Đang tải... (xem toàn văn)
Tin học ứng dụng Công nghệ chế tạo Chi tiết máy Dụng cụ gia công
BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2007 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THẤM NI-TƠ XUNG PLASMA Ở NHIỆT ĐỘ THẤP (570-6000C) TRONG CHẾ TẠO DỤNG CỤ CẮT GỌT VÀ CHI TIẾT MÁY Ký hiệu: 94-07.RD/HĐ-KHCN Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Nghiên cứu Cơ khí Chủ nhiệm đề tài: Lục Vân Thương 6821 25/4/2008 Hà Nội - 2007 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2007 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THẤM NI-TƠ XUNG PLASMA Ở NHIỆT ĐỘ THẤP (570-6000C) TRONG CHẾ TẠO DỤNG CỤ CẮT GỌT VÀ CHI TIẾT MÁY Ký hiệu: 94-07.RD/HĐ-KHCN Thủ trưởng đơn vị Chủ nhiệm đề tài (Ký tên, đóng dấu) (Ký, ghi rõ họ tên) Hà Nội - 2007 Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007 Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM MC LC Trang M U 3CHNG 1. TNG QUAN 51.1. Mc tiờu, nhim v nghiờn cu ti 51.1.1. Mc tiờu ca ti 51.1.2. Nhim v nghiờn cu 51.2. Tm quan trng ca cụng ngh nhit luyn v húa nhit luyn 5 1.3. Cụng ngh nhit luyn 5 1.3.1. Cỏc thụng s liờn quan trong quỏ trỡnh nhit luyn 5 1.3.2. Phõn loi cỏc dng nhit luyn 61.4. Cụng ngh hoỏ nhit luyn 7 1.4.1. C s ca hoỏ nhit luyn 7 1.4.2. c im v mc ớch ca hoỏ nhit luyn 91.5. Quỏ trỡnh phỏt trin cụng ngh thm ni-t xung plasma trờn th gii 10 1.5.1. S hỡnh thnh cụng ngh cỏc nc cụng nghip phỏt trin 10 1.5.2. Cỏc chng loi thit b c bn trờn th gii 11 1.5.3. Vt liu chi tit mỏy v cỏc tớnh cht sau khi thm ni-t 131.5. Quỏ trỡnh phỏt trin cụng ngh thm ni-t plasma vit nam 19CHNG 2. NGHIấN CU Lí THUYT 202.1. Gii thiu chung 202.2. Thm ni-t th khớ thụng thng 202.3. Thm nit th lng 212.3.1. Thm nit th lng thụng thng 212.3.2. Thm nit th lng nitarid 212.4. Thm ni-t ion plasma 222.4.1. Quỏ trỡnh thm ni-t plasma 232.4.2. nh ngha xung plasma 24 Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007 Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM 2.4.3. S phõn lp 252.4.4. Quỏ trỡnh ELTROPUL 252.5. So sỏnh ỏnh giỏ cỏc u nhc im ca cỏc phng phỏp 272.5.1. So sỏnh cụng ngh thm nit - plasma so vi cỏc phng phỏp thm nit thụng thng 272.5.2. So sỏnh thm Nit - plasma vi m Crụm 272.6. Cỏc thụng s trong quỏ trỡnh thm 28 2.6.1. in ỏp, mt dũng ion 28 2.6.2.Thi gian 28 2.6.3. Nhit 29 2.6.4. Thnh phn hn hp khớ 292.7. Kt lun chng 2 31CHNG 3. CễNG NGH V THIT B THM NI-T PLASMA 333.1. Thit b thm ni-t plasma 33 3.1.1. Gii thiu chung v thit b thm ni-t ti PTN Trng im Cụng ngh Hn v X lý b mt - Vin Nghiờn cu C khớ. 33 3.1.2. Cu to bung lm vic lũ thm H4580 Eltrolab 343.2. Kho sỏt vt liu ch to chi tit thm 373.3. Thit k gỏ 393.4. Quy trỡnh cụng ngh thm ni-t plasma 403.4.1. Vt liu 403.4.2. Lm sch 413.4.3. Tin hnh gỏ lp vo thựng lũ 413.4.4. Lp chng trỡnh thm 413.4.5. Kim tra h thng trc khi thc hin quỏ trỡnh thm 433.4.6. Quy trỡnh vn hnh thit b 433.5. Kt lun chng 3 45CHNG 4. THC NGHIM V KT QU 464.1. S dng thit b Eltropul thm nit - plasma mt s mu thớ nghim 4.1.1. Mu thộp C45, gang xỏm, 40X 464.1.2. Thm thộp dng c AISI H13 (Chromium hot work steel) 50 Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007 Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM 4.1.3. Thm thộp hp kim AISI 4140 (Chromium-molybdenum steel) 524.2. S dng thit b Eltropul thm nit - plasma sn phm l trc rng bm du 534.2.1. t vn 534.2.2. Tin hnh thớ nghim 534.2.3. Kt qu kim tra th nghim 554.3. Kt qu kho nghim 56Kt lun v kin ngh Ti liu tham kho Ph lc 1 Ph lc 2 Ph lc 3 Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007 Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM 3M U nc ta trong s nghip Cụng nghip hoỏ - Hin i hoỏ t nc vi nn kinh t th trng ang phỏt trin vi nhp cao. Cỏc ngnh cụng nghip nh: C khớ, khai thỏc m, ch bin, ngnh hng khụng c ỏnh giỏ l cú tc phỏt trin nhanh. Nhng song song vi s phỏt trin ú cú nhng yờu cu bc thit c t ra nhm phỏt huy ni lc trong nc ú l vic ni a hoỏ cỏc sn phm, trang thit b nhp ngoi. Lc lng k thut, cụng ngh trong nc ngy cng c b sung ụng o vi tớnh hi nhp cao. Cựng vi s cú mt cỏc trang thit b cụng nghip c nhp khu t cỏc nc tiờn tin trờn th gii, vic nghiờn cu thit k, ch to cỏc trang thit b thay th hng nhp ngoi, phỏt huy ni lc trong nc ang tr lờn cn thit. Cụng ngh nhit luyn l quỏ trỡnh lm thay i tớnh cht ca vt liu (ch yu l vt liu kim loi) bng cỏch thay i cu trỳc bờn trong m khụng lm thay i hỡnh dỏng v kớch thc ca chi tit. Trờn thc t, him cú vt phm kim loi no c ch to m li khụng tri qua quỏ trỡnh x lý nhit, quỏ trỡnh m ú kim loi c nung núng v lm ngui di mt ch c kim soỏt nghiờm ngt nhm ci thin cỏc tớnh cht cng nh tui th ca vt liu. Nhit luyn cú th lm mm kim loi tng cng kh nng to hỡnh. Nú cng cú th lm cỏc chi tit tr nờn cng hn, ci thin bn. Cụng ngh ny cũn cú kh nng ph nhng b mt rt cng lờn trờn nn mm, tng kh nng chng mi mũn. Nú cũn cú th to ra lp chng n mũn trờn b mt chi tit, bo v chi tit khi cỏc tỏc nhõn cú hi t mụi trng. V, nhit luyn cũn cú th lm cho cỏc vt liu giũn tr nờn do dai hn. Cỏc chi tit qua nhit luyn thng úng vai trũ rt quan trng i vi hot ng ca cỏc loi ụ - tụ, mỏy bay, tu v tr, mỏy vi tớnh v cỏc loi mỏy múc khỏc trong cụng nghip. Tớnh cht v kh nng lm vic ca cỏc loi dng c ct, bỏnh rng, trc cam, trc khuu, . ph thuc hon ton vo nhit luyn. Nhng sn phm ny hu ht c ch to t thộp bao gm cỏc loi ó qua cỏn dng thanh hay ng cng nh cỏc chi tit qua ỳc, rốn, hn, gia cụng c khớ, ộp, dp hay kộo. Vi cỏc phng phỏp nhit luyn thụng thng nh: , thng hoỏ, tụi ramcỏc chi tit sau nhit luyn vn b cỏc khuyt tt: bin dng v nt, oxy hoỏ, cng khụng t (cao quỏ hoc thp quỏ), tớnh giũn Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007 Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM 4cao. Hay vi cỏc phng phỏp thm nit, cỏcbon thụng thng cú s dng cỏc khớ c, mui c gõy hi cho con ngi v lm ụ nhim mụi trng. T nhng thc t trờn, cỏc nh khoa hc trờn th gii ó nghiờn cu, thớ nghiờm v ỏp dng vo thc tin thnh cụng mt cụng ngh nhit luyn mi: Cụng ngh thm Ni-t xung plasma. Trong nhiu nm qua cụng ngh thm ny c ng dng rng rói trờn th gii ỏp ng c ũi hi ngy cng cao ca cỏc chi tit mỏy: gii hn bn mi tng, bin dng gim, sc bn, sc cn c ci thin, cng b mt cao m lừi do dai, b mt ớt g ghVic ỏp dng cụng ngh thm Ni-t xung plasma mang li hiu qu kinh t rt ln nh tng tui th ca cỏc chi tit, mỏy múc. Hn na õy l cụng ngh nhit luyn mi khụng lm ụ nhim mụi trng. Nhng hin nay cụng ngh thm Ni-t xung plasma cũn l hon ton mi m vi Vit Nam, nú cha c nghiờn cu v ng dng rng rói. Vỡ vy, nhim v ca ti: Nghiờn cu ng dng cụng ngh thm ni-t xung plasma nhit thp (570-6000C) trong ch to dng c ct gt v chi tit mỏy. Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007 Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM 5CHNG 1. TNG QUAN 1.1. Mc tiờu, nhim v nghiờn cu ti 1.1.1. Mc tiờu ca ti - Thit lp c QTCN in hỡnh cho cỏc loi thộp Cr-Mo, Cr-Mn-Si, thộp dng c. - ng dng cho mt s chng loi dng c ct gt kim loi. - ng dng cho mt s loi chi tit mỏy nh nhụng xớch, c trc, 1.1.2. Nhim v nghiờn cu - Nghiờn cu bn cht cụng ngh thm ni-t xung plasma. - Lm ch thit b v thit lp cỏc QTCN mu cho mt s loi thộp hp kim. 1.2. Tm quan trng ca cụng ngh nhit luyn v húa nhit luyn Nhit luyn kim loi v hp kim l quỏ trỡnh x lý nhit lm thay i t chc v do ú lm thay i tớnh cht ca chỳng. Quỏ trỡnh nhit luyn kim loi c nung núng n nhit xỏc nh, gi nhit trong mt thi gian thớch hp ri sau ú lm ngui vi tc (thi gian) quy nh lm thay i t chc, do ú lm bin i tớnh cht theo hng ó chn trc. Nhit luyn cú th lm mm kim loi tng cng kh nng to hỡnh. Nú cng cú th lm cỏc chi tit tr nờn cng hn, ci thin bn. Cụng ngh ny cũn cú kh nng ph nhng b mt rt cng lờn trờn nn mm, tng kh nng chng mi mũn. Nú cũn cú th to ra lp chng n mũn trờn b mt chi tit, bo v chi tit khi cỏc tỏc nhõn cú hi t mụi trng. V, nhit luyn cũn cú th lm cho cỏc vt liu giũn tr nờn do dai hn. Hoỏ nhit luyn l mt trong cỏc phng phỏp hoỏ bn b mt c s dng khỏ ph bin, ngoi vic lm thay i cu trỳc bờn trong cũn lm thay i thnh phn hoỏ hc ca lp b mt. ú l quỏ trỡnh lm bóo ho lờn b mt thộp mt hay nhiu nguyờn t (N2, C, xianua, Al, Si) lm thay i thnh phn hoỏ hc. Do ú, lm thay i t chc v tớnh cht ca lp b mt theo mc ớch nht nh m vn bo tn c cỏc tớnh cht lừi ca vt liu. Vỡ vy, hoỏ nhit luyn l mt trong nhng phng phỏp tng bn cú hiu qu v ng dng rng rói cho nhiu loi chi tit mỏy quan trng. 1.3. Cụng ngh nhit luyn 1.3.1. Cỏc thụng s liờn quan trong quỏ trỡnh nhit luyn Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007 Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM 6Tt c cỏc thụng s nh: nhit nung (oC), thi gian gi nhit (), tc lm ngui ph thuc hon ton vo vt liu chi tit c nhit luyn vi cỏc mc ớch t ra khỏc nhau, khụng th ỏp dng cựng mt cụng ngh nhit luyn. - Nhit nung núng: l nhit cao nht phi t n khi nung. - Thi gian gi nhit: l thi gian cn thit duy trỡ kim loi nhit nung. - Tc lm ngui: l gim ca nhit theo thi gian sau thi gian gi nhit (oC/s). Ngoi ra ngi ta cng cũn quy nh tc nung núng i vi mt s trng hp khụng ln hn giỏ tr cho phộp trỏnh nt khi nung. Hỡnh 1.1. S quỏ trỡnh nhit luyn n gin 1.3.2. Phõn loi cỏc dng nhit luyn - Nhit luyn thụng dng: + : hon ton, khụng hon ton, cu hoỏ xementit, ng nhit, thp, khuch tỏn, kt tinh li + Thng hoỏ + Tụi: tụi trong 1 mụi trng, tụi trong 2 mụi trng, tụi phõn cp, tụi ng nhit, tụi b phn, tụi t ram, tụi b mt + Ram: ram thp, ram trung bỡnh, ram cao - C nhit luyn - Hoỏ nhit luyn: thm cacbon, thm nit, thm bo, thm S, thm Si . Nhit luyn ci thin rt nhiu c tớnh ca thộp, song nu thc hin khụng ỳng s gõy ra cỏc dng h hng khỏc nhau. Cỏc dng h hng khi Nhit (oC) Thi gian TnTgn Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007 Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM 7nhit luyn s gõy ra lóng phớ rt ln. Vỡ vy, cn hiu rừ cỏc nguyờn nhõn gõy ra cỏc h hng ú, cng nh cỏc bin phỏp phũng nga. [3] 1.4. Cụng ngh hoỏ nhit luyn 1.4.1. C s ca hoỏ nhit luyn 1.4.1.1. Nhng quỏ trỡnh xy ra khi hoỏ nhit luyn Khi thc hin quỏ trỡnh hoỏ nhit luyn ngi ta t chi tit vo trong mụi trng rn, lng hoc khớ cú kh nng phõn hoỏ ra nguyờn t hot ca nguyờn t nh khuch tỏn ri nung núng chỳng n nhit thớch hp sau ú gi nhit ny trong thi gian khuch tỏn cỏc nguyờn t cn thm vo chi tit. Cỏc quỏ trỡnh thm xy ra theo ba giai on ni tip nhau nh sau: phõn hu, hp th v khuch tỏn. - Phõn hu (PH): L quỏ trỡnh to ra nguyờn t cú hot tớnh cao ca nguyờn t khuch tỏn. Quỏ trỡnh ny xy ra trong mụi trng hoỏ nhit luyn v cỏc nguyờn t hot tớnh c to thnh cú kh nng khuch tỏn vo b mt kim loi. Khi thm cỏc bon, quỏ trỡnh phõn hu xy ra nh sau: C + CO2 2CO CO2 + Cht Khi thm nit: 2NH3 3H2 + 2Nht Nhng nguyờn t cỏc bon hoc nit hot tớnh s hp th vo b mt chi tit. - Hp th (HT): Sau khi phõn hu, cỏc nguyờn t hot c hp th vo b mt thộp. Kt qu ca s hp th l to nờn b mt thộp lp cú nng nguyờn t nh khuch tỏn vo cao v to nờn s chờnh lch v nng gia b mt v lừi. - Khuch tỏn (KT): Cỏc nguyờn t hot hp th vo lp b mt thộp vi nng cao s c khuch tỏn vo kim loi to nờn dung dch rn hoc cỏc pha phc tp, pha trung gian hoc cỏc hp cht hoỏ hc to thnh lp thm vi chiu sõu nht nh. Nh khuch tỏn lp thm c hỡnh thnh v nú l c s ca hoỏ nhit luyn. Chiu dy lp khuch tỏn ph thuc vo nhit , thi gian v nng cht khuch tỏn lp b mt. Ngoi nhng yu t nờu trờn, khuch tỏn cũn ph thuc vo pha to thnh. Khi thm cỏcbon, nit do to thnh dung dch rn xen k nờn khuch tỏn xy ra nhanh hn khi thm kim loi do to thnh dung dch rn thay th. [...]... 2.6.2.Thi gian Thi gian l mt trong nhng thụng s quan trng nht nh hng quyt nh ti cht lng sn phm sau khi thm Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM 28 Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007 nhit nht nh, thi gian khuch tỏn cng di thỡ chiu sõu lp thm cng tng Quan h gia chỳng tuõn theo quy lut parabol (hỡnh 2.4) theo cụng thc: =K Trong ú: chiu dy lp khuch tỏn K h s t l ph thuc vo h s khuch tỏn D thi gian Hỡnh... dy lp khuch tỏn K h s t l ph thuc vo h s khuch tỏn D thi gian Hỡnh 2.4 Mi quan h gia v T hỡnh v ta thy thi gian thm cng di thỡ chiu sõu lp thm cng tng nhng t l tng chiu sõu lp thm cng gim Nu vi mc ớch nhit luyn cú chi tit cú chiu sõu lp thm ln thỡ bin phỏp cú hiu qu l tng nhit ch khụng phi thi gian 2.6.3 Nhit Chiu dy lp thm ph thuc vo tc khuch tỏn Khi nhit cng cao, s chuyn ng nhit ca nguyờn... cụng ngh C hc mỏy thu li - Trng i hc Thu li ó nghiờn cu v ng dng thnh cụng cụng ngh thm nit mi, mt cụng ngh hon ton khụng ph thi, khụng nh hng xu n mụi trng S d cụng ngh nitarid m bo c v sinh mụi trng l nh vic s dng cỏc hn hp thm nit khụng cha mui xianua v a vo s dng cht tỏi sinh cú kh nng phc hi hot tớnh ca b thm Cụng ngh ny c tin hnh trong b mui núng chy, gm cỏc mui chuyờn dựng nh: kali cacbonat,... 13,] B mt x lý bng plasma u tiờn s dng cụng ngh DC plasma (plasma sinh ra bi in ỏp mt chiu) trong lũ chõn khụng lm mỏt bng nc Nhc im ch yu ca cụng ngh ny l nhit ti bin ng quỏ ln Vỡ th nng lng tiờu th cao, mt ti nh, hn ch s liờn kt gia quỏ trỡnh nhit v hoỏ hc Nm 1980 ELTRO s dng xung plasma ngha l plasma c sinh ra bi in ỏp xoay chiu Nú khc phc c cỏc nhc im ca cụng ngh DC plasma: - Gim nhit cung cp... cựng nhau nghiờn cu cụng ngh thm nit ion v sau ú thnh lp cụng ty Klocker Ionen GmbH, ch to thit b thm nit ion n nm 1970, cụng ngh thm nit - plasma c ng dng rng rói trong cụng nghip, c bit l Chõu u Nhng u im ca nú dn c chng minh trong thc t 1.5.2 Cỏc chng loi thit b c bn trờn th gii 1.5.2.1 Lũ hỡnh chuụng - Cú kh nng cha ti trng cho chi tit ln hay nh - S trn ln tt - D dng mang chi tit vo lũ [13] Hỡnh... thm tin hnh nhiu nhit Thm nit nhiu cp cú tỏc dng nõng cao hiu qu ca quỏ trỡnh thm (tng chiu sõu lp thm, gim thi gian thm) - Theo iu kin tỏc dng ca mụi trng bờn ngoi: + Thm nit th khớ + Thm nit th lng + Thm nit ion 2.2 Thm ni-t th khớ thụng thng Quỏ trỡnh thm ni-t th khớ c tin hnh bng cỏch nung núng chi tit trong dũng khớ amonic (NH3) nhit 480 ữ 650oC l nhit ti ú nú b phõn hu mnh nht B mt chi. .. trng im Cụng ngh Hn v X lý b mt - Vin Nghiờn cu C khớ Thit b thm nit plasma dựng cho phũng thớ nghim dng xung c thit k cho phộp thm nit nhit thp Thit b thm nit s dng cho nghiờn cu thc nghim do hóng ETRO GmbH ca CHLB c ch to nm 2004, v ó c cp bng sỏng ch cho phộp m bo tt nht khi gia cng chi tit v ph tựng Thit b cng ó t tiờu chun ISO 9002: 1994 (cú chng ch cht lng kốm theo) Thi gian gia nhit chi tit... tit, gim ụ nhim mụi trng phc v hiu qu cho cỏc ngnh cụng nghip Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM 19 Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007 CHNG 2 NGHIấN CU Lí THUYT 2.1 Gii thiu chung Thm nit l mt quỏ trỡnh hoỏ nhit luyn nhm bóo ho b mt chi tit bng nit mt chiu sõu nht nh Thm nit l nguyờn cụng cui cựng v c ng dng vo vic nõng cao chng mi mũn v gii hn mi ca chi tit cng ca lp thm nit thng cao hn cng ca lp... oxy hoỏ nhit cao, tng kh nng chu axớt ca lp b mt chi tit t c cỏc mc ớch ny ngi ta dựng cỏc phng phỏp thm nhụm, thm silic, [1] 1.5 Quỏ trỡnh phỏt trin cụng ngh thm ni-t xung plasma trờn th gii 1.5.1 S hỡnh thnh cụng ngh cỏc nc cụng nghip phỏt trin Quy trỡnh Nitriding, phỏt trin ln u tiờn vo nm 1900, liờn tc úng vai trũ quan trng trong nhiu ngnh cụng nghip ng dng Cựng vi cht dn xut nitrocarburizing... luyn kim bng cụng ngh thm cacbon, thm nit c Cụng ngh thm nit c tin hnh trong b mui núng chy cú cha 40% mui xianua Mui xianua cú tớnh c t cao lm nh hng n v sinh mụi trng, do nc thi v ph thi ca b Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM 21 Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007 thm cú cha xianua Vỡ vy nhng nm gn õy, theo xu hng mi ca th gii, c bit l nhng nc cú nn cụng nghip phỏt trin, trung tõm Khoa hc cụng ngh C . tài: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THẤM NI-TƠ XUNG PLASMA Ở NHIỆT ĐỘ THẤP (570-6000C) TRONG CHẾ TẠO DỤNG CỤ CẮT GỌT VÀ CHI TIẾT MÁY Ký hiệu: 94-07.RD/HĐ-KHCN. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2007 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THẤM NI-TƠ XUNG PLASMA Ở NHIỆT ĐỘ THẤP (570-6000C) TRONG CHẾ TẠO DỤNG CỤ