Đang tải... (xem toàn văn)
luận văn
bộ giáo dục đào tạo trờng đại học nông nghiÖp I trần văn hải nghiên cứu chế độ thấm cacbon để nâng cao khả chống mòn số chi tiết máy làm thép hợp kim crôm luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: kỹ thuật máy thiết bị giới hoá nông lâm nghiệp M số: 60.52.14 Ngời hớng dẫn khoa học: TS đào quang kế Hà Nội - 2005 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực cha sử dụng để bảo vệ học vị Tôi xin cam ®oan r»ng mäi sù gióp ®ì cho viƯc thực luận văn đà đợc cám ơn thông tin trích dẫn luận văn đà đợc rõ nguồn gốc Tác giả Trần Văn Hải i Lời cảm ơn Trong trình học tập nghiên cứu lớp Cao học khoá 12 chuyên ngành Kỹ thuật máy Thiết bị giới hoá Nông - Lâm nghiệp Trờng Đại học Nông nghiệp I Hà Nội, đà nhận đợc giúp đỡ, giảng dạy nhiệt tình thầy giáo, cô giáo trờng Nhân dịp xin đợc bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo, cô giáo trờng Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới gia đình Tiến sĩ Đào Quang Kế, ngời đà tận tình hớng dẫn, giúp đỡ hoàn thành đề tài nghiên cứu Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới gia đình Th.s Nguyễn Văn Nghĩa, ngời đà tận tình hớng dẫn, giúp đỡ hoàn thành đề tài nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn Trờng Trung học Công nghiệp Việt Đức, Nhà máy khí Hà Nội đà gúp đỡ trình nghiên cứu thực đề tài Trong trình thực đề tài thân đà có nhiều cố gắng, song tránh khỏi thiếu sót Rất mong tiếp tục nhận đợc đóng góp ý kiến thầy cô giáo bạn đồng nghiệp đề tài nghiên cứu để đề tài đợc hoàn thiện Tác giả Trần Văn Hải ii Mục lục Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng vi Danh mục hình vii Mở đầu Chơng Tổng quan đề tài 1.1 Xu hớng khả phát triển công nghệ xử lý bề mặt 1.2 Lý thuyết chung hoá nhiệt luyện 1.2.1 Quá trình hình thành tổ chức lớp thấm 10 1.2.2 Động học trình thấm 10 1.2.3 Môi trờng thấm 11 1.3 Khái quát chung phơng pháp hoá nhiệt luyện 12 1.3.1 Thấm cacbn (C) 12 1.3.2 ThÊm nit¬ (N) 13 1.3.3 ThÊm xyanua 14 1.3.4 ThÊm l−u hnh (S) 15 1.4 Mơc ®Ých yêu cầu đề tài 15 Chơng Phơng pháp nghiên cứu 16 2.1 Phơng pháp nghiên cứu lý thuyết 16 2.2 Phơng pháp nghiên cứu thực nghiệm 16 2.2.1 Đối tợng nghiên cứu 16 2.2.2 Phơng pháp nghiên cứu thực nghiệm 17 2.3 Các bớc tiến hành thực nghiƯm 17 2.3.1 Chn bÞ mÉu thÝ nghiƯm 17 iii 2.3.2 Hoá nhiệt luyện mẫu 18 2.4 Xác định sử lý số liệu thực nghiệm 21 2.5 Phơng pháp kiĨm tra 22 2.5.1 KiĨm tra ®é cøng 22 2.5.2 Kiểm tra chiều sâu lớp thấm 25 2.5.3 Đo độ cứng tế vi lớp thấm 26 2.5.4 Xác định lợng mài mòn 27 Chơng Nghiên cứu lý thuyết 28 3.1 Cấu tạo kim loại chất mối liên kết kim loại 28 3.1.1 Cấu trúc tinh thể hình thành mạng tinh thể 28 3.1.2 Cấu tạo kim loại 33 3.1.3 Bản chất mối liên kết kim loại 39 3.2 Hoá nhiệt luyện 40 3.2.1 Khái niệm chung 40 3.2.2 Cơ sở hoá nhiệt luyện 41 3.3 Thấm cacbon 49 3.3.1 Định nghĩa, mục đích 49 3.3.2 Tổ chức tính chất líp thÊm cacbon 50 3.3.3 ThÐp dïng ®Ĩ thÊm cacbon 53 3.3.4 ThÊm cacbon thĨ khÝ 54 3.5.4 C¸c khut tật biện pháp ngăn ngừa 59 Chơng Nghiên cøu thùc nghiƯm 61 4.1 ThiÕt bÞ thÊm cacbon thĨ khÝ 61 4.1.1 HƯ thèng lß thÊm cacbon thĨ khÝ 61 4.1.2 MÉu thÊm 63 4.1.3 KiÓm tra mÉu thÊm 64 4.2 MÉu thÝ nghiƯm 66 4.2.1.VËt liƯu chÕ t¹o mÉu 66 iv 4.2.2 KÕ ho¹ch thùc nghiƯm 66 4.3 KÕt qu¶ thùc nghiƯm 67 4.3.1 KÕt qu¶ mÉu thÊm thÐp 20CrMo thêi gian 3h, 6h, 9h, 12h NhiƯt ®é thÊm 9300C 67 4.3.2 KÕt qu¶ mÉu thÊm ë thêi gian 6h nhiƯt ®é 8700C, 9000C,9300C, 9600C, 9900C 69 4.3.3 Kết đo lợng mài mòn mẫu thấm thép 20CrMo ë nhiƯt ®é thÊm 9300C, thêi gian thÊm giê; giê; giê; 12 giê 70 4.3.4 KÕt qu¶ đo lợng mài mòn mẫu thấm thép 20CrMo thời gian thÊm 6, nhiƯt ®é thÊm : 8700C; 9000C; 9300C; 9600C; 9900C 71 4.3.5 Bảng tổng hợp kết thử nghiƯm 73 4.4 KÕt qu¶ tỉ chøc, tÝnh chÊt cđa líp thÊm 74 4.5 øng dơng c«ng nghƯ thÊm cacbon thể khí 78 Kết luận đề nghị 82 Kết luận 82 Đề nghị 82 Tài liệu tham khảo 84 v Danh mục bảng Bảng 2.1 Trình tự bớc chuẩn bị mẫu thí nghiệm 18 Bảng 3.1 Hệ số mật độ hệ thống phối trí ô mạng tinh thể 38 Bảng 4.1 Thành phần hoá học thép 20Cr 20CrMo 66 Bảng 4.2 Độ cứng chiều sâu lớp thấm nhiệt độ thấm 9300C thép 20CrMo 67 Bảng 4.3 Độ cứng chiều sâu lớp thấm thời gian thấm 06 thép 20CrMo 69 Bảng 4.4 Độ cứng lợng mòn thép 20CrMo nhiệt độ thấm 9300C 71 Bảng 4.5 Độ cứng lợng mòn thép 20CrMo thời gian thấm 72 Bảng 4.6 Tổng hợp kết đo, thử nhiệm 73 vi Danh mục hình Hình 1.1 ảnh hởng nhiệt độ đến hệ số khuếch tán Hình 2.1 Kích thớc hình dạng mẫu thi nghiệm 17 Hình 2.2 Sơ đồ thờng hoá mẫu 19 Hình 2.3 Sơ đồ thấm mẫu 20 Hình 2.4 Sơ đồ ram mẫu 20 Hình 2.5 Sơ đồ ấn mũi đâm hình tháp mặt theo phơng pháp Vickers 22 Hình 2.6 Nguyên lý đo độ cứng Rocwel 24 Hình 2.7 Đo độ cứng tế vi 26 Hình 3.1 Hệ toạ độ cầu chất điểm 29 Hình 3.2 Sự thay đổi theo khoảng cách nguyên tử 30 Hình 3.3 Ô mạng lập phơng thể tâm 34 Hình 3.4 Ô mạng lập phơng diện tâm 36 Hình 3.5 Ô mạng lập phơng xếp chặt 38 Hình 3.6 Sự phụ thuộc chiều sâu lớp khuếch tán vào nhiệt độ, thời gian nồng độ 42 Hình 3.7 ảnh hởng khuếch tán đến nồng độ chiều sâu lớp thấm 43 Hình 3.8 Sự phân bố nguyên tố khuếch tán lớp thấm hai nguyên tố hoà tan vô hạn vào trạng thái rắn Hình 3.9 Hình 3.10 44 a)Giản đồ trạng thái hai nguyên A- B; 45 b)Sự thay đổi nồng độ nguyên tố B lớp khuếch tán 45 a)Giản đồ trạng thái b)Sự thay đổi nồng độ nguyên B lớp thấm 46 Hình 3.11 Sơ đồ biểu thị chế khuếch tán 47 Hình 3.12 Sự phụ thuộc hệ số khuếch tán D vào nhiệt độ 48 Hình 3.13 Sự phụ thuộc chiều dầy lớp thấm vào thời gian trình 49 vii Hình 3.14 Sơ đồ biểu diễn thay đổi thành phần cacbon lớp bề mặt trình thấm 51 Hình 3.15 Sự thay đổi nồng độ cacbon lớp thấm 52 Hình 3.16 Trạng thái cân hỗn hợp CO- CO2 với nồng độ cacbon từ 0,1 đến 1,0% thép nhiệt độ khác 57 Hình 3.17 Trạng thái cân hỗn hợp CH4 – H2 víi nång ®é cacbon cđa thÐp ë nhiệt độ khác 59 Hình 4.1 Cấu tạo lò thấm SY 8292 62 Hình 4.2 ảnh hởng thời gian đến độ cứng thép 20CrMo 67 Hình 4.3 ảnh hởng thời gian đến chiều sâu lớp thấm nhiệt độ 9300C 68 Hình 4.4 ảnh hởng cđa nhiƯt ®é ®Õn ®é cøng cđa thÐp 20CrMo 69 Hình 4.5 ảnh hởng nhiệt độ đến chiều sâu lớp thấm thép 20CrMo 70 Hình 4.6 ảnh hởng độ cứng đến lợng mài mòn thép 20CrMo nhiệt độ 9300C 71 Hình 4.7 ảnh hởng độ cứng đến lợng mòn thép 20CrM thấm 72 thời gian 06 viii Danh mục ảnh ảnh 4.1 Lò thấm SY 8292 61 ảnh 4.2 Bình chứa chất thấm hoá lỏng 61 ảnh 4.3 Tủ điện điều khiển lò SY8292 61 ¶nh 4.4 MÉu thÐp thÝ nghiƯm 20Cr 63 ¶nh 4.5 MÉu thÐp thÝ nghiÖm 20CrMo 63 ¶nh 4.6 Chụp ảnh kim tơng mẫu thấm 64 ảnh 4.7 Máy kiểm tra độ cứng Rocwel 64 ảnh 4.8 Đo độ cứng Vickers, độ cứng tế vi 65 ảnh 4.9 Đo chiều sâu lớp thấm 65 ảnh 4.10 Tổ chức thép 20CrMo chế độ 9300C, 3giờ (100X) 74 ảnh 4.11 Tỉ chøc thÐp 20CrMo ë chÕ ®é 9600C, giê (100X) 74 ¶nh 4.12 Tỉ chøc thÐp 20CrMo ë nhiƯt ®é 9000C, giê (100X) 75 ¶nh 4.13 Tỉ chøc thÐp 20CrM ë nhiƯt ®é 9900C, giê (100X) 75 ¶nh 4.14 Tỉ chøc thÐp 20CrMo ë nhiƯt ®é 9300C,9 giê (100X) 76 ¶nh 4.15 Tỉ chøc thÐp 20CrMo ë nhiệt độ 9300C, (100X) 76 ảnh 4.16 Tổ chøc thÐp 20CrMo ë nhiƯt ®é 8700C, giê (100X) 77 ảnh 4.17 Tổ chức thép 20CrMo nhiệt độ 9300C, 12 giê (100X) 77 ¶nh 4.18 Tỉ chøc thÐp 20CrMo không hoá nhiệt luyện (100X) 78 ảnh 4.19 Trục trung gian 78 ảnh 4.20 Bánh m - 79 ảnh 4.21 Bạc ắc 79 ảnh 4.22 Đĩa ly hợp ma sát 79 ix ... thực tế trên, Tôi đà nghiên cứu thực đề tài : "Nghiên cứu chế độ thấm cac bon để cao khả chống mòn số chi tiết máy làm thép hợp kim crôm" Chơng Tổng quan đề tài 1.1 Xu hớng khả phát triển công... nhiệt luyện làm khuếch tán cacbon vào bề mặt chi tiết, làm tăng độ cứng tính chịu mài mòn chi tiết máy Thấm cacbon tạo nên lớp ứng suất nén d lớp bề mặt làm tăng mạnh giới hạn mỏi chi tiết Từ yêu... vật liệu kim loại vào chế tạo chi tiết máy đòi hỏi giá thành cao Từ mà việc tạo nên lớp kim loại có độ bền cao bề mặt chi tiết làm vật liệu thông thờng cần thiết Công nghệ làm bền bề mặt kim loại