiết bị hỗ trợ rót kim loại 4

Hình 1.4 Khuôn kim loại 4

Hình 1.5 Máy cắt mẫu 4

4 Thực hiện thí nghiệm 4

5.Bảng số liệu 5

Bảng 1.1 Bề dày các thanh rãnh trên khuôn mẫu (mm) nhiệt độ nung thép 5000C 5

Hình 1.6 Mẫu nung 5000C sau khi rót vào khuôn 5

Bảng 1.2 Bề dày các thanh rãnh trên khuôn mẫu (mm) nhiệt độ nung thép 5500C 5

Bảng 1.3 Nhiệt độ của khuôn nhôm từng giây 6

Hình 1.7 Đồ thị nhiệt độ khuôn nhôm theo từng giây 7

Hình 1.8 : Vật đúc sau khi đút khuôn 7

Bảng 1.4 Nhiệt độ khuôn thép từng giây 8

Hình 1.9 Đồ thị nhiệt độ khuôn thép theo từng giây 9

6 Nhận xét và rút ra kết luận 9

BÀI 2 XÁC ĐỊNH ĐỘ ĐÀN HỒI NGƯỢC TRONG BIẾN DẠNG UỐN 10

1 Mục đích thí nghiệm 10

2 Cơ sở lý thuyết 11

Hình 2.1 Hình quá trình uốn 11

Hình 2.2 Máy uốn kim loại 13

4 Tiến hành thí nghiệm 13

4.1 Vật liệu thí nghiệm 13

4.2 Thiết bị thí nghiệm 13

4.3 Thực hiện thí nghiệm 13

Bảng 3.1: Tính đường kính trung bình 14

5 Nhận xét kết quả thí nghiệm 15

BÀI 3 XÁC ĐỊNH BIẾN DẠNG VÀ TÍNH ỨNG SUẤT TRONG MỐI HÀN HỒ QUANG (MIG/MAG) 15

1 Mục đích thí nghiệm 15

2 Tóm tắc lý thuyết 15

2.1 Hàn hồ quang: 15

2.2 Hàn MIG/MAG: 16

2.3 Ứng suất và biến dạng mối hàn: 17

3.Dụng cụ thí nghiệm 19

Hình 3.1 Máy hàn hồ quang 19

4 Trình tự thí nghiệm 19

5 Kết quả thí nghiệm 20

Bảng 3.1: Chiều dày thanh 20

6 Nhận xét – đánh giá 24

BÀI 1 XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ RÓT ĐỐI VỚI ĐỘ CHẢY

LOÃNG CỦA KIM LOẠI ĐÚC (KẼM-Zn)

1 Mục đích thí nghiệm

- Biết tính đúc của kim loại là gì, các yếu tố nào ảnh hưởng đến tính đúc củakim loại;

- Biết tính chất của một kim loại hoặc hợp kim (cụ thể là Kẽm);

- Biết cách chuẩn bị, tiến hành thí nghiệm kiểm tra, lấy số liệu và xử lý số liệu thu được

- Kiểm tra ảnh hưởng của nhiệt độ rót đến độ chảy loãng của kim loại đúc;

2.1 Tính đúc của kim loại

Sản xuất đúc được phát triển rất mạnh và được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp khối lượng vật đúc trung bình chiếm khoảng 40 - 80%tổng khối lượng của máy móc và trong ngành cơ khí khối lượng vật đúc chiếmđến 90% mà giá thành chỉ chiếm 20-25% Tính đúc của hợp kim được xác định bằng các yếu tố:

- Tính chảy loãng: Tính chảy loãng là mức độ chảy loãng hay sệt của hợp

kim đúc, nó quyết định khả năng điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét Có các yếu tố ảnh hưởng đến tính chảy loãng của hợp kim đúc:

• Nhiệt độ: T0 tăng lên (ở T0 nhất định) thì tính chảy loãng tăng

• Cấu tạo hợp kim: Gang xám có tính chảy loãng cao nhất

• Tạp chất: làm tăng độ sệt thuỷ lực

• Ảnh hưởng của khuôn, thành phần hoá học và hình thức rót kim loại vào khuôn

• Dùng mẫu thử có rãnh xoắn ốc, mẫu thử rãnh

• Kim loại lỏng được rót vào cốc rót và chảy theo rãnh của mẫu thử

• Độ chảy loãng của hợp kim đúc được xác định bằng chiều dài kim loại điền

• Chiều dài đó càng lớn thì độ chảy loãng càng lớn.

- Tính thiên tích: Là sự không đồng nhất về thành phần hoá học trong từng

phần của vật đúc

Có 2 loại thiên tích:

• Thiên tích vùng: Là sự không đồng nhất về thành phần hoá học trong từng vùng của vật đúc Nguyên nhân là do tỷ trọng các nguyên tố trong hợp kim khác nhau và trong từng phần phần của vật đúc có sự chênh lệch áp suất

• Thiên tích trong nội bộ hạt kim loại: do các nguyên nhân sau: Sự kết tinh của các nguyên tố hợp kim không cùng một lúc; Ngay trong hạt kim loại cũng lẫn xĩ và tạp chất; Do sự thẩm thấu giữa các phần tử trong hợp kim không triệt để

- Tính co: Tính co là hiện tượng giảm thể tích và chiều dài của hợp kim khi

T0 giảm xuống

Có 2 loại:

• Lõm co: Là những lổ rỗng hình nón hình thành ở trên bề mặt vật đúc Nguyên nhân là do lớp ngoài đông đặc trước lớp trong khí, nước trong kim loại thoát ra ngoài

• Rổ co: Là những lổ rỗng nhỏ nằm bên trong vật đúc, nằm dọc trục thỏi đúc

và nằm dưới lõm co

- Tính hoà tan khí: Tính hòa tan khí là sự hoà tan các khí: O2, H2, N2, CO,

CO2, CH4 vào kim loại lỏng gây nên rỗ khí

• Mật độ ở thể lỏng tại nhiệt độ nóng chảy: 6,.7 g/cm3.

• Nhiệt lượng nóng chảy: 7.32 kJ/mol

• Nhiệt bay hơi: 123.6 kJ/mol

• Nhiệt dung: 25.470 kJ/mol

Hình 1.3 Thiết bị hỗ trợ rót kim loại

Hình 1.4 Khuôn kim loại

Hình 1.5 Máy cắt mẫu

4 Thực hiện thí nghiệm

Bước 1 Bật lò nấu ở nhiệt độ 5000C

Bước 2 Cắt mẫu phôi kẽm theo kích thước phù hợp cốc nấu

Bước 3 Cho mẫu vào cốc nấu và nấu mẫu phôi kẽm ở nhiệt độ 5000C đến khi phôi kẽm chảy hoàn toàn

Bước 4 Làm vệ sinh sạch khuôn mẫu thử, ráp khuôn mẫu thử, kiểm tra

độ kín khít, cố định vị trí rót, …

Bước 5 Tiến hành rót kẽm ở nhiệt độ 5000C vào khuôn mẫu thử, lượng kim loại lỏng còn dư thì rót vào khuôn tạo phôi Lưu ý, không để kẽm lỏng trong cốc nấu

Bước 6 Tháo khuôn mẫu thử, lấu mẫu thử và tiến hành đo các thông số

để xác định độ chảy loãng của kẽm ở nhiệt độ 5000C

Bước 7 Nâng nhiệt độ lò lên 5500C và tiến hành giống các bước trước đó

5.Bảng số liệu

Bảng 1.1 Bề dày các thanh rãnh trên khuôn mẫu (mm) nhiệt độ nung thép 500 0 C

Hình 1.6 Mẫu nung 500 0 C sau khi rót vào khuôn

Bảng 1.2 Bề dày các thanh rãnh trên khuôn mẫu (mm) nhiệt độ nung thép 550 0 C

Bảng 1.3 Nhiệt độ của khuôn nhôm từng giây

Nhiệt độ ban đầu của khuôn nhôm: 43.7 0C

Hình 1.7 Đồ thị nhiệt độ khuôn nhôm theo từng giây

Hình 1.8 : Vật đúc sau khi đút khuôn

s

0C

Bảng 1.4 Nhiệt độ khuôn thép từng giây

Nhiệt độ ban đầu khuôn thép: 22.9 0C

n thép từng giây

Hình 1.9 Đồ thị nhiệt độ khuôn thép theo từng giây

6 Nhận xét và rút ra kết luận

Thí nghiệm 1: Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ rót tới độ chảy loãng của kim loại đúc (Kẽm-Zn)

- Ảnh hưởng của nhiệt độ rót tới tính chảy loãng:

+ Ở các nhiệt độ rót khác nhau tính chảy loãng của kim loại (Zn) khác nhau

rõ rệt

+ Khi nhiệt độ rót tăng dần từ 500oC, 550oC chiều dài các rãnh được kim loại điền đầy tăng lên ở nhánh L3,L4,L5,L6 nhưng ở những nhánh còn lại thì chưa giảm vì có sai số hoặc thực hiên sai quy trình (rót không đều tay, rót chậm )

+ Đồng thời trong quá trình làm thí nghiệm ở các nhiệt độ cao quá trình rót dễdàng hơn, thời gian nguội của kim loại chậm hơn nên lượng khuôn được điền đầy nhiều hơn

+ Tuy nhiên khi nhiệt độ rót cao dễ gây các khuyết tật như lõm co, rỗ co,lỗ khítrên bề mặt vật đúc Do khi ở nhiệt độ càng cao kim loại nở ra càng nhiều nên khi nguội kim loại co lại sẽ không đủ thể tích điền đầy khuôn gây ra các khuyết tật

Vậy có thể kết luận nhiệt độ rót là yêu tố ảnh hưởng quan trọng đến độ chảy loãng của kim loại đúc Nhiệt độ rót càng cao độ chảy loãng càng lớn Tuy nhiên nếu nhiệt độ rót quá cao dễ gây ra các khuyết tật cho vật đúc

- Ảnh hưởng của khuôn đến tính chảy loãng của kim loại đúc.

+ Khuôn có độ nhám cao, độ ẩm lớn sẽ làm tăng tính chảy loãng của kim loại

+ Hệ số truyền nhiệt của khuôn ảnh hưởng tới thời gian đông đặc của vật đúc Thời gian đông đặc càng nhanh thì tính chảy loãng càng giảm do kim loại đông đặc cảng trở phần kim loại lỏng chảy qua

Thí nghiệm 2: Nhiệt độ của khuôn kim loại trong quá trình đúc

+Trong quá trình rót kim loại nhiệt độ khuôn đúc tăng dần đến điểm max rồi

+ Khi kim loại đúc nguội xuống nhiệt độ thấp khuôn kim loại cũng giảm nhiệt

độ lúc này đồ thị đi xuống

+ Tuy nhiên trong thực tế kết quả đo có sự dao động lên xuống tại các điểm gần nhau Nguyên nhân là do các tác độ từ bên ngoài như thao tác của người đo

k tập trung giũ yên được 1 điểm, quạt máy, làm ảnh hưởng đến thiết bị đo

 Trong quá trình đúc khuôn kim loại nhiệt độ khuôn tăng dần do hấp thụ nhiệt của kim loại nóng chảy đến một giá trị max rồi bắt đầu nguội do

lượng kim loại lõng bên trong đã nguội xuống nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ rót ban đầu

BÀI 2 XÁC ĐỊNH ĐỘ ĐÀN HỒI NGƯỢC TRONG BIẾN DẠNG UỐN

1 Mục đích thí nghiệm

- Làm quen với các loại uốn kim loại tấm

- Xác định góc uốn, độ bù trừ góc uốn

- Biết các thiết bị uốn, quy trình uốn và cách thực hiện

- Cách thí nghiệm, thu thập số liệu và tính toán bài toán thực tế

- Biết cách nhận xét và đưa ra kết luận về kết quả thí nghiệm và kết quả tính toán

- Như vậy, có thể thấy lớp trung hoà không phải là một lớp mang tính chất vật lý nào đó, có thể thấy được mà nó là một mặt cong quy ước chạy qua các lớpphôi khác nhau.

- Bởi vì các vật liệu đều có mô đun đàn hồi, nên khi biến dạng dẻo vật sẽ phục hồi lại một phần khi thôi tác dụng lực Trong uốn, phục hồi này còn được gọi là đàn hồi ngược Như trong hình, góc uốn cuối cùng và bán kính uốn cuối cùng sẽ lớn hơn góc và bán kính uốn ban đầu (đàn hồi ngược không chỉ xảy ra trong vật liệu tấm, mà còn xảy ra trong thanh, dây, …)

- Công thức bên dưới được xây dựng từ thực nghiệm:

• Y là giới hạn chảy của vật liệu

• E là mô đun đàn hồi

• φ là góc uốn nhận được sau khi đàn hồi ngược

• α là góc uốn

Trong bài thí nghiệm này, ta không đi xác định chính xác giới hạn chảy và

mô đun đàn hồi của vật liệu, mà ta chỉ đi tìm tỉ số của chúng, hay là tỉ số Y/E

- Bước 1: Nhận 2 mẫu có bề dày khác nhau, mài sơ lớp gỉ bên ngoài.

- Bước 2: Đo bề dày T1 và T2, mỗi mẫu đo 5 lần

- Bước 3: Tiến hành uốn mẫu trên thiết bị uốn với bán kính uốn là 80 (mm),góc uốn là 90 độ Giữ lực tại vị trí uốn là 5 giây mới thôi tác dụng lực và lấy

Y/E của vật liệu.

- Bước 6: Từ hệ số Y/E tính được từ số liệu, ta tiến hành tính góc uốn cầnthiết để sau khi đàn hồi ngược xảy ra thì ta được góc uốn 90 độ

- Bước 7: Thực hiện tương tự các bước từ 1 đến 4 để kiểm tra giá trị góc uốn

tính toán so với giá trị thực nghiệm thu được

* Đối với mẫu sử dụng chung: Ri = 80 (mm) và α = 90º

- Giữa kết quả tính toán và thực nghiệm có sự khác nhau Sự khác nhau đó là

do quá trình vẽ tiếp tuyến để đo bán kính của mẫu sau uốn không thể chính

xác tuyệt đối, ngoài ra còn do sự không đồng đều của vật liệu mẫu

- Trong thực tế, do không thể biết chính xác được giá trị của Y/E cho nên ta

phải đi làm thí nghiệm tương tự để tìm ra góc uốn thích hợp để có được gócsau khi uốn như mong muốn

- Nguyên nhân dẫn đến sai số đó là:

+ Trong quá trình tính toán đã có sai số làm lệch đi góc uốn

+ Trong quá trình uốn kẹp mẫu không thẳng, lúc uốn tác dụng lực không đều.+ Nguyên nhân dẫn đến sai số do sai lệch thiết bị trong quá trình làm thí nghiệm,

do đo bằng thước dẫn đến sai số trong quá trình đo

+ Thông qua thí nghiệm, có thể nhận thấy với sự phân bố tiết diện khác nhau giữa 2 thanh thép ảnh hưởng đến góc uốn, gây nên sai số trong quá trình uốn.+ Trong quá trình uốn có thể hình thành các khuyết tật kim loại như tách và nếp nhăn

BÀI 3 XÁC ĐỊNH BIẾN DẠNG VÀ TÍNH ỨNG SUẤT TRONG MỐI HÀN HỒ

Khi đầu que hàn tiếp xúc với bề mặt vật hàn sẽ sinh ra hiện tượng ngắn mạch và tại vị trí tiếp xúc sẽ có nhiệt độ rất cao Sau đó, khi nhất que hàn ra khỏi vật hàn ở một khoảng cách nhất định thì khoảng không khí đó sẽ trở thành chất dẫn điện và phát sinh dòng điện, sinh ra nhiệt và ánh sáng mạnh

Hồ quang là hiện tượng phóng điện ổn định trong môi trường khí, giữa hai điện cực âm và dương Hồ quang bao gồm nguồn nhiệt lớn, ánh sáng mạnh và tập trung

Để có hồ quang xuất hiện, cần có các điều kiện sau:

- Giữa hai đầu điện cực (que hàn và vật hàn) cần phải có điện áp Điện áp tối thiểu để duy trì hồ quang cháy là ở mức 40÷80V

- Giữa hai điện cực phải có khoảng hở để xuất hiện điện tử trung hòa

- Quá trình xuất hiện hồ quang xảy ra trong thời gian rất ngắn nhưng có thể mô tả thành 4 giai đoạn sau:

- Do bề mặt que hàn và vật hàn không phẳng nên hồ quang sẽ xuất hiện tại

vị trí vật hàn nhô cao hơn (hình a)

- Vì hồ quang chỉ xuất hiện cục bộ nên tại vị trí đó sẽ sinh ra nhiệt lượng rất lớn làm cho kim loại nóng chảy và điền đầy không gian giữa hai điện cực Lúc này kim loại nóng chảy đóng vai trò là dây dẫn giữa que hàn và vật hàn (hình b)

- Khi kéo que hàn ra khỏi vật hàn một khoảng cách nhất định, do tác dụng của điện trường làm cho dòng kim loại bị dãn dài ra và tiết diện ngang bị giảm xuống còn mật độ dòng điện thì tăng lên (hình c).

- Tại vị trí thắt, kim loại nóng chảy nhanh chóng đạt đến nhiệt độ sôi và bốc hơi Khi dòng kim loại lỏng bị đứt ra và chuyển vào bể hàn thì hồ quang được hình thành (hình d)

2.2 Hàn MIG/MAG:

Hàn MIG/MAG thuộc nhóm GMAW (Tên gọi quốc tế của hàn hồ quang kim

loại trong môi trường khí bảo vệ là GMAW -Gas Metal Arc Welding ) là phương

pháp hàn sử dụng nguồn nhiệt từ hồ quang cháy giữa dây điện cực rắn cấp liên tục nhờ một bộ cấp dây tốc độ không đổi Trong hàn MIG, vũng cháy hình thành được bảo vệ bằng dòng khí trơ; còn hàn MAG dùng dòng khí hoạt hóa Phương pháp này còn gọi là hàn bán tự động nhưng đó vẫn chưa phải là tên gọi đúng Trong công nghiệp khi hàn với khí bảo vệ là CO2, hàn MAG còn được gọi là hàn dây hoặc hàn CO2

Ba bộ phận quan trọng kiểm soát quá trình hàn

1 Súng hàn và cáp hàn

2 Thiết bị cấp dây

3 Nguồn điện hàn

Thiết bị hàn MIG/MAG

2.3 Ứng suất và biến dạng mối hàn:

Biến dạng và ứng suất khi hàn xuất hiện và tồn tại trong kết cấu hàn là do bản thân quá trình hàn gây nên Chúng có ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc

và chất lượng sản phẩm Biến dạng và ứng suất khi hàn xuất hiện và tồn tại trong kết cấu hàn là do bản thân quá trình hàn gây nên Chúng có ảnh hưởng lớnđến khả năng làm việc và chất lượng sản phẩm

Nguyên nhân gây ra biến dạng và ứng suất của biến dạng khi hàn:

- Nung nóng không đều kim loại vật hàn

- Độ ngót đúc của kim loại nóng chảy của mối hàn

- Các biến đổi cơ cấu trong vùng gần mối hàn

Sau khi để nguội , chi tiết để tự do cong lõm về phía hàn nó bị uốn cong do momen uốn M và chuyển vị f được xác định theo công thức:

2

8

ML f EI



Trong đó:

f : chuyển vị (mm)

M: momen uốn (Nmm)

L: Chiều dài tấm hàn

E: Mô đun đàn hồi

I: momen quán tính của tấm hàn

Từ momen uốn ta tính được ứng suất uốn thông qua công thức:

M W

100-150 Bước 2: Làm sạch các mẫu bằng giấy nhám và đo bề dày mẫu

- Bước 3: Đo chiều dày của từng mẫu 5 lần Sau đó kẽ đường hàn 100(mm) cho

- Bước 4: Hàn 1 đường hàn đối với mẫu để tự do dài 100(mm) và 150(mm) sau

đó để nguội và đo chuyển vị f

- Bước 5: Hàn 1 đường hàn đối với mẫu 150(mm) và 200(mm) đã được kẹp chặt

2 đầu với chiều dài sau khi kẹp là 100(mm) và 150(mm) sau đó để nguội và đo chuyển vị f

- Bước 6: Tính toán, xử lí số liệu và nhận xét, đánh giá

Bảng 3.1: Chiều dày thanh

Thanh 100 kẹp Thanh 150 kẹp Thanh 100 Thanh 150

Độ võng theo phương z không đáng kể nên bỏ qua.

( với b là chiều rộng mẫu; h là chiều dày mẫu)

Vậy momen uốn M là: M x=8 ×2 ×2 ×105×75,642

( với b là chiều rộng mẫu; h là chiều dày mẫu)

Vậy momen uốn Mx là: M x=8 ×5,5 × 2×105× 113,76

2

)

 Mẫu dài 150(mm) có kẹp cố định khi hàn 100 (mm) có chuyển vị f lớn nhất là 1,3 (mm)

( với b là chiều dài mẫu; h là chiều dày mẫu)

Vậy momen uốn M là: M= 8 ×1,3 ×2 ×105×80,303

Với E=2.105 N/mm2 (đối với các loại thép thì E gần bằng 2,105 N/mm2)

( với b là chiều rộng mẫu; h là chiều dày mẫu)

Vậy momen uốn M là: M= 8 ×1 ×2 ×10

( với b là chiều dài mẫu; h là chiều dày mẫu)

Vậy momen uốn M là: M= 8 ×2 ×2 ×105×112486,4

+ Thanh cong xuống

+ Theo số liệu ta thấy thanh dài 150mm cong nhiều hơn thanh dài 100mm bởi vì mặt hàn của thanh 150 giãn nở nhiều hơn so vơi thanh 100mm

 Thanh hàn kẹp

+ Thanh cong lên

+ Thanh 100 con nhiều hơn thanh 150 , do ứng suất nén của thanh 100 lớn hơn ứng suất nén của thanh 150 => phản lực của thanh 100 lớn hơn làm cho thanh 100 cong nhiều hơn