TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ -oOo - BÀI TẬP LỚN KĨ THUẬT CHẾ TẠO ĐỀ TÀI: PHƯƠNG PHÁP LUYỆN KIM BỘT GVHD: TS Lưu Phương Minh NHÓM: SVTH : Huỳnh Văn Ngọc Sơn - 21303402 Võ Duy Công Lớp: - 21300434 CK13KSCD Hồ Chí Minh, Ngày 11 tháng năm 2015 MỤC LỤC Nội Dung Trang Giới thiệu chung……………………………………… …1 Các phương pháp chế tạo bột kim loại………………….5 Quá trình tạo hình……………………………………… 11 Thiêu Kết………………………………………………….22 Giới thệu chung 1.1 Lịch sử phát triển: Khoảng 60 năm trở lại đây, giới xuất ngành kỹ thuật mới, non trẻ phát triển với tốc độ nhanh, ngày chiếm lĩnh thị trường, ngành luyện kim bột Tuy đời sản phẩm luyện kim bột áp dụng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân 1.2 Nguyên lý làm việc Quy trình sản xuất luyện kim bột trải qua công đoạn: - Sản xuất bột kim loại, hợp kim bột gốm - Trộn bột kim loại,bột hợp kim với chất dính chất phụ gia - Tạo hình sản phẩm: tạo sản phẩm có hình dáng theo yêu cầu chưa có liên kết bền hạt bột vật liệu - Thiêu kế (gia công nhiệt): tạo liên kế bền hạt vật liệu độ bền cần thiết cho chi tiết - Gia công tinh: tinh chỉnh kích thước, ép lại, nhiệt luyện… Trong thực tế không thiết phải trình tự trên, tiến hành hai nguyên công đồng thời, thí dụ tạo hình thiêu kế đồng thời 1.3 Ưu nhược điểm luyện kim bột: Ưu điểm công nghệ luyện kim bột: - Nguyên liệu sử dụng gần triệt để ( hư hao nguyên liệu ) - Sản phẩm có tính đồng cao phải gia công - Có khả tạo vật liệu mà phương pháp nấu đúc truyền thống tạo Ví dụ hợp kim đồng – graphit, đồng – graphit – teflon, hợp kim cứng, … - Có thể điều chỉnh thành phần bột theo ý muốn với độ đồng cao Trang Hình Sản phẩm luyện kim bột có tính đồng cao Tuy nhiên, công nghệ vật liệu bột có số nhược điểm sau: - Khả sản xuất khối lớn hàng loạt không phương pháp nấu đúc truyền thống, áp dụng cho chi tiết nhỏ vừa - Công nghệ vật liệu bột có ưu chế tạo vật liệu chứa lỗ xốp vật liệu kết hợp - Vật liệu kim loại bột có độ bền thấp vật liệu truyền thống tổ chức có nhiều lỗ xốp màng oxit biên giới hạt Độ xốp màng oxit biên giới hạt nguyên nhân làm cho vật liệu bột có độ bền thấp tính dòn cao so với vật liệu loại chế tạo phương pháp nấu đúc 1.4 Người ta dùng phương pháp kim loại bột để chế tạo : 1- Hợp kim cứng : để sản xuất vật liệu cắt gọt có tính chịu nóng cao tới 1000oC, tốc độ cắt đến hàng trăm m/ph Loại sử dụng bột WC, TiC, TaC lượng nhỏ côban làm chất kết dính Có thể dùng một, hai ba cácbit tương ứng có hợp kim cứng một, hai ba cacbit Ví dụ, loại cacbit WCCo15; loại hai cacbit WCTiC14Co8, loại ba cacbit WCTiC4TaC3Co12 Trang 2- Vật liệu làm đĩa cắt : dùng vật liệu siêu cứng kim cương nhân tạo nitrir bo BN Chất kết dính bột B, Be Si Ép nóng áp lực nhiệt độ cao cao tùy thuộc yêu cầu công nghệ Hình Đĩa cắt từ luyện kim bột 3- Vật liệu mài : dùng bột SiC, chất kết dính nhựa hữu hay gốm thủy tinh 4- Vật liệu kết cấu sở nhôm hợp kim nhôm ( SAP; SAAP ) sở sắt thép, sở đồng hợp kim đồng - Chế tạo thép gió theo phương pháp kim loại bột tạo mác thép gió hợp kim hóa cao dụng cụ có hình dạng phức tạp Độ bền cao so với phương pháp cổ điển 1,5 - lần Hình Thép gió sản xuất từ luyện kim bột Trang 6- Bạc xốp tự bôi trơn: dùng bột đồng sắt lượng nhỏ grafit Người ta chế tạo bạc có độ xốp 10-25% cho thấm dầu nhớt chân không nhiệt động khoảng 70oC 7- Chế tạo vật liệu ghép từ vật liệu có tính chất khác biệt, số loại vật liệu Các phương pháp chế tạo bột kim loại: 2.1 Tạo bột phương pháp hóa học 2.1.1 Tạo bột phương pháp hoàn nguyên Trong luyện kim bột, phương pháp hoàn nguyên sử dụng rộng rãi để sản xuất hầu hết loại bột kim loại Phương pháp vừa tạo bột, vừa ủ bột Có loại hoàn nguyên hoàn nguyên oxit hoàn nguyên nhiêt kim + Hoàn nguyên oxit: Đây phương pháp phổ biến nhất, đơn giản nhất, rẻ để sản xuất bột kim loại công nghiệp Tất trình hoàn nguyên trình trao đổi chất hoàn nguyên chất hoàn nguyên Chất hoàn nguyên chất nhiệt độ phản ứng có lực hóa học với oxy lớn lực hóa học với oxy chất hoàn nguyên Trong công nghiệp sản xuất bột, chất hoàn nguyên sử dụng phổ biến chất hoàn nguyên thể khí H2, CO hay hỗn hợp khí H2 + CO, khí thiên nhiên, v.v… Trang + Hoàn nguyên nhiệt kim: Phương pháp ứng dụng để sản xuất kim loại hay hợp kim từ chất hóa học chúng dựa sở lực hóa học chất hoàn nguyên với oxy, clo, flo, v.v… lớn lực hóa học kim loại hoàn nguyên Điều kiện đặt sản phẩm hoàn nguyên chất hoàn nguyên không tạo thành hợp kim Nhiệt độ bay phải cao để tránh mát bay Phương pháp không ứng dụng rộng rãi, thường dùng để sản xuất kim loại khó hoàn nguyên Cr, Ti, Zn,U - Ngoài nhiều trường hợp chất hoàn nguyên không dùng kim loại mà dùng hợp chất hyđrua chúng Đối với trình hoàn nguyên nhiệt kim, chất hoàn nguyên phải thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật sau: - Chất hoàn nguyên phải hoàn nguyên hoàn toàn nhiệt cung cấp từ bên thấp Lượng dư chất hoàn nguyên xỉ tạo dễ dàng tách khỏi kim loại Chất hoàn nguyên phải có độ cao Chất hoàn nguyên phải rẻ tiền, dễ kiếm 2.1.2 Tạo bột phương pháp điện phân Sản xuất bột phương pháp điện phân dung dịch ngày cạnh tranh với phương pháp tạo bột khác đặc biệt để chế tạo bột Fe Cu Chế tạo bột phương pháp có nhiều ưu điểm độ cao, tính ép tốt, khả thiêu kết tốt, sản phẩm nhận có lý tính ổn định Phương pháp mang lại hiệu kinh tế cao, quy mô sản xuất lớn bé Có thể sử dụng nguyên liệu ban đầu có chứa nhiều tạp chất, sản phẩm nhận có lý tính không đổi, đặc biệt bột sắt Hiện phương pháp tạo bột loại Cu, Ag, Fe, Zn, Ni, Cd, v.v… số kim loại khác hợp kim chúng Trang Các yếu tố mật độ dòng điện, nhiệt độ, nồng độ axit, nồng độ dung dịch điện phân có ảnh hưởng lớn tới kích thước, thành phần cấp hạt cấu trúc bột điện phân Có thể sản xuất bột kim loại điện phân dung dịch nước mà dung dịch muối nóng chảy 2.1.3 Tạo bột phương pháp xi măng hóa Dựa sở phản ứng đẩy kim loại quý khỏi dung dịch kim loại rẻ tiền khác Kim loại giải phóng phương pháp xi măng hóa thường có hình nhánh dạng xốp Phương pháp ứng dụng thực tế cho suất thấp, giá thành bột lại cao Phương pháp thường dùng để sản xuất bột hợp kim dạng mạng kim loại bao quanh kim loại 2.1.4 Tạo bột phương pháp Cacbonyl Khi điều chế bột phương pháp phân hủy nhiệt hợp chất Cacbon kim loại dễ bay Phương trình tổng quát: MeaBb + CO → bB + MEa(CO)c → aMe + cCO Phản ứng đầu gọi phản ứng tổng hợp Cacbonyl Cacbonyl nhận có nhiệt độ nóng chảy thấp bay Phản ứng thứ phản ứng phân hủy Cacbonyl tiến hành nhiệt độ thấp Trang Bột nhận phương pháp chứa nhiều tạp chất khí CO, N2 & Oxy Hàm lượng chất khí lên tới 1÷3% Để loại bỏ tạp chất người ta đem ủ 300÷4000C môi trường khí Hydro, phải tiến hành chân không Bột nhận phương pháp có giá thành cao, bột nhận lại có độ cao Bột sử dụng làm vật liệu điện cao cấp 2.1.5 Tạo bột phương pháp ngưng tụ Phương pháp sản xuất bột kim loại có áp suất lớn nhiệt độ nóng chảy thấp ( Zn, Mg, Cd) Quá trình tiến hành theo giai đoạn: Giai đoạn đầu cho bay kim loại nhiệt độ cao bình kín Giai đoạn cho kim loại ngưng tụ bình lạnh Phương pháp nhận bột kim loại có kích thước từ 10÷20 μm đến 0,1 μm Bột nhận tạo có độ cao Nhược điểm phương pháp bột bị phủ màng oxit mỏng, hạn chế tiến hành chân không; ứng dụng phạm vi hẹp, suất không cao 2.2 Phương pháp học 2.2.1 Tạo bột phương pháp nghiền học Phương pháp nghiền học ứng dụng rộng rãi công nghiệp luyện kim bột Bằng phương pháp người ta sản xuất hầu hết bột kim loại Ưu điểm phương pháp tạo bột nghiền học đơn giản, giá thành sản phẩm thấp, chuyển số kim loại cứng giòn sang dạng bột Tuy nhiên phương pháp có Trang nhược điểm khó nghiền kim loại hay hợp kim cứng mềm, suất thấp dẫn đến giá thành sản phẩm cao, bột nhận có hình dáng phức tạp khó đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Có nhiều loại thiết bị nghiền bao gồm: máy nghiền rung, máy nhiền lắc, máy nghiền búa đập, máy nghiền hành tinh v.v… phổ biến loại máy nghiền bi tang trống Máy nghiền bi: cấu tạo tang hình trụ làm hợp kim có bi nghiền Khi quay bi tang nâng lên góc không lớn góc rơi tự (90o) Sau bi rơi xuống, va đập bi tang tạp thành trình nghiền Quá trình nghiền tang phụ thuộc vào kích thước hình học tang nghiền Nếu tỷ lệ D/L ≥ trình nghiền vật liệu giòn va đập, D/L < trình nghiền vật liệu mềm xiết trượt Ngoài kết cấu tang máy nghiền chịu ảnh hưởng tốc độ quay Khi tang tốc độ quay máy làm tang lực lý tâm làm tang góc rơi bi nghiền bi rơi độ cao lớn làm tăng lực đập bi bi, bi tang tạo thành chế đập Nếu tốc độ quay bi tang trình nghiền không xảy Để nâng cao hiệu nghiền thông thường người ta sử dụng tốc độ quay 0,75 ÷ 0,8 tốc độ quay lý thuyết Khi với N = 0.75 Nlt trọng lượng bi tối ưu B = 1,7 ÷ 1,9 kg/l thể tích máy nghiền Hệ số điền đầy (γ) không 0,4 ÷ 0,5 (γ) lớn hạt bi đẩy lẫn làm trình nghiền hiệu Đối với vật liệu cứng giòn thuận tiện sử dụng máy nghiền bi trình tạo bột Hình dạng bột nhận đa dạng Bột có trọng lượng đong lớn, độ xốp tự khoảng 60% Chính trình nghiền máy nghiền bi trình phụ thêm để tăng trọng lượng đong bột 2.2.2 Tạo bột phương pháp phun kim loại nóng chảy: Bản chất phương pháp phun kim loại nóng chảy lỏng tạo bột dòng kim loại lỏng khí cho chảy dòng kim loại vào môi trường lỏng gọi tạo hạt Tạo bột tạo hạt khác tạo bột áp suất định tạo hạt áp suất bình thường Phương pháp ứng dụng rộng rãi để sản xuất kim loại hợp kim chúng Nhiệt độ nóng chảy kim loại 1600oC, bột nhận cho kích thước hạt thô trung bình từ 10 ÷ 500 μm Trang +) Ảnh hưởng góc hội tụ (α) đến đường kính hạt (dm): Góc hội tự ảnh hưởng đến hình dạng, kích thước hạt, Khi góc hội tụ lớn, hạt bột có xu hướng cầu hóa độ hạt lớn Thông thường bột kim loại nhận phương pháp phun bị lẫn nhiều oxy dạng oxit kim loại Chính bột nhận cần phải tiếp tực ủ hoàn nguyên môi trường khí hydro nhằm hoàn nguyên màng oxit nâng cao tính công nghệ bột Quá trình tạo hình: 3.2 Chuẩn bị bột để ép Quá trình chuẩn bị để ép đóng vai trò quan trọng lưu trình công nghệ luyện kim bột Trong thực tế sản suất, bột kim loại sản suất phân xưởng hay nhà máy riêng biệt nên đáp ứng tất yêu cầu kỹ thuật sản phẩm Vì trường hợp cần phải có khâu chuẩn bị bột cho đảm bảo yêu cầu thành phần hóa học yêu cầu vật lý để đáp ứng yêu cầu sản phẩm cuối Những khâu trình chuẩn bị bột bao gồm: ủ, rây, trộn 3.2.1 Ủ bột Ủ bột nhằm nâng cao tính dẻo bột, tính chịu nén, chịu ép cách hoàn nguyên khử màng oxit biến mềm hạt bột Do bột để lâu bảo quản không cách dẫn tới bị oxit hóa môi trường xung quanh Các loại bột thu phương pháp nghiền, điện phân cần phải tiến hành ủ Còn loại bột thu phương pháp hoàn nguyên không cần ủ, tiến hành đòi hỏi bột có độ cao hay cần thiết phải làm lớn hạt mịn để tránh bột bị cháy ép Đối với bột nhận phương pháp hoàn nguyên nhiệt kim thiết phải ủ hoàn nguyên lại để khử màng oxit tạo thành trình rửa sấy 3.2.2 Rây bột Trong thực tế sản suất, để bột nhận có kích thước ổn định, lý tính xác định thù cần phải phân cấp hạt rây bột để phân cấp Phân chia kích thước hạt thành phần riêng biệt sau trộn phối liệu theo tỷ lệ định Đối với số kích thước hạt không thích hợp cần phải gia công thêm Thiết bị phân chia cấp hạt không giống thiết bị phân chia công nghiệp hóa chất hay tuyển khoáng Trang 10 3.2.3 Trộn bột Trong công ngiệp luyện kim bột, chi tiết cần sản xuất dạng loại riêng biệt mà tổ hợp hai hay nhiều cấu tử hỗn hợp bột Sự đồng hỗn hợp bột có ảnh hưởng lớn đến tính sản phẩm Trong thực tế tồn hai phương pháp trộn chủ yếu là: trộn học trộn hóa học  Phương pháp trộn hóa học: Là trình kết tủa từ dung dịch kim loại phụ gia lên bề mặt hạt sở Thông thường người ta sử dụng dung dịch kèm theo khuấy trộn với bột kim loại sở Trong thực tế phương pháp chưa ứng dụng rộng rãi công nghệ luyện kim bột không đặc trưng Trang 11  Phương pháp trộn học: Sự đồng hỗn hợp bột (2 hay nhiều cấu tử) đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng đến tính chất, lý tính sản phẩm, tình thiêu kết sản phẩm Sự đồng hỗn hợp bột phụ thuộc vào nhiều yếu tố: phương pháp trộn, thiết bị trộn, thời gian trộn,… Ngoài môi trường trộn có ảnh hưởng lớn tới chất lượng hỗn hợp bột nhận Thông thường nguyên công trộn tiến hành môi trường không khí, khí trơ, dung dịch (cồn, xăng, dầu, nước ) Trong môi trường lỏng bột nhận không bị oxy hóa linh động hạt lớn đồng nhanh Mặc dù trộn ướt có nhiều ưu điểm trộn khô có nhược điểm phải sấy bột chân không để tránh oxy hóa bột hay phải sấy nhiệt độ thấp Tùy trường hợp cụ thể mà ta chọn phương pháp trộn bột khác nhằm đảm bảo tính chất sản phẩm hiệu kinh tế 3.3 Quá trình ép bột kim loại: 3.3.1.Quy luật chung trình ép Mục đích trình ép tạo hình tạo chi tiết có hình thù kích thước định, đồng thời tạo cho vật ép có độ bền cần thiết để giữ hình dạng Trang 12 xử lý giai đoạn Mặt khác, vật ép phải đạt mật độ cần thiết để sau thiêu kết chúng có cơ, lý tính mong muốn Độ xít chặt vật ép đóng vai trò chủ yếu tính chất quan trọng chúng đặc biệt tiến hành thiêu kết pha rắn Bột kim loại trải qua trình ép tạo hình gọi vật ép tươi, có độ bền thấp Những chi tiết tạo sau trình ép giòn, dễ dàng bị phá hủy Để có vật ép tươi độ bền cao, lượng bột cho vào khuôn phải phù hợp với khoang chứa khuôn, lực ép phải đủ phù hợp với chi tiết cần tạo Có nhiều phương pháp ép tạo hình phổ biến phương pháp ép nguội chiều khuôn kim loại (hình 1) Quá trình ép nguội chiều khuôn kim loại gồm ba nguyên công cho bột vào khuôn, ép mẫu tháo mẫu khỏi khuôn Theo phương pháp bột cho vào khuôn ép thẳng đứng chày chuyển động theo phương thẳng đứng với bột.Lực ép tác dụng vào chày thực công tác nén bột lòng khuôn ép, chày giữ cố định trình ép Bản chất trình ép biến dạng thể tích bột xốp cách nén dẫn tới giảm thể tích bột định hình vật ép có hình dạng kích thước mong muốn Thể tích bột ép luôn thay đổi biến dạng hạt riêng biệt Khi tăng lực ép bột không xếp lại nữa, bột sinh phản lực chống lại Nếu tiếp tục tăng lực ép tiếp, hạt lại biến dạng Trang 13 Trên hình ta thấy, giai đoạn đầu mật độ vật ép tăng nhanh (phần a) giai đoạn bột dịch chuyển tương đối tự điền đầy lỗ trống gần Đến cuối giai đoạn đầu, hạt bột lèn chặt mức tối đa (đoạn nằm nganh b) Vì có lực cản hạt bột lực ép lớn lực ép tăng nhanh thể tích khối bột kim loại không bị giảm thời gian định Chỉ lực ép vượt lực cản vật ép lúc hạt bột bắt đầu biến dạng bắt đầu giai đoạn (đoạn c) trình ép Trong thực tế, trình ép xảy đồng thời giai đoạn Một số hạt bắt đầu biến dạng lực ép thấp chí lúc đổ bột vào khuôn, số hạt dịch chuyển lực nén lớn Trang 14 Dưới lực ép bột, bột có đặc điểm giống chất lỏng có chiều hướng chảy phía Do xuất áp suất ép lên thành khuôn Nhưng bột khác chất lỏng chổ chất lỏng áp suất phân bố hướng bột áp suất phân bố không Lực truyền lên thành khuôn bé so với chiều ép mật độ ép không đồng (hình 4) Do ma sát thành khuôn bột nên lực ép giảm theo chiều cao mẫu Ngoài trình ép, hạt bột bị đàn hồi biến dạng dẻo, vật ép tích lũy ứng suất tương đối lớn Vì sau vật ép lấy khỏi khuôn, ứng suất đàn hồi tích lũy mẫu ép làm cho mẫu tiếp tục giãn nở phía Ép với lực ép thấp ngắt lực ép, giãn nỡ đàn hồi mẫu ép Nếu lực ép tăng cao tơi mức độ định bột mẫu ép rắn Lực ép nhờ bột truyền thành khuôn theo hướng ngang phản lực lại từ thành khuôn bắt đầu ép lên mẫu theo hướng xuyên tâm Sau mẫu tới mức độ định, lực ép lại tăng tiếp tục có biến dạng đàn hồi, loại biến dạng có hồi phục sau ngắt lực ép Lúc khuôn ép giãn nở đàn hồi mức độ phù hợp vào độ cứng khuôn Ở lực ép, vật liệu bột mịn có tỷ trọng tươi cao vật Trang 15 liệu thông thường hạt bột mịn có khe trống hạt nhỏ, bột dễ dàng xếp lại để điền vào khoảng trống 3.3.2 Khuôn ép Khuôn ép gồm nhiều chi tiết có ba chi tiết là: áo khuôn, chày chày Khuôn ép sử dụng công nghiệp đa dạng chia thành nhóm khác nhau: khuôn ép tay, khuôn ép tự động, khuôn ép chiều, khuôn ép hai chiều , khuôn ép định lượng, khuôn ép trọng lượng, khuôn ép theo lớp Khuôn ép đa dạng phải tuân theo yêu cầu kỹ thuật như: đảm bải mật độ đồng toàn vật ép, định hình chi tiết kích thước, hình dáng xác định, lấy mẫu ép khỏi khuôn đơn giản, làm việc phải an toàn thời gian sử dụng lâu dài Khuôn ép nguội chế tạo từ loại vật liệu có độ cứng cao thép hợp kim (độ cứng 60 HRC) hợp kim cứng Khuôn ép có vai trò quan trọng chất lượng viên mộc Do thiết kế khuôn ép nguội phải đặc biệt ý đến mối quan hệ tính chất đối tượng ép (tính chất bột) với vật liệu làm khuôn với lực ép thường sử dụng Trang 16 3.3.3 Máy ép Hiện máy ép sử dụng đa dạng bao gồm: máy ép thủy lực, máy ép học, máy ép theo chiều dọc hay chiều ngang (máy ép thủy tĩnh), máy ép tự động máy ép không tự động Máy ép dùng phương pháp Luyện kim bột phải thỏa mãn điều kiện: hành trình, vận tốc đẩy mẫu khỏi khuôn, khối lượng bột vào khuôn, chày ép chuyển động mềm, đảm bảo độ bền không bị ảnh hưởng vật ép, hệ thống bôi trơn đơn giản v.v Sự lựa chọn máy ép phụ thuộc vào số lượng, chất lượng, chất lượng, hình dáng kích thước sản phẩm ép Thông thường máy ép thực tế hay ứng dụng máy ép thủy lực (hình 6) 3.3.4 Các phương pháp ép tạo hình khác : 3.3.4.1 Tạo hình dùng lực ép: Ép thủy tĩnh: Bột kim loại cho vào khuôn dẻo cao su vật liệu dẻo có hình dáng thích hợp Khuôn bột đóng kín, ép áp suất thủy tĩnh chất lỏng chất khí Người ta nén chất lỏng áp suất đạt đến 500 MPa thường từ 200÷300 MPa Trang 17 Ưu điểm phương pháp tạo sản phẩm có mật độ đồng Phương pháp ép thủy tĩnh áp dụng để tạo hình chi tiết có hình dáng khác Người ta tiến hành ép thủy tĩnh khuôn ẩm khuôn khô Phương pháp ép thủy tĩnh khuôn ẩm áp dụng để ép chi tiết lớn có hình dáng tương đối đơn giản thời gian ép kéo dài, ví dụ ép trục, ống, nồi lò lớn Phương pháp ép thủy tĩnh khuôn khô có phận đong bột tự động, đong sơ đổ trực tiếp bột vào khuôn phát triển mạnh để sản xuất hàng loạt chi tiết Hiện máy ép trang bị từ 6÷8 khuôn làm việc liên tục để sản xuất chi tiết ceramic Tốc độ đạt 500 chi tiết khuôn Phương pháp ép thủy tĩnh có ưu điểm không cần chất kết dính bột có khả ép chi tiết có hình dạng tương tự ép chiều khuôn khô Nhược điểm phương pháp ép thủy tĩnh không đạt kích thước xác mong muốn Cán bột kim loại: Phương pháp cán bột kim loại áp dụng để sản xuất trực tiếp băng, dải kim loại Bột kim loại liên tục ép trục máy cán theo hướng nằm ngang, thẳng đứng nghiêng Dải kim loại dày 2÷6 mm sau cán đưa qua lò thiêu kết, sau cán lại lần ủ Bằng phương pháp người ta sản xuất băng kim loại dạng bán sản phẩm có cấu trúc đồng có đặc tính, so sánh ngang cao băng kim loại cán từ thỏi kim loại (Hình 7) Phương pháp cán bột kim loại cho phép chế tạo băng kim loại đồng, đồng thau, đồng niken rẻ so với sản xuất phương pháp cổ điển Trang 18 3.3.4.2 Tạo hình không cần ép Đặc điểm phương pháp  Không cần thiết bị đắt tiền hay phức tạp  Có thể chế tạo chi tiết lớn  Hàm lượng chênh lệch không đáng kể Đúc khuôn: Bột kim loại hợp kim có độ mịn cao trộn với chất phụ gia nước tạo nên thể huyền phù Sau đổ dung dịch vào khuôn thạch cao, thạch cao hút nước làm khô hỗn hợp Tháo khuôn sấy khô lấy chi tiết đem thiêu kết Phương pháp sử dụng để chế tạo chi tiết có thành mỏng loại hợp kim cứng sở cácbit, nitrit, borit… Nguyên lý đúc khuôn: a) Đúc rắn b) Rút nước Trang 19 Điện di: Với điện 50-1200 V tác dụng vào Al203 SiC dày 5-10 mm, với lượng hạt đồng có khoảng phân bố khít Với điện cao thời gian tác dụng vài phút Bột nén chặt, có hình dạng đơn giản, phải phụ thuộc vào hình dạng điện cực (ví dụ: dĩa, ống, ) thực Khả thiêu kết chi tiết điện di tốt 3.3.4.3 Phương pháp phun phủ: Để tạo lớp vật liệu thiêu kết mỏng vật liệu thích hợp sử dụng số phương pháp phun phủ sau: - Bột kim loại trộn với dung dịch keo thích hợp dùng pistole phun lên vật liệu thích hợp Sau sấy tháo lõi học sau đem thiêu kết - Bột kim loại hợp kim phun phủ lõi vật liệu thích hợp lửa oxy - axetylen plasma Ar-H2 theo sơ đồ hình Phương pháp phun phủ plasma Sau phun phủ hình thành lớp phủ kim loại bột gồm vật liệu nền, lớp khuếch tán trung gian lớp vật liệu phủ Tuỳ theo công nghệ, lớp vật liệu phủ gồm phần tử kim Trang 20 loại, lỗ xốp phần tử ôxyt Sau phun phủ vật liệu thiêu kết lại để tăng độ bám dính Phương pháp thuận lợi để chế tạo lớp phủ mỏng với mục đích chẳng hạn phủ vônfram lên mặt ống xả tên lửa nhằm nâng cao tính chịu nóng Phương pháp thuận tiện để chế tạo bimetal lớp phủ chống mài mòn khác THIÊU KẾT: Thiêu kết nguyên công việc tạo hình bột kim loại Thiêu kết bao gồm việc nung nóng bột kim loại ép gần nhiệt độ nóng chảy cấu tử chính, giữ nhiệt thời gian để tạo mối liên kết bền vững hạt nhằm tạo cơ, lý, hoá tính cần thiết cho vật liệu 4.1 Các trình xảy thiêu kết: Quá trình thiêu kết tiến hành gần nhiệt độ nóng chảy cấu tử thời gian Khi thiêu kết xảy hai trình bao gồm kết tinh lại khuếch tán nguyên tử Kết tinh lại xảy giống trình kim loại bị biến dạng dẻo Kết tạo hạt tinh thể Khi kéo dài thời gian thiêu kết thiêu kết nhiệt độ cao, hạt có trình phát triển kích thước hạt làm cho hạt lớn ảnh hưởng xấu đến tính Bản thân kết tinh lại với sinh mầm phát triển mầm hạt tinh thể trình khuếch tán Ở nói thêm tới khuếch tán nguyên tử khác loại để tạo thành dung dịch rắn pha liên kim loại Trong hỗn hợp bột có nhiều cấu tử, kết khuếch tán hạt kim loại xen kẽ nhau, không hoà tan vào nhau; kim loại hoà tan vào tạo thành dung dịch rắn hạt kim loại khó chảy nằm phân tán gồm tổ chức hạt cấu tử có nhiệt độ chảy thấp Trang 21 4.2 Các thông số công nghệ thiêu kết: Các thông số công nghệ thiêu kết bao gồm nhiệt độ, thời gian môi trường thiêu kết 4.2.1 Nhiệt độ thiêu kết: Nhiệt độ thiêu kết thông số quan trọng công nghệ chế tạo vật liệu kim loại bột Chọn nhiệt độ thiêu kết phải đảm bảo cho trình kết tinh lại khuếch tán xảy thuận lợi đảm bảo vật liệu có cơ, lý, hoá tính cần thiết Nhiệt độ thiêu kết cao dẫn đến hạt tinh thể lớn tính thấp Nhiệt độ thiêu kết thấp (nhưng cao nhiệt độ kết tinh lại) làm trình kết tinh xảy chậm chạp thời gian thiêu kết phải dài Thường chọn nhiệt độ thiêu kết (2/3÷3/4) nhiệt độ nóng chảy bột kim loại cấu tử 4.2.2 Thời gian thiêu kết: Thời gian thiêu kết ảnh hưởng tới độ hạt tinh thể vật liệu bột Thời gian thiêu kết ngắn, trình khuếch tán kết tinh lại chưa xảy triệt để dẫn tới vật liệu không đủ bền Thời gian thiêu kết dài làm cho hạt tinh thể thô to giảm độ bền Thời gian nung thiêu kết phụ thuộc vào trọng lượng mẻ nung, chế độ truyền nhiệt cách xếp chi tiết lò Thời gian giữ nhiệt thiêu kết phụ thuộc vào kích thước chi tiết, thông thường chọn từ 1÷3 4.2.3 Môi trường thiêu kết: Các vật liệu kim loại hợp kim dễ bị oxy hoá nung tiếp xúc với môi trường nung Đặc biệt vật liệu bột, ảnh hưởng lỗ xốp nên trình oxy hoá thúc đẩy mạnh hơn, oxy hoá vào tận lõi chi tiết Do môi trường thiêu kết thường môi trường khử khí H2, CO2 NH3 nhiệt phân Môi trường khí bảo vệ khí trơ Ar, N2, He sử dụng Đôi sử dụng trình thiêu kết chân không Trang 22 4.3 Gia công chi tiết sau thiêu kết: Sau thiêu kết, giảm thể tích vật liệu (quá trình kết tinh lại làm tăng mật độ hợp kim cộng với giảm thể tích lỗ xốp bên vật liệu) tiết không đạt độ xác kích thước tính chất mong muốn Do sau thiêu kết cần phải tiến hành số nguyên công gia công để tạo thành phẩm Các nguyên công gia công sau thiêu kết nhiệt luyện hoá nhiệt luyện trình bày chương giáo trình Các nguyên công gia công khí trình bày giáo trình chuyên ngành Trong phần trình bày hai nguyên công tẩm dầu bôi trơn ép hiệu chuẩn 4.3.1 Tẩm dầu bôi trơn: Trong vật liệu chống mài mòn, tổ chức vật liệu tồn lỗ xốp lại trở thành yếu tố thuận lợi lỗ xốp bịt dầu bôi trơn chất bôi trơn rắn khác Một số chất bôi trơn rắn Mo2S, graphit…được đưa vào thành phần vật liệu từ đầu Các chất bôi trơn lỏng dầu, mỡ…được tẩm vào lỗ xốp vật liệu sau thiêu kết Khi làm việc áp lực tương đối nhỏ, dầu bôi trơn từ lỗ xốp liên thông bị đẩy hình thành lớp màng dầu bôi trơn cặp chi tiết ma sát Màng dầu chất bôi trơn rắn có hệ số ma sát nhỏ có tác dụng làm tăng tính chống mài mòn cho vật liệu thiêu kết Khi chi tiết không làm việc, màng dầu lại hút vào bên trong, suốt trình hoạt động chi tiết, không cần phải cấp thêm chất bôi trơn Công nghệ tẩm dầu tiến hành cách đun dầu biến lên tới nhiệt độ 110÷120oC, cho chi tiết vào hết sủi bọt (khoảng – giờ) sau để dầu nguội hẳn lấy chi tiết Trang 23 4.3.2 Ép hiệu chuẩn: Sơ đồ ép hiệu chuẩn Chi tiết sau thiêu kết có kích thước không xác theo thiết kế Đối với số chi tiết đủ dẻo tiến hành ép hiệu chuẩn để đưa chi tiết đến kích thước xác Công nghệ ép hiệu chuẩn tiến hành cách ép chi tiết thiêu kết khuôn tương ứng với kích thước xác chi tiết Lực ép hiệu chuẩn thường cao ép tạo hình từ 30÷50% Sau ép hiệu chuẩn, việc chi tiết có kích thước xác, làm cho lỗ xốp vật liệu bị dẹp lại làm giảm độ xốp độ bền tăng lên Khuôn để ép hiệu chuẩn thường làm hợp kim cứng thép hợp kim độ bền cao Khi thiết kế ý tới việc lấy chi tiết khỏi khuôn Ngoài cần ý tới độ xốp lại sau ép hiệu chuẩn lượng dầu bôi trơn chứa lỗ xốp cần đủ ép không làm tắc nghẽn lưu thông lỗ xốp (đối với vật liệu chống mài mòn tự bôi trơn) Hình vẽ trình bày sơ đồ ép hiệu chuẩn đồng thời mặt mặt chi tiết Trang 24