CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO LỚP PHỦ TRÊN CHI TIẾT KHUÔN VÀ KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ Khuôn đúc áp lực hợp kim nhôm có kích thước lớn, khối lượng lớn Việc chế tạo lớp phủ toàn khuôn khó khăn Khuôn cấu tạo nhiều chi tiết làm việc, chi tiết có kích thước, vật liệu chế tạo khác Mặt khác thiết bị tạo lớp phủ tạo lớp phủ cho chi tiết có kích thước lớn đường kính bia Ti khối lượng lớn Việc tìm hiểu, nghiên cứu cấu tạo trình làm việc khuôn đúc áp lực nhôm để tìm vị trí, chi tiết trình làm việc ảnh hưởng lớn đến chất lượng vật đúc, đồng thời bị tác động lớn tiêu biểu cho khuôn cần thiết Một chu kỳ tạo sản phẩm đúc áp lực thường diễn nhanh (dưới phút) từ đóng khuôn, bắn nhôm, chờ sản phẩm nguội, mở khuôn, lấy sản phẩm Vị trí mà điều kiện làm việc khốc liệt chi tiết tạo lỗ cho sản phẩm đúc Cụ thể hai khuôn vòng ôm khuôn giá đỡ nhà máy Z117-Tổng cục Công nghiệp quốc phòng, chốt vòng ôm thao giá đỡ hai chi tiết thường xuyên xảy mòn khuôn, ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm đúc Khi làm việc, vị trí tạo lỗ hai chi tiết nhôm lỏng bao bọc xung quanh nên nhiệt độ cao, nhôm đông đặc trình rút khuôn ma sát bề mặt chi tiết lớn Chi tiết chịu áp lực trình đúc, bị mỏi nhiệt, đồng thời chịu ma sát lớn gây cho chi tiết bị hỏng mòn, tróc rỗ bề mặt Để có khảo sát đánh giá xác việc khảo sát đánh giá tiến hành mẫu thử chế tạo có vật liệu với chi tiết thử nghiệm (chi tiết khuôn) Các mẫu thử chi tiết thử nghiệm phủ TiN chế độ để đánh giá ảnh hưởng lớp phủ khuôn đúc áp lực, khuôn có lớp phủ phải: - Không thấm ướt với nhôm lỏng - Có khả chống mòn chống oxy hóa - Có khả thích ứng với ứng suất dư nhiệt sinh chu trình bắn vật liệu (nhiệt độ áp suất) trình ép khuôn đúc áp lực - Độ dính bám với vật liệu khuôn - tương tác có tính kỹ thuật - Có khả hạn chế bắt đầu vết nứt mỏi nhiệt (kiểm tra nhiệt) 70 3.1 Chế tạo mẫu thử 3.1.1 Mẫu kiểm tra tính chất lý Mẫu kiểm tra tính chất lý chế tạo nhà máy Z117 - Tổng cục Công nghiệp quốc phòng - Bộ Quốc phòng Số lượng mẫu: 20 mẫu; vật liệu chế tạo: SKD61 Kích thước: φ12, δ=3 Sau chế tạo, bề mặt mẫu đánh bóng ∇10 3.1.2 Các chi tiết thử nghiệm sản xuất nhà máy 3.1.2.1 Chốt vòng ôm Chốt vòng ôm chi tiết lắp khuôn tĩnh khuôn đúc vòng ôm, chốt tạo lỗ cho sản phẩm vòng ôm tay phanh xe máy Kích thước (hình 3.1), vị trí lắp chốt tạo lỗ khuôn (hình 3.2), khuôn lắp 12 chốt Kích thước khuôn tĩnh (450x400x220) khối lượng ∼300kg Hình 3.1 Chốt vòng ôm Chốt vòng ôm Hình 3.2 Vị trí lắp chốt vòng ôm khuôn đúc 71 Phần làm việc chốt có kích thước 13.1-0,03 Thực tế sản xuất nhà máy phần làm việc chốt thường bị mòn, bong tróc bề mặt nhanh chi tiết khác khuôn Các chốt khuôn tốc độ mòn phần làm việc khác gây ảnh hưởng tới việc sản xuất loạt Đồng thời việc thay hay sửa chữa tốn nhiều thời gian công sức làm giảm suất chạy máy Xung quanh chốt tạo lỗ ba chốt đẩy, sau vật đúc đông đặc chốt đẩy đẩy vật đúc khỏi khuôn Vật liệu chế tạo chốt vòng ôm: SKD61, nhiệt luyện đạt 58-60 HRC 3.1.2.2 Thao giá đỡ Thao giá đỡ chi tiết lắp khuôn đúc giá đỡ lựu đạn, chốt tạo lỗ cho sản phẩm giá đỡ lựu đạn Kích thước thao giá đỡ (hình 3.3), vị trí lắp khuôn (hình 3.4), gồm 02 thao Phần làm việc chốt có kích thước l=40 Khi đúc phần làm việc bị bao bọc kim loại lỏng, sau vật đúc đông đặc, thao rút khỏi sản phẩm Ảnh hưởng phần làm việc thao giá đỡ tương tự chốt tạo lỗ Nhưng chi tiết quân yêu cầu kỹ thuật cao, để đảm bảo an toàn cho công đoạn tiếp sau Do thao giá đỡ sửa chữa trình làm việc, có sai lệch đến mức cho phép chi tiết thay chi tiết Vật liệu chế tạo thao: SKD61, nhiệt luyện đạt 58-60 HRC Hình 3.3 Thao giá đỡ 72 Thao giá đỡ Hình 3.4 Vị trí lắp thao giá đỡ khuôn đúc 3.2 Công nghệ chế tạo màng TiN 3.2.1 Phương pháp sử dụng Ở phún xạ hoạt hóa cathode cao tần từ bia Ti khí Ar + N2 3.2.2 Thiết bị sử dụng Thiết bị Z550 hãng Leybold (hình 3.6) Với số đặc tính sau: - Tần số 13560Hz - Công suất max 2500W - Bia Ti φ200; δ = mm - Nhiệt độ đế vùng 350 - 4000C - Khoảng cách đế - bia: 7cm 3.2.3 Vật liệu sử dụng - Ti 99,99% Đức - Ar 99,99% Đức - N2 99% Việt nam - Một số hóa chất khác 73 Quy trình chế tạo lớp phủ TiN (hình 3.5) Trong bước thứ nhất, làm chi tiết coi bước quan trọng trình định độ dính bám lớp phủ Bước tạo lớp phủ bước để có lớp phủ đạt tiêu kỹ thuật Hai bước định quy trình công nghệ Siêu âm dung dịch kiềm yếu 2,5% Rửa chi tiết Rửa nước Xịt cồn 99,7% Xếp chi tiết vào buồng Sấy khô Tạo chân không cho buồng Tạo nguồn cao tần Tạo lớp phủ Điều chỉnh công suất cao tần Làm nguội Điều chỉnh khí N2 buồng Xả khí Duy trì dòng phún xạ Kiểm tra Hình 3.5 Quy trình công nghệ tạo lớp phủ thiết bị Z550 74 Buồng phún xạ Tủ điều khiển Hình 3.6 Thiết bị phún xạ Z550 3.2.4 Thao tác chế tạo Việc tạo màng TiN lên thép SKD61 phương pháp phún xạ cao tần thiết bị Z550 thực theo trình tự bước sau: 3.2.4.1 Làm bề mặt đế thép cách - Siêu âm nước rửa kiềm yếu (dung dịch nước 2,5%) thời gian 20 phút để loại bỏ dầu mỡ - Xả rửa nước máy 15 phút nhiệt độ phòng - Xịt cồn 99,7% - Sấy khô bề mặt 3.2.4.2 Mở buồng làm việc, xếp sản phẩm cần phủ lên mâm đỡ (hình 3.7) 3.2.4.3 Khởi động máy tạo chân không - Tạo khí nén hệ đạt 5atm - Tạo nước làm lạnh tuần hoàn áp đạt 5atm, lưu lượng 8lít/phút - Khởi động bơm học, mở van V3, hút chân không buồng làm việc đến chân không đạt > 1.10-2mbar - Cho bơm học hút bơm turbo, mở van V2 chân không đạt >1.10-2mbar - Khởi động bơm turbo mở van V1 cho chân không đạt - 1,2.10-5mbar 75 Lúc hệ máy trạng thái sẵn sàng làm việc, thời gian thực bước khoảng 60 phút Hình 3.7 Chi tiết xếp buồng trước phủ 3.2.5 Tiến hành tạo màng Bảng 3.1 Chế độ công nghệ chế tạo lớp phủ TiN tỷ lệ 1:1 thiết bị Z550 Thông số công nghệ Áp suất buồng chân không Áp suất riêng khí N2 đưa vào Áp suất riêng Ar đưa vào Công suất cao tần Công suất phản hồi Thế bias bia Ti Thế bias đế Thời gian trì Trị số 1,23.10-2mbar 2,2.10-4mbar 4,8.10-4mbar 1500W 50W 2000V 30 - 40V - Đưa khí nitơ vào buồng làm việc (N2 =130) Hiệu chỉnh van chiết lưu áp suất buồng ổn định 2,2.10-4mbar Thời gian ổn định chân không 15 phút - Đưa khí argon vào buồng làm việc (Ar =25) Hiệu chỉnh van chiết lưu áp suất ổn định 4,8.10-4mbar Thời gian ổn định chân không 15 phút (khí làm việc gồm argon nitơ) 76 - Áp suất làm việc buồng: 1,23.10-2mbar - Khởi động nguồn cao tần (60 giây để ổn định công suất phát) - Nối cao tần vào bia nâng công suất cao tần từ từ lên 1500W Đồng thời hiệu chỉnh mạch L - C để công suất phản hồi nhỏ nhất: 50W bias bia đạt 2000V - Hiệu chỉnh bias đế cỡ 30 - 40V - Duy trì khí nitơ vào buồng làm việc (N2 =130), thời gian trì 30 phút - Điều chỉnh khí nitơ vào buồng làm việc (N2 =135), thời gian trì 30 phút - Điều chỉnh khí nitơ vào buồng làm việc (N2 =140), thời gian trì Duy trì máy chạy ổn định suốt thời gian tạo màng Thời gian tạo màng 120 phút Độ dày lớp màng phụ thuộc vào thời gian Hình 3.8 Buồng phản ứng chế tạo màng TiN có tỉ lệ 1:1 3.2.6 Kết thúc trình tạo màng Hình 3.9 Chi tiết sau phủ 77 - Đưa công suất cao tần 0, lúc công suất phản hồi bias - Tắt nguồn phát cao tần - Đóng van chiết lưu khí argon nitơ - Đóng van V1, tắt bơm turbo - Đóng van V2, tắt bơm học Đến trình làm việc kết thúc 3.3 Đo tính chất lớp phủ 3.3.1 Đánh giá bề mặt lớp phủ Bề mặt lớp phủ chụp kính hiển vi KEYENCE -VK450 (digital micros copy) Bộ môn Cơ khí xác & Quang học- Đại học BKHN (Hình 3.10a) bề mặt lớp phủ TiN mịn, đồng đều, chiều dày lớp phủ (0,6±0,1µm) (hình 3.11); (hình 3.10b) chi tiết không phủ TiN có nhiều vết xước trình gia công để lại a) b) Hình 3.10 Bề mặt chụp kính hiển vi x1000 a) Chi tiết có phủ TiN; b) Chi tiết không phủ TiN Trong trình đúc áp lực bề mặt khuôn ảnh hưởng lớn đến khả dính khuôn nhôm lỏng Độ nhấp nhô bề mặt lớn điều kiện thuận lợi cho nhôm lỏng áp lực cao dính bám vào bề mặt khuôn, ảnh hưởng không tốt đến chất lượng vật đúc Quá trình làm việc, vị trí bám nhôm khuôn gây xước bề mặt chi tiết đúc Ma sát nhôm lỏng với bề mặt khuôn lớn, ảnh hưởng đến tách khuôn lấy sản phẩm đúc 78 Lớp phủ TiN Hình 3.11 Bề mặt 3D lớp phủ TiN chụp kính hiển vi x3000 3.3.2 Đo độ cứng lớp phủ Màng titannitrit xác định độ cứng tế vi theo phương pháp đo Vicker máy Microharte Pruefeinrichitung 100 CHLB Đức, sử dụng mũi kim cương Vicker, phòng Công nghệ Màng mỏng- Trung tâm Quang điện tử- Viện Ứng dụng công nghệ- Bộ Khoa học công nghệ Đo độ cứng màng TiN (hình 3.12): Nguyên lý đo: Hình 3.12 Nguyên lý đo Vickers Mũi thử trường hợp mũi hình tháp, có cạnh chia đều, có kích thước tiêu chuẩn, đáy vuông góc đỉnh 136o±30’ kim cương Mũi thử đuợc ấn vào vật liệu tác dụng tải trọng, có dải lực đo: micro 10g ÷ 1000g macro 1kg ÷ 100kg Với thời gian giữ tải trọng tiêu chuẩn 10 ÷ 15 giây Vết lõm mũi thử để lại vật liệu đo theo chiều dài đường chéo 79 đáy hình vuông vật liệu thử Vết đâm mẫu Hình 3.13 Thực thao tác đo độ cứng màng TiN phòng Công nghệ Màng mỏng - Trung tâm Quang điện tử Thiết bị đo độ cứng tế vi Mikrohärte-Prüfeinrichtung mhp 100 có hệ quang học với độ phóng đại 480 lần Tải trọng lớn đặt mũi thử 100 gf (980 mN) tải trọng nhỏ gf ( 19,6 mN) Tải trọng nhỏ thay đổi lần đo g (19,8 mN) Những thông số máy phù hợp việc đo độ cứng tế vi lớp phủ cứng với chiều dày nhỏ (cỡ vài µm) Độ cứng màng xác định bằng: HV = 1852 F/d2 Trong đó: F - Lực tác dụng d - Độ rộng vạch màng Kết biểu diễn (bảng 3.1): Bảng 3.2 Kết đo độ cứng màng TiN Mẫu Độ cứng (HV) Mẫu 1850 Mẫu 2000 Mẫu 2150 Mẫu 1900 3.3.3 Thử nghiệm sốc nhiệt Đúc áp lực cao công nghệ đúc có đặc trưng tượng đông đặc phức tạp dựa vào biến đổi thời gian ngắn tác động áp lực cao, khuôn giữ vai trò quan trọng trao đổi nhiệt Năng suất làm mát khuôn có mối quan hệ mật thiết với chu kì, độ xác kích thước sản phẩm, chất 80 lượng Sau 10 lần bắn khuôn (15 phút làm việc) nhiệt độ bề mặt khuôn nhiệt độ khuôn thay đổi (hình 3.14) ổn định, phân bố nhiệt độ bề mặt khuôn thay đổi dựa theo độ dày sản phẩm lượng nhiệt dung khuôn Khi làm việc khuôn chi tiết khuôn đúc bị nung nóng nhanh nhôm lỏng, thời gian ngắn Sau bề mặt khuôn làm nguội nước dầu tách khuôn Trong khuôn có hệ thống làm mát liên tục nước Quá trình thay đổi nhiệt độ diễn liên tục sau lần bắn nhôm lỏng vào khuôn tạo sản phẩm đúc Khoảng nhiệt độ thay đổi từ 150-3000C Những chi tiết tạo lỗ bị nung nóng tới 450-5500C Điều gây cho chi tiết bị mỏi nhiệt Hình 3.14 Thay đổi nhiệt độ khuôn theo thời gian từ sau khởi động khuôn Để kiểm tra khả chịu thay đổi nhiệt lớp phủ bề mặt khuôn khó khăn, khuôn đúc chế tạo xác, việc gắn cảm biến nhiệt vị trí kiểm tra khuôn sản xuất phức tạp Do đó, kiểm tra sốc nhiệt lớp phủ tiến hành mẫu (mục 3.1.1) phủ TiN mẻ chi tiết chốt vòng ôm (Hình 3.14) thể thay đổi nhiệt độ bề mặt khuôn thay đổi dạng sóng theo thời gian, thiết bị thử nghiệm khó điều chỉnh nhiệt độ theo giản đồ, thao tác thí nghiệm không trì sản xuất nên việc kiểm tra sốc nhiệt thực sau: Mẫu nung nhiệt độ 81 xác định (nung nóng phút, giữ nhiệt phút, làm nguội giây) lặp lại 10 lần thời gian 30 phút (hình 3.15) Hình 3.15 Thử nghiệm sốc nhiệt nhiệt độ khác Thử nghiệm sốc nhiệt lớp phủ TiN thực nhà máy Z117Tổng cục Công nghiệp quốc phòng-Bộ Quốc phòng 82 Mẫu thử nghiệm: Mẫu φ12, δ=3 phủ TiN Số lượng: 06 mẫu; Thiết bị thử nghiệm: Lò thử nghiệm: RJX4 (max 9000C±3) Hình 3.16 Mẫu thử sốc nhiệt phủ TiN Bảng 3.3 Điều kiện thử nghiệm sốc nhiệt Thời gian thử Nung Giữ nhiệt Làm nguội (phút) (phút) nước (giây) 1 TT Nhiệt độ thử (0C) Số lượng mẫu 450 2 500 1 550 1 Số lần thử Tổng thời gian thử (phút) 10 30 10 30 10 30 Kết thử nghiệm sốc nhiệt: Ở nhiệt độ 5500C lớp phủ TiN mẫu không bong Lớp phủ đưa vào ứng dụng để sản xuất Kết xác nhận nhà máy 3.3.4 Thử nghiệm khả dính bám nhôm lỏng lớp phủ TiN 3.3.4.1 Kiểm tra khả tách khuôn lớp phủ TiN Theo [1] thử nghiệm thực thực để kiểm tra khuynh hướng hàn dính kim loại lớp phủ Thử nghiệm sử dụng để kiểm tra hiệu khuôn bôi trơn với khuôn không bôi trơn giải phóng chất bôi trơn khỏi khuôn, đặc biệt hữu ích để xác định lớp phủ sử dụng khuôn khuôn đúc áp lực lý định nội tương tác lực ma sát lớp phủ kim loại rắn Một chi tiết hình trụ có phủ đặt nồi nấu kim loại gốm chứa nhôm lỏng đổ chặt xung quanh lõi trụ (hình 3.17a) [1] (Hình 3.17b) thí nghiệm luận văn gồm hai chốt trụ (1 chốt có phủ TiN chốt không phủ TiN) đặt cốc kim loại phủ bề mặt dầu tách khuôn chứa nhôm lỏng đổ chặt xung quanh chốt 83 Chốt không phủ TiN Chốt có phủ TiN a) b) Hình 3.17 Mẫu kiểm tra khả tách khuôn Lõi trụ nhôm cứng hóa lấy khỏi nồi nấu đặt kết cấu gá dạng dàn MTS (hình 3.18a) [1], lõi trụ kéo khỏi nhôm cứng hóa Biểu đồ tải đặt theo thời gian sau phân tích khả bám dính lực ma sát (Hình 3.18b) chốt trụ nhôm thí nghiệm gá gá (khối nhôm cố định trụ kim loại, đầu chốt kẹp chặt mỏ kẹp thiết bị kéo) a) b) Hình 3.18 Gá mẫu thử kéo Thực kéo chốt khỏi khối nhôm máy thử kéo INSTRON 5569 (max 50kN)- Trung tâm công nghệ vật liệu- Viện Ứng dụng công nghệ- Bộ Khoa học công nghệ Lắp mẫu gá kẹp, tiến hành kéo chốt tách khỏi khối nhôm Thí nghiệm xác định lực lớn chốt tách, lực ma sát lại chốt rời dần (hình 3.19) 84 Chốt Hình 3.19 Thử kéo a) Chi tiết có phủ TiN; b) Chi tiết không phủ TiN (Hình 3.20) trình bày đường cong “thời gian -tải” lớp phủ thép dụng cụ H13 cho kiểm tra tách khuôn [1] Các điểm cực đại đường cong tải trọng tới hạn để rút chốt trụ khỏi phần nhôm đúc, đại diện cho lực dính bám lực liên kết hàn lớp phủ nhôm rắn: Khi tải trọng tới hạn thấp lớp làm việc tách khuôn tốt Diện tích đường cong liên quan với lượng bám dính lớp phủ nhôm rắn, diện tích chia thành hai phần Các khu vực từ tải đến tải cực đại lượng kết dính, khu vực tải cực đại đến lấy chốt trụ hoàn toàn khỏi khối nhôm rắn liên quan đến lượng ma sát 20000 18000 16000 Lực kéo (N) 14000 12000 Series1 10000 Series2 8000 6000 4000 2000 Chiều dài kéo (mm) Hình 3.20 Đường cong Hình 3.21 Biểu đồ lực kéo mẫu thí nghiệm “thời gian-tải” [1] Series1: Chốt có phủ TiN; Series2: Chốt không phủ TiN 85 (Hình 3.21) biểu đồ “lực kéo-chiều dài kéo” (chiều dài kéo thay đổi tuyến tính theo thời gian) kéo chốt có phủ TiN chốt không phủ TiN khỏi khối nhôm, (bảng 3.4) thông số thí nghiệm mẫu có phủ TiN lực kéo tới hạn nhỏ (11354N), mẫu không phủ TiN lớn nhiều (17985N), đồng thời lực lại sau chốt tách khỏi khối nhôm nhỏ Bảng 3.4 Thông số thí nghiệm kéo Chốt có phủ TiN Chốt không phủ TiN 0 11354 17985 3582 7063 Chiều dài kéo (mm) 10 12 14 16 Lực kéo (N) 1894 1443 1055 1055 5907 5378 3219 2146 18 20 1055 1830 1055 1830 Kết luận: Mẫu có phủ TiN có khả tách khuôn tốt, giảm ma sát trình lấy sản phẩm tốt so với mẫu không phủ TiN 3.3.4.2 Kiểm tra khả thấm ướt nhôm lỏng lớp phủ TiN Trong kim loại lỏng nguyên tử liên kết với nhờ vào lực cân Do vậy, mà chất lỏng trạng thái cân Nhưng bề mặt tiếp xúc với môi trường khác (thành khuôn, không khí…), cân nói bị phá hủy mối liên kết kim loại lỏng môi trường (khuôn, không khí) có liên kết giá trị lại khác Tùy theo đặc tính kim loại, hợp kim môi trường tiếp xúc, mà người ta phân chia thành trường hợp để xem xét a) Nếu lực liên kết nguyên tử kim loại lỏng với mà lớn lực tương tác kim loại lỏng môi trường (thành khuôn), không cân lực làm bề mặt thoáng chất lỏng phồng lên (hình 3.22) Hình 3.22 Kim loại lỏng không thấm ướt khuôn 86 Nghĩa bề mặt kim loại dâng lên cao vị trí tiếp xúc kim loại với khuôn khoảng xác định Sự dâng lên làm cân ứng suất hình thành vị trí tiếp xúc khuôn kim loại Trong trường hợp này, kim loại lỏng không thấm ướt thành khuôn Nếu ta ký hiệu 1, thay cho kim loại lỏng, không khí khuôn, người ta viết sức căng (ứng suất) môi trường sau: Giữa kim loại lỏng không khí σ1,2; kim loại lỏng khuôn σ1,3; không khí khuôn σ2,3 Đối với trường hợp σ1,3 lớn σ2,3 theo (hình 3.22) trạng thái cân bằng, ta có: σ1,3 = σ1,2 cos(1800 - θ) + σ2,3 = σ2,3 - σ1,2 cosθ σ2,3 - σ1,3 cosθ = σ1,2 Sự không thấm ướt thành khuôn kim loại lỏng có ý nghĩa đặc biệt Hiện tượng ngăn cản kim loại xâm nhập vào lỗ hổng thành khuôn Như hạn chế bám dính kim loại lên thành khôn đúc b) Nếu sức căng bề mặt kim loại lỏng khuôn sức căng bề mặt không khí khuôn, nghĩa là: σ1,3 = σ2,3, trường hợp trung hòa Trong trường hợp tượng thâm nhập kim loại vào đẩy kim loại lỏng khỏi bề mặt khuôn, tiếp xúc với thành khuôn (hình 3.23) Góc θ = 900, cosθ = Do vậy, ta rút ra: σ1,3 = σ2,3 Hình 3.23 Kim loại lỏng trung hòa 87 c) Trường hợp thứ ba thể (hình 3.24) Đối với trường hợp σ1,3 < σ2,3 Trong trường hợp ta có: σ2,3 = σ1,2 cosθ + σ1,3 Từ rút ra: σ2,3 - σ1,3 θ < 900 cosθ = σ1,2 Hình 3.24 Kim loại lỏng thấm ướt khuôn Như vậy, trường hợp này, mức kim loại lỏng tiếp xúc với thành khuôn nâng lên Người ta nói rằng, khuôn dễ thấm ướt, nghĩa kim loại lỏng dễ chui lỗ hổng thành khuôn Điều làm xuất bám dính kim loại lên thành khôn đúc Chốt có phủ TiN Chốt không phủ TiN Nhôm không thấm ướt bề mặt chốt Nhôm thấm ướt bề mặt chốt Hình 3.25 Mẫu kiểm tra khả thấm ướt kim loại lỏng 88 Theo [1] vật liệu TiN có “chỉ số thấm ướt” thấp, chịu ma sát tốt, có khả làm việc thuận lợi Tại thí nghiệm kiểm tra khả tách khuôn lớp phủ TiN, quan sát chi tiết có phủ TiN, nhôm không thấm ướt bề mặt; chi tiết không phủ TiN nhôm thấm ướt lên bề mặt (hình 3.25) Lớp phủ TiN không thấm ướt kim loại lỏng, giảm ma sát khuôn sản xuất (Hình 3.26) bề mặt chốt sau kéo, chốt có phủ TiN bám nhôm không phủ TiN bám nhiều nhôm Chốt có phủ TiN Chốt không phủ TiN Hình 3.26 Chốt sau thí nghiệm kéo Khối nhôm cắm chốt có phủ TiN Khối nhôm cắm chốt không phủ TiN Hình 3.27 Khối nhôm sau thí nghiệm kéo 89 3.3.5 Thử nghiệm sản suất Chi tiết thử nghiệm sản xuất (mục 3.1.2.1) Chốt vòng ôm phủ TiN, lắp khuôn vòng ôm; Máy đúc áp lực: ZDC-150T-V2BP Điều kiện làm việc máy đúc áp lực: - Nhiệt độ nhôm: 6700C - Lực khóa khuôn: 150 - Đường kính đầu pitston: 50 mm - Áp lực bắn: 1145 kgf/cm2 Thực tế sản xuất nhà máy: Máy đúc làm việc 3ca/ngày để đảm bảo công suất làm việc tối đa máy, giảm thời gian, lượng tiêu hao lần đốt lò nấu chảy nhôm Một ca làm việc máy bắn 800 lần Để đảm bảo chất lượng sản phẩm an toàn trình sản xuất ca làm việc cho phép bắn tối đa 500 lần, trình bắn thử, kiểm tra sản phẩm, nung nóng khuôn ban đầu sau lần giao ca thời gian nghỉ ca công nhân Kết thử nghiệm xác nhận nhà máy Hình 3.28 Sản xuất thử nghiệm Nhà máy Z117-Tổng cục CNQP-Bộ QP 90 Kết quả: - Sử dụng thiết bị Z550 chế tạo lớp phủ TiN với tỷ lệ 1:1 thép SKD61 với phương pháp phún xạ cathode cao tần (RF - Sputtering) - Bề mặt lớp phủ TiN mịn đồng đều, độ dày 0,6±0,1µm Chất lượng bề mặt lớp phủ tốt bề mặt chi tiết sản xuất thực tế - Độ cứng lớp phủ TiN: 1800-2100 HV lớn độ cứng chi tiết sau nhiệt luyện 58-62 HRC (∼600HV) - Thử nghiệm sốc nhiệt (thay đổi nhiệt độ theo chu kỳ khuôn đúc) lớp phủ TiN chịu nhiệt độ 5500C không bị bong - Góc thấm ướt nhôm lỏng lớp phủ θ>900, nhôm lỏng không thấm ướt vào lớp phủ TiN trình đúc - Lực tách khuôn nhỏ (thử nghiệm kéo), bề mặt chốt có phủ TiN sau kéo nhôm dính bám ít, lực ma sát nhỏ Lớp phủ có khả giảm ma sát cho khuôn, giúp trình rút khuôn tốt, giảm dính bám cho khuôn đúc - Thử nghiệm thời gian sản xuất nhà máy chi tiết có phủ TiN tạo sản phẩm có chất lượng bề mặt tốt, đạt yêu cầu kỹ thuật Sau 45000 sản phẩm, lớp phủ bong, chi tiết tiếp tục sản xuất bình thường 91 ... dần (hình 3. 19) 84 Chốt Hình 3. 19 Thử kéo a) Chi tiết có phủ TiN; b) Chi tiết không phủ TiN (Hình 3. 20) trình bày đường cong “thời gian -tải” lớp phủ thép dụng cụ H 13 cho kiểm tra tách khuôn [1]... làm việc, thời gian thực bước khoảng 60 phút Hình 3. 7 Chi tiết xếp buồng trước phủ 3. 2.5 Tiến hành tạo màng Bảng 3. 1 Chế độ công nghệ chế tạo lớp phủ TiN tỷ lệ 1:1 thiết bị Z550 Thông số công nghệ... gian tạo màng Thời gian tạo màng 120 phút Độ dày lớp màng phụ thuộc vào thời gian Hình 3. 8 Buồng phản ứng chế tạo màng TiN có tỉ lệ 1:1 3. 2.6 Kết thúc trình tạo màng Hình 3. 9 Chi tiết sau phủ