Kim loại học và nhiệt luyện (Vật liệu kim loại) Tarô, bàn ren, chi tiết nhỏ, hình dạng phức tạp, tốc độ cắt trung bình, yêu cầu độ cứng cao, tính chống mài mòn tốt, T làm việc trung bình

Kim loại học và nhiệt luyện (Vật liệu kim loại), Kim loại học, nhiệt luyện, Kim loại học và nhiệt luyện (Vật liệu kim loại)    Tarô, bàn ren, chi tiết nhỏ, hình dạng phức tạp, tốc độ cắt trung bình, yêu cầu độ cứng cao, tính chống mài mòn tốt, T làm việc trung bình

Bài Tập Lớn Vật Liệu Học

    I. Nội dung

    Cho một chi tiết có các yêu cầu cơ bản:

   Tarô, bàn ren, chi tiết nhỏ, hình dạng phức tạp, tốc độ cắt trung bình, yêu cầu độ cứng cao, tính chống mài mòn tốt, T làm việc trung bình (<300°C)

Câu 1: Điều kiện làm việc của chi tiết

    Tarô, bàn ren làm việc dùng để cắt ren hoặc sửa ren. Tarô dùng để cắt ren trong, bàn ren dùng để cắt ren ngoài .

     Tarô là 1 dao cắt có phần lưỡi dao và chuôi dao, được đánh bóng. Bàn ren có phần rãnh ren trong lỗ, bàn ren được mài mặt đầu và đường kính ngoài.

     Tarô, bàn ren làm việc ở nhiệt độ trung bình, chịu lực nhẹ, chịu mômen xoắn lớn, chịu va đập mạnh, tốc độ cắt trung bình.

     Do đó tarô, bàn ren cần những yêu cầu về cơ tính sau :

• Độ cứng cao
• Độ bền cao
• Tính chống mài mòn tốt
• Trọng lượng nhỏ, độ chính xác và tính cân bằng cao

Tarô, bàn ren hình dạng phức tạp nên vật liệu phải có tính công nghệ cao.

Câu 2: Chọn vật liệu

    Với những cơ tính cũng như những đặc điểm về chế tạo như trên, nhận thấy thép 90CrSi đáp ứng được yêu cầu.

     Cơ sở lý luận chọn thép 90CrSi : 90CrSi có tính tôi và thấm tôi tốt, sau khi tôi có thể làm nguội trong dầu và dụng cụ sau khi tôi ít bị cong vênh, biến dạng. Đối với dụng cụ định hình mà profin không qua mài, điều quan trọng phải giữ cho kích thước không đổi khi tôi như profin ren của taro, bàn ren tròn. 90CrSi là thép hợp kim ít bị biến dạng. Thép 90CrSi đảm bảo độ cácbít đều đặn, nên được dùng để chế tạo dụng cụ có yếu tố cắt mỏng không những phân bố ở xa tâm như tarô mà phân bố ở gần tâm như bàn ren tròn. Do sự tổ hợp hợp lý các nguyên tố hợp kim (Si, Cr, Mn) và do sự phân bố đều tính bền nóng của thép 90CrSi tăng lên 250°C. Với đặc điểm như trên thép 90CrSi hoàn toàn phù hợp với việc thiết kế và điều kiện làm việc của tarô, bàn ren.

   Cùng loại như mác thép 90CrSi của Việt Nam, trên thế giới còn có :

Bảng so sánh thành phần hoá hóa học của các mác thép tương đương với 90CrSi

  Thông qua bảng so sánh các thành phần hoá học của các mác thép tương đương ta có thể rút ra một số nhận xét như sau:

   Hàm lượng Cácbon (C) không có sự khác biệt lắm,  nhưng thành phần các nguyên tố hợp kim và tạp chất có đôi chút khác biệt, dẫn đến quá trình gia công nhiệt và gia công cơ cần phải lưu ý. Đối với thép 90CrSi không có tài liệu về mác thép tương đương ở Nhật Bản, và ở Mỹ là mác thép tương đương với việc tôi trong dầu.

    Câu 3: Vai trò của các nguyên tố hợp kim chính trong thép 90CrSi đối với cơ tính và chế độ nhiệt luyện

   Cacbon:

     Trong thộp, Cacbon là nguyờn tố quan trọng nhất (khụng kể sắt!). Tổ chức và tớnh chất của thộp chủ yếu do Cacbon quyết định. Cacbon tồn tại trong thép dưới hai dạng: dung dịch rắn xen kẽ trong mạng tinh thể sắt và dạng liờn kết trong hợp chất Fe₃C (Xờmentit). Cỏc pha dung dịch rắn có độ dẻo cao, độ bền thấp trong khi pha xêmentit là pha cứng và giũn. Sự kết hợp pha này sẽ cho cỏc tổ chức khỏc nhau của thộp ứng với từng thành phần và trạng thỏi cụ thể.

   Khi hàm lượng cacbon tăng lên, độ bền độ cứng tăng theo,độ dẻo, độ dai giảm đi. Độ bền tăng có cực đại vào khoảng 0.9%C.

    Một cách định lượng, cứ tăng 0.1% C, độ cứng tăng khoảng 20-25 HB, độ bền tăng khoảng 60-80 MPa, độ dón dài tương đối và độ thắt tỷ đối giảm lần lượt là 2-4% và 1-5%, độ dai va đập giảm 200kJ/m².

  Silic :

  Silic làm tăng rất mạnh độ cứng (độ bền) song cũng làm giảm mạnh độ dai (độ dẻo), đặc biệt khi thép chứa 2% Si hoặc 3.5% Mn ferit có độ dai rất thấp (£ 500kJ/m²) làm thép giòn không cho phép sử dụng. Do vậy mặc dù có lợi thế là rẻ hơn, khả năng hóa bền cao Silic chỉ được dùng với hàm lượng hạn chế 1 ¸ 2%

  Crôm :

  Crôm khi làm việc tăng độ cứng chẳng những không làm giảm còn làm tăng chút ít độ dai. Do vậy hợp kim hóa thép bằng Crôm là rất tốt vì ngoài làm tăng độ thấm tôi, bản thân chúng nâng cao độ cứng, độ bền mà vẫn duy trì tốt độ dẻo, độ dai của ferit. Vì thép có độ thấm tôi cao thuộc nhóm hợp kim hóa Cr-Ni .

  Sự tạo thành Cacbit :

  Silic :

  Silic không tạo thành cacbit. Khi có mặt cacbon, với khoảng 2%Si thì chuyển biến a«g bị ức chế. Khi có mặt cacbon thì vùng g sẽ được mở rộng (0.35%C, vùng g sẽ tồn tại cho tới 9%Si). Hệ số tăng độ thấm tôi của Si là 1.7 (loại trung bình). Si còn có tác dụng tăng tính ổn định ram, nhưng không làm tăng tính giòn của thép. Si tăng khả năng chống oxy hóa thép ở nhiệt độ cao và tăng độ bền chống dão, bởi vậy Si có mặt trong thép Cr. Cùng với Mn (1.5-2%Si và 0.5-0.9%Mn) Si có tác dụng tăng giới hạn đàn hồi, ứng dụng để sản xuất lò xo.

  Crôm :

   Giản đồ pha Fe-Cr cho thấy vùng g bị hạn chế trong giới hạn 12.8%Cr. Khi có thêm cacbon vùng này được mở rộng, chẳng hạn với 0.5%C, pha g có thể tồn tại tới 20%Cr. Cr tạo cacbit phức tạp : Cr₇C₃ và Cr₂₃C­₆, những cacbit này hoà tan vào austentit khi nhiệt độ cao hơn 900°C. Cr tăng đáng kể độ thấm tôi (hệ số 3.2). Nó còn tác dụng cải thiện tính chống ram và độ bền ở nhiệt độ cao, do đó tạo ra cacbit nhỏ mịn khi ram, có tác dụng hóa bền tiết pha, bù lại sự hóa mềm của mactenxit do độ giảm chính phương. Cuối cùng Cr đóng vai trò hàng đầu đối với độ bền chống mài mòn. Thép sau cùng tích (0.9-1.1%C) mà có 0.5-1.7%Cr được dùng rộng rãi để chế tạo bi và vòng bi các loại (kể cả trục lăn và trục cán)