Đề tài Bánh răng và trục răng tầu hoả

bánh răng và trục răng tầu hoả Lời nói đầu Ngày nay cùng với sự phát triển của các nghành kỹ thuật như chế tạo cơ khí luyện kim, xây dựng, kỹ thuật điện tử ..v..v.. Và trong đời sống hàng ngày cần đến các viật liệu bằng kim loại, hợp kim có tính năng đa dạng với chất lượng ngày càng cao. Trong chế tạo cơ khí nhiệt luyện đóng một vai trò quan trọng vì không những nó tạo cho chi tiết sau khi đúc và gia công cơ có được tính chất cần thiết như độ cứng, độ bền,độ dẻo dai, khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn cao mà còn làm tăng tính công nghệ của vật liệu. Nên có thể nói nhiệt luyện là một trong những yếu tố công nghệ quan trọng quyết định chất lượng của sản phẩm. Vị trí của nhiệt luyện trong dây truyền sản xuất cơ khí nhiệt luyện cũng có thể là một nguyờn cụng sơ bộ cho một nguyờn cụng nào đó, cũng có thể là nguyờn cụng cuối cùng trong dây truyền sản xuất cơ khí để nâng cao chất lượng sản phẩm, không những có ý nghĩa kinh tế rất lớn mà còn là thước đo để đánh giá trình độ phát triển khoa học kỹ thuật của mỗi quốc gia. Nhưng muốn nhiệt luyện tốt các chi tiết để từ đó nâng cao chất lượng và hạ giá thành của sản phẩm thì công việc thiết kế xưởng nhiệt luyện phù hợp với quy trình nhiệt luyện cho các chi tiết đóng một vai trò hết sức quan trọng. Phần i lý thuyết Chương I : Mở đầu Ngày nay sự phát triển của tất cả các ngành kỹ thuật như chế tạo cơ khí, luyện kim, công nghiệp hoá học, xây dựng, kỹ thuật điện tử, giao thông vận tải, công nghiệp thực phẩm, kỹ thuật hàng khụng...và đời sống thường ngày đều gắn với vật liệu và cần đến các vật liệu có tính năng đa dạng với chất lượng ngày càng cao. Công nghệ nhiệt luyện là quá trình làm thay đổi tính chất của vật liệu (chủ yếu là vật liệu kim loại) bằng cách thay đổi cấu trúc bên trong mà không làm thay đổi hình dáng và kích thước của chi tiết. Trong chế tạo cơ khí, nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng vì không những nó tạo cho chi tiết sau khi gia công có những tính chất cần thiết như độ cứng, độ bền độ dẻo dai, khả năng chống mài mòn, chống ăn mũn...,mà cũn làm tăng tính công nghệ của vật liệu. Vì vậy có thể nói nhiệt luyện là một trong những yếu tố công nghệ quan trọng quyết định chất lượng của sản phẩm cơ khí. Nguyờn cụng nhiệt luyện có thể nằm ở vị trí khác nhau trong dây truyền sản xuất cơ khí tuỳ thuộc vào vị trí có thể phân thành hai loại : Nhiệt luyện sơ bộ : Là dạng nhiên liệu thường tiến hành trước khi gia công cơ, nhằm tạo ra độ cứng và tổ chức tế vi thích hợp cho cỏc nguyờn cụng cơ khí và nhiệt luyện tiếp theo. Nhiệt luyện kết thóc : Là dạng nhiệt luyện được tiến hành sau khi gia công cơ nhằm tạo cho chi tiết những tính chất cần thiết theo yêu cầu kỹ thuật. Nhiệt luyện có ảnh hưởng quyết định tới tuổi thọ của các sản phẩm cơ khí. Máy móc càng chính xác, yêu cầu cơ tính càng cao thì số lượng chi tiết cần nhiệt luyện càng nhiều. Đối với các nước công nghiệp phát triển để đánh giá trình độ của ngành chế tạo cơ khí phải căn cứ vào trình độ nhiệt luyện vì rằng, dù gia công cơ khí có chính xác đến đâu nhưng nếu không qua nhiệt luyện hoặc chất lượng nhiệt luyện không đảm bảo thì tuổi thọ của chi tiết càng giảm và mức độ chính xác của máy móc không còn giữ được theo yêu cầu. Nhiệt luyện nâng cao chất lượng sản phẩm không những có ý nghĩa kinh tế rất lớn (để kéo dài thời hạn làm việc, nâng cao độ bền lâu của công trình, máy móc thiết bị...) mà còn là thước đo để đánh giá trình độ phát triển khoa học, kỹ thuật của mỗi quốc gia. ở nước ta từ lâu nhiệt luyện đã được áp dụng trong đời sống thường ngày ông cha ta đã biết tôi dao, kéo, dũa, đục... làm cho thép cứng trở thành mềm dẻo, dễ dàng cho quá trình chế tạo các chi tiết. Ngày nay nền công nghiệp của chúng ta đang phát triển không ngừng và việc nghiên cứu nâng cao chất lượng cho các chi tiết bằng phương pháp nhiệt luyện ngày càng trở nên cấp thiết. Mà việc đầu tiên là đào tạo đội ngò cán bộ khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực này. Bản thân chúng tôi - những sinh viên năm thứ năm của ngành: Vật liệu học - Nhiệt luyện luôn luôn ý thức được tầm quan trọng của môn học công nghệ nhiệt luyện. Trong đó có một bộ phận hay nói chính xác là một môn học là một bộ phận không thể tách rời với công nghệ nhiệt luyện, đó là môn:  Thiết bị nhiệt luyện. Nhận nhiệm vụ thiết kế phân xưởng nhiệt luyện cho: "Trung tâm nghiên cứu và chế tạo vật liệu". Chúng tụi đó cố gắng nghiên cứu, tìm tòi, học tập để có thể có được một bản thiết kế hoàn chỉnh nhất trong khả năng của mình. Xuất phát từ nhiệm vụ được giao cụ thể cho từng cá nhân cũng như đặc tính kỹ thuật của từng loại chi tiết cần nhiệt luyện, chúng tôi đã thống nhất được thiết kế tổng thể của phân xưởng cũng như các quy trình công nghệ cho từng loại chi tiết. Với bánh răng tàu hoả (Z24/m14) và trục răng (Z14/M14) chúng tôi tiến hành thấm cacbon thể khí trong lò giếng điện trở. Sau đó tiến hành tôi + ram . Với bánh răng (Z38/m12) và trục bánh răng (Z12/m12) của xe benlaz cùng tiến hành thấm cacbon thể khí trong lò giếng điện trở và sau đó tiến hành tôi + ram. Mặc dù vậy mỗi một loại chi tiết sẽ có những đặc tính kỹ thuật riêng và do vậy, ứng với nó công nghệ nhiệt luyện cũng có những yêu cầu về mặt kỹ thuật còng như công nghệ riêng biệt. Các số liệu tính toán cụ thể và quy trình công nghệ của từng loại chi tiết sẽ được trình bày trong các chương sau. Với chi tiết trục khuỷu căn cứ trên những đặc tính kỹ thuật, yêu cầu cụ thể trong quá trình làm việc và đặc thù của chi tiết, tác giả đã chọn quy trình nhiệt luyện gồm hai giai đoạn: Giai đoạn 1 : Tôi + ram cao để tạo ra tổ chức xoocbit ram với cơ tính tổng hợp cao bảo đảm độ bền tính và độ dai va đập. Trên thực tế thì trước đó, trong khi gia công cơ khí người ta cần phải ủ hoàn toàn ở 8500C để đạt được độ cứng thấp nhất 180 - 200HB để dễ tiến hành gia công thô hơn. Tuy nhiên trong phạm vi của khuôn khổ phân xưởng nhiệt luyện chúng ta sẽ bỏ qua khâu này để dành trong gia công cơ khí. Giai đoạn 2 : Tôi cảm ứng bề mặt các cổ trục. Sau đây xin được giới thiệu chung công nghệ thấm cacbon thể khí mà các tác giả đã sử dụng để nhiệt luyện các chi tiết bánh răng và trục răng Benlaz- Tàu hoả: Thấm cacbon thể khí được dùng phổ biến hơn cả vì có nhiều ưu điểm : Chất lượng thấm tốt, dễ cơ khí hoá và tự động hoá, Ýt gây ô nhiễm môi trường, khác với thấm thể rắn và thấm trong muối nóng chảy, quá trình thấm thể khí được thực hiện trong môi trường khí động. Do đó chất lượng thấm đồng đều, dễ điều chỉnh các thông số công nghệ, thích hợp cho sản xuất dây chuyền liên tục từ khâu làm sạch, thấm, tôi ram. Hỗn hợp thấm gồm : -Chất thấm C0 hoặc CuH2H +2 : 20 - 30% -Chất độn : C02, N2; H2....còn lại Quá trình thấm do phân huỷ CO hoặc CuH2n+1 Theo phản ứng : 2C0 = C02 + (1) CuHZu+2 = (n+1) H2 + n < (Cht) (2) Khi có mặt hyđro ta có phản ứng CO + H2 = H20 = H20 + (3) Trường hợp tạo thành từ phản ứng (1) và coi nú cú hoạt độ bằng với hoạt độ của các bon trờn lớp bề mặt ta có : = (ac) . e-DG/RT Trong đó : ; (ac) : Lần lượt là hoạt độ của cacbon trờn lớp thấm và trong môi trường thấm DG0 là năng lượng tự do của phản ứng ở nhiệt độ T dưới áp suất tiêu chuẩn với : Trong đó PCo, PC02 lần lượt là áp suất riêng phần của C0 và C02 trong môi trường thấm vì phụ thuộc vào PC0, PC02 nên hoạt độ của các bon trong môi trường thấm (ac) tuân theo cân bằng BOUDOUARD (hình I.1). Đường cân bằng : Fe3C + C02 ® 3Fe + 2C0 ứng với Austenit bão hoà và bắt đầu tiết ra xem ausenớt (Fe3C) theo hệ cân bằng giả ổn định. Ta cũng thấy, ở các hoạt độ thấp hơn, líp thấm nằm trong vùng đơn pha austenit, xementit H×nhI.1:BiÓu ®å boudouard (XeII) chỉ tiết ra khi ra làm nguội chậm. Phía trên đường cong là vùng thấm cỏcbon, phớa dưới là vựng thoỏt các bon . Chi tiết thấm được xếp vào lò hoặc treo, gỏ trên giá đỡ vững chắc để luôn được tiếp xúc với môi trường thấm. Nhiều loại khí khác nhau có thể được sử dụng cho quá trình thấm. Hỗn hợp khí tạo thành từ dầu hoả có thành phần xấp xỉ : (10-20)% C0 + (50 -75)% H2 + (1-10)% CnH2n + 1% C02 Còn lại là cỏc khớ khỏc. Để phân huỷ nhiệt dầu hoả, tạo ra môi trường thấm, người ta dùng hệ thống van đo nhỏ giọt dầu hoả vào lò. Tốc độ nhỏ dầu vào lò tuỳ thuộc vào dung tích lò, vào thể tích chiếm chỗ của chi tiết... Thông thường quá trình thấm được chia thành 3 giai đoạn và người ta áp dụng chế độ sau : Bảng:I.1 Giai đoạn Nhiệt độ , 0C Tốc độ nhỏ dầu, giọt/ph.m3 lò Bảo vệ 500-900 300-1000 Bão hoà 900-950 3000 – 4000 Khuyếch tán 900-950 1000-1500 Giai đoạn bảo vệ nhằm tránh oxy hoá bề mặt chi tiếy khi nung lên nhiệt độ thấm. Tốc độ dầu phải nhỏ để không tạo muội bám dày trên bề mặt chi tiết cản quá trình thấm sau này. Thời gian nung chi tiết lên nhiệt độ thấm tùy thuộc vào công suất lò, chiều dày chi tiết và mức độ phức tạp của chi tiết. Các chi tiết phức tạp, dễ bị ứng suất và nứt khi nung thì cần nung chậm, đặc biệt là giai đoạn biến dạng đàn hồi (200 - 4000C). Giai đoạn bão hoà là giai đoạn cung cấp chủ yếu lượng các bon trong líp thấm. Thời gian này quyết định chiều dày có hiệu quả của líp thấm. Nếu coi thời gian thấm và thời gian để khuyếch tán là như nhau thì thời gian này xác định theo chiều dày yêu cầu của líp thấm (0,4 đến 0,6mm/h, tốc độ gấp đôi vì kể cả thời gian khuyếch tán). Giai đoạn khuyếch tán nhằm khuyếch tỏn cỏcbon trờn bề mặt vào sõu phớ trong chiều dày líp thấm cần thiết, giảm sự quá tập trung các bon trên bề mặt gõy giũn và bong líp thấm. Trong thời gian này, để giữ cân bằng hàm lượng cỏcbon, người ta vẫn đưa dầu vào lò nhưng với tốc độ nhỏ hơn. Thời gian khuyếch tán không được quá dài (so với thời gian thấm để không làm nghốo cỏcbon trờn bề mặt. Thông thường cùng với chế độ tôi, giai đoạn này quyết định hàm lượng cỏcbon và độ cứng bề mặt líp thấm. Tốc độ nhỏ dầu vào lò chỉ để tham khảo, vì giọt dầu có thể to hoặc nhỏ khác nhau tuỳ theo ống nhỏ. Tỷ lệ chiếm chỗ của chi tiết trong lò có thể khác nhau tuỳ theo mẻ thấm, khi thấm nhiều chi tiết nhỏ một mẻ thì cần lượng dầu nhiều hơn, và theo kinh nghiệm tốc độ dầu vào lò phải được điều chỉnh qua việc quan sát ngọn lửa, khi đốt khí thải ở ống xả. Ngọn lửa màu xanh, chiều dài từ 100 đến 150mm là vừa. Chiều dài ngọn lửa lớn hơn 200mm là thừa dầu, cần giảm bớt số giọt dầu đưa vào lò. Trái lại, ngọn lửa ngắn hơn 100mm hoặc tắt là thiếu dầu, cần tăng số lượng dầu đưa vào lò. Lượng dầu quá thừa mà chậm được giảm bít như đã nêu trên, sẽ tạo muội bỏm trờn mặt chi tiết làm ngăn cản quá trình thấm. Chế độ thấm hợp lý sẽ nhận được líp thấm có hàm lượng cỏcbon trờn bề mặt khoảng 0,8 đến 1,2 % và tốc độ thấm từ 0,2 đến 0,3mm/h. Hỗn hợp khí thấm tạo thành nhờ pha trộn các khí công nghiệp có thành phần : 18-23% CO + 4,8% CnH2n+2 + 32 - 45% H2 + 30-40% N2 + 0,1%C. Bảng 1.3 cho thành phần ỏng chừng của một vài loại khí hay dùng, thành phần có thể thay đổi theo nguồn cung cấp khí. Bảng I.2 Tên khí Thành phần(% thể khí ở ĐKTC) (Ký hiệu) CO CnH2n+2 CO2 N2 H2 Khí khác Khí đốt - 100 - - - - CGA 17,6 3,8 11,8 - 46,9 18,9Ar Endogas 23 - 0,4 45,7 30 0,2H20 Exogas 20,5 - 4,5 45 30 - Khác với các chi tiết bằng thép thông thường, chi tiết thép sau khi thấm cacbon cú lớp bề mặt là thép sau cùng tớch (trờn 0,8%C) cũn lừi là thép trước cựng tớch (khoảng 0,2%C). Nhiệt độ tôi cho chi tiết thép sau khi thấm cacbon có đặc điểm riờng : Lớp bề mặt, để bảo tồn lưới Xe có độ cứng và tính chịu mài mòn cao, phải tôi như thép sau cùng tích ở 760 đến7800C. Lõi là thép trước cựng tớch (0,2%C) phải tôi ở 880 đến 9000C. Chế độ nhiệt luyện sau khi thấm cacbon được chọn tùy theo yêu cầu làm việc của chi tiết bản chất của thép, bao gồm : Tôi trực tiếp - sau khi hạ nhiệt độ đến 850- 8600C tiến hành tôi, công nghệ này áp dụng cho thép di truyền hạt nhỏ, thích hợp cho công nghệ thấm cacbon thể lỏng về mặt nhiệt độ đồng thời kết hợp để rửa sạch bề mặt chi tiết. Nhiệt độ tôi ở đây là trung gian giữa nhiệt độ tụi lớp bề mặt và lõi. Tôi một lần- thực hiện sau khi thấm cacbon và thường hoỏ thộp : Tôi ở 820-8500C khi cần độ cứng bề mặt cao, nhiệt độ tôi ở đây vẫn là nhiệt độ tôi trung gian của lõi và bề mặt nhưng ưu tiên líp bề mặt hơn. Tôi ở 860 - 8800C khi cần độ bền ở lõi cao, nhiệt độ tôi ưu tiên cho lõi hơn. Tôi hai lần - thực hiện sau khi thấm cacbon và thường hoá rồi : Tụi lõi ở 880 - 9000C Tôi bề mặt ở 760 - 7800C cả lĩ và bề mặt đều đả bảo cơ tính nhưng phiền phức nờn ngày càng Ýt đượcdựng. Sau khi tụi, cỏc chi tiết thấm cacbon được ram thấp ở 150 đến 2000C để giữ được độ cứng và tính chịu mài mòn cao. Đối với các phần của chi tiết không cần thấm cacbon (chống thấm) người ta có thể áp dụng một số biện pháp sau : để lượng dư gấp 1,5 đến hai lần chiều dày líp thấm để sau này cắt đi, đắp một líp dày khoảng 5 - 10 mm bằng hỗn hợp chứa : 20% đất sét + 5% nước thủy tinh + còn lại là cát mịn. Pha nước đủ dẻo (khoảng 10 - 15%) rồi đắp lên phần chống thấm, có thể dùng vải băng kín, buộc chặt để không bị bong líp chống thấm khi xếp chi tiết vào lò. Ngoài ra, các chi tiết quan trọng phần chống thấm có thể mạ Cu hoặc phủ Al. ở các nước công nghiệp phát triển, thấm cacbon được tiến hành trong lò nằm ngang, sau khi thấm, xe chở chi tiết được kéo sang buồng tôi do đó tận dụng được công suất của lò thấm. Cùng mục đích hoá bền bề mặt, so với bề mặt, công nghệ thấm cacbon có nhiều ưu việt hơn : líp bề mặt có hàm lượng cacbon cao hơn nên sau khi tôi sẽ có độ cứng và tính chịu mài mòn cao hơn, do đó mà công nghệ thấm cacbon được ưu tiên áp dụng cho các chi tiết làm việc trong điều kiện chịu mài mòn có tích số (pv) lớn hơn (p là áp lực, v là vận tốc). Hoá bền bề mặt bằng thấm cacbon và tôi ram có thể áp dụng cho chi tiết hình dạng phức tạp hơn mà vẫn giữ được đồng đều, tuy nhiên chi phí cho sản xuất lớn hơn và năng suất thấp hơn. Với chi tiết trục khuỷu, ta thực hiện hai giai đoạn : Giai đoạn 1 : Tôi + ram cao Giai đoạn 2 : Tôi cảm ứng bề mặt các chi tiết. Và chóng ta cũng cần phải hiểu về các khái niệm và công nghệ này như thế nào ? Tôi là gì ? Tôi thép là phương pháp nhiệt luyện gồm nung nóng chi tiết đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn AC1 hoặc AC3 tuỳ thuộc vào loại thép để làm xuất hiện tổ chức Austenit, sau khi giữ nhiệt chi tiết được làm nguội nhanh thích hợp để Austenit chuyển thành mactenxit hay các tổ chức không ổn định khỏc cú độ cứng và độ bền cao (như bainit, truxtit khi tôi đẳng nhiệt). Ram là phương pháp nhiệt luyện gồm nung nóng chi tiết đã tôi đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn AC1, sau đó giữ nhiệt một thời gian cần thiết để mactenxit dư phõn hoỏ thành các tổ chức thích hợp rồi làm nguội. Ram cao là phương pháp nung nóng thép đã tôi nóng lên khoảng 500-6500C, tổ chức đạt được là Xoocsit ram. Khi ram cao độ cứng của thép tôi giảm mạnh, đạt khoảng 15 - 20 HRC (khoảng 200 ¸ 300 HB), ứng suất bên trong bị khử bỏ, độ bền giảm đi, còn độ dẻo, độ dai tăng lên mạnh. Ram cao dùng cho chi tiết yêu cầu có cơ tính tổng hợp cao. Dạng nhiệt luyện gồm có tôi + ram cao gọi là nhiệt luyện hoá tốt, dạng nhiệt luyện này thường dùng cho những chi tiết làm bằng thép cacbon và thép hợp kim có hàm lượng cacbon trung bình, sau khi nhiệt luyện đạt cơ tính tổng hợp cao. Tôi bề mặt là phương pháp tôi bộ phận, khi đó chỉ có líp bề mặt chi tiết được tụi cũn lừi không được tôi. Như vậy sau khi tôi, chỉ líp bề mặt có tổ chức mactenxit, còn những líp bên trong có tổ chức xoocbit - peclit. Có nhiều phương pháp tôi bề mặt, song chúng đều dự trên nguyên lý chung là nung nóng thật nhanh bề mặt với chiều sâu nhất định lên đến nhiệt độ tôi, trong khi đó phần lớn tiết diện (lõi) không được nung nóng, khi làm nguội nhanh tiếp theo chỉ có líp bề mặt được tôi cứng, cũn lừi không được tôi vẫn mềm. Tôi tần số là phương pháp tôi bề mặt được ứng dụng rộng rãi, nhất vì nó có năng suất cao, dễ cơ khí hoá, tự động hoỏ nờn có thể bố trí nguyờncụng nhiệt luyện ngay trong dây truyền sản xuất cơ khí. Nhiệt luyện bằng dòng điện tần số cao còn cho phép nâng cao chất lượng sản phẩm, nhờ vậy mà ngày càng được sử dụng rộng rãi ở nước ta còng như các nước khác. Căn cứ vào hình dáng cũng như, các đặc tính kỹ thuật và những ưu thế mà việc tôi tần số mang lại, tác giả đã chọn tôi bề mặt cổ trục khuỷu bằng phương pháp tôi bằng dòng điện cảm ứng có tần số cao (tôi tần số).Cỏc số liệu tính toán cụ thể cho từng công nghệ ứng với từng loại chi tiết sẽ được trình bày ở các chương sau. Chương II Bánh răng và trục răng tầu hoả A.Lý thuyết : 1-Phân tích điều kiện làm việc: Bánh răng tàu hoả (24/m14 ) và trục răng (Z14/m14 ) được lắp cho tàu hoả ,chịu tải trọng lớn do đó phải có chất lượng tốt . vì vậy chi tiết phải được chế tạo từ vật liệu tốt thộp cú hàm lượng %C = 0,1- 0,3 và được hợp kim hoá một sồ hợp kim :Cr ,Ni ,Ti , W , Mo . Trong quá trình làm việc bánh răng và trục răng tàu hoả chịu các trạng thái lực sau : Uốn khi truyền mụmen cực đại do đó gây ra phá huỷ ở chân răng theo góc lượn Uốn dưới tác dụng của tải trọng thay đổi theo chu kỳ , do đó gây ra ứng suất mỏi phá huỷ răng ở tiết diện nguy hiểm nhất là chân răng ,do đó 70% bị háng do mái Ứng suất tiếp xúc trên bế mặt làm làm việc trong vùng ăn khớp của răng ,do đó gây ra ứng suất mới phá huỷ răng ở tiết diện rỗ trên bề mặt ,thậm chí phá huỷ bề mặt nên bề mật phải có độ cứng cao hơn ,chịu mài mòn tốt .Quá trình mài mòn thường xẩy ra ở bề mặt đầu mót răng. Quá tải do tải trọng tăng đột ngột dẫn đến gẫy vỡ ở một số bánh răng, ta còn thấy hiện tượng bánh răng bị mòn và xước song điều này Ýt thấy xảy ra ở các bánh răng sau khi hoá nhiệt luỵờn bánh răng đạt độ cứng cao và lõi đạt độ dẻo dai . Để đảm bảo ăn khớp tốt, truyền động êm, Ýt gây tiếng ồn các cặp bánh phải có độ chính xác cao, do đó khi ra công cơ khí đặc biệt khi nhiệt luyện phải có độ biến dạng thấp .Đây là yêu cầu rất cao và rất khắt khe đối với nhiệt luyện vì ứng suất và tổ chức tạo thành khi tôi khá lớn và thuờng dẫn đến biến dạng quá mức cho phép. 2,ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim : Cỏcbon :Ta thõý khi hàm lượng C tăng nên độ bền và độ cứng tăng lên ,còn độ dẻo và độ dai giảm .Riêng độ bền chỉ tăng và đạt cực đại khi thành fần C vào cỡ 0,8¸1% vượt quá giới hạn chế độ bền giảm đi (và có lẽ lý do đó trong thực tế Ýt gặp thép C>1,3%) . Khi tăng pha Xờ(cứng ,giũn) thỡ lượng peclớt tăng lên tương ứng còn lượng pha pherít (mềm dẻo )giảm đi .Tổ chức peclit gồm 2 phaXờ (cứng)và phe rít mềm xen kẽ nhau là pha tổ chức pha cho độ bền cao .Như vậy, khi tăng C vượt quá giới hạn 0,8¸1% trong thép sẽ xuất hiện và phát triển vết nứt làm độ bền của thép giảm xuống . Về mặt định lượng ta thấy cứ tăng 0,1% C làm độ cứng tăng lên 20¸25HB, giới hạn bền tăng lên khoảng 60¸80Mpa, đọ dãn dài (d) giảm đi khoảng 2-4%,độ thắt tỉ đối (y)giảm đi khoảng 1¸5% ,độ dai va đập (aK)giảm đi khoảng 200KJ/m2. Trong thộp dựng để thấm C lượng C=0,1¸0,3% để khi thấm lượng C tăng 0,8¸1,2% để đảm bảo độ cứng và có tính chống mài mòn cao. Cr:Cr ở trong thép có tác dụng làm tăng độ bền , tăng giới hạn chảy và giảm độ dai và va đập . Cr còn hoà tan vào trong Xê khi thay thế ngyờn tử sắt ,tăng tính ổn định, chống ăn mòn và oxy hoá ,tăng tính chống mài mòn ,tăng tính chống giảm độ bền ở nhiệt độ cao .Cr có trong thép thấm với hàm lượng khoảng 1% có tác dụng chủ yếu là tăng độ thấm tụi .Nú cũn cải thiện tính chống ram,và độ bền ở nhiệt độ cao do nã tao ra cacbớt nhỏ mịn khi ram có tác dụng hoá bền tiếp pha..Cr còn đóng vai trò chổng mài mòn và có độ bền cao . Niken :là nguyên tố không tạo cacbit ,tác dụng chủ yếu là tăng độ bền và độ dai va đập cho ferit .Niken có tác dụng giữ hạt nhỏ cho thép thấm cacbon vì thời gian giữ nhiệt của thép ở nhiệt độ cao lâu nờn thộp sẽ phát triển. .Hệ số tăng độ thấm tôi của Niken thuộc loại trung bình (1,4). -Mn là nguyên tố mở rộng g, Mn không tạo cacbit riêng biệt mà thay thế Fe trong Fe3C .Đối với chuyển biến khi ram thì tác dụng của Mn là không đáng kể .Nhược điểm lớn nhất của Mn là thúc đẩy hạt tinh thể lớn nhanh khi nung tăng tớnh giũn ram . -Titan là nguyên tố thu hẹp g ,khuynh hướng tạo cacbit mạnh .Tác dung chủ yếu của Titan là ngăn cản sự lớn nên của hạt g khi nung ,ngoài ra Titan cũng tăng tính chống ram và tăng khả năng chống mài mòn cho thép . Mo:là nguyên tố hợp kim thu hẹp vùng d còn mạnh hơn cả Cr ,nú cũn làm cản trở sự phát triển của hạt tăng độ thấm của vùng o stcic (d) kém ổn định nhất d ~600°c và 350°cvà làm giảm Mđ. Ngoài ra Mo còn làm tăng nđộ phát triẻn của hạt d,giảm giòn ram của thép ,tăng tính cứng nóng .Cùng với cr ,Mo tăng mạnh độ thấm tôi (hệ sè3,8). Mo cải thiện tính chống ram do nó tạo ra độ cứng thứ hai khi ram do hình thành pha Mo2C . Tuy nhiờn ,theo đặc tính làm việc của bánh răng và trục răng tầu hoả thì có thể dựng mỏc 20XM Vì Niken là nguyên tố quớ và ngày càng hiếm nên về mặt giá thành thỡ cũn khá cao ,do vậy có thể dựng mỏc thộp thay thế cho hai mỏc trờn là :30XGT.Mỏc này có tính năng tương đương song rẻ hơn và tính công nghệ tốt hơn .Nhưng mỏc thộp này có độ thấm tôi thấp hơn . Tuy nhiên nó lại thấm cacbon thể khí ở nhiệt độ cao hơn (930¸950) mà không sợ hạt lớn do đó rút ngắn thời gian thấm .Quy trình nhiệt luyện sau thấm cacbon cũng khá đơn giản vì có thể tôi trực tiếp mà không cần thường hoá . 3-Lý luận công nghệ : 3.1. Tôi : Tôi thép là phương pháp nhiệt luyện gồm nung nóng chi tiết đến t0 cao hơn nhiệt độ tới hạn Ac1 hoặc Ac3 tuỳ thuộc vào loại thép để làm xuất hiện tổ chức Austenit, sau khi giữ nhiệt chi tiết được làm nguội nhanh thích hợp để Austenit chuyển thành Mactenxit hay các tổ chức không ổn định khỏc cú độ cứng và độ bền cao (như Bainit, trustit khi tôi đẳng nhiệt). Đối với mỏc thộp 20XM sau thấm ta chọn phương pháp tôi một lần cho bề mặt, nhiệt độ tôi 8200C. 3.2 Công nghệ ram : Ram thép là phương pháp nhiệt luyện gồm nung nóng chi tiết đã tôi đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn Ac1 sau đó giữ nhiệt một thời gian cần thiết để Mactenxit và Austenit dư phân hoá thành các tổ chức thích hợp rồi làm nguội (thường làm nguội trong không khí). Tuỳ vào mục đích sử dụng của thép mà ta tiến hành ram thấp, ram trung bình, ram cao. 3.2.1. Ram thấp : T = (150 ¸ 250) 0C Độ cứng giảm (1 ¸ 2) HRC so với tôi. Tổ chức đạt được là : Mram Thường áp dụng cho các chi tiết cần độ cứng cao. 3.2.2. Ram trung bình : T=(300-400) 0C Tổ chức đạt được là : Tram Sau ram độ cứng khoảng (40 ¸ 50) HRC có giới hạn đàn hồi cao nhất. Thường áp dụng cho nhiệt luyện lò xo. 3.2.3. Ram cao : T = (500 ¸ 650) 0C. Tổ chức đạt được là : Xram Độ cứng đạt được khoảng (15 ¸ 25) HRC Thường dùng cho các chi tiết đòi hỏi cơ tính tổng hợp cao, độ dai va đập cao. Do điều kiện làm việc của chi tiết là bề mặt có độ cứng cao và lõi dẻo dai nên ta chọn phương pháp ram thấp. 3.2.4Thường hoá Thường hoá là phương pháp nhiệt luyện bao gồm nung nóng thộp lờn nhiệt độ tới hạn ,giữ nhiệt một thời gian sau đó làm nguội trong không khí . Mục đích của thường hoá là : +Làm giảm độ cứng để dễ tiộn hành gia công cắt gọt . +Làm tăng độ dẻo để tiến hành dập ,kộo thộp ở trạng thái nguội . +Làm giảm hay mất ứng suất bên trong cỏc nguyờn cụng trước để lại . +làm nhỏ hạt nếu trướclàm hạt lớn . +Làm đồng đều thành phần hoá học trên toàn tiết diệncủa vật dù bị thiờn tớch +Chuẩn bị tổ chức thích hợp cho cỏc nguyờn cụng gia công cơ hay nhiệt luyện tiếp theo. Với chi tiết của ta sau khi thấm xong không tôi ngay mà thường hoá mục đích là để giữ cho hạt nhỏ trong lừi và làm phân bố lại lưới XeII ở trên bề mặt XeII bị hoa tan và tạo lưới rách Xe2 ở trên líp bề mặt lưới này có tác dụng chống mài mòn rất cao . 3.3.Lập quy trình công nghệ nhiệt cho bánh răng và trục răng tầu hoả. Do điều làm việc của bánh răng và trục răng yêu cầu độ cứng bề mặt 61 ¸ 63 HRC và lõi 30 ¸ 40 HRC do mỏc thộp trờn là 20XM có 0,2%C nên ta phải thấm để %C=0,8¸1,2% sau tôi +ram thấp . Vì vậy muốn nâng cao được độ cứng bề mặt để đảm bảo đặc tính làm việc của chi tiết thì phải chọn công nghệ nhiệt luyện là: thấm cacbon thể khí ở 920oC sau đó thường hoá rồi tôi ở 820oC và ram thấp ở 180oC. Sở dĩ chọn phương pháp thấm cacbon thể khớ vỡ phương pháp này có khả năng khống chế tốt nồng độ cacbon của líp thấm. ở nước ta, thấm cacbon thể khí cho bánh răng thường dùng lò giếng điện trở do liờn Xụ và Tiệp Khắc sản xuất, với chất thấm đưa vào bằng cách nhỏ dầu hoả. Ta dùng máy phân tích để xác định hàm lượng các nguyên tố trongmỏc thộp 20XM là: C=0,2;%,Cr=1%,Mo=1% Do hàm lượng cacbon thấp và làm việc dưới tác dụng của mụmen uốn xoắn ,chịu mài mòm cao cao nờn cõn bề mặt cứng và cần dẻo dai . Nên ta có quy trình công nghệ như sau: +Đầu tiên ta tiến hành vệ sinh chi tiết và bật lò để đạt nhiệt độ cần thấm . không + Tiếp đó ta làm ba mẫu thử :mẫu thứ nhất dược làm bằng sợi dây thép nhỏ, mẫu thứ hai làm bằng dây thép đương kính 6mm ,mẫu thứ ba là mẫu thép hình chữ nhật có đánh số mẻ thấm đẻ sau này đo chiều dày líp thấ vá soi tỏ chức. Mẫu thứ 3 đươc buộc vào gỏ cựng chi tiết .Sau thơi gian bật lò hảng 8h thì dật nhiệt độ thấm ,lúc đó ta cho chi tiết vào lò .sau khi đã cho chi tiết vào lũ thỡ nhiệt độ thấm ta tiếp tục nung để đạt nhiệt độ thấm .Thời gian dể tiến hành giai đoạn này khoảng 2¸3giê ,khi ở nhiệt độ thấp ta không nên nhỏ dầu để trỏnh bỏm muội ,chi khi nhiệt độ đạt .700°C ta mới nhỏ dầu để tránh sự oxy hoá và thoát C.Lượng dầu nhỏ thường là 50¸70 giọt /phót .Sau khi đạt nhiệt độ 915°Cta bật quạt gió và tiến hành giữ nhiệt độ với chi tiết ,ta giữ hiệt độ khoảng 6h .trong giai đoạn giữ nhiệt độ này ta lại phân chia làm 3 giai đoan để nhrỏ dầu ; 1,5h giê đầu ta nhỏ 100giọt/phỳt vỡ ở thời điểm này C khyờch tỏn chậm 3h giừ tiếp ta nhỏ 120giọt /p vì ở thới điểm nay C khuyờch tỏn nhanh 1,5 cuối ta nhỏ 100giọt /phút vỡ đây là giai đoạn sau tăng nồng độ và độ xít chặt của cacbon trên bề mặt .Để kiểm tra xem quá trình thấm đã có tác dụng hay chưa thì trong giai đoạn giữ nhiệt sau 1h ta đem mẫu =dây thép đk2mm dem tôi và bẻ .Nếu rũn thỡ chứng tỏ líp thấm cú tỏc dụng . Sau quá trình giư nhiệt 6h trước khi lấy chi tiết ra ta lấy mẫu 6 ra đem tôi và đập gẫy để kiểm tra xem đã đủ chiều dày líp thấm hay chưa . Nếu đủ chiều dày líp thấm thì ta đem chi tiết ra thường hoá mà không tôi ngay mục đích là để giữ cho hạt nhỏ trong lõi và làm phân bố lại lưới XeII ở trên bề mặt XeII bị hoa tan và tạo lưới rách Xe2 ở trên líp bề mặtLưới này có tác dụng chống mài mòn rất cao . Sau khi thường hoá ta lại đem chi tiết nung đến 815°Cvà giữ nhiệt ở 1,5h sau đó đem tôi trong dầu nhằm tạo ra tốc độ nguội đủ nhanh cho chi tiết . Chi tiết sau tôi được đem ram thấp ở nhiệt độ 180°Cvà thời gian giữ nhiệt khoảng1 đến 2h để ứng suất dư còn lại sau khi tôi và chuyển biến nốt g dư thành M. Sau khi thường hoá chi tiết lại được chất vào lò và nung tới nhiệt độ tôi là 820oC và giữ nhiệt khoảng 1,5 giê rồi tôi trong dầu. Trong quá trình tụi luụn phải sục dầu để đảm bảo tốc độ nguội và sự nguội đều tất cả các mặt của chi tiết. Một chu ý là trong quá trình nung tôi chi tiết luôn luôn được nhỏ dàu bảo vệ (80 giọt /phót ) để tránh thoát cacbon. Và trong quá trình tôi để tránh dầu nóng quá nhiệt độ cho phép thì thùng dõự được đặt trong bể nước có bơn nước tuần hoàn làm nguội Đối với mỏc thộp thay thế 30 XGT ta có thể tôi ngay sau khi thấm mà không cần thường hoỏ, vỡ đây là thép di truyền hạt nhỏ. Sau khi tôi chi tiết được ram thấp ở nhiệt độ 180oC và thời gian giữ nhiệt khoảng 1,5 giê để khử ứng suất dư và chuyển biến nụt austenit dư thanh mactenxit. B.Tớnh toán cỏc thông số công nghệ cho bánh răng và trục răng tầu hoả. I.Tớnh toán cho bánh răng 1.Tiêu chuẩn Bi a:hệ số truyền nhiệt,vỡ sử dụnglũ điện trở nên a = ab x. W/m2K; ehc: hệ số hiệu chỉnh do đối lưu tự nhiên. ehc:= 1,01 ®1,1 chọn ehc:= 1,1 eqd:hệ số độ đen qui đổi của chi tiết và bề mặt tường lò. e1:độ đen của bề mặt tường lò; e2:độ đen của chi tiết; F1:diện tích bề mặt trong buồng lò bức xạ nên chi tiết; F2:diện tích bề mặt nung nhận bức xạ; Do F2 << F1 nên eqd = e2 = o,4 T1:Nhiệt độ của lò = 930 +273 = 1203 K; T2tb: Nhiệt độ trung bình của chi tiết; T2d = 20 + 273 =293K:Nhiệt độ đầu của chi tiết; T2c = 920 + 273 = 1193K: Nhiệt độ cuối của chi tiết; l = 36,5 (W/mK); Tra bảng phụ lục XII [III]; Vì chi tiết có hình dáng phức tạp nên: Vậy chi tiết là vật mỏng; Công suất thiết kế của lò ở thời điểm bắt đầu nung phải thoả mãn yêu cầu sau: (1.11) [1]; Trong đó: Ntk=60kW : Công suất thiết kế của lò; Fm = 1,7(m2):bề mặt nung của các chi tiết trong mẻ xếp; h = 0,8 :hệ số hữu dụng của lò; t1 = 9300C:Nhiệt độ lò; t2d = 200C:Nhiệt độ đầu của chi tiết; >60; Vậy điều kiện trên không thoả mãn cho nên ta phải tính theo trường hợp nhiệt độ lò thay đổi. 2.Tính thời gian nung để thấm cho một mẻ bánh răng Công suất thiết kế của lò là 60 kW; . Công suất hữu Ých của lò: (1.18), [i]; + Tính số lượng chi tiết cho một mẻ nung theo công thức 1.24 [i] Trong đó: Nh =36920 (w) là công suất hữu Ých. a =135W/m2K là hệ số truyền nhiệt . F = 0,28(m2) là diện tích bề mặt một chi tiết t1 =9300C : Nhiệt độ lò. t2c =9200C là nhiệt độ cuối của chi tiết. k=0,85-0,95, chọn k=0,85. Để thuận lợi cho xếp chi tiết vào gá chọn 6 chi tiết. +Thời gian nung chi tiết giai đoạn đầu được tính theo công thức 1.21 [1]: (s); c =686 J/kg K: Nhiệt dung riêng; Nh =36920 (W) : công suất hữu Ých của lò; t2d =200C : Nhiệt độ đầu của chi tiết; t1 = 9300C :Nhiệt độ làm việc của lò; M:Khối lượng mẻ nung: M = n*m + mgá; N:số lượng chi tiết của một mẻ nung =6; M: Khối lượng của một chi tiết nung =42 kg; mgá: khối lượng gá =20 kg; M = 6*42 + 20 = 272 kg; Fm = 1,7 m2: Diện tích bề mặt nung; a=135 W/m2.K: Hệ số truyền nhiệt Vậy: +Thời gian nung giai đoạn 2 được tính theo công thức 1.22 [II]; t2c = 9200C : Nhiệt độ cuối của chi tiết; a=135 W/m2.K: Hệ số truyền nhiệt Thời gian nung chi tiết tn =(1,1 + 0,65)*1,2 = 2,1(h); Thời gian thấm các bon thể khí ở 9200C để đạt chiều sâu líp thấm từ 1 đến 1,4 mm Là 5(h) .Tra sổ tay nhiệt luyện [2]; Thời gian thao tác 6 phót; Vậy tổng thời gian nung và thấm là: 2,1 +5 + 0,1 = 7,2(h); 3.Tính thời gian nung tôi cho một mẻ bánh răng. +Thời gian nung chi tiết giai đoạn đầu được tính theo công thức 1.21 [1]: (s); c =690 J/kg K: Nhiệt dung riêng; Nh =36920 (W) : công suất hữu Ých của lò; t2d =400C : Nhiệt độ đầu của chi tiết; t1 = 8300C :Nhiệt độ làm việc của lò; M:Khối lượng mẻ nung: M = n*m + mgá; N:số lượng chi tiết của một mẻ nung =6; M: Khối lượng của một chi tiết nung =42 kg; mgá: khối lượng gá =20 kg; M = 6*42 + 20 = 272 kg; Fm = 1,7 m2: Diện tích bề mặt nung; a=125 W/m2.K: Hệ số truyền nhiệt Vậy: +Thời gian nung giai đoạn 2 được tính theo công thức 1.22 [1]; t2c = 8200C : Nhiệt độ cuối của chi tiết; a=125 W/m2.K: Hệ số truyền nhiệt Thời gian nung chi tiết tn =(0,9 + 0,66)*1,2 = 1,8(h); Thời gian giữ nhiệt để tôi là 1,6(h) tra sổ tay nhiệt luyện [II]; Thời gian thao tác 6 phót; Vậy tổng thời gian nung và giữ nhiệt là: 1,8 +1,8 + 0,1 = 3,7(h); II.Tớnh toán cỏc thông số công nghệ cho trục răng. 1.Tiêu chuẩn Bi ; ; Fmc:Diện tích mặt cắt ngang; Fmc = 3,14*r2 =3,14*0,042 =0,005 (m2); P:chiều dài và chu vi mật cắt ngang; P = 3,14*0,08 = 0,25(m); Vậy chi tiết là vật mỏng; 2.Tính thời gian nung để thấm cho một mẻ trục răng Công suất thiết kế của lò là 60 kW; Công suất hữu Ých của lò: (1.18), [i]; + Tính số lượng chi tiết cho một mẻ nung theo công thức 1.24 [i] Trong đó: Nh =36920 (w) là công suất hữu Ých. a =135W/m2K là hệ số truyền nhiệt . F = 0,16(m2) là diện tích bề mặt một chi tiết t1 =9300C : Nhiệt độ lò. t2c =9200C là nhiệt độ cuối của chi tiết. k=0,85-0,95, chọn k=0,85. Để thuận lợi cho xếp chi tiết vào gá chọn 8 chi tiết. +Thời gian nung chi tiết giai đoạn đầu được tính theo công thức 1.21 [1]: (s); c =686 J/kg K: Nhiệt dung riêng; Nh =36920 (W) : công suất hữu Ých của lò; t2d =200C : Nhiệt độ đầu của chi tiết; t1 = 9300C :Nhiệt độ làm việc của lò; M:Khối lượng mẻ nung: M = n*m + mgá; N:số lượng chi tiết của một mẻ nung =8; M: Khối lượng của một chi tiết nung =22 kg; mgá: khối lượng gá =20 kg; M = 8*22 + 20 = 196 kg; Fm = 1,3 m2: Diện tích bề mặt nung; a=135 W/m2.K: Hệ số truyền nhiệt Vậy: +Thời gian nung giai đoạn 2 được tính theo công thức 1.22 [1]; t2c = 9200C : Nhiệt độ cuối của chi tiết; a=135 W/m2.K: Hệ số truyền nhiệt Thời gian nung chi tiết tn =(0,75 + 0,6)*1,4 = 1,9(h); Thời gian thấm các bon thể khí ở 9200C để đạt chiều sâu líp thấm từ 1 đến 1,4 mm Là 5(h) .Tra sổ tay nhiệt luyện [II]; Thời gian thao tác 6 phót; Vậy tổng thời gian nung và thấm là: 1,8 +5 + 0,1 = 6,9(h); 3.Tính thời gian nung tôi cho một mẻ trụcrăng. +Thời gian nung chi tiết giai đoạn đầu được tính theo công thức 1.21 [i]: (s); c =690 J/kg K: Nhiệt dung riêng; Nh =36920 (W) : công suất hữu Ých của lò; t2d =400C : Nhiệt độ đầu của chi tiết; t1 = 8300C :Nhiệt độ làm việc của lò; M:Khối lượng mẻ nung: M = n*m + mgá; n:số lượng chi tiết của một mẻ nung =8; M: Khối lượng của một chi tiết nung =22 kg; mgá: khối lượng gá =20 kg; M = 8*22 + 20 = 196 kg; Fm = 1,3 m2: Diện tích bề mặt nung; a=125 W/m2.K: Hệ số truyền nhiệt Vậy: +Thời gian nung giai đoạn 2 được tính theo công thức 1.22 [1]; t2c = 8200C : Nhiệt độ cuối của chi tiết; a=125 W/m2.K: Hệ số truyền nhiệt Thời gian nung chi tiết tn =(0,55 + 0,67)*1,4 = 1,7(h); Thời gian giữ nhiệt để tôi là 1,6(h) tra sổ tay nhiệt luyện [II]; Thời gian thao tác 6 phót; Vậy tổng thời gian nung và giữ nhiệt là: 1,7 +1,6 + 0,1 = 3,4(h); III Tính thời gian ram. Thiết bị dùng để ram là lò RSHOM 7.8/6,5 có công suất 25 kW; 1.Tính thời gian ram cho bánh răng a.Thời gian nung được tính theo công thức : (II); c = 0,503 :Nhiệt dung riêng; g =272 kg : khối lượng mẻ nung; N =25kW :công suất lò; h=0,8 :Hệ số có lợi; Tt = 1800C : nhiệt độ ram; Tc = 200C :nhiệt độ đầu của chi tiết; b.Thời gian giữ nhiệt ta tra sổ tay nhiệt luyện (III) được 1,2 (h); c.Thời gian thao tác 0,1h; Vậy tổng thời gian ram T = 1,5+1,2+0,1 =2,8(h); 2.Tính thời gian ram cho trục răng; a.Thời gian nung chi tiết +Thời gian nung được tính theo công thức : (II); c = 0,503 :Nhiệt dung riêng; g =196 kg : khối lượng mẻ nung; N =25kW :công suất lò; h=0,8 :Hệ số có lợi; Tt = 1800C : nhiệt độ ram; Tc = 200C :nhiệt độ đầu của chi tiết; b.Thời gian giữ nhiệt ta tra sổ tay nhiệt luyện (III) được 1 (h); c.Thời gian thao tác 0,1h; Vậy tổng thời gian ram T = 1,1+1+0,1 =2,2(h); Chương III Bánh răng và trục răng của xe belaz I.Đặc điểm làm việc của chi tiết Trung tâm nghiên cứu và chế tạo vật liệu có nhiều sản phẩm khác nhau về đặc tính chi tiết,yờu cầu kỹ thuật và nguyên lý làm việc.Sau đây là điều kiện làm việc của bắnh răng và trục bánh răng belaz. Đây là bánh răng lắp cho xe belaz,chịu tải trọng lớn,cú yêu cầu cao về chất lượng,do vậy đòi hỏi phải được chế tạo từ vật liệu tốt .Vật liệu thích hợp là thộp cú %C trung bỡnh,hợp kim hoá trung bình và được nhiệt luyện cẩn thận. Trong quá trình làm việc răng của bánh răng chịu các trạng thái lực sau: Uốn: Khi truyền momen xoắn cực đại hay đột ngột , gõy phỏ huỷ ở chân răng theo góc lượn.Uốn dưới tác dụng của tải trọng thay đổi theo chu kỳ do đó gây ra ứng suất mỏi gõy phỏ huỷ răng ở tiết diện nguy hiểm,nhất là chân răng. Ứng suất tiếp xúc trên bề mặt làm việc, trờn vựng ăn khớp của răng,do đó thường làm xuất hiện rỗ trên bề mặt,thậm chớ phỏ huỷ bề mặt. Mài mòn thường xẩy ra ở bề mặt răng khi tiếp xúc với các răng khác. Quá tải do tải trọng tăng đột ngột,dẫn đến gẫy,vỡ báng răng. Do chịu ứng suất cao như vậy ,thép dùng làm bánh răng phải là thép chất lượng cao lượng nguyên tố hợp kim phải đủ để nâng cao độ thấm tụi,đảm bảo tôi thấu khi nhiệt luyện. Để đảm bảo ăn khớp tốt ,truyền động ờm,khụng kờu,ồn cỏc cặp bánh răng ăn khớp với nhau phải có kích thước chớnh xỏc,do đú đòi hỏi gia công cơ khí ,đặc biệt là nhiệt luyện cuối cùng không có biến dạng hoặc là biến dạng rất Ýt. II.Lựa chọn vật liệu Để đáp ứng các yêu cầu làm việc của bánh răng thì bề mặt răng phải có độ cứng cao,từ 59đến 62HRC và lừi cú độ cứng vừa phải,từ 30đến 40HRC.Do vậy nên chọn thép hợp kim thấp,thấm cacbon để làm bánh răng và trục bánh răng. Có nhiều loại mỏc thộp để thấm cacbon như: 20XM,20XHM,12XH3A,12X2H4A,30XGT. Để sử dụng được những loại thép một cách tốt nhất thì ta cần hiểu rõ ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim trong mỏc thộp: -Crụm :là nguyên tố làm tăng đáng kể hệ số thấm tôi (3,2) [4],nó cũn có tác dụng cải thiện tính chống ram và giữ được độ bền ở nhiệt độ cao do nó tạo ra cacbớt nhỏ mịn khi ram .Crụm đóng vai trò hàng đầu đối với độ bền chống mài mòn . -Mo:là nguyên tố thu hẹp vùng g mạnh hơn của Crụm ,Molipden tạo cỏcbit mạnh ,khó hoà tan vào g khi nung .Molipden là nguyên tố góp phần tăng mạnh độ thấm tụi (3,8),nó cũng cải thiện tính chống ram do tạo ra độ cứng thứ hai khi ram và làm giảm sự nhạy cảm với giòn ram . -Niken :là nguyên tố không tạo cacbit ,tác dụng chủ yếu là tăng độ bền và độ dai va đập cho ferit .Niken có tác dụng giữ hạt nhỏ cho thép thấm cacbon .Hệ số tăng độ thấm tôi của Niken thuộc loại trung bình (1,4). -Mn:là nguyên tố mở rộng g Mn không tạo cacbit riêng biệt mà thay thế Fe trong Fe3C .Đối với chuyển biến khi ram thì tác dụng của Mn là không đáng kể .Nhược điểm lớn nhất của Mn là thúc đẩy hạt tinh thể lớn nhanh khi nung tăng tớnh giũn ram . -Titan là nguyên tố thu hẹp g ,khuynh hướng tạo cacbit mạnh .Tác dung chủ yếu của Titan là ngăn cản sự lớn nên của hạt g khi nung ,ngoài ra Titan cũng tăng tính chống ram và tăng khả năng chống mài mòn cho thép . Với các tính chất đó của từng nguyên tố hợp kim thì ta có thể dựng cỏc mỏc thộp trờn để chế tạo các loại bánh răng cho ụtụ-mỏy kộo . Tuy nhiên ,theo đặc tính làm việc của bánh răng belaz thì có thể dựng mỏc 20XM hoặc 20XHM .Với hai mác này thì có thể dùng W dể thay thế cho Mo vỡ chúng có tính chất giống nhau . Vì Niken là nguyên tố quớ và ngày càng hiếm nên về mặt giá thành thỡ cũn khá cao ,do vậy có thể dựng mỏc thộp thay thế cho hai mỏc trờn là :30XGT.Mỏc này có tính năng tương đương song rẻ hơn và tính công nghệ tốt hơn .Nhưng mỏc thộp này có độ thấm tôi thấp hơn . Tuy nhiên nó lại thấm cacbon thể khí ở nhiệt độ cao hơn (930¸950) mà không sợ hạt lớn do đó rút ngắn thời gian thấm .Quy trình nhiệt luyện sau thấm cacbon cũng khá đơn giản vì có thể tôi trực tiếp mà không cần thường hoá . III .Lý luận công nghệ nhiệt luyện . Nhiệt luyện là quúa trỡnh nung nóng giữ nhiệt và làm nguội kim loại hay hợp kim ở trạng thái rắn làm thay đổi tổ chức trên cơ sở làm thay đụỉ cơ tính của kim loại hay hợp kim nhằm đạt được yêu cầu về cơ tính :độ cứng ,độ bền ,độ dẻo dai ,đàn hồi ,mài mòn theo mong muốn .Nhiệt luyờn là khâu gia công không thể thiếu được trong ngành công nghiệp chế tạo máy .Nhiệt luyện được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực ,những chi tiết dược nhiệt luyện có thể nặng từ vài gam đến hàng tấn .Sau khi nhiệt luyện sẽ nâng cao được tuổi thọ của chi tiết ,mỏy múc,nõng cac hiệu quả kinh tế . Bất kỳ một hình thức nhiệt luyện nào cũng gồm ba giai đoạn :nung nóng ,giữ nhiệt và làm nguội . Giai đoạn nung nóng được đặc trưng bằng tốc độ nung và nhiệt độ nung (tn). Giai doạn giữ nhiệt được đặc trưng bằng thời gian giữ nhiệt (tng).Giai đoạn làm nguội được đặc trưng bằng tốc độ làm nguội . Tất cả những sự thay đổi về tổ chức và tính chất của kim loại và hợp kim đều dùa vào giản đồ trạng thỏi vì giản đồ trạng thái biểu thị sư thay đổi tổ chức khi nung nóng ,giữ nhiệt và làm nguội .Các yếu tố quan trọng nhất khi nhiệt luyện là : +Tốc độ nung (Vn=dt/dt),tuỳ thuộc vào hàm lượng các nguyên tố hợp kim ,thành phần nguyên tố hợp kim ,kích thước và hình dáng của chi tiết,từ đó quyết định tốc độ nung hợp lý. +Nhiệt độ nung cao nhất (tn),cũng tuỳ thuộc vào thành phần hoá học mà chọn. Tốc độ nguội (Vng=dt/t) tuỳ theo yêu cầu của từng công nghệ tuỳ thuộc vào tổ chức nhận được (tức cơ tính theo yêu cầu ) mà có thể có tốc độ nguội khác nhau :chẳng hạn tốc độ nguội của thép hợp kim thấp hơn tốc độ nguội của thép cacbon . Tóm lại chất lượng sản phẩm sau khi nhiệt luỵện phụ thuộc nhiều vào các yếu tố trờn ,nú là hàm của các yếu tố đố . Chất lượng sản phẩm cao nhất khi công nghệ tốt nhất ,chế độ nung ,giữ nhiệt và nguội hợp lý nhất .Tuỳ theo công nghệ ,mục đích mà người ta có thể chia nhiệt ra thành nhiệt luyện sơ bộ và nhiệt luyện kết thóc . +Nhiệt luyện sơ bộ nhằm mục đích cải thiện ,sửa chữa những khuyết tật do cỏc khõu gia cong trước đó gây nên ,đồng thời chuẩn bị tổ chức tốt để cho khâu gia công tiếp theo thuận lợi . Nhiệt luyện kết thúc nhằm đạt được những yêu cầu cần thiết của chi tiết trong điều kiện làm việc như dé cứng ,độ bền ,độ chịu mài mòn … Sau đây là một số hình thức nhiệt luyện quan trọng : 1-Thường hoá Thường hoá là phương pháp nhiệt luyện bao gồm nung nóng thộp lờn nhiệt độ tới hạn ,giữ nhiệt một thời gian sau đó làm nguội trong không khí . Mục đích của thường hoá là : +Làm giảm độ cứng để dễ tiộn hành gia công cắt gọt . +Làm tăng độ dẻo để tiến hành dập ,kộo thộp ở trạng thái nguội . +làm nhỏ hạt nếu nguyờn cụng trướclàm hạt lớn . +Làm đồng đều thành phần hoá học trên toàn tiết diện của vật dù bị thiờn tớch +Chuẩn bị tổ chức thích hợp cho cỏc nguyờn cụng gia công cơ hay nhiệt luyện tiếp theo . 2-Tôi : Tôi thép là phương pháp nhiệt luyờn gồm nung nóng chi tiột đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn Ac1 hoặc Ac3tuỳ thuộc vào loại thép để làm xuất hiện tổ chức Anstenis sau khi giữ nhiệt ,chi tiết được làm nguội nhanh thích hợp để Anstenis chuyển thành macxit hay hay các tổ chức không ổn định khỏc cú độ bền cao Các đặc điểm của tôi : +Nhiệt độ thấp nhất của các loại thép cũng phải cao hơn Ac1,tức là nung đến trạng thái austenis . +Làm nguội nhanh ,do đó không những gây ứng suất tổ chức mà còn ứng suất nhiệt cũng rất lớn ,điều này cũng rất dễ dẫn đến cong ,vênh mất sản phẩm +Các tổ chức sau tôi đều đạt độ cứng cao. Do vậy nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn, đồng thời kéo dài thời gian làm việc của chi tiết. +Cùng với ram, nó quyết định cơ tính của thép phù hợp với điều kiện làm việc, do đó quyết định được tuổi thọ của chi tiết. Cú cỏc phương pháp tôi thể tích khác sau như:tôi một môi trường; tôi hai môi trường; tôi đẳng nhiệt … 3-Ram Ram thép là phương pháp nhiệt luyện gồm nung nóng chi tiết đã tôi đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn Ac1 sau đó giữ nhiệt một thời gian cần thiết để mactenxit và austenit phõn hoỏ thành tổ chức thích hợp rồi làm nguội. Trong đại đa số trường hợp sau khi ram chi tiết chỉ đươc nguội trong không khí. Cũng có trường hợp phải làm nguội trong nước hoặc dầu để trỏnh giũn ram. Thép sau tôi nhận được tổ chức mactenxit và austenit dư, cả hai thành phần tổ chức này đều không ổn định. Mặt khác sau tôi trong chi tiết bao giờ cũng cú ứng suất dư, vì vậy các chi tiết sau khi tôi bao giê cũng phải qua ram. Các mục đích của ram thép là: Làm giảm hoặc mất ứng suất bên trong. Biến đổi tổ chức maxtenxit và austenit dư sau khi tôi thành các tổ chức khỏc cú độ dẻo và độ dai cao hơn nhưng có độ cứng và độ bền phù hợp với yêu cầu làm việc của chi tiết, dụng cụ. Đối với thép cacbon và thép hợp kim thấp, theo nhiệt độ ram và tổ chức tạo thành người ta phân chia thành ba chế độ ram: ram thấp, ram trung bình và ram cao. Ram cao (500- 650oC). Ram cao là phương pháp nung nóng thép đã tôi trong khoảng 500 – 650oC, tổ chức đạt được là xoocbit ram. Khi ram cao độ cứng của thép đã tôi giảm mạnh, đạt khoảng 20 – 30HRC, ứng suất bên trong bị khử bỏ, độ bền giảm đi còn độ dẻo dai cũng tăng lên mạnh. Ram cao dùng cho chi tiết có yêu cầu cơ tính tổng hợp cao. Sau khi ram độ cứng đạt khoảng 180 –250 HB và tổ chức là xoocbit ram hay peclit. Ram trung bình (350 – 450oC). Ram trung bình là phương pháp nung nóng thép đã tôi trong khoảng nhiệt độ khoảng 300 – 450oC, tổ chức đạt được là trustit ram. Khi ram trung bình độ cứng của thộp tụi tuy có giảm nhưng vẫn còn khá cao, khoảng 40 – 45HRC, ứng suất bên trong giảm mạnh, giới hạn đàn hồi đạt được giá trị cao nhất, độ dẻo, độ dai tăng lên. Ram trung bình dùng cho các chi tiết có yêu cầu giới hạn đàm hồi cao như lò xo và nhíp hay độ dẻo dai như khuôn dập núng, khuụn rốn. Ram thấp: ram thấp là phương pháp nhiệt luyện gồm nung nóng thép đã tôi trong khoảng 150 – 250oC tổ chức đạt được là mactenxit ram. Khi ram thấp độ cứng hầu như không thay đổi hay có giảm rất Ýt (khoảng 1-3 HRC) ứng suất bên trong giảm đi chút Ýt. Các sản phẩm áp dụng ram thấp sau tôi là các dụng cụ cắt gọt và những chi tiết yêu cầu có độ cứng cao và khả năng chống mài mòn tốt. Sau khi ram thấp nhận được tổ chức mactenxit ram có độ cứng hầu như không thay đổi so với sau khi tôi, nhưng khử được ứng suất dư. Cỏc dông cụ cắt gọt, dụng cụ kiểm tra có thể ram trong khoảng 150 – 180oC độ cứng đạt trên 60HRC. Đối với bánh răng ễtụ, máy kéo, máy công cụ thường ram 180 – 200oC và độ cứng đạt trên 58HRC. 3.2 Lập quy trình nhiệt luyờn cho bánh răng Belaz Z38m12 và trục bánh răng Belaz Z12m12. Như đã trình bày ở phần lùa chọn vật liệu ta thấy đây là mỏc thộp cú hàm lượng cacbon thấp (0,1 – 0,2%) nên nếu tụi thỡ cũng không nâng cao độ cứng là bao nhiêu. Vì vậy muốn nâng cao được độ cứng bề mặt để đảm bảo đặc tính làm việc của chi tiết thì phải chọn công nghệ nhiệt luyện là: thấm cacbon thể khí ở 920oC sau đó thường hoá rồi tôi ở 820oC và ram thấp ở 180oC. Sở dĩ chọn phương pháp thấm cacbon thể khớ vỡ phương pháp này có khả năng khống chế tốt nồng độ cacbon của líp thấm. ở nước ta, thấm cacbon thể khí cho bánh răng thường dùng lò giếng điện trở do liờn Xụ và Tiệp Khắc sản xuất, với chất thấm đưa vào bằng cách nhỏ dầu hoả. Để khống chế líp thấm cacbon trong phạm vi nồng độ 0,8 –1%, không có lưới cacbit người ta áp dụng phổ biến cách nhỏ dâu 2 cấp trong thời gian thấm. Tuy nhiên với loại bánh răng này, yêu cầu líp thấm 1% C và chiều sâu líp thấm từ 1 –1,2mm, ta nên chọn cách nhỏ dầu thành 3 cấp là: Trong 1/4 thời gian đầu (chỉ tính từ lúc đạt nhiệt độ thấm, không kể thời gian nung) ta nên nhỏ Ýt cỡ 100 giọt /phót ( chưa đến mức tối đa) vì thời gian này cacbon khuếch tán chậm. Trong 2/4 thời gian tiếp theo tăng tốc độ nhỏ dầu nên tối đa cỡ 120 giọt / phút, vỡ thời gian này cacbon khuếch tán nhanh. Trong1/4 thời gian cuối ta lại giảm lượng nhỏ dâu xuống như lóc đầu (100 giọt/phỳt) vỡ đây là giai đoạn san bằng nồng độ và xít chặt của cacbon trên bề mặt. Sau khi thấm xong thì mang chi tiết ra thường hoá mà không được tôi ngay với mục đích là để giữ cho tổ chức hạt nhỏ trong lõi và làm phân bố lại lưới XeII ở líp bề mặt. XeII bị hoà tan tạo thành lưới rách XeII ở líp bề mặt, lưới này có tác dụng chống mài mòn rất cao. Sau khi thường hoá chi tiết lại được chất vào lò và nung tới nhiệt độ tôi là 820oC và giữ nhiệt khoảng 1,5 giê rồi tôi trong dầu. Trong quá trình tụi luụn phải sục dầu để đảm bảo tốc độ nguội và sự nguội đều tất cả các mặt của chi tiết. Một chu ý là trong quá trình nung tôi chi tiết luôn luôn được nhỏ dàu bảo vệ (80 giọt /phót ) để tránh thoát cacbon. Và trong quá trình tôi để tránh dầu nóng quá nhiệt độ cho phép thì thùng dõự được đặt trong bể nước có bơn nước tuần hoàn làm nguội. Đối với mỏc thộp thay thế 30 XGT ta có thể tôi ngay sau khi thấm mà không cần thường hoỏ, vỡ đây là thép di truyền hạt nhỏ. Sau khi tôi chi tiết được ram thấp ở nhiệt độ 180oC và thời gian giữ nhiệt khoảng 1,5 giê để khử ứng suất dư và chuyển biến nụt austenit dư thanh mactenxit. II.Tớnh toán cỏc thông số công nghệ cho bánh răng belaz 1.Tiêu chuẩn Bi a:hệ số truyền nhiệt,vỡ sử dụnglũ điện trở nên a = ab x. W/m2K; ehc: hệ số hiệu chỉnh do đối lưu tự nhiên. ehc:= 1,01 ®1,1 chọn ehc:= 1,1 eqd:hệ số độ đen qui đổi của chi tiết và bề mặt tường lò. e1:độ đen của bề mặt tường lò; e2:độ đen của chi tiết; F1:diện tích bề mặt trong buồng lò bức xạ nên chi tiết; F2:diện tích bề mặt nung nhận bức xạ; Do F2 << F1 nên eqd = e2 = o,4 T1:Nhiệt độ của lò = 930 +273 = 1203 K; T2tb: Nhiệt độ trung bình của chi tiết; T2d = 20 + 273 =293K:Nhiệt độ đầu của chi tiết; T2c = 920 + 273 = 1193K: Nhiệt độ cuối của chi tiết; l = 36,5 (W/mK); Tra bảng phụ lục XII [III]; Vì chi tiết có hình dáng phức tạp nên: Vậy chi tiết là vật mỏng; Nếu nhiệt độ lò không đổi khi công suất lò tương ứng với mức tiêu hao năng lượng để nung các chi tiết ;Công suất thiết kế của lò ở thời điểm bắt đầu nung phải thoả mãn yêu cầu sau: (1.11) [i]; Trong đó: Ntk=60kW : Công suất thiết kế của lò; Fm = 1,2(m2):bề mặt nung của các chi tiết trong mẻ xếp; h = 0,8 :hệ số hữu dụng của lò; t1 = 10000C:Nhiệt độ lò; t2d = 200C:Nhiệt độ đầu của chi tiết; >60; Vậy điều kiện trên không thoả mãn cho nên ta phải tính theo trường hợp nhiệt độ lò thay đổi. 2.Tính thời gian nung để thấm cho một mẻ bánh răng belaz. Công suất thiết kế của lò là 60 kW; Công suất hữu Ých của lò: (1.18), [i]; + Tính số lượng chi tiết cho một mẻ nung theo công thức 1.24 [i] Trong đó: Nh =36920 (w) là công suất hữu Ých. a =135W/m2K là hệ số truyền nhiệt . F = 0,15(m2) là diện tích bề mặt một chi tiết t1 =9300C : Nhiệt độ lò. t2c =9200C là nhiệt độ cuối của chi tiết. k=0,85-0,95, chọn k=0,85. Để thuận lợi cho xếp chi tiết vào gá chọn 8 chi tiết. +Thời gian nung chi tiết giai đoạn đầu được tính theo công thức 1.21 [i]: (s); c =686 J/kg K: Nhiệt dung riêng; Nh =36920 (W) : công suất hữu Ých của lò; t2d =200C : Nhiệt độ đầu của chi tiết; t1 = 9300C :Nhiệt độ làm việc của lò; M:Khối lượng mẻ nung: M = n*m + mgá; N:số lượng chi tiết của một mẻ nung =8; M: Khối lượng của một chi tiết nung =26 kg; mgá: khối lượng gá =20 kg; M = 8*26 + 20 = 228 kg; Fm = 1,2 m2: Diện tích bề mặt nung; Vậy: +Thời gian nung giai đoạn 2 được tính theo công thức 1.22 [II]; t2c = 9200C : Nhiệt độ cuối của chi tiết; a=135 W/m2.K: Hệ số truyền nhiệt Thời gian nung chi tiết tn =(0,8 + 0,84)*1,4 = 2,3(h); Thời gian thấm các bon thể khí ở 9200C để đạt chiều sâu líp thấm từ 1 đến 1,4 mm Là 5(h) .Tra sổ tay nhiệt luyện [3]; Thời gian thao tác 6 phót; Vậy tổng thời gian nung và thấm là: 2,3 +5 + 0,1 = 7,4(h); 3.Tính thời gian nung tôi cho một mẻ bánh răng belaz. +Thời gian nung chi tiết giai đoạn đầu được tính theo công thức 1.21 [I]: (s); c =690 J/kg K: Nhiệt dung riêng; Nh =36920 (W) : công suất hữu Ých của lò; T2d =250C : Nhiệt độ đầu của chi tiết; T1 = 8300C :Nhiệt độ làm việc của lò; M:Khối lượng mẻ nung: M = n*m + mgá; N:số lượng chi tiết của một mẻ nung =8; M: Khối lượng của một chi tiết nung =26 kg; mgá: khối lượng gá =20 kg; M = 8*26 + 20 = 228kg; Fm = 1,2 m2: Diện tích bề mặt nung; Vậy: +Thời gian nung giai đoạn 2 được tính theo công thức 1.22 [II]; t2c = 8200C : Nhiệt độ cuối của chi tiết; a=120 W/m2.K: Hệ số truyền nhiệt Thời gian nung chi tiết tn =(0,65 + 0,98)*1,4 = 2,1(h); Thời gian giữ nhiệt để tôi là 1,6(h) tra sổ tay nhiệt luyện [II]; Thời gian thao tác 6 phót; Vậy tổng thời gian nung và giữ nhiệt là: 1,6 +2,3 + 0,1 = 4(h); III.Tớnh toán cỏc thông số công nghệ cho trục răng belaz. 1.Tiêu chuẩn Bi ; ; Fmc:Diện tích mặt cắt ngang; Fmc = 3,14*r2 =3,14*0,042 =0,00785 (m2); P:chiều dài và chu vi mật cắt ngang; P = 3,14*0,1 = 0,314(m); Vậy chi tiết là vật mỏng; 2.Tính thời gian nung để thấm cho một mẻ trục răng Công suất thiết kế của lò là 60 kW; Công suất hữu Ých của lò: (1.18), [1]; + Tính số lượng chi tiết cho một mẻ nung theo công thức 1.24 [i] Trong đó: Nh =36920 (w) là công suất hữu Ých. a =135W/m2K là hệ số truyền nhiệt . F = 0,132(m2) là diện tích bề mặt một chi tiết t1 =9300C : Nhiệt độ lò. t2c =9200C là nhiệt độ cuối của chi tiết. k=0,85-0,95, chọn k=0,85. Để thuận lợi cho xếp chi tiết vào gá chọn 8 chi tiết. +Thời gian nung chi tiết giai đoạn đầu được tính theo công thức 1.21 [i]: (s); c =686 J/kg K: Nhiệt dung riêng; Nh =36920 (W) : công suất hữu Ých của lò; T2d =200C : Nhiệt độ đầu của chi tiết; T1 = 9300C :Nhiệt độ làm việc của lò; M:Khối lượng mẻ nung: M = n*m + mgá; N:số lượng chi tiết của một mẻ nung =8; M: Khối lượng của một chi tiết nung =28 kg; mgá: khối lượng gá =20 kg; M = 8*28 + 20 = 244 kg; Fm = 1,06 m2: Diện tích bề mặt nung; a=135 W/m2.K: Hệ số truyền nhiệt Vậy: +Thời gian nung giai đoạn 2 được tính theo công thức 1.22 [II]; t2c = 9200C : Nhiệt độ cuối của chi tiết; a=135 W/m2.K: Hệ số truyền nhiệt Thời gian nung chi tiết tn =(0,82 + 1)*1,4 = 2,55(h); Thời gian thấm các bon thể khí ở 9200C để đạt chiều sâu líp thấm từ 1 đến 1,4 mm Là 5(h) .Tra sổ tay nhiệt luyện [II]; Thời gian thao tác 6 phót; Vậy tổng thời gian nung và thấm là: 2,55 +5 + 0,1 = 7,65(h); 3.Tính thời gian nung tôi cho một mẻ trụcrăng belaz. +Thời gian nung chi tiết giai đoạn đầu được tính theo công thức 1.21 [i]: (s); c =690 J/kg K: Nhiệt dung riêng; Nh =36920 (W) : công suất hữu Ých của lò; T2d =250C : Nhiệt độ đầu của chi tiết; T1 = 8300C :Nhiệt độ làm việc của lò; M:Khối lượng mẻ nung: M = n*m + mgá; N:số lượng chi tiết của một mẻ nung =8; M: Khối lượng của một chi tiết nung =28kg; mgá: khối lượng gá =20 kg; M = 8*28 + 20 = 244 kg; Fm = 1,06 m2: Diện tích bề mặt nung; a=120 W/m2.K: Hệ số truyền nhiệt Vậy: +Thời gian nung giai đoạn 2 được tính theo công thức 1.22 [II]; t2c = 8200C : Nhiệt độ cuối của chi tiết; a=120W/m2.K: Hệ số truyền nhiệt Thời gian nung chi tiết tn =(0,65 + 1,2)*1,4 = 2,6(h); Thời gian giữ nhiệt để tôi là 1,6(h) tra sổ tay nhiệt luyện [II]; Thời gian thao tác 6 phót; Vậy tổng thời gian nung và giữ nhiệt là: 2,6 +1,6 + 0,1 = 4,3(h); IV Tính thời gian ram. Thiết bị dùng để ram là lò RSHOM 7.8/6,5 có công suất 25 kW; 1.Tính thời gian ram cho bánh răng belaz a.Thời gian nung được tính theo công thức : (II); c = 0,503 :Nhiệt dung riêng; g =228 kg : khối lượng mẻ nung; N =25kW :công suất lò; h=0,8 :Hệ số có lợi; Tt = 1800C : nhiệt độ ram; Tc = 250C :nhiệt độ đầu của chi tiết; b.Thời gian giữ nhiệt ta tra sổ tay nhiệt luyện (III) được 1,4 (h); c.Thời gian thao tác 0,1h; Vậy tổng thời gian ram T = 1,4+1,1+0,1 =2,6(h); 2.Tính thời gian ram cho trục răng belaz. a.Thời gian nung chi tiết +Thời gian nung được tính theo công thức : (II); c = 0,503 :Nhiệt dung riêng; g =244 kg : khối lượng mẻ nung; N =25kW :công suất lò; h=0,8 :Hệ số có lợi; Tt = 1800C : nhiệt độ ram; Tc = 250C :nhiệt độ đầu của chi tiết; b.Thời gian giữ nhiệt ta tra sổ tay nhiệt luyện (III) được 1,4 (h); c.Thời gian thao tác 0,1h; Vậy tổng thời gian ram T = 1,4+1+0,1 =2,5(h); CHƯƠNG IV : TRỤC KHUỶU Những số liệu ban đầu:Trục khuỷu động cơ (mỏy kộoT74 hoặc ô tô vận tải):3000 chiếc/năm. .ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ VẬT LIỆU CHẾ TẠO. Ngày nay, cùng với các ngành công nghiệp khác công nghiệp Cơ khớ-Luyện kim đang phát triển một cách mạnh mẽ.Đặc biệt là Công nghệ Vật liệu đang ngày một khẳng định được tầm quan trọng của mình trong khoa học kỹ thuật cũng như đời sống hàng ngày. Một trong những chi tiết thể hiện rõ nhất sự kết hợp hài hoà cũng như tầm quan trọng của Vật liờụ học-Cơ khớ-Nhiệt luyện đó là : Trục khuỷu của động cơ (máy kéo, ụtụ,..). Nếu nói rằng,chế tạo cơ khí trục khuỷu đó khú thỡ lựa chọn vật liệu để chế tạo trục khuỷu và nhiệt luyện nó lại còn khó khăn hơn rất nhiều. Trục khuỷu là một chi tiết lớn, nặng chiếm (7 - 15)% khối lượng động cơ), quan trọng (giá thành sản xuất chiếm (20-25)% giá thành động cơ). Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tải trọng lớn và thay đổi (lực quán tính, lực khí thể), sự ma sát và mài mòn lớn. Khi thiết kế, chế tạo trục khuỷu phải đảm bảo các yêu cầu sau : Có sức bền cao, cứng vững nhưng khối lượng nhá. Có độ chính xác gia công cao, độ cứng, độ bóng bề mặt cổ chốt, cổ khuỷu lớn. Đảm bảo cân bằng và tính đồng đều mô men quay cao nhưng đơn giản, dễ chế tạo. Không xẩy ra dao động cộng hưởng trong phạm vi số vòng quay sử dụng. Chịu được momen xoắn trong quá trình làm việc do chuyển động xoắn gây ra. Để đảm bảo được các yêu cầu trên người ta thường làm trục khuỷu bằng thép thường hoặc bằng gang cầu. Để nâng cao độ bền mỏi và độ cứng của cổ thường áp dụng cỏch hoỏ bền bề mặt bằng tôi cảm ứng hoặc thấm nitơ. Nói chung, đối với loại chi tiết có hình dạng phức tạp và tiết diện thay đổi đột ngột này nên tránh áp dụng cỏch tụi thể tích để nâng cao độ bền vì làm biến dạng rất mạnh. Trong một số động cơ quan trọng có công suất lớn, trục khuỷu thường làm bằng thép hợp kim trung bình (tới 6- 7% nguyên tố hợp kim) với lượng các bon thấp rồi qua thấm các bon, tôi thể tích và ram thấp. Do có độ thấm tôi cao, thép này được tôi phân cấp nên vẫn đảm bảo được độ biến dạng nhá. Dưới đây trình bày các phương án : Vật liệu + nhiệt luyện thường dùng cho trục khuỷu : Thép các bon trung bình + tôi cảm ứng: Thộp dùng ở đây có 2 loại : - Thép thường với cỏc mỏc : 35,40,45 (C35, C40, C45) - Thép hợp kim thấp với cỏc mỏc 50G và 40 X (C50 Mn và 40Cr) Tuy nhiên, thực tế thường dùng nhất là thép C45. Loại thép này thường dùng làm trục khuỷu của các động cơ ô tô du lịch, ô tô tải trung bình (£ 5tấn) và các loại máy kéo. Loại thép 45 (C45) mà chúng ta chọn ở đây không phải là thép 45 thông thường dùng trong chế tạo máy, mà là loại thộp cú thành phần cacbon được chọn lọc trong giới hạn hẹp : 0,42 - 0,47% hoặc 0,45 - 0,50%, với mục đích để ổn định các chỉ tiêu cơ tính cũng như chế độ tôi cảm ứng sau này. Thông thường người ta không dùng các loại thộp cú hàm lượng các bon cao hơn 0,5% vì làm tăng biến dạng và dễ xảy ra các vết nứt khi tôi. Trục khuỷu thép 45(C45) được chế tạo từ phụi thộp cỏn có đường kính thích hợp và bằng phương pháp dập nóng , định hình sau đó nhiệt luyện theo ba bước : Bước 1: Ủ hoàn toàn ở 850oC để đạt được độ cứng thấp nhất 180 – 200HB để dễ tiến hành gia công . Bước 2: Thường hoá hoặc tôi + ram cao để đạt được tổ chức xoocbớt với cơ tính tổng hợp cao bảo đảm độ bền tĩnh và độ dai va đập khi làm việc . Sau nguyờn cụng này độ cứng đạt khoảng 200 – 260HB , đem gia công tinh để đạt độ bóng cao nhất.Việc lùa chọn nguyờn cụng nào là tuỳ thuộc cơ tính yêu cầu và điều kiện cho phép của nơi sản xuất. Nếu xét về cơ tính tổng hợp đạt được thì cả hai dạng nhiệt luyện này đều cho độ bền cao hơn cả, song về tất cả các chỉ tiêu thỡ tụi + ram cao là tốt nhất. Các chỉ tiờu đó được thể hiện trong bảng 4.1 : Bảng4.1 : Cơ tính của thép 45 (C45) qua các dạng nhiệt luyện Dạng nhiệt luyện Tổ chức đạt được Cơ tính £sb kG/mm2 £s0+2 kG/mm2 d % f % ak kGm/cm2 ủ 8500C Ferit+ Peclit 53 28 32,5 50 9 Thường hoá 8500C Xoocbit 65 32 15 40 5 Tôi 8500C, nước + ram 6500C Xoocbit ram 72 45 22 55 14 Bước 3 : Hoá bền bề mặt các cổ trục bằng tôi cảm ứng + ram thấp để nâng cao tính chống mài mòn , nâng cao độ bền mỏi cho các mặt ma sát . b/ Gang cầu + tôi cảm ứng: Gang cầu là loại gang có độ bền cao ( grafit ở trong gang ở dạng hình cầu ) mới được phát hiện và áp dụng trong khoảng hơn 50 năm nay , song đã được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cơ khí . Trục khuỷu của động cơ đốt trong là chi tiết máy đầu tiên được làm bằng gang cầu . Hiện nay trục khuỷu của nhiều xe ụtụ du lịch , xe tải nhẹ và trung bình ( <= 5T ) còng được làm bằng gang cầu với chất lượng tốt và ổn định . Nhà máy GA3 đó dựng gang cầu để đúc trục khuỷu các loại ụtụ với thành phần hoá học như sau : 3.4 – 3.6%C ; 1.15 – 1.3%Mn ; 0.1%P ; 2.0 – 2.25%Si ; 0.15 – 0.25%Cr ; < 0.02%S ; 0.02 – 0.04%Mg . Để biến tính cầu hoỏ đó áp dụng các biện pháp biến tính như sau : Nấu gang trong lò điện bazơ và tạo xỉ kiềm để khử triệt để lưu huỳnh (tới giới hạn < 0.02% ) và nâng cao nhiệt độ nước gang tới 1450oC . Biến tính cầu hoá gang lỏng bằng Magiờ(Mg) . Kim loại trong Autoclav với áp suất cao tới 5 – 7 at nhờ nén Nitơ . Dưới áp suất cao như vậy thì nhiệt độ sôi của Mg kim loại tăng lên quá nhiệt độ nước gang . Vớ dụ : ở p = 1at thì Mg sôi ở 1107oC ; p = 2.5at sôi ở 1250oC ; p = 10at sôi ở 1500oC . Do đó hiệu suất sử dụng Mg rất cao . Lượng Mg đưa vào chỉ cần khoảng 0,07% khối lượng gang láng . Tiếp theo biến tính là cho Criụlit( Na3AlF6 )vào gang lỏng để cỏc ụxyt và vật lẫn phi kim loại nổi lên dễ dàng , bảo đảm gang không có điểm đen . Sau khi biến tính phải rút khuụn ngay . Trục khuỷu được đúc trong khuụn vỏ mỏng và nhiệt luyện tiếp theo để đạt tổ chức peclớt hạt : ủ ở 950oC với thời gian giữ nhiệt 12 – 14giê nguội đến 720 – 730oC và giữ nhiệt ở nhiệt độ này trong 8 - 10h , cơ tính đạt được :sb = 50 – 65kg/mm2 , :su = 100 – 120kg/mm2 ; HB = 207 – 251kg/mm2 ; d = 3 –7% tương ứng với cỏc mỏc gang BЧ50-2 và BЧ60-2 theo GOCT7293-70[15] . Để đảm bảo độ biến dạng thấp nhất trong quá trình ủ lâu ở nhiệt độ cao , trục khuỷu phải được đặt trờn gỏ làm bằng thép chịu nhiệt Những điểm cần lưu ý về vật liệu và công nghệ nhiệt luyện trục khuỷu làm bằng gang cầu : - Tổ chức gang cầu phải đạt được nền kim loại là peclit tấm hoặc hạt ( hạt tốt hơn tấm ) . Vì như vậy sẽ bảo đảm được độ bền tốt nhất và tạo điều kiện thuận lợi cho việc tôi cảm ứng . -Tôi bề mặt trục chế tạo bằng gang phải cẩn thận hơn so với thộp vỡ nhiệt độ chảy của gang thấp , không cho phép quá nhiệt đặc biẹt là cỏc mộp lỗ thoát dầu . Vì có thể dẫn tới nguy cơ nóng chảy mép . Ngoài ra quá nhiệt trục gang còn làm tăng thêm biến dạng , điều này không thể chấp nhận được vỡ khụng nắn được trục . Do đó người ta thường có xu hướng hạ thấp nhiệt độ tôi trục gang . Vì vậy sau khi tôi độ cứng không vượt quá 45 - 47HRC . Nghiên cứu đúc trục khuỷu bằng gang cầu ở nước ta đã bắt đầu từ những năm 1959 - 1960 , song chưa thu được kết quả mong muốn . Điều đó thể hiện ở việc áp dụng vào sản xuất đã gặp phải những khó khăn về thiết bị cũng như phương tiện nghiên cứu . c/ Thép + thấm cacbonitơ ở nhiệt độ thấp : Đây là phương pháp hoá bền bề mặt đầu tiên áp dụng cho trục khuỷu , hiện vẫn còn được dùng ở một số nước phương tây ( như hãng : GENERAL MOTORE ) Thộp dùng là : SAE51( Mỹ) với : 0.40%C ; 1%Cr (tương đương với mác 40X của Nga ) được thấm cacbonitơ thể lỏng cũng như thể khí , song với nhiệt độ không quá 600oC nên về cơ bản có thể coi là thấm Nitơ . Thấm thể khí cho tất cả cổ trục trong khí quyển chứa 15 - 40% khí thấm Nitơ , 1 - 15% khí thấm cacbon còn lại là Enđụga( khớ thu nhiệt do khí thiên nhiên CH4 cháy không hoàn toàn có khoảng: 40% N2 , 40%H2 và 20%CO ) . Nhiệt độ thấm : 537 – 593oC , tốc độ khí vào lò là 4,2 – 28,3m3/h tuỳ thuộc vào thời gian gia công , điểm sương 1,1 – 18,3oC với thời gian thấm từ 1 – 5h cho chiều sâu là 0,025 – 0,254mm .Sau khi thấm trục khuỷu được tôi trong dầu , nước hoặc dung dịch muối ăn . Thấm ở thể lỏng thì cho các chỉ tiêu kinh tế và kĩ thuật tốt hơn . Ngươỡ ta sử dụng các muối Xianua Kali , Natri , Liti và cacbonat natri , kali , canxi , bari , strongti và liti , với nhiệt độ chảy của hỗn hợp khoảng 454 – 593oC . Khi nóng chảy cho thêm vào hỗn hợp một lượng Urờ tinh thể một cách từ từ . Như vậy qua phân tích ba phương án chọn vật liệu ở trên chúng ta nhận thấy phương án : “ Thép cacbon trung bình + tôi cảm ứng” là phù hợp hơn cả về các chỉ tiêu . Nếu chọn phương án (c) : Thép + thấm cacbonitơ ở nhiệt độ thấp thì sẽ rất tốt về yêu cầu kỹ thuật nhưng lại không kinh tế, bởi chúng ta phải thực hiện nhiều khâu nhiệt luyện(đặc biệt là thấm nitơ phải đòi hỏi vấn đề thiết bị rất khắt khe) . Vả lại ở đây ta chỉ cần hoá bền bề mặt các cổ trục , trong khi đó thấm lại được thực hiện trên toàn thể tích của trục . Còn nếu chọn vật liệu là gang cầu thì có thể giải quyết được vấn đề về kinh tế và cũng đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật . Song cũn cú một yêu cầu về đặc tính làm việc của trục khuỷu là chịu mụmen xoắn thì gang cầu không đạt được như thép . Ngoài ra như đã nói ở trên trục khuỷu được chế tạo bằng gang cầu sau khi nhiệt luyện thường chỉ đạt được độ cứng không vượt quá 47HRC , trong khi đó yêu cầu về độ cứng của trục khuỷu là 52 – 54HRC . Mặt khác phương án đúc trục khuỷu bằng gang cầu ở nước ta hiện nay vẫn chưa được ứng dụng một cách rộng rãi mà chủ yếu mới chỉ được đề cập đến trong nghiên cứu là chính . Vì vậy , chóng ta chọn vật liệu là thép cacbon trung bình . Cô thể là thép 45 (C45 ) +tôi cảm ứng . Mỏc thộp thay thế là : 40Cr(40X) . Với mỏc thộp 45(C45) thì hàm lượng cacbon chỉ nên dao động trong khoảng : 0,42 – 0,47% . Nếu hàm lượng cacbon lớn hơn 0,47% thì khi tôi cảm ứng bề mặt của chi tiết có thể đạt được độ cứng khá cao nhưng lại dễ bị nứt nẻ và làm tăng biến dạng . Còn nếu hàm lượng cacbon nhỏ hơn 0,42% thì khi tụi lớp bề mặt của chi tiết sẽ không đạt được độ cứng cũng như chiều sâu lớp tụi cần thiết . Nguyờn tè Cr trong mác thép hợp kim 40X có tác dụng làm tăng độ thấm tôi của thép . Trục khuỷu thép 45 (C45) được chế tạo từ phụi thộp cỏn có đường kính thích hợp và bằng phương pháp dập nóng định hình sau đó nhiệt luyện theo ba bước : +> Ủ hoàn toàn ở 850oC để đạt được độ cứng thấp nhất 180 – 200HB để tiến hành gia công thô . Tuy nhiên nguyờn cụng này thường được sử dụng để thực hiện cho mục đích dập nóng định hình là chính. Do vậy chúng ta sẽ không xét đến ở đây. +> Thường hoá hoặc tôi + ram cao để đạt được tổ chức xoocbit với cơ tính tổng hợp cao đảm bảo độ bền tĩnh và độ dai va đập khi làm việc . Đây cũng chính là yêu cầu cơ tính của lõi trục khuỷu sau khi kết thúc nhiệt luyện ở khâu cuối cùng . Sau nguyờn cụng này độ cứng đạt được 200 – 260HB , đem gia công tinh để được độ bóng cao nhất . Nếu xét về cơ tính tổng hợp đạt được thì cả 2 dạng nhiệt luyện này đều cho độ bền cao hơn cả , song về tất cả các chỉ tiêu thỡ tụi + ram cao là tốt nhất ( bảng 4.1 ) .Và như vậy, tác giả chọn tôi +ram cao cho bước nhiệt luyện này. +> Hoá bền bề mặt các cổ trục bằng tôi cảm ứng + ram thấp để nâng cao tính chống mài mòn , nâng cao độ bền mỏi cho các mặt ma sát . Chi tiÕt cÇn nhiÖt luyÖn NL b­íc 1:T«i+ ram cao T«i tÇn sè(X­ëng nhiÖt luyÖn) Ho¸ bÒn(X­ëng nhiÖt luyÖn) C«ng ®o¹n tiÕp theo Gia c«ng tinh(X­ëng c¬ khÝ) Như vậy quy trình nhiệt luyện trục khuỷu có thể tóm tắt theo sơ đồ khối sau đây : Hình 4.1:Sơ đồ khối quá trình nhiệt luyện CHÚ THÍCH : 1.Chi tiết cần nhiệt luyện ( được nhập về đã là loại chi tiết đã ở dạng bán thành phẩm, tức là đã qua khâu ủ hoàn toàn ở 8500C, đạt được độ cứng 180-200.Trước khi chi tiết nhập về được kiểm tra thành phần bằng quang phổ, kiểm tra độ cứng bằng máy đo độ cứng cầm tay. 2.Tôi + ram cao: Chi tiết sau khi đã kiểm tra mẫu được làm sạch sau đó được xếp vào gỏ. Dựng cầu trục cho gá chi tiết vào lò giếng để thực hiện nung tụi.Sau khi đạt nhiệt và đủ thời gian giữ nhiệt, cả gá chi tiết được tôi trong H20. Sau đó gá chi tiết tiếp tục được chuyển sang lò ram để thực hiện ram cao ngay(cỏc số liệu tính toán cụ thể được trình bày ở phần sau). 3.Gia công tinh:Sau khi gá chi tiết được ram cao đủ thời gian và nhiệt độ thì lấy ra để nguội trong không khí( Có thể dùng quạt để làm nguội cho nhanh ). Tiếp đó, số chi tiết này được chuyển sang xưởng cơ khí để gia công tinh. 4.Tôi tần sè: Các chi tiết sau khi đã được gia công tinh ở xưởng cơ khí được chuyển về xưởng nhiệt luyện để tiến hành tôi tần số. Chúng ta sẽ tôi từng cổ trục một cho từng chi tiết(cỏc số liệu cho tôi tần số được trình bày ở phần sau). 5.Hoá bền góc lượn cổ trục : Chi tiết sau khi đợc tôi tần số xong sẽ thực hiờn khõu hoỏ bền các góc lượn của cổ bằng việc phun bi . 6.Công đoạn tiếp theo: Tuỳ vào yêu cầu và kế hoạch cụ thể chúng ta sẽ cho tiếnh hành sau. Ở đây ta sẽ không xét đến công đoạn này. . TÍNH TOÁN THÔNG SỐ VÀ CHỌN THIẾT BỊ Trong nhiệt luyện, thiết bị đóng vai trò quan trọng, quyết định đến chất lượng sản phẩm nhiệt luyện và năng suất lao động. Do vậy, việc lùa chọn thiết bị cho xưởng nhiệt luyện trong khi thiết kế xưởng là nhiệm vụ quan trọng hàng đầu của mỗi nhà thiết kế. Các thiết bị được lùa chọn cần phải đảm bảo chất lượng của sản phẩm, quy trình sản xuất được thực hiện một cách đơn giản chính xác, phù hợp với kết cấu của xưởng. Ngoài ra nã cũng còn phải tính đến giá trị kinh tế trên sản phẩm làm ra cũng như điều kiện kinh tế thực tế của nhà máy. Căn cứ vào sản lượng hàng năm của sản phẩm trên yêu cầu thiết kế, căn cứ vào yêu cầu kỹ thuật và công dụng của từng loại chi tiết cần nhiệt luyện kết hợp với các thành viên trong nhóm nhận nhiệm vụ thiết kế. Tác giả đã quyết định chọn thiết bị sơ bộ cho xưởng như sau : 1. Chọn lò giếng điện trở của Tiệp. RSHZM 58/10; nhiệt độ làm việc cho phép là 10000C được dùng để thấm và tôi. 2. Chọn thiết bị lò ram là giếng của Tiệp RSHOM 7.8/6,5 có công suất 25KW, nhiệt độ làm việc cao nhất là 6500C. 3. Lò tần sè : Một lò tần số có tần số f=60 KHz. II.1. Tính thời gian nung trong quá trình tôi : A/. Sơ đồ + kích thước chi tiết cần tôi (trục khuỷu,hỡnh4.2) : Hình 4.2 b. Tính thời gian nung tôi: Căn cứ vào hình dáng và kích thước của trục khuỷu như trên, ta nhận thấy đây là loại chi tiết có hình dáng kích thước phức tạp nên ta quy đổi chi tiết về dạng thân dài hỡnh trụ. Áp dụng công thức tính Bio cho chi tiết phức tạp : Trong đó: ; Với : Fmc :là diện tích của mặt cắt ngang của tiết diện đặc trưng bằng diện tích mặt cắt ngang của cổ trục lớn (cổ trục có f = 90mm)ÞR = 45mm Fmc = pr2 P : Chu vi mặt cắt ngang của tiết diện đặc trưng P = 2pr a : Là hệ số truyền nhiệt ta có thể tra từ biểu đồ trờn hỡnh:4.3 a (W/m2 ®é 200 150 100 50 0 250 500 750 1000 ThÐp ®èi l­u tù nhiªn m«i tr­êng kh«ng khÝ H×nh:4.3 : BiÓu ®å hÖ sè truyÒn nhiÖt a cña m«i tr­êng kh«ng khÝ ®èi l­u tù nhiªn cho thÐp ở nhiệt độ lò ,t1=8600C ta suy ra được a= 180w/m2 độ. l : Hệ số dẫn nhiệt của vật nung Tra bảng 1.6 [I] l = 163,254KJ/mh Suy ra : Bi =0,05 < 0,25. Do đó chi tiết được tính cho nung vật mỏng. Trước hết ta cần kiểm tra điều kiện (1.11) (1.11) Trong đó : Ntk : Công suất thiết kế của lò Ntk = 60KW Fm : là mặt nung của các chi tiết trong mẻ xếp : Fm = pDtb.l.n = 3,14. 85.10-3.860.10-3.6 = 1,38(m2) (Với n = 6 là số lượng chi tiết ta tạm chọn cho một mẻ nung) h : Hệ số hữu dụng của lò : h= 0,8 t1 : Nhiệt độ lò, t1 = 8600C t2d : Nhiệt độ ban đầu của chi tiết t2d = 250C Thay vào (1.11) ta được Hay : 60 ³(1,2¸1,5).259,2. (Vô lý) Như vậy điều kiện (1.11) là không thoả món,do vậy ta sẽ tính thời gian nung theo trường hợp nhiệt độ lò thay đổi. + Công suất thiết kế của lò : Ntk = 60KW + Công suất hữu Ých : + Sè lượng chi tiết một mẻ nung tính theo công thức : Trong đó : t1 = 8600C : Nhiệt độ lò t2c =850: Nhiệt độ cuối của chi tiết F : Diện tích bề mặt nung của mặt chi tiết : F = pDtb.l = 3,14.85.10-3.860.10-3 F= 0,23m2 K:Hệ số tỷ lệ giữ nhiệt độ đạt được ở giai đoạn một và nhiệt độ đạt được ở giai đoạn cuối. Chọn K= 0,9 (Cái) Tuy nhiên, căn cứ vào hình dáng kích thước của chi tiết và công suất của lò để thuận lợi nhất cho các thao tác trong sản xuất. Ta chọn số lượng chi tiết cho một mẻ là : n = 6 (cái). + Khối lượng mẻ nung : M = n.m+ Mgá Với : m : là khối lượng một chi tiết m = 38kg Mgá = 20kg :là khối lượng của gá M=6.38 + 20 = 228+ 20= 248(kg) + Diện tích bề mặt nung : Fm = F.n = 0,23.6=1,38(m2) + Thời gian nung chi tiết giai đoạn đầu C : Nhiệt dung riêng, C = 0,5485KJ/Kg.độ (Tra bảng 1.6) [I] C=548,5 J/Kg độ + Thời gian nung giai đoạn hai : Vậy tổng thời gian nung của chi tiết là : tn= Kx (t1+t2) Trong đó Kx : là hệ số sắp xếp chi tiết Tra bảng 1.5 ta được : Kx = 1,4 tn = 1,4 (0,7 + 0,41)= 1,6(h) c) Tính thời gian giữ nhiệt : Trong thực tế thời gian giữ nhiệt được tính toán đơn giản. Khi nung tôi thép Cacbon kích cỡ 25 ¸ 200mm, thời gian giữ nhiệt có thể tính bằng 20 ¸ 25% thời gian nung .Vậy thời gian giữ nhiệt là : c) Thời gian thao tác cho mỗi mẻ ta chọn là: ttt =10 (phót) = 0,16(h) ® Tổng thời gian một mẻ nung là : tS = tgn+ tn +ttt = 1,6 + 0,4 + 0,16 tS=2,2(h) Giá chi tiết sau khi đạt thời gian nung và giữ nhiệt được lấy ra bằng cầu trục và tôi cả gá chi tiết ở trong nước để hạn chế tối đa độ cong vênh, biến dạng của chi tiết.Gỏ chi tiết được nhúng thẳng đứng xuống bể nước. Sau đó ta lại đưa cả gá chi tiết này vào lò ram để ram cao ở nhiệt độ 6300C. II.2. Tính thời gian nung cho quá trình ram : Do khối lượng của một mẻ là M = 228 + 20 =248 (Kg). Khối lượng của một chi tiết , m =38kg là tương đối lớn mà nhiệt độ ta chọn cho quá trình ram cao là 6300C cũng khá cao. Do vậy việc tính thời gian nung ram sẽ được tính tương tự như quá trình nung tôi. Hoàn toàn tương tự như nung tôi ta có : Tính Bio theo công thức : S = 45.10-2 (m) A = 1 µ = 90w/m2 độ l = 171,626 Vật nung là vật mỏng + Công suất thiết kế của lò ram là Ntk =25KW + Công suất hữu Ých là : + Sè lượng chi tiết một mẻ nung là : n= 6 (cỏi). Vỡ ta sẽ ram cả gá chi tiết vừa được tôi xong để cho quy trình sản xuất được thuận lợi nhất. + Khối lượng mẻ nung : M = n.m + Mgá M = 6.38 + 20 = 228 + 20 =248(kg) + Diện tích bề mặt nung : Fm = F.n = 0,23.6 = 1,38(m2) + Thời gian nung chi tiết giai đoạn đầu Trong đó: C : Nhiệt dung riờng,(tra bảng1.6[1]), C = 0,525KJ/Kg.độ=525 J/Kg độ a: Hệ số truyền nhiệt (Tra từ biểu đồ hệ số truyền nhiệt độ hình 4.3), a=90W/m3.độ M= 248kg: Khối lượng mẻ ram t1=6400C : nhiệt độ của lò t2d=300C:nhiệt độ ban đầu của chi tiết Nh=15385W: công suất hữu Ých của lò. Suy ra: + Thời gian nung giai đoạn 2 : (Với t2c=6300C là nhiệt độ ram chi tiết) Vậy tổng thời gian nung của chi tiết là tn=t1+t2= 1,1 +0,7 =1,8 (h) Thời gian giữ nhiệt trong quá trình ram là : Thời gian thao tác là : 0,1(h) = ttt Thời gian cho một mẻ ram là : tram = tn + tgn =ttt = 0,9+ 1,8+ 0,1 = 2,8 (h) = 3(h) II.3. Tính toán cho tôi bằng dòng cảm ứng Chi tiết sau khi tôi trong H20+ ram cao đã đạt được tổ chức xoocbit ram với cơ tính như sau : sb = 72 kg/mm2 f = 55% s0+ 2= 45 kg/mm2 ak = 14kgm/cm2 s= 22% Độ cứng đạt được khoảng 220 ¸ 260 HB Đến đây chúng ta tiến hành tôi bề mặt cổ trục khuỷu bằng lũ tụi tần sè. Căn cứ vào tính chất làm việc của trục khuỷu như đã nói ở trên và chế độ tôi + ram cao đã thực hiện ở khâu nhiệt luyện trước. Ta chọn nhiệt độ tôi của líp nung cao tần là 9500C với chiều sâu lớp tụi đạt được là d = 2,5mm. Từ đồ thị (hình 2.55 [1]) ,ta chọn được công suất riêng là q = 0,7kw/cm2 = 7.106 w/m2. + Tần số của dòng điện được tính từ công thức: (cm) Với : d2 là chiều sâu lớp tụi cần đạt được d2 = d = 2,5mm = 0,25cm Ta chọn f = 60KHz + Tính thời gian nung giai đoạn 1 từ 200C đến điểm Quyri 7700C. Theo công thức : (1.42)[1] ta tính thời gian nung bề mặt chi tiết : Trong đó : J= t - tđ = 770 - 25 = 7450C Là nhiệt độ của chi tiết tính từ nhiệt độ ban đầu. l : Hệ số dẫn nhiệt của kim loại l = 42 w/m.độ a : Hệ số khuyếch tán (dẫn nhiệt độ) của kim loại; a = 0,9.10-5 m2/s q : Cụng suất riờng ; q = 7.106w/m2 Þ Từ công thức (1.41)[1], tính thời gian nung đến khoảng cách 2,5mm kể từ bề mặt chọn t= 3,87 (s) khi đó : J = = = = = ( tra bảng 1.14 [1] ) J= 745,30C » 7450C Như vậy thời gian nung giai đoạn1 là : 3,87 (s) Thời gian nung giai đoạn 2 từ 770 ¸ 950 Tính theo các công thức : ((1.44) và (1.45)[1]): JQM= Chọn t = 0,35 9 (s) ta có JQM = = = = (Tra bảng 1.14 [1]) JQM = 179,80C = 1800C Hay tM = 180 + 770 = 9500C Như vậy thời gian nung giai đoạn 2 của líp bề mặt là 0,35 9 (s) Bõy giờ tớnh thời gian nung điểm biên giới trong của líp xâm nhập dòng cảm ứng (ở đây bằng lớp tụi). Chọn t = 0,63(s) Khi đó : JQT = Chọn t = 0,16 (s), khi đó : JQT = = JQT = = 180,80C = 1800C Hay: tt = 180 + 770 = 9500C. Như vậy thời gian nung đã chọn đúng bằng 0,16 (s) Vậy tổng thời gian nung là mặt chi tiết đến 9500C là : 3,87 + 0,35 = 4,22 (s) Tổng thời gian nung sõu lớp 3,5mm đến 9500C là: 3,87 +0,63 = 4,5 (s) Khi đó nhiệt độ trên bề mặt đạt với thời gian nung sau quyri là 0,63 (s) JQM = = = JQM = Ta lấy = 2800C Tức là : tM = 280 + 770 =10500C (thoả mãn). Vậy tổng thời gian nung của một cổ trục : Stn = 4,22 + 4,5 = 8,72(s)II.4. Tính toán cho thiết bị phục vụ tôi tần sè II.4. Tính toán cho thiết bị phục vụ tôi tần số Căn cứ vào kết quả tính được ở trên của lò tần số có: f = 60KHz tra bảng (6.12 [2]). Ta chọn được thiết bị lò tần số với các đặc tính kỹ thuật như sau : Kiểu thiết bị : AZ - 37 : AZ - 37 Công suất máy : 37 (KW) : 37 (KW) Tần số làm việc : 60 - 74 (KHz) : 60 - 74 (KHz) Sè pha : 3 (pha) : 3 (pha) Điện thế mạng : 380/220 (v) : 380/220 (v) Công suất : 50 (KW) : 50 (KW) Kiểu biến thế dương cực : ZTM - 50/6 : ZTM - 50/6 Số lượng và kiểu đốn phỏt : TP1 - 6/15 : TP1 - 6/15 Làm nguội đốn phỏt dương cực : H : H20 Làm nguội vòng cảm ứng : H : H20 Làm nguội chi tiết nung : Không khí cưỡng bức + H : Không khí cưỡng bức + H20. Tiêu hao nước làm nguội : 2500l/h : 2500l/h Kích thước ngoài : 4020 x 2200 (mm) : 4020 x 2200 (mm) Chiều cao : 2250 (mm) : 2250 (mm) Khi tôi cổ trục khuỷu có thể tôi theo ba cách như sau : + Lớp tôi phân bố trên tất cả chiều rộng của bề mặt tới giáp góc lượn (hình IV.2) : Hình 4.4 Tuy nâng cao được tính chống mài mòn nhưng lại giảm độ bền mỏi của trục vỡ vựng góc lượn vốn chịu ứng suất tập chung rất lớn cộng thêm với ứng suất dư do tụi nờn sẽ làm tăng nguy cơ tạo nên các vết nứt mỏi tế vi. + Tôi ở hai đầu góc lượn và vùng kế cận chỉ để chứa lại một giải ở giữa cổ trục có lỗ dầu bôi trơn (hình 4.5): Hình 4.5 Do góc lượn được tụi nờn sẽ chịu được ứng xuất nén dư, nhờ đó khi có ứng xuất kéo tác dụng nguy cơ sinh vết nứt mỏi ở đây giảm hẳn. Cỏch tụi này vừa đảm bảo được tính chống mài mòn của trục vừa nâng cao được độ bền mỏi từ 1,5 - 1,8 lần. Tuy nhiên cỏch tụi này cũng chưa được áp dụng rộng rãi ngay ở các nước công nghiệp phát triển vỡ nú gặp phải một số khó khăn như : Làm tăng sự cong vênh của trục, khó nắn thẳng. Điều này sẽ dẫn tới phải để thêm lượng dư cho phần mài kết thúc và tăng chi phí gia công. Không những vậy mà còn phải luôn luôn sửa đá mài để mài góc lượn đã tôi nên rất tốn đá do vậy không kinh tế. + Như vậy chúng ta sẽ áp dụng cỏch tụi đoạn giữa của trục khuỷu (hình 4.6) : Hình 4.6 Cỏch tôi này vừa không ảnh hưởng xấu đến độ bền mỏi vừa đảm bảo được tính chống mài mòn. Còn để giải quyết vấn đề ứng xuất dư ở góc lượn ta sẽ tiến hành biến cứng góc lượn để tạo nên ứng xuất nén dư bằng cách lăn Ðp sau khi tụi.Tuy nhiờn với hình dáng của góc lượn cổ trục việc thực hiện lăn Ðp là rất khó khăn, do vậy ta sẽ tiến hành phun bi để biến cứng. Tôi cảm ứng cổ trục khuỷu phải chú ý đến ảnh hưởng của lỗ thoát dầu ở giữa bề mặt cổ. Như đã biết, mép lỗ sắc nhọn là nơi tập trung dòng điện fucụ nen rất đễ bị quá nhiệt và khi làm nguội dễ bị nứt, do đó phải tránh hiệu ứng góc nhọn ở đây bằng cách vỏt mộp,nhất là ở loại lỗ khoan nghiêng từ cổ lên chốt, một mép của lỗ có góc rất nhọn, rất dễ xảy ra quá nhiệt và nứt. Với cách nhìn như vậy loại lỗ thoát dầu thoạt tiên có phương hướng tính tới chiều sâu 3 -5mm rồi sau đó mới đổi phương, là loại có cấu trúc thích hợp hơn với tôi cảm ứng. Trong thực tế nhiệt luyện, để giải quyết sự quá nhiệt các lò dầu người ta thường dùng cỏch nút lỗ bằng gỗ, amiăng, đồng và thộp ( hỡnh 4.7) :  Chưa được tôi Quá nung a) 1 2 b) 1 2 c) 1 2 Chưa được tôi Quá nung Hình 4.7:Sơ đồ phân bố dòng điện (đường mũi tờn ở dóy hỡnh bên trái) và vựng tụi (phần nền đậm ở dóy hỡnh bên phải) khi : Không có nót hoặc dựng nút gỗ hay amiăng ; b - dựng nút thộp ; c: dựng nút đồng. Khi không dựng nút, dòng điện cảm ứng chạy trên chu vi cổ sẽ lượn qua l làm cho mật độ dòng ở phần mép, theo phương vuông góc với dòng điện, có sự tập trung dòng điện lớn gây ra quá nhiệt và nứt, nhưng ở vựng mộp còn lại, mật độ dòng điện nhỏ gây thiếu nhiệt và có độ cứng thấp (hình vẽ). Có thể khắc phục một phần vựng mộo bị quá nhiệt và nứt bằng cách dựng nút gỗ hau amiăng Èm, khi nung một phần nhiệt này bị nót hấp thụ, trước đây người ta đó dựng loại nót này, song do hiệu quả không cao nên gần đây rất Ýt sử dụng. Ngược lại nếu dựng nút bằng đồng sẽ làm dòng điện phân bố lệnh ao trong nót (do đồng có điện trở nhỏ hơn) và do đó vị trí cỏc vựng quá nhiệt và độ cứng thấp có vị trí đối lại với khi không cú nút như biểu diễn ở hình vẽ trên. Song do tốc độ nung nóng cảm ứng của đồng chậm, đồng thời dẫn nhiệt mạnh nên kết quả đạt được vẫn bảo đảm tốt, hơn nữa sau khi tôi dễ rỳt nút ra nên dưdợc áp dụng trong sản xuất. Khi dựng nút thộp với cựng mỏc làm trục khuỷu, dòng điện phân bố rất đều trên bề mặt cổ, kể cả vùng quanh lỗ nên cho kết quả tốt nhất như biểu diễn ở hình vẽ. Nhưng loại nót này chỉ có tác dụng khi nó tiếp xúc khít với bề mặt lỗ, điều này rất khó thực hiện, vì trong quá trình nung nóng nót bị biến dạng dần dần và giữa chúng xuất hiện khe hở. Để tiếp xúc tốt người ta thường mạ đồng cho nút thộp. Khi trục khuỷu làm bằng thép 45 (C45), nói chung người ta áp dụng cỏch tụi tự ram bằng cách định thời gian phun nước làm nguội như đã trình bày ở trên. Còn trong trường hợp làm bằng thép hợp kim 40X (40Cr) hay 50r (50Mn) thì quá trình tự ram như vậy là chưa đủ, vì chưa giảm ứng suất dư đến mức cần thiết nên sau đó phải đem ram thêm ở trong lò. Trục khuỷu cần nhiệt luyện là chi tiết có hai loại cổ trục khác nhau do vậy ta phải thiết kế hai loại vòng cảm ứng có kích thước khác nhau. Mét cho tôi cổ trục lớn f 90, mét cho tôi cổ bé f 80 làm nguội bằng cách nhau H20 qua các lỗ phun trờn vũng cảm ứng.Tương ứng là thời gian làm nguội cho mỗi cổ trục cũng khac nhau. Sau khi tiến hành nung tôi đạt nhiệt độ, đủ thời gian ta ngắt điện và đúng cõự dao máy bơm ngay để tiến hành bơm nước làm nguội. Chi tiết sau khi tôi cảm ứng được tự ram. Tuy nhiên hai cổ trục này có đường kính gần bằng nhau,chiều sõu lớp tụi giống nhau. Do vậy trên thực tế ta chỉ cần tính cho một cổ trục(Cụ thể ở đây ta tính cho cổ trục lớn,f = 90mm), còn thời gian làm nguội cho cổ trục kia ta lấy bằng cổ trục ta tính. Tính thời gian làm nguội cho cổ trục lớn (f = 90mm) Có bán kính R1 = 45mm +Tính Bio theo công thức : Trong đó a là hệ số truyền nhiệt. Tra bảng (1.12[1]), chọn phun yếu ta được a= 30000kJ/m2.h.K = 8333W/m2K S : Là diện tích đặc trưng = (là chiều dàylớp bề mặt được tôi) ; S =1 = m l là hệ số dẫn nhiệt của vật nung tra bảng (1.6 [1]). Ta được l = 160 KJ/m.h.k =45W/mK. Þ ở đây ta tính cho nung vật máng +Thời gian làm nguội tính theo công thức : Trong đó : : M :Khối lượng của phần cổ trục cần làm nguội MC1 = V2. r = 2.p.R1.d.l. r=2.3,14.0,045.0,0025.0,04.7800 = 0,2(kg) (Với : l = 40mm=0,04m là chiều dài cổ trục) a = 8333w/m2K : hệ số toả nhiệt hữu dông F : Diện tích của toàn bộ cổ trục được làm nguội F = p. D. l = 3,14. 0,090. 0,04 = 0,01(m2) tmt : Nhiệt độ môi trường làm nguội tmt = 250C tđ : Nhiệt độ ban đầu của chi tiết, tđ = 9500C tc : Nhiệt độ cuối của chi tiết ; tc = 400C Vậy thời gian làm nguội cho mỗi cổ trục là : t =1 (s) ở đây chúng ta tôi từng cổ trục một do vậy phải tớnh thờm thời gian thao tác để chuyển vòng cảm ứng từ cổ trục này sang cổ trục kia, ta chọn ttt = 15 phót. Để tôi được hết tất cả các cổ của một trục ta phải thực hịờn 7 lần chuyển vòng cảm ứng. Do vậy tổng thời gian thao tác cho một trục là Sttt = 7.15 =105 phót. +Tổng thời gian tôi một cổ trục = tổng thời gian nung một cổ trục + thời gian làm nguội một cổ trục + thời gian thao tác chuyển từ nung sang phun nước làm nguội (ta chọn là : 3s) : tt = Stn + tln + 3 = 8,72 + 1 +3 = 12,72(s) +Trục khuỷu có 8 cổ trục cần được tôi bề mặt, do vậy tổng thời gian tôi bề mặt cho một trục khuỷu là : Stt = 12,72 . 8 = 97,76 (s) = 1,6 phót. +Tổng thời gian để hoàn thành tôi bề mặt một trục khuỷu là : tS =Stt +Sttt =105+1,6 = 106,6 (phỳt)=1,8(h) +Năng suất của lò tần số tính theo công thức: P=(kg/h) PHẦN II:THIẾT KẾ XƯỞNG NHIỆT LUYỆN II.1 Tính toán và chọn thiết bị chính: Chọn thiết bị nhiệt luyện dùng trong phân xưởng nhiệt luyện phụ thuộc vào đặctớnh của qỳa tỡnh sản xuất: đơn chiếc hay hàng loạt phụ thuộc vào qui trình công nghệ đã chọn. Kích thước chi tiết và chế độ làm việc của xưởng dùa vào đặc điểm của phân xưởng nhiệt luyện và chế tạo vật liệu với sản lượng là: 1000 bộ/năm ( Bánh răng tầu hoả ); 1000 bộ/năm ( Bánh răng xe belaz ); 3000 chiếc/năm – Trục khuỷu ô tô; Ta thấy đây là phân xưởng nhiệt luyện sản xuất hàng loạt, chế độ làm việc theo chu kỳ nên chọn các chi tiết làm việc theo chu kỳ. Đồng thời căn cứ vào quy trình công nghệ đã chọn, các thiết bị chính ta chọn phục vụ cho qui trình bao gồm các thiết bị sau: Lò giếng điện trở để thấm các bon thể khí và tôi.Lò giếng điện trở dùng để ram. Lò giếng điện trở để thấm các bon thể khí và tôi.Lò giếng điện trở dùng để ram. Lò tần số để tôi bề mặt trục khuỷu. Bảng đặc tính kỹ thuật của lò Loại lò Công suất (kW) Nhiệt độ(0C) Kích thước khoảng làm việc (mm) Kích thước ngoài (mm) Rộng Dài Cao Rộng Dài Cao RSHZM 5.8/10 60 1000 500 _ 800 1600 _ 3000 RSHOM 7.8/6,5 25 650 700 _ 800 1200 _ 2200 Lò tần số 60 (Khz) 1500 _ _ _ 3500 4020 2250 Các thiết bị phụ gồm: Thựng tụi dầu, bể tôi nước, máy đo độ cứng, bàn nắn, máy mài… Trên cơ sở đã chọn ta tiến hành tính toán số thiết bị cần thiết cho phân xưởng. Nhưng trước hết ta phải lập bảng chương trình sản xuất theo sản lượng một năm và tính cơ số làm việc của thiết bị, năng suất lò. 1.Chương trình sản xuất Chương trình sản xuất là khối lượng hay sản lượng cần phảinhiệt luyệncủa phân xưởng. Sau đây là chương trình sản xuất của phân xưởng nhiệt luyện của trung tâm nghiên cứu và chế tạo vật liệu. Bảng chương trình sản xuất STT Tên chi tiết Vật liệu Kích thước Khối lượng1 chi tiết(kg) Chương trình sản xuất Chính Dự trữ Tổng Chiếc/ năm Kg/ năm C/ năm Kg/ năm Kg/ Năm 1 Bánh răng belaz 20XM Æ450x60 26 1000 26000 40 1040 27040 2 Trục răng belaz 20XM Æ100x420 28 1000 28000 40 1120 29120 3 Bánh răng tầu hoả 20XM Æ420x120 42 1000 42000 40 1680 43680 4 Trục răng tầu hoả 20XM Æ80x420 22 1000 22000 40 880 22880 5 Trục khuỷu C45 Æ85x860 38 3000 114000 120 4560 118560 Sản lượng dự trữ được lấy bằng 4% sản lượng chính. 2.Tính số thời gian làm việc của thiết bị. Ta thấy phân xưởng nhiệt luyện sản xuất hàng loạt, chế độ làm việc theo chu kỳ, quy trình nhiệt luyện lại rất dài do thấm cacbon thể khí nên chọn 3 ca để nâng cao hệ số sử dụng của thiết bị, số giê làm việc trong 1 ca là 8 giê. Cơ số làm việc của thiết bị. +Cơ số thời gian làm việc theo lịch của thiết bị bằng tích số giê của số giê trong một ngày với số ngày theo lịch trong năn: T1 = 365*24 = 8760(h); +Cơ số thời gian danh định T2 là cơ số thời gian còn lại sau khi trừ đi các ngày nghỉ(52 ngày chủ nhật và 8 ngày lễ); T2 = T1- (52+8)*24 = 8760 – 60*24 = 7320(h); +Cơ số thời gian thực tế là cơ số thời gian danh định còn lại khi trừ đi thời gian sửa chữa thiết bị và thay đổi chế độ làm việc của thiết bị: T3 = T2 – Tstb; Thường thì khi tính toán thời gian làm việc của thiết bị theo công thức: Ttb = N*C*G*K1*K2. Trong đó: N-Số ngày làm việc trong năm, không kể ngày nghỉ; N = 365 –60 =305(ngày); C-Số ca làm việc trong 1 ngày ( 3 ca ); G = 8h: Sốgiờ làm việc trong 1 ca; K1-Hệ số mất mát thời gian sửa lò; K2-Hệ số mất mát thời gian để thay đổi chế độ làm việc của lò; Với lò giếng có: K1 = 0,96; K2 = 0,98; Vậy thời gian làm việc của thiết bị là: Ttb = 305*3*8*0,96*0,98 = 6887(h); 3.Tính năng suất lò giếng RSHZM5.8/10 dùng để thấm cacbon thể khí. a.Trường hợp thấm bánh răng belaz. Năng suất kể cả gá lắp được tính theo công thức 11.1 [II]; Trong đó: M=1 số gá của một mẻ; Gn=208(kg) khối lượng chi tiết trong gá; Gg =20(kg) khối lượng gá; t = 7,4(h) tổng thời gian thấm một mẻ; +Năng suất thực tế tính theo công thức 11.2 [II]; b.Trường hợp thấm trục bánh răng belaz. Năng suất kể cả gá lắp được tính theo công thức 11.1 [II]; Trong đó: M=1 số gá của một mẻ; Gn=224(kg) trọng lượng chi tiết trong gá; Gg =20(kg) trọng lượng gá; t = 7,65(h) tổng thời gian thấm một mẻ; +Năng suất thực tế tính theo công thức 11.2 [II]; c.Trường hợp thấm bánh răng tầu hoả. Năng suất kể cả gá lắp được tính theo công thức 11.1 [II]; Trong đó: M=1 số gá của một mẻ; Gn=252(kg) trọng lượng chi tiết trong gá; Gg =20(kg) trọng lượng gá; t = 7,1(h) tổng thời gian thấm một mẻ; +Năng suất thực tế tính theo công thức 11.2 [II]; d.Trường hợp thấm trục bánh răng tầu hoả. Năng suất kể cả gá lắp được tính theo công thức 11.1 [II]; Trong đó: M=1 số gá của một mẻ; Gn=176(kg) trọng lượng chi tiết trong gá; Gg =20(kg) trọng lượng gá; t = 6,9(h) tổng thời gian thấm một mẻ; +Năng suất thực tế tính theo công thức 11.2 [II]; 4.Tính năng suất lò giếng RSHZM5.8/10 dùng để tôi. a.Trường hợp tôi bánh răng belaz. Năng suất kể cả gá lắp được tính theo công thức 11.1 [II]; Trong đó: M=1 số gá của một mẻ; Gn=208(kg) trọng lượng chi tiết trong gá; Gg =20(kg) trọng lượng gá; t = 4(h) tổng thời gian nung một mẻ; +Năng suất thực tế tính theo công thức 11.2 [II]; b.Trường hợp tôi trục bánh răng belaz. Năng suất kể cả gá lắp được tính theo công thức 11.1 [II]; Trong đó: M=1 số gá của một mẻ; Gn=224(kg) trọng lượng chi tiết trong gá; Gg =20(kg) trọng lượng gá; t = 4,4(h) tổng thời gian nung một mẻ; +Năng suất thực tế tính theo công thức 11.2 [II]; c.Trường hợp tôi bánh răng tầu hoả. Năng suất kể cả gá lắp được tính theo công thức 11.1 [II]; Trong đó: M=1 số gá của một mẻ; Gn=252(kg) trọng lượng chi tiết trong gá; Gg =20(kg) trọng lượng gá; t = 3,5(h) tổng thời gian nung một mẻ; +Năng suất thực tế tính theo công thức 11.2 [II]; d.Trường hợp tôi trục bánh răng tầu hoả. Năng suất kể cả gá lắp được tính theo công thức 11.1 [II]; Trong đó: M=1 số gá của một mẻ; Gn=176(kg) trọng lượng chi tiết trong gá; Gg =20(kg) trọng lượng gá; t = 3,4(h) tổng thời gian nung một mẻ; +Năng suất thực tế tính theo công thức 11.2 [II]; e.Trường hợp tôi trục khuỷu ụtụ Năng suất kể cả gá lắp được tính theo công thức 11.1 [II]; Trong đó: M=1 số gá của một mẻ; Gn=228(kg) trọng lượng chi tiết trong gá; Gg =20(kg) trọng lượng gá; t = 2,2(h) tổng thời gian nung một mẻ; +Năng suất thực tế tính theo công thức 11.2 [II]; 5.Tính năng suất lò giếng RSHOM7.8/6,5 dùng để ram các chi tiết. a.Trường hợp ram bánh răng belaz. Năng suất kể cả gá lắp được tính theo công thức 11.1 [II]; Trong đó: M=1 số gá của một mẻ; Gn=208(kg) trọng lượng chi tiết trong gá; Gg =20(kg) trọng lượng gá; t = 2,6(h) tổng thời gian ram một mẻ; +Năng suất thực tế tính theo công thức 11.2 [II]; b.Trường hợp ram trục bánh răng belaz. Năng suất kể cả gá lắp được tính theo công thức 11.1 [II]; Trong đó: M=1 số gá của một mẻ; Gn=224(kg) trọng lượng chi tiết trong gá; Gg =20(kg) trọng lượng gá; t = 2,5(h) tổng thời gian ram một mẻ +Năng suất thực tế tính theo công thức 11.2 [II]; b.Trường hợp ram bánh răng tầu hoả Năng suất kể cả gá lắp được tính theo công thức 11.1 [II]; Trong đó: M=1 số gá của một mẻ; Gn=252(kg) trọng lượng chi tiết trong gá; Gg =20(kg) trọng lượng gá; t = 2,8(h) tổng thời gian ram một mẻ +Năng suất thực tế tính theo công thức 11.2 [II]; c.Trường hợp ram trục bánh răng tầu hoả Năng suất kể cả gá lắp được tính theo công thức 11.1 [II]; Trong đó: M=1 số gá của một mẻ; Gn=176(kg) trọng lượng chi tiết trong gá; Gg =20(kg) trọng lượng gá; t = 2,2(h) tổng thời gian ram một mẻ +Năng suất thực tế tính theo công thức 11.2 [II]; e.Trường hợp ram trục khuỷu ụtụ Năng suất kể cả gá lắp được tính theo công thức 11.1 [II]; Trong đó: M=1 số gá của một mẻ; Gn=228(kg) trọng lượng chi tiết trong gá; Gg =20(kg) trọng lượng gá; t = 3(h) tổng thời gian ram một mẻ +Năng suất thực tế tính theo công thức 11.2 [II]; 6.Tính năng suất lò tần số. Năng suất của lò tần số đã được tính trong chươngIV:Trục khuỷu là : Pts =21,11(kg/h) Sau đây là bảng chất liệu của 3 loại lò: Bảng II.1 Bảng chất liệu lò giếng RSHZM5.8/10 thấm C thể khí STT Tên chi tiết Mác thép Sản lượng 1 năm Trọng lượng 1 mẻ(kg) Thời gian (h) Năng suất(kg/h) Thời gian hoàn thành(h) Cả năm Kg/năm 1 Bánh răng belaz 20XM 1040 27040 208 7,4 28,1 962 2 Trục răng belaz 20XM 1040 29120 224 7,65 29,3 994,5 3 Bánh răng tầu hoả 20XM 1040 45680 252 7,1 35,49 1230,6 4 Trục răng tâù hoả 20XM 1040 22880 176 6,9 25,5 897 Bảng II.2 Bảng chất liệu lò giếng RSHOM 7.8/6,5 để ram các chi tiết STT Tên chi tiết Mác thép Sản lượng 1 năm Trọng lượng 1 mẻ(kg) Thời gian (h) Năng suất(kg/h) Thời gian hoàn thành(h) 1 Bánh răng belaz 20XM 1040 27040 208 2,6 80 338 2 Trục răng belaz 20XM 1040 29120 224 2,5 89,6 325 3 Bánh răng tầu hoả 20XM 1040 45680 252 2,8 90 485,3 4 Trục răng tâù hoả 20XM 1040 22880 176 2,2 80 286 5 Trục khuỷu C45 3120 118500 228 3 76 1,8 Bảng II.3 Bảng chất liệu lò giếng RSHOM 5.8/10 để tụi cỏc chi tiết STT Tên chi tiết Mác thép Sản lượng 1 năm Trọng lượng 1 mẻ(kg) Thời gian (h) Năng suất(kg/h) Thời gian hoàn thành(h) 1 Bánh răng belaz 20XM 1040 27040 208 4 52 520 2 Trục răng belaz 20XM 1040 29120 224 4,4 50,9 572 3 Bánh răng tầu hoả 20XM 1040 43680 252 3,5 72 606,6 4 Trục răng tâù hoả 20XM 1040 22880 176 3,4 51,76 442 5 Trục khuỷu C45 3120 118500 228 2,2 103,64 1144 Dùa vào bảng chất liệu của từng loại lò ta tính được -Tổng số thừi gian để hoàn thành quá trình thấm ở lò giếng RSHZM 5.8/10 St(thấm) = 962 + 994,5 + 1230,6 +897 = 4084,1(h); -Tổng số thời gian để hoàn thành quảtỡnh tụi ở lò giếng RSHZM 5.8/10 là: St(tôi) = 525 + 572,0 + 606,8 + 442,0 +1144 = 3284,6(h); Vậy tổng số thời gian thấm và tôi của lò giếng RSHZM 5.8/10 là: St = 4084,1 + 3284,6 = 7368,7(h); Số lò cần cho quá trình thấm và tôi theo công thức: Trong đó: Ti: Sè loại lò i cần tính SSi: Tổng sản lượng của nhóm chi tiết được nhiệt luyện ở thiết bị i (tấn/năm); ti: Cơ số làm việc của thiết bị loại i; Pi:Năng suất trung bình thực tế của lò khi nung chi tiết; Với 2 cỏch tớnhtrờn đều chi một kết quả gần như nhau và bằng 1 vậy ta chọn 1 lò giếng điện trở RSHZM 5.8/10 dùng chung cho cả 2 quá trình thấm cacbon thể khí và tôi. Cũng với cỏch tớnh tương tự như trên ta tính được số lò giếng điện trở RSHOM 7.8/6,5 cần cho quá trình ram cho cỏcchi tiết là: ; Vậy chọn 1 lò ram. Với lò tần số ta cũng tính được số lò cần thiếc là 1 lò; Cuối cùng ta có số thiết bị chính trong phân xưởng là 3 ( 2 lò giếng, 1 lò tần số); III.2 Tính toán và chọn thiết bị phụ Tính toán thựng tụi: Trong quá trình tôi, chi tiết toả nhiệt vào môi trường nhận lượng do chi tiết toả ra, vì vậy nhiệt độ môi trường tăng lên gây ảnh hưởng đến tốc độ nguội dẫn đến ảnh hưởng chất lượng sản phẩm. Vậy phải tính toán thựng tụi và hệ thống làm nguội đảm bảo nhiệt độ môi trường không vượt quá nhiệt độ cho phép. Nhiệt độ cho phép của một số môi trường tôi : Đối với nước toc < 50oC đối với dầu toc < 80oC đối với NaOH toc < 100oC Các sản phẩm trong phân xưởng được tôi trong dâu do đó tính toán thựng tụi ở đây là tính thung tôi dầu. Lượng nhiệt do chi tiết toả ra, tính theo công thức 11.15{II] Q1=g1(C0t0 – C1t1) Kcal Trong đó: g1 = 272 kg là trọng lượng lớn nhất của một mẻ tôi ( kể cả gá) t0 = 8200C là nhiệt độ chi tiết trước khi tôi. t1 = 800C là nhiệt độ chi tiết sau khi làm nguội. C0 = 0.162 Kcal/Kg0C là tỉ nhiệt của thép C1 = 0.13 Kcal/Kg0C là tỉ nhiệt trung bình của thép từ nhiệt độ tôi đến nhiệt độ kết thúc tôi Ta có Q1 = 272 (0,162x820 – 0,13 x80) = 33303,7 kcal Lượng nhiệt dâu hấp thô Q2=g2(C0t0 – C1t1) Kcal Trong đó: g2 là khối lượng dầu. t1= 300C là nhiệt độ ban đầu của dầu t0 = 600C là nhiệt độ sau khi tôi C0, C1 = 0,45 Kcal là tỉ nhiệt của dầu trong khoảng 30-700C Ta có: Q2 = g2(0,45x60-0,45x30) = 13,5xg2 Để lượng nhiệt kim loại toả ra bằng lượng nhiệt dầu hấp thụ vào thì: Q1= Q2 => 33303,7=13,5 xg2 g2 = = 2466,94 ~ 2467 dm3 Vậy thể tích 2,467m3. Chọn kích thước thựng tụi dầu Chọn chiều cao của khối dầu trong thùng là 1m Vậy tiết diện thùng dầu là 2,467 m2, chọn thùng dầu có tiết diện hình vuông Vậy cạnh thùng dầu là: 1,2335m Chiều cao của dầu dâng lên khi nhóng chi tiết là: H1= m Trong đó : Vkl = = = 0,035m3 là thể tính kim loại chiếm chỗ S = 2,467m2 là tiết diện thùng dầu H1= = 0,014m Để cho dầu không bị bắn ra ngoài, ta chọn chiều cao từ mặt dầu đến thành thùng là H2 = 0,1m Ta có chiều cao của thùng dầu là H = H0 +H1 +H2 = 1+0,014+0,1 =1,114 ~ 1,2m Vậy thựng tụi cú kích thước là H = 1,2m; B =L = 2,467m ~ 2,5m Để đảm bảo nhiệt độ của dầu không vượt quá giới hạn cho phép, đặt thùng dầu vào trong bể nước, bể nước được bơm nước tuần hoàn. Chọn các thiết bị khác Chọn một máy đo độ cứng TK – 2 , để kiểm tra độ cứng sau khi nhiệt luyện Chọn một máy mài để mài trước khi đo độ cứng Chọn một bàn phẳng để kiểm tra cong vên c Chọn một bàn nắn để nắn các chi tiết bị biến dạng khi nhiệt luyện Chọn mét kính hiển vi kim loại học để soi tổ chức và chiều dầy líp thấm IV. Quy hoạch mặt bằng phân xưởng Quy hoạch mặt bằng phân xưởng là một khâu quan trọng trong thiết kế xưởng, nó thể hiện dây chuyền công nghệ sản xuất phù hợp với thiết bị đã chọ. Dùa vào số liệu đã tính toán ta lập mặt bằng phân xưởng nhiệt luyện của trung tâm nghiên cứu và chế tạo vật liệu IV.1 Dự kiên mặt bằng phân xưởng. Nguyên tắc bố trí mặt bằng phân xưởng. Phải phù hợp với tính chất công nghệ, sản xuất liên tục khi bố trí mặt bằng cần theo yêu cầu sau: Dây chuyền công nghệ liên tục ngắn nhất theo đường thẳng, hạn chế sù chồng chéo lên nhau. Phù hợp với quá trình sản xuất trong phân xưởng cũng như toàn nhà máy và cỏc phõn xưởng khỏc, cỏc bộ phận liên quan. Đảm bảo vệ sinh trong phân xưởng, an toàn trong phân xưởng và an toàn trong nhà máy đặt hướng nhà theo hướng gớo chủ yếu trong năm( đông nam). Các thiết bị và các bộ phận sinh khí độc hại đặt cuối hướng giú, cỏc cửa phải bố chí phù hợp sao cho đảm bảo ánh sáng tự nhiên, thông gió tự nhiên. Các tiêu chuẩn về xưởng nhiệt luyện Tiêu chuẩn về diện tích, mặt bằng. Căn cứ vào đặc điểm, tính chất công nghệ và của phân xưởng ta tiến hành tính toán diện tích mặt bằng phân xưởng. Phân xưởng nhiệt luyện của trung tâm nghiên cứu và chế tạo vật liệu với sản lượng : 1000 bộ bánh răng, trục bánh răng tầu hoả /năm 1000 bộ bánh răng, trục bánh răng benlaz /năm 3000 trục khuỷu ô tô / năm phân xưởng này là loại phân xưởng vừa sản xuất mang tính từng loạt.Để đảm bảo tính chất sản xuất, dây chuyền công nghệ, thao tác công nhân an toàn cho phân xưởng, mỗi thiết bị sản xuất chính chiếm từ 50–90m2 Diện tích do thiết bị chính chiếm là. S tb = s x a m2 Trong đó S = 70m2 là diện tích mỗi thiết bị chính. a = 3 là số thiết bị chính Stb = 70x3 =210m2 Diện tích nhà sinh hoạt bao gồm nhà văn phòng phân xưởng, phòng thay quần áo, kho phân xưởng, phong nắn vv… theo quy định chiếm 15% Stb vậy diện tích nhà sinh hoạt là S sh =15%Stb =210 x15% = 31,5m2 Diện tích đi lại trong phân xưởng chếm khoảng 30% diện tích do thiết bị chính chiếm chỗ Sđl = 30% Stb = 210 x30% = 63m2 vậy diện tích toàn xưởng là: SPX = S sh+ S đl + S tb =210+31,5+63 = 304,5m2 Chọn nhà có bước nhịp là L = 15m vậy chiều dài của phân xưởng là: B = S sh/L =304,5/15 = 20,3m Nhưng dó chiều dài phân xưởng theo quy chuẩn lấy bội số của bước cột (6m) lên chiều dài thực tế của xưởng là Btt =6x4 = 24m. Vậy diện tích thực tế của phân xưởng là : S px = BTT x L = 24 x15 =360 m2 Chọn kiểu nhà, kết cấu nhà. Nhà phân xưởng nhiệt luyện chọn kiểu nhà công nghiệp một tầng, khung bê tông cốt thép nhà rộng 15m dài 24m khoảng cách giữa các cột là 6m, đặt nhà theo hướng đông nam. Chon kết cấu nhà. Cột nhà: là bộ phận cơ bản của khung nhà, nó tác dụng truyền toàn bộ tải trọng nhà xuống móng. Ta chọn chiều cao của cột là 9m và tiết diện cụt là 0,4 x 04m. Móng nhà: là kết cấu chịu tải trong toàn bộ nhà và truyền xuống đất, chọn móng nhà là móng bê tông. Dầm mái: là kết cầu chịu lực tải trọng cho mái nhà chọn dầm mái là dầm thép. Cửa mái : có tác dụng thông hơi, thông gió, thoát khi độc, chiếu sáng cho toàn xưởng, chọn cửa mái là cửa kinh khung thép. Cửa ra vào: để đưa chi tiết ra vào phân xưởng để công nhân ra vào phân xưởng ta bè chi một cưa chính rộng 4m cao 4m ở giữa phân xưởng (theo chiều dài), một cửa phụ rộng 3,5 m cao 2,5 m ở phía đối diện cửa chính. Cửa sổ : có tác dụng chiếu sáng tự nhiên, thông gió tự nhiện, làm thoát khí nóng ta bố chí mỗi bên 2 hàng cửa (cả hai đầu hồi nhà ), mỗi cửa cú kớch thước rộng 1,5 x1,5m. Nền nhà Cấu