I. Tổng Quan Nghiên Cứu Chế Tạo Bimetal Dụng Cụ Cắt
Sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp đòi hỏi vật liệu mới với tính chất ưu việt. Kim loại và hợp kim thuần túy có những tính chất cơ lý xác định, khó đáp ứng đồng thời tất cả các yêu cầu. Vì vậy, vật liệu tổ hợp nhiều lớp, đặc biệt là bimetal, đã ra đời. Bimetal kết hợp tính chất của các vật liệu khác nhau, tạo ra những tính chất hoàn toàn mới, đáp ứng nhu cầu đa dạng của công nghiệp hiện đại và tương lai. Với các tính năng đặc biệt như khả năng chịu mài mòn, chống ăn mòn, chịu nhiệt, chịu ma sát, bimetal ngày càng thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu và nhà sản xuất. Ứng dụng của bimetal rất rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế, giảm thiểu kích thước, trọng lượng linh kiện và thay thế các kim loại quý hiếm đắt tiền.
1.1. Định Nghĩa và Phân Loại Vật Liệu Bimetal
Bimetal là vật liệu không đồng nhất, được tạo nên từ hai hay nhiều thành phần kim loại liên kết bền chắc. Ít nhất một thành phần chiếm ưu thế về thể tích, có thể là một kim loại hoặc một hợp kim. Bimetal là vật liệu nhiều pha, với các pha rất khác nhau về bản chất, không hòa tan lẫn nhau và phân cách bằng ranh giới pha. Có thể phân loại bimetal theo lĩnh vực ứng dụng: bimetal chống gỉ, bimetal chống ma sát, bimetal tự mài sắc, bimetal tiếp điểm, bimetal dụng cụ và bimetal nhiệt.
1.2. Tương Tác Giữa Các Lớp và Kiểu Liên Kết Bimetal
Các lớp trong vật liệu bimetal có thể tương tác theo nhiều cách: không hòa tan lẫn nhau, tạo dung dịch rắn với độ hòa tan nhỏ, hoặc tạo hợp chất hóa học. Kiểu liên kết giữa các lớp bao gồm: liên kết cơ học, liên kết nhờ thấm ướt, liên kết phản ứng, liên kết phản ứng phân đoạn, liên kết ôxit, và liên kết hỗn hợp. Độ bền của vật liệu chịu ảnh hưởng lớn vào độ bền liên kết giữa các lớp vật liệu. Độ bền liên kết giữa các lớp của vật liệu bimetal phải đủ lớn để đảm bảo cho vật liệu không bị bong, tróc khi làm việc với tải trọng cơ nhiệt.
II. Vật Liệu Bimetal Làm Dụng Cụ Cắt Yêu Cầu Tính Chất
Vật liệu bimetal làm dụng cụ cắt cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật khắt khe về độ cứng, khả năng chống mài mòn, độ bền nhiệt và độ dẻo dai. Vật liệu nền thường là thép cácbon (ví dụ: thép C45) để đảm bảo độ dai và chịu tải. Vật liệu dán thường là thép dụng cụ (ví dụ: thép CD70) hoặc hợp kim cứng để tăng độ cứng và khả năng chống mài mòn. Tính chất của vật liệu bimetal phụ thuộc vào tính chất của các thành phần và phương pháp chế tạo.
2.1. Yêu Cầu Kỹ Thuật Đối Với Thép C45 Và CD70
Thép C45 được sử dụng làm lớp nền cần có độ dẻo dai và khả năng chịu tải tốt. Theo tài liệu, thành phần hóa học của thép C45 phải đáp ứng các tiêu chuẩn nhất định về hàm lượng C, Mn, Si, P, S. Thép CD70 được sử dụng làm lớp cắt cần có độ cứng và khả năng chống mài mòn cao. Thành phần hóa học của thép CD70 cũng cần tuân thủ các tiêu chuẩn về hàm lượng C, Mn, Si, P, S.
2.2. Ưu và Nhược Điểm Của Thép Cácbon Dụng Cụ
Ưu điểm của thép cácbon dụng cụ là giá thành rẻ, dễ kiếm, tính gia công tốt. Tuy nhiên, loại vật liệu này có một số nhược điểm cơ bản: độ thấm tôi thấp, dễ bị nứt nẻ, cong vênh khi nhiệt luyện, và độ bền nhiệt thấp. Do những nhược điểm này, thép cácbon dụng cụ chủ yếu dùng làm các dụng cụ cắt ở tốc độ thấp hoặc dụng cụ cắt bằng tay.
III. Phương Pháp Chế Tạo Bimetal Dụng Cụ Cắt Cách Lựa Chọn
Để chế tạo vật liệu bimetal phôi dụng cụ cắt, có thể sử dụng các phương pháp truyền thống như đúc, hoặc các phương pháp mới như hàn nổ, phun phủ, ép bột, cán dính. Việc lựa chọn phương pháp chế tạo phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có điều kiện thực tế. Công nghệ chế tạo băng bimetal dụng cụ cắt bằng phương pháp cán nóng thép dụng cụ trên nền thép kết cấu không yêu cầu đầu tư thiết bị phức tạp, đắt tiền. Thiết bị có thể tự tạo trong nước, có khả năng tự động hóa cao dây chuyền công nghệ.
3.1. Phương Pháp Chế Tạo Liên Kết Ở Thể Lỏng
Phương pháp chế tạo liên kết ở thể lỏng bao gồm đúc tổ hợp, mạ nhúng, hàn đắp plasma, và hàn chảy. Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng. Ví dụ, đúc tổ hợp cho phép tạo ra các sản phẩm có hình dạng phức tạp, nhưng độ bền liên kết có thể không cao. Mạ nhúng tạo ra lớp phủ mỏng, có khả năng chống ăn mòn tốt, nhưng không thích hợp cho các ứng dụng chịu tải lớn.
3.2. Công Nghệ Sản Xuất Băng Bimetal Phôi Dụng Cụ Cắt Bằng Cán
Công nghệ sản xuất băng bimetal phôi dụng cụ cắt bằng phương pháp cán nóng là một lựa chọn hiệu quả. Quy trình chung bao gồm chuẩn bị phôi, gia nhiệt, cán, xử lý nhiệt, và kiểm tra chất lượng. Đề xuất quy trình công nghệ cụ thể cần xem xét các yếu tố như loại thép sử dụng, kích thước sản phẩm, và yêu cầu về độ bền liên kết.
3.3. Phương pháp chế tạo bimetal bằng phương pháp phun phủ và bốc hơi vật lý
Phương pháp chế tạo bimetal bằng phương pháp phun phủ và bốc hơi vật lý là phương pháp hiện đại tạo ra lớp phủ mỏng và bám dính tốt. Quy trình bao gồm chuẩn bị phôi, phun phủ lớp vật liệu cần thiết và kiểm tra chất lượng lớp phủ. Phương pháp này thích hợp với những chi tiết đòi hỏi lớp phủ có độ chính xác cao và khả năng chống mài mòn tốt. Sử dụng cho các chi tiết làm việc trong môi trường khắc nghiệt.
IV. Đánh Giá Chất Lượng Băng Bimetal Thép C45 CD70 Phương Pháp
Đánh giá chất lượng băng bimetal là bước quan trọng để đảm bảo sản phẩm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật. Các phương pháp đánh giá bao gồm xác định sự biến dạng của các lớp kim loại kép, xác định độ bền và độ bền liên kết theo toàn bộ bề mặt tiếp xúc, và nghiên cứu cấu trúc tế vi. Nghiên cứu cấu trúc tế vi lớp thép CD70 chịu mài mòn và vùng lân cận biên giới hai lớp kim loại là đặc biệt quan trọng.
4.1. Phương Pháp Xác Định Độ Bền Liên Kết Bimetal C45 CD70
Độ bền liên kết bimetal có thể được xác định bằng phương pháp thử tĩnh. Mẫu thử được gia công theo kích thước tiêu chuẩn, và lực kéo được tác dụng cho đến khi mẫu bị phá hủy. Giá trị lực kéo tại thời điểm phá hủy được sử dụng để tính toán độ bền liên kết. Cần thực hiện nhiều thí nghiệm để đảm bảo tính chính xác của kết quả.
4.2. Nghiên Cứu Cấu Trúc Tế Vi Bimetal Thép C45 CD70
Nghiên cứu cấu trúc tế vi giúp hiểu rõ hơn về cơ chế liên kết giữa hai lớp kim loại. Kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử có thể được sử dụng để quan sát cấu trúc tế vi. Phân tích cấu trúc tế vi có thể phát hiện các khuyết tật, đánh giá độ đồng đều của lớp liên kết, và xác định kích thước hạt của vật liệu.
V. Ảnh Hưởng Tham Số Công Nghệ Đến Chất Lượng Bimetal Bí Quyết
Chất lượng băng bimetal chịu ảnh hưởng của nhiều thông số công nghệ, bao gồm tổng lượng biến dạng, nhiệt độ ủ, và thời gian ủ. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số này giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất. Ảnh hưởng của tổng lượng biến dạng đến độ bền liên kết bimetal thép C45 – CD70. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến độ liên kết Bimetal thép C45–CD70.
5.1. Tối Ưu Hóa Miền Thông Số Công Nghệ Cán Bimetal
Thí nghiệm tối ưu hóa miền thông số công nghệ cán bimetal nhằm tìm ra các giá trị phù hợp của tổng lượng biến dạng, nhiệt độ ủ, và thời gian ủ để đạt được độ bền liên kết cao nhất. Chất lượng mẫu thu được cần được kiểm tra bằng các phương pháp đã nêu ở trên. Độ bền liên kết giữa hai lớp kim loại phải đạt yêu cầu kỹ thuật.
5.2. Xây Dựng Đồ Thị Biểu Diễn Sự Phụ Thuộc
Xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc chất lượng sản phẩm bimetal thép C45-CD70 vào các thông số công nghệ. Kết quả thí nghiệm cho thấy có sự phụ thuộc rõ ràng giữa độ bền liên kết và các thông số công nghệ. Đồ thị này giúp xác định phạm vi các thông số công nghệ phù hợp để sản xuất bimetal chất lượng cao.
VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Bimetal Dụng Cụ Cắt
Nghiên cứu và chế tạo bimetal làm dụng cụ cắt từ thép C45 và CD70 mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng trong công nghiệp chế tạo. Việc tối ưu hóa quy trình công nghệ và lựa chọn vật liệu phù hợp sẽ góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu sâu hơn về các phương pháp chế tạo tiên tiến và vật liệu mới sẽ thúc đẩy sự phát triển của lĩnh vực này.
6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu Về Bimetal
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng bimetal làm dụng cụ cắt có nhiều ưu điểm so với vật liệu đơn kim loại, đặc biệt là về độ bền và khả năng chống mài mòn. Việc lựa chọn vật liệu và quy trình công nghệ phù hợp là yếu tố then chốt để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình và mở rộng ứng dụng của bimetal.
6.2. Kiến Nghị và Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo
Cần tiếp tục nghiên cứu về các vật liệu bimetal mới với tính chất ưu việt hơn. Nghiên cứu các phương pháp chế tạo tiên tiến, chẳng hạn như cán dính với gia nhiệt cảm ứng, để nâng cao độ bền liên kết. Nghiên cứu ứng dụng của bimetal trong các lĩnh vực khác, chẳng hạn như chế tạo dụng cụ cắt tốc độ cao và dụng cụ chịu nhiệt.
