CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VẺ LUẬN VAN Luận văn thạc sĩ 2014 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Hiện nay, trong các ngành kinh tế Việt Nam, nước ta phải nhập khâu số lượng lớn phụ tùng để phục vụ lắp ráp và thay thế trong động cơ ô tô, máy động lực, máy khai thác mỏ, phương tiện vận tải, xe máy,.như: bánh răng ly hợp, bánh răng hộp số, tay biên, cũng như bộ bánh răng truyền động xích cho hộp số xe mô tô các loại với giá thành cao và không chủ động về nguồn hàng, tốn kém rất nhiều ngoại tệ, không khuyến khích được sự phát triển của ngành công nghiệp chế tạo phụ tùng trong nước. Đề thúc đây chương trình nội địa hóa các sản phâm cơ khí có hàm lượng khoa học công nghệ (KHCN) cao trong điều kiện hiện nay ở nước ta, việc nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ tiên tiến của thế giới thuộc lĩnh vực cơ khí chế tạo máy nói chung, trong đó có công nghệ tạo hình biến đạng vật liệu kim loại bột, để sản xuất phụ tùng, đặc biệt là các sản phẩm chiếm tỷ trọng lớn trong phụ tùng còn phải nhập khẩu là một vấn đề rất cấp thiết. Công nghệ LKB được áp dụng trong chế tạo các chỉ tiết máy sử dụng trong ngành công nghiệp chế tạo ô tô, máy động lực, xe máy và các lĩnh vực công nghiệp khác như dụng cụ cắt trong công nghiệp trên thế giới đã được nghiên cứu phát triển mạnh mẽ trong nhiều thập kỷ trước ở các nước công nghiệp tiên tiến như: Đức, Nhật Bản, Thụy Điển, Ucraina, Liên Bang Nga, Trung Quốc.Đây là hướng công nghệ gia công không phoi với nhiều ưu điểm nổi trội so với các công nghệ gia công truyền thống trong khâu tạo phôi. Vật liệu kim loại bột và bột hợp kim ngày càng được nghiêm cứu phát triển để hoàn thiện đạt tính năng sử dụng nâng cao, có cấu trúc vật liệu đặc biệt, đáp ứng yêu cầu tải trọng làm việc lớn trong máy móc thiết bị hiện đại.2 SU CAN THIET CUA TIEN HÀNH NGHIÊN CỨU Kim loại bột dưới sự phát triển kinh tế toàn cầu và mức sống tăng có tác động dang ké trong sản phẩm người tiêu dùng cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật.
Đặc biệt, trong các ngành tự động, hàng không vũ trụ , y tế quốc phòng, công nghiệp, nhu cầu nguồn năng lượng mới sẽ thúc đẩy các thị trường mới và ứng dụng của kim loại bột. Những thách thức cho công nghệ luyện kim bột là tạo ra vật liệu bột có mật độ 2 Luận văn thạc sĩ 2014 cao, khối lượng nhẹ, cũng như nâng cao khả năng dẫn điện và tăng độ từ thâm của vật liệu bột v. Hiện nay, nước ta nhập khâu một số lượng lớn các chỉ tiết phụ tùng ô tô xe máy để phục vụ lắp ráp, thay thế sửa chữa, cũng như một số thiết bị khác phục vụ cho các nền công nghiệp khác như: vật liệu từ làm việc ở nhiệt độ cao v., nhằm cải tiến hiệu quả năng lượng cao hơn thông qua cải tiễn động cơ, giảm trọng lượng mà tính chất như độ bền cao, chịu mài mòn, chịu tải trọng va đập của các chỉ tiết máy mà thế giới chế tạo được với công nghệ luyện kim bột bằng công nghệ thiêu kết dưới áp lực. Những năm gần đây, ở Việt Nam đã có một vài nghiên cứu ứng dụng công nghệ luyện kim bột để chế tạo các chỉ tiết bằng hợp kim đồng, thép.sử dụng trong chế tạo cơ khí và tiêu dùng.
Nhưng chưa có nghiên cứu nào đi sâu vào công nghệ thiêu kết dưới áp lực để nâng cao tính chất vật liệu bột. Vì vậy đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ thiêu kết dưới áp lực tới độ xốp và độ cứng của vật liệu bột trên cơ sở Cu (88%) — Graphite (2%) — Sn (10%)” với mục tiêu vận hành được thiết bị ép nóng đang có sẵn sẽ mở ra các hướng nghiên cứu sâu hơn về lĩnh vực này.3 MỤC TIÊU CỦA NGHIÊN CỨU: * Khảo sát và vận hành máy ép nóng (thiêu kết dưới áp lực). * Thiết lập quy trình công nghệ chế tạo một chỉ tiết bất kỳ bằng phương pháp luyện kim bột trên cơ sở của Cu — Sn - Graphite duge thiêu kết đưới áp lực. * Nghiên cứu thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của chế độ thiêu kết dưới áp lực (thời gian, nhiệt độ, áp lực) đến độ xốp y(%) và độ cứng của vật liệu bột trên cơ sở Cu (88%) - Sn (10%) - Graphite (2%).4 DOI TUQNG NGHIEN CUU: Đối tượng nghiên cứu là quy trình công nghệ vận hành máy ép nóng và các tính chất của hệ hợp kim Cu-Sn-Graphite như: cấu trúc, độ xốp, độ cứng nhận được sau quá trình thiêu kết dưới áp lực.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU * Quy trình vận hành máy thiêu kết dưới áp lực * Quy trình ép và thiêu kết hệ bột Cu-Sn-Graphite trong chân không v_ Vật liệu ban đầu: Bột graphite, bột Cu, bột Sn được nghiền trộn, sau đó đỗ vào khuôn tạo phôi và tiến hành quá trình thiêu kết dưới áp lực, nhiệt độ và thời gian khác nhau.6 CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1 Các phương pháp nghiên cứu mẫu Hình dạng, kích thước, cấu trúc, tính chat tinh thể, thành phần hóa, độ cứng và độ xốp được nghiên cứu bằng những phương pháp: Hiển vi điện tử quét (SEM), nhiễu xa tia X (XRD), kinh hiển vi quang học, máy đo độ cứng, máy thử bền kéo.2 Phương pháp nghiên cứu cụ thé: *_ Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về: tạo bột kim loại, quá trình thiêu kết bột kim loại.
Thực nghiệm vận hành máy ép nóng ZRYS300x200(1600)-50 Type của hãng Shenyang WeiTai Science & Technology Development Co., Ltd, Trung Quéc tại phòng thí nghiệm bộ môn Kim loại & hợp kim Đại học Bách Khoa TPHCM, v_ Thực nghiệm chế tạo mẫu để xác định chế độ thiêu kết dưới áp lực phù hợp để nhận được chất lượng vật liệu tốt nhất. Luận văn thạc sĩ 2014 CHUONG 2: TONG QUAN VE LUYEN KIM BOT Luận văn thạc sĩ 2014 2.1 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG LUYỆN KIM BỘT TRÊN THẺ GIỚI VÀ VIỆT NAM 2.1 Tình hình thế giới Ngày nay, công nghệ kim loại bột được ứng dụng rộng rãi để chế tạo các chỉ tiết máy phức tạp, những chi tiết ghép từ các vật liệu khác biệt (kim loai-chat déo, kim loại thủy tỉnh v.v), những chỉ tiết có độ cứng cao và nhiệt độ làm việc siêu cao trong ngành công nghiệp hạt nhân, vũ trụ. Hiện nay, người ta cũng đã ứng dụng rất nhiều sản phẩm của phương pháp kim loại bột trong công nghiệp và đời sống. 32% #Americas 48% m Europe mAsia 20% Hình 2.1 Biểu đồ thị trường sản xuất và sử dụng bột ở các châu lục năm 2010 Xấp xi 75% tổng số bột kim loại được sử dụng cho vật liệu kim loại bột (PM), còn lại là cho các ứng dụng khác như sự hàn điện, thiết bị hút thu oxi, hóa học và luyện kim.
Khoảng 70% sản phẩm luyện kim bột là ứng dụng cho công nghiệp tự động. PM Structural Components Markets ¬— — HA ae S2 achines TM “~~ Hardware 1. Hand Industrial Household ‘oo! ol justria Appliances 16% 2 Motors/Controls, PE % Hydraulics 3.2 Biểu đồ ứng dụng của vật liệu kim loại bột vào các ngành công nghiệp(2010) 6 Luận văn thạc sĩ 2014 Với công nghệ tiên tiến hiện nay, ở các nước công nghiệp G8 trên thế giới đã chế tạo các chỉ tiết máy từ bột kim loại, có thé dat toi giới hạn chảy là 210 MPa (thép cán nguội có chỉ tiêu này là 310 — 560 MPa), gidi han bền có thê đạt tới 280 - 700MPa (bang 2.1), với các chỉ tiết khác cần độ xốp lớn thì lực ép thấp hơn tùy theo yêu cầu của chỉ tiết.1: Một số chỉ tiêu kỹ thuật chỉ tiết máy luyện kim bột bằng thép hợp kim Vật liệu, mức chât , - ; - - Chỉ sô đạt| So với thép cacbon TT | lượng sản phâm sản | Ký hiệu | Don vi do , được đúc cán xuât công nghiệp 1 Giới hạn bên Op MPa 281 - 2 Gidi han chay Oc MPa 211 311,5 + 562 3 Độ cứng HRC 62 + 65 - e Thép hợp kim hóa từ kim loại bột ( áp lực nén khi ép tạo phôi p = 281 + 703 MPa) Quá trình công nghệ sản xuât các chi tiệt băng công nghệ luyện kim bột rât đa dạng, bao gồm các giai đoạn chủ yếu như cho trên hình 2. Gần đây trên thế giới đã nghiên cứu ứng dụng công nghệ luyện kim bột hiện đại hơn.
Trên thực tế sản xuất và nghiên cứu có nhiều trường hợp không theo đúng các giai đoạn như đã trình bày ở trên. SOGE Luận văn thạc sĩ 2014 Bột kim loại. phụ gia se g Nghhiiên tron, hoan nguyén lại a5 5 Ep, tao hinh "Tháo khỏi khuôn : IL + ae 4 -. ¬ i Thiéu két- lan 1 - a - — “Tỉnh chỉnh pond Pe i ? ị { Ep nong EERTT <== = PS a Hoan thién bé mat, gia cong tinh pH.
mầu @ /jlku ae Hình 2.4 Công nghệ chế tạo chỉ tiết máy bằng phương pháp LKB của hãng KREBSOGE (Đức) Luận văn thạc sĩ 2014 2.2 Tình hình nghiên cứu và chế tạo ở Việt Nam: Ở Việt Nam từ những năm 60 đã bắt đầu hình thành các nghiên cứu về luyện kim bột. Tuy nhiên công nghệ này mới chỉ dừng lại ở mức nghiên cứu và thử nghiệm nhỏ. Gần đây, công nghệ luyện kim bột tại Việt Nam đã có những bước phát triển hơn, đã có những nghiên cứu ứng dụng trong chế tạo hợp kim làm đầu đạn xuyên, hợp kim cứng làm dụng cụ cắt và các chỉ tiết máy trong động cơ, máy động lực. Hiện nay cũng có một số nghiên cứu các chỉ tiết máy chất lượng cao, làm việc trong điều kiện khắc nghiệt, bằng bột thép hợp kim.
Tuy nhiên, những nghiên cứu trước đây chưa đi sâu vào quá trình thiêu kết dưới áp lực (ép nóng). Một số nghiên cứu ứng dụng tiêu biểu công nghệ luyện kim bột truyền thống tại Việt Nam trong chế tạo bimetal làm bạc trượt, bánh răng máy công cụ, bánh răng xích dầu ra của hộp số hay tay biên động cơ HONDA-C100/110,.bước đầu có kết quả chế thử ở quy mô thử nghiệm loạt nhỏ rất $82 Hình 2.5 Sản phẩm bánh răng chế tạo từ bột thép (Việt Nam) khả quan.2 QUÁ TRÌNH THIÊU KÉT DƯỚI ÁP LỰC Quá trình thiêu kết dưới áp lực là một quá trình kết hợp giữa nguyên công tạo hình, thiêu kết dưới nhiệt độ và áp lực cao: v_ Vật liệu sau khi thiêu kết dưới áp lực có độ xốp nhỏ hoặc không có lỗ xốp. Y Cai tién đặc tính cơ bao gồm: tăng tính chống độ bền mỏi, tăng độ bền va chạm, tinh mai mon va cai tiến độ dẻo.
