Nghiên cứu các ảnh hưởng đến chất lượng nhiệt luyện thép SKD11 và thiết kế, chế tạo lò nhiệt luyện cho phòng thí nghiệm cơ học :Báo cáo Khoa học Tổng kết đề tài Công nghệ Cơ khí cấp trường

BỘ CÔNG THƯƠNG

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO KHOA HỌC TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU CÁC ẢNH HƯỞNG

ĐẾN CHẤT LƯỢNG NHIỆT LUYỆN THÉP SKD11

VÀ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO LÒ NHIỆT LUYỆN

CHO PHÒNG THÍ NGHIỆM CƠ HỌC

Mã số đề tài: IUH.KCK02/15

Chủ nhiệm đề tài: TS. CHÂU MINH QUANG

Đơn vị thực hiện: KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2017

Trang 1

PHẦN I: THÔNG TIN CHUNG

1. Tên đề tài: Nghiên cứu các ảnh hưởng đến chất lượng nhiệt luyện thép

SKD11 và Thiết kế, chế tạo lò nhiệt luyện cho phòng thí nghiệm cơ học

2. Mã số: IUH.KCK02/15

3. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

TT Họ và tên

(học hàm, học vị)

Đơn vị công tác Vai trò thực hiện đề tài

1 TS. Châu Minh Quang Khoa Cơ khí Chủ nhiệm

2 TS. Đường Công Truyền Khoa Nhiệt Lạnh Thành viên

3 ThS. Tôn Thất Nguyên Thy Khoa Cơ khí Thành viên

4. Đơn vị chủ trì:

5. Thời gian thực hiện:

 Theo hợp đồng: từ tháng 9 năm 2015 đến tháng 9 năm 2016

 Gia hạn (nếu có): đến tháng….. năm…..

 Thực hiện thực tế: từ tháng 9 năm 2015 đến tháng 10 năm 2016

6. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có):

Không có thay đổi gì so với thuyết minh ban đầu.

7. Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: 95 triệu đồng

Trang 2

TÓM TẮT KẾT QUẢ

Sau khi nghiên cứu, tìm hiểu các đặc điểm kỹ thuật và nguyên lý làm việc của

các lò điện trở cũng như công nghệ nhiệt luyện nói chung và nhiệt luyện thép SKD11

nói riêng ở nước ta hiện nay, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thiết kế, tính toán các

thông số kỹ thuật của lò điện trở và tiến hành chế tạo cũng như thí nghiệm nhiệt luyện

loại thép SKD11 được sản suất tại Trung Quốc và Nhật Bản theo đúng các nội dung

của thuyết minh đề tài.Trong quá trình thiết kế, tính toán đã cân nhắc để lựa chọn

được phương án tối ưu và phù hợp nhất với điều kiện làm việc ở phòng thí nghiệm.

Thông qua các bài nghiên cứu thì ta có thể suy ra được trong các mác thép

SKD11 được sử dụng rộng rãi ngoài thị trường, ta có thể biết được sơ qua chất lượng

của các mác thép. Thép SKD11 của các nước có ngành công nghệ nhiệt luyện phát

triển như ĐỨC và NHẬT thì có chất lượng khá tốt phù hợp và đáp ứng được hầu hết

nhu cầu sử dụng trong sản xuất. Từ đó căn cứ vào yêu cầu đặc tính sản phẩm, giá

thành và chất lượng sản phẩm thì thông qua kết quả thực tế này ta có thể lựa chọn

được mác thép SKD11 hợp lý phù hợp với các đặc tính công nghệ sản xuất tối ưu

nhất và đảm bảo được giá thành hợp lý nhất.

Quan sát vào biểu đồ độ cứng của thép Nhật sau khi ram thép đã tôi ở 1050C

(làm nguội sau khi tôi với các môi trường dung dịch khác nhau). Ta có thể thấy được

là khi cùng các điều kiện tiêu chuẩn cùng nhiệt độ ram thì độ cứng của thép Nhật có

sự chênh lệch không đáng kể (<1) giữa các môi trường làm nguội sau khi tôi là dầu

và môi trường xút và môi trường dầu luyn còn riêng đối với môi trường dung dịch

emunxi thì độ cứng có sự chênh lệch đáng kể (>3 so với các môi trường khác). Từ đó

ta có thể đưa ra kết luận rằng đối với mác thép SKD11 của Đức khi tôi cùng nhiệt độ

nhưng làm nguội sau khi tôi với các môi trường khác biệt sau đó ram ổn định lại thì

độ cứng giữa môi trường dầu, dầu luyn và xút không chênh lệch và có giá trị độ cứng

trung bình tương đối cao. Nhưng riêng với môi trường emunxi thì độ cứng chênh lệch

đáng kể (thấp hơn khá lớn so với ba mốc còn lại) tuy nhiên giá trị độ cứng đạt được

vẫn cao. Vì vậy ta có thể căn cứ vào mục đích và yêu cầu độ cứng, cũng như căn cứ

vào môi trường xung quanh để lựa chọn môi trường phù hợp đáp ứng được nhu cầu

một cách tối ưu nhất.

Kết quả chính của đề tài này là nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường nhiệt

luyện tới độ cứng thép làm khuôn SKD11. Các loại dung dịch làm nguội gồm: dầu

biến thế, dầu luyn, dầu biến thế pha luyn, dung dịch xút và nước emunxi. Dầu biến

thế, dầu luyn và dầu biến thế pha luyn cho kết quả độ cứng cao hơn. Kết quả thấy

rằng nếu nhiệt luyện với tốc độ nguội nhanh hơn như xút, emunxi dễ gây nứt các chi

tiết tôi. Dung dịch làm nguội tốt nhất để nhiệt luyện thép SKD11 là dầu biến thế. Kết

quả cho thấy rằng nhiệt độ nhiệt luyện tốt nhất từ 100C đến 1050C và nhiệt độ ram

tốt nhất từ 500C đến 550C.

Trang 3

ABSTRACT

After researching, we have studied the technical specifications and working

principle of the resistor furnace as well as the technology of heat treatment in general

and heat treatment of steel SKD11 in particular in our country, the research team has

set up designing, calculating the technical parameters of the furnace and

manufacturing steel as well as testing heat treatment of steel SKD11 made in China

and Japan in accordance with the contents of the topic explanation. The design and

calculations have been considered to select the best optimal and suitable solutions to

working conditions in the laboratory.

Through the research, it can be inferred in the SKD 11 grades used widely in

the market, it is easy to see the quality of steel grades. SKD 11 steels of some

countries with the developed technology such as GERMANY and JAPAN have rather

good quality and meet most of demands in production. Based on the requirements of

the product characteristics, price and quality, we are able to select the appropriate

grade of SKD 11 suited to the characteristics of the best optimal technology and make

sure the most affordable through this practical result

Looking at the hardness chart of the Japanese steel after the hardened steel

tempering at 1050C (cooled in different solutions), It can be seen that with the same

standard conditions and tempering temperature, the hardness of Japanese steels has a

negligible difference (<1) between the cooling solutions after hardening such as Oils

, Soda and Luyn, but the hardness varies considerably in Emunxic Liquid (> 3

compared to other solutions). From this we can conclude that , for the grade of

German SKD11 steel, when it is hardened at the same heat but cooled in different

environments, and then tempered to stabilize it, the hardness between the oil

environment, luyn oil and Soda has non-difference and a relatively high average

hardness value. For the emunxi environment, the hardness differs significantly (much

lower than the other three) but the hardness value is still high. Therefore, it is possible

to base on the purpose and requirement of hardness as well as the around environment

to choose the appropriate solutions to meet the needs in the most optimal way.

The main goal of this research is the study of the influence of heat treatment on

steel hardness of the SKD11 steel. Among coolant solutions including transformer

oil, luyn oil, transformer - luyn oil, Soda and Emunxi. Transformer oil, luyn oil and

transformer - luyn oil gained the higher hardness. The results show that the heat

treatment with a faster cooling rate like Soda, Emunxi has caused components

cracked. The best Liquid for heat treatment SKD11 is the transformer oil. It found

that the best annealing temperature around from 1000oC to 1050oC and the best

tempering temperature is from 500oC to 550oC.

Trang 4

MỤC LỤC

PHẦN I: THÔNG TIN CHUNG...........................................................................1

TÓM TẮT KẾT QUẢ...............................................................................................2

ABSTRACT ..........................................................................................................3

PHỤ LỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................8

PHỤ LỤC BẢNG ....................................................................................................11

PHẦN II: NỘI DUNG ĐỀ TÀI...........................................................................15

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN

CỨU ........................................................................................................15

1.1 Tình hình chung trong nước và thế giới ......................................................15

1.2 Vai trò của nhiệt luyện trong sản xuất cơ khí..............................................16

1.2.1 Sơ lược về nhiệt luyện ..........................................................................16

1.2.2 Tăng độ cứng, tính chịu ăn mòn, độ dẻo dai và độ bền của vật liệu ....17

1.2.3 Cải thiện tính công nghệ (rèn, dập, gia công cắt, tính chịu mài, tính

hàn…), từ tính, điện tính… ..............................................................................18

1.2.4 Nhiệt luyện trong nhà máy cơ khí ........................................................18

1.3 Ưu thế khi sử dụng lò nhiệt luyện bằng điện...............................................19

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DÂY ĐIỆN TRỞ VÀ TÍNH TOÁN

NHIỆT CHO LÒ.....................................................................................................22

2.1 Yêu cầu của vật liệu chế tạo dây điện trở....................................................22

2.2 Cấu trúc của dây điện trở kim loại ..............................................................25

2.3 Tính toán nhiệt cho lò..................................................................................31

CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO LÒ NHIỆT LUYỆN

1200C ........................................................................................................35

3.1 Lõi lò............................................................................................................36

3.1.1 Hai tấm vách hông ................................................................................36

3.1.2 Tấm đế và nóc lò...................................................................................38

3.1.3 Tấm lưng lò...........................................................................................40

3.1.4 Phần mặt trước của buồng lò ................................................................41

3.2 Dây mayxo...................................................................................................42

3.3 Cửa đóng mở ...............................................................................................43

3.4 Khung lò (khung trên và khung dưới).........................................................44