Ứng dụng kỹ thuật nguội cưỡng bức nâng cao chất lượng nhiệt luyện chi tiết lớn

Trong điều kiện Việt Nam, hệ thống làm nguội thường chỉ là những bể dầu nguội tự nhiên, chỉ được thiết kế để tôi các chi tiết nhỏ hoặc lô sản xuất nhỏ. Thực tế, sản xuất cần nhiệt luyện các chi tiết lớn với lô hàng cỡ vừa, những bể tôi như vậy không đáp ứng yêu cầu. Các chi tiết như bánh răng lớn dùng trong thiết bị mỏ, sau khi tôi, độ cứng không đều trên bề mặt răng, nhất là phần chân răng, tạo nên nguyên nhân gây hỏng răng, không đáp ứng yêu cầu khách hàng. Vấn đề cơ bản là phải bảo đảm tốc độ nguội tại các bề mặt của chi tiết phải như nhau và giữa các chi tiết trong lô cũng như nhau.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng kỹ thuật nguội cưỡng bức nâng cao chất lượng nhiệt luyện chi tiết lớn T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(48) Tập 2/N¨m 2008 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT NGUỘI CƯỠNG BỨC NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG NHIỆT LUYỆN CHI TIẾT LỚN Đinh Bá Trụ (Học viện Kĩ thuật Quân sự) - Trần Đức Hưng ( Z179, Bộ Quốc phòng) 1. Đặt vấn đề Các chi tiết máy làm việc trong điều kiện tải trọng lớn như bánh răng, chi tiết vũ khí, các loại trục đều phải qua xử lí nhiệt tôi - ram. Yêu cầu cơ bản là bảo đảm tổ chức nhỏ mịn và tính năng đồng đều trên toàn tiết diện và trong lô sản xuất. Nhưng các chi tiết có hình dáng phức tạp xảy ra trường hợp chất lượng không tốt do điều kiện nung không đồng đều, điều kiện làm nguội với các tốc độ khác nhau tại các điểm và đối với các chi tiết trong lô. Một trong nguyên nhân gây khuyết tật là nhiệt độ môi trường tôi. Trong điều kiện Việt Nam, hệ thống làm nguội thường chỉ là những bể dầu nguội tự nhiên, chỉ được thiết kế để tôi các chi tiết nhỏ hoặc lô sản xuất nhỏ. Thực tế, sản xuất cần nhiệt luyện các chi tiết lớn với lô hàng cỡ vừa, những bể tôi như vậy không đáp ứng yêu cầu. Các chi tiết như bánh răng lớn dùng trong thiết bị mỏ, sau khi tôi, độ cứng không đều trên bề mặt răng, nhất là phần chân răng, tạo nên nguyên nhân gây hỏng răng, không đáp ứng yêu cầu khách hàng. Vấn đề cơ bản là phải bảo đảm tốc độ nguội tại các bề mặt của chi tiết phải như nhau và giữa các chi tiết trong lô cũng như nhau. Do yêu cầu sản xuất sản phNm có chất lượng, một thiết bị nguội cưỡng bức đã được thiết kế và chế tạo. 2. Cơ sở lí thuyết Môi trường tôi phải đáp ứng các yêu cầu: - Có thuộc tính làm nguội thích hợp, đối với thép cacbon và thép hợp kim thấp, khi nguội trên 6500C, ôstennit có tính ổn định cao có thể nguội chậm, nhưng khi nhiệt độ dưới 650~4000C cần có tốc độ nguội nhanh, sau đó dưới điểm Ms có tốc độ nguội chậm lại. Tuy nhiên, để tạo được môi trường tôi phù hợp với từng mác vật liệu và từng loại hình dáng kích thước là rất khó. Đối với thép hợp kim thường sử dụng dầu. - Môi trường tôi có tính ổn định tốt, không bị phân giải trong quá trình sử dụng, không biến chất. Dầu là một chất có độ phân hủy chậm. - Làm nguội đồng đều, đối với chi tiết phức tạp, tại các bề mặt khác nhau tốc độ làm nguội khác nhau. Sự đồng đều đó phụ thuộc loại dầu, chất lượng dầu, điều kiện khuấy đảo dầu. - Sau khi tôi không gây bNn trên bề mặt. Khi chi tiết nhúng trong dầu, xảy ra 3 giai đoạn: Lớp dầu bề mặt sôi, hình thành màng bọt trên bề mặt chi tiết và truyền nhiệt đối lưu kim loại – dầu, nên khi tôi cần sử dụng môi trường tôi và thao tác để khử tác động xấu của 2 giai đoạn đầu, nhanh chóng truyền nhiệt làm nguội. Thế giới đã xuất hiện rất nhiều loại môi trường tôi, nhưng tại Việt Nam, thông thường vẫn chọn dầu làm môi trường tôi. Tốc độ nguội (độ/s) của dầu trong khoảng nhiệt độ thép 600~500 là 100~150 0/s, ở nhiệt độ 30~2000C là 20~25 0/s. Nhưng khi nhiệt độ dầu tăng lên, tốc độ nguội giảm đi và giảm khả năng tôi của dầu, ngoài ra dầu dễ bốc cháy, bốc mùi. 31 Héi th¶o Khoa häc toµn quèc C«ng nghÖ vËt liÖu vµ bÒ mÆt - Th¸i Nguyªn 2008 Hình 1. Giản đồ CCT thép hợp kim kết cấu N−íc ra BÓ dÇu N−íc vµo Hình 2. Bể làm nguội Xét giản đồ CCT nguội liên tục của một mác thép hợp kim thấp độ bền cao. Các đường đậm là đường phân vùng tổ chức của thép tại các phạm vi nhiệt độ khác nhau khi nguội liên tục. Các đường cong là đường nguội tương ứng với một tốc độ nhất định. Chi tiết sau khi ôstennit hóa được làm nguội theo các tốc độ nguội khác nhau sẽ cho các tổ chức khác nhau và độ cứng khác nhau. Khi tôi, tốc độ nguội phải lớn hơn tốc độ nguội tới hạn, để thu được tổ chức của thép chỉ có mactenxit. Các yếu tố quyết định đến sự ổn định của tốc độ nguội là: - Hình dáng chi tiết; - Kích thước chi tiết; - Tốc độ làm nguội của môi trường tôi; - Nhiệt độ của môi trường tôi; - Tỉ lệ kích thước của chi tiết và bể tôi; 3. Thiết kế chế tạo thiết bị tôi 3.1. Thiết kế nguyên lý làm việc của hệ thống Sơ đồ nguyên lí làm việc của hệ thống làm nguội cưỡng bức dầu tôi sản phNm trong nhiệt luyện được chỉ ra theo hình 3. Nguyên lí làm việc của hệ thống như sau: Dầu nóng trong bể dầu tôi được hút ra nhờ bơm li tâm đNy đến giàn ống φ 26 bằng đồng, có dạng uốn cong xoắn, ngâm trong nước và được 32 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(48) Tập 2/N¨m 2008 vòi nước xả trực tiếp lên giàn ống, nước nóng qua miệng bể tràn ra ngoài. Dầu sau khi được làm nguội đi về bể dầu theo đường ống φ 60. Côm trao ®æi nhiÖt B¬m li t©m BÓ n−íc BÓ dÇu Máy bơm dầu Hình 3: Sơ đồ nguyên lí làm việc của hệ thống làm nguội cưỡng bức dầu Hệ thống làm nguội cưỡng bức được tính toán thiết kế trên cơ sở: - Nghiên cứu tính năng nguội của dầu, bảo đảm tốc độ dầu làm nguội khi tôi các chi tiết khác nhau phải như nhau; - Tính toán bài toán làm nguội, làm cơ sở tính toán lưu lượng và tốc độ dòng dầu bơn phun; - Tính toán quá trình trao đổi nhiệt để hệ thống làm việc ổn định; - Tính toán lại quy trình tôi, kĩ thuật nhúng và lắc, thời gian phun dầu, bảo đảm yêu cầu khi chi tiết nguội qua nhiệt độ 600-450 0C có tốc độ nhanh, sau đó có thể nguội chạm bằng cách lấy sớm sản phNm khỏi bể tôi. 3.2. Các thông số của hệ thống làm nguội cưỡng bức * Bể dầu tôi sản phJm + Dung tích bể: 1200 x 2100 x 1800 + Lượng dầu tôi: 3,2 ÷ 4,0m3 - Vật liệu chế tạo: + Khung bể + gầm dùng thép góc L 65 x 65 x 5 + Thành bể làm bằng thép CT3 dày 5mm 33 Héi th¶o Khoa häc toµn quèc C«ng nghÖ vËt liÖu vµ bÒ mÆt - Th¸i Nguyªn 2008 * Giàn làm nguội- Dàn ống trao đổi nhiệt gồm 12 bộ được lắp theo hình sau èng dÉn dầu vào dÇu vµo èng dÉn dÇu ra Hình 4: Dàn ống trao đổi nhiệt Ống trao đổi nhiệt làm bằng ống đồng φ 26m uốn như hình 4 trong một mặt phẳng. Sau đó liên kết hàn các ống theo mặt vuông góc với 2 ống dẫn nước vào-ra φ 60. * Bể nước làm nguội giàn trao đổi nhiệt - Kích thước bể nước vừa đủ đặt giàn trao đổi nhiệt, hình 5. * Bơm dầu và hệ thống đường ống - Dùng bơm li tâm được chế tạo bằng đồng và Inox không rỉ có công suất 24m3/h. - Bơm dầu được lắp đặt ngay cạn ...