Tổ chức tế vi của hợp kim mác ten xít hóa già niken 18 sau qua trình miết ống thành mỏng ở các mức độ biến dạng khác nhau

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ 3
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. 4
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................... 5
DANH MỤC BẢNG ........................................................................................................ 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .......................................................................... 7
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 9
CHƯƠNG I. ................................................................................................................... 11
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MIẾT ỐNG THÀNH MỎNG ................................ 11
1. 1. Công nghệ và thiết bị miết ống thành mỏng. ...................................................... 11
1.1.1. Công nghệ miết ống thành mỏng. ................................................................. 11
1.1.2. Thiết bị miết. ................................................................................................. 13
1.2. Sản phẩm ứng dụng của quá trình miết ............................................................... 16
1.3. Các nghiên cứu về quá trình miết ........................................................................ 18
1.4. Kết luận chương 1 ................................................................................................ 19
CHƯƠNG II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM....................... 21
2.1. Vật liệu, tính chất của vật liệu. ............................................................................ 21
2.1.1. Yêu cầu vật liệu gia công bằng miết: ............................................................ 21
2.1.2. Vật liệu sử dụng để nghiên cứu ..................................................................... 23
2.2. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 24
2.3. Thiết bị và dụng cụ nghiên cứu. .......................................................................... 25
2.4. Điều kiện thực nghiệm......................................................................................... 28
2.5. Thực nghiệm nghiên cứu quan hệ giữa mức độ giảm chiều dày tuyệt đối thành
ống và tổ chức tế vi của vật liệu sau mỗi chặng miết ................................................. 28
2.6. Nghiên cứu mối quan hệ giữa mức độ giảm độ dày tuyệt đối đến độ bền kéo của
vật liệu sau các lần miết .............................................................................................. 35
2.7. Kết luận chương 2. ............................................................................................... 37

1

CHƯƠNG III. KẾT QUẢ THỰC NGHỆM. ................................................................. 38
3.1. Tổ chức tế vi tại các bước miết. ........................................................................... 38
3.2. Kết quả nghiên cứu mối quan hệ giữa mức độ giảm độ dày thành ống và độ bền
kéo của vật liệu sau các lần miết. ............................................................................... 40
3.3. Kết luận chương 3. ............................................................................................... 42
KẾT LUẬN .................................................................................................................... 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 44

2


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan bản luận văn này là công trình nghiên cứu của tôi. Các kết quả
nghiên cứu trong bản luận văn này hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố ở
công trình hoặc cơ sở nào khác dưới dạng luận văn
Người cam đoan

Nguyễn Thái Học

3


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo PGS.TS. Lê Thái Hùng và TS.
Phạm Văn Cường, đã trực tiếp định hướng đề tài và hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn
này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Cơ học vật liệu và cán
kim loại cùng các thầy cô giáo Viện Khoa học và Kỹ thuật vật liệu, Trường Đại học
Bách khoa Hà Nội đã chỉ dạy trong thời gian học tập tại trường và tạo mọi điều kiện
thuận lợi giúp tôi hoàn thành luận văn.

Xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ, đồng nghiệp phòng Công nghệ Vật liệu Viện Công nghệ - Tổng cục Công nghiệp quốc phòng đã động viên, khích lệ và giúp đỡ
tôi trong quá trình thực hiện luận văn.
Học viên: Nguyễn Thái Học

4


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
: ứng suất chảy
(%): độ thắt tỷ đối
 (%): độ dãn dài tương đối
ak: độ dai va đập
σs: giới hạn chảy
σb: giới hạn bền
Rm (mm): đường kính ống
Dr, (mm): đường kính bánh miết
 (o): góc tiếp xúc
f, (mm/vòng)(rev-1): tốc độ cấp liệu của bánh miết
t0, (mm): độ dày thành ban đầu
R (%): độ giảm độ dày thành
m: hệ số ma sát
MPa : megapascal - đơn vị đo độ bền tĩnh
HB, HRC: đơn vị đo độ cứng
PTHH: phần tử hữu hạn

5


DANH MỤC BẢNG
TT

Tên bảng

1

Bảng 2.1. Thành phần hóa học của thép hợp kim 03H18K9M5TЮ

2

Bảng 2.2. Mức biến dạng qua các bước miết

3

Bảng 3.1. Kết quả xác định độ bền kéo của các mẫu ở các mức độ giảm
độ dày thành ống khác nhau qua các lần miết.

6


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Tên hình và đồ thị

TT
1

Hình 1.1. Nguyên lý của quá trình miết

2

Hình 1.2. Máy miết đơn giản

3

Hình 1.3. Máy miết thủy lực bán tự động model 1722

4

Hình 1.4. Một số loại máy miết CNC

5

Hình 1.5. Sản phẩm miết dạng cầu và bán cầu

6

Hình 1.6. Sản phẩm miết dạng côn

7

Hình 1.7. Sản phẩm miết dạng trụ

8

Hình 1.8. Sản phẩm miết dạng răng ren

9

Hình 1.9. Sản phẩm miết dạng ống

10

Hình 1.10. Sản phẩm miết có hình dạng phức tạp

11

Hình 1.11. Sản phẩm miết có kích thước lớn

12

Hình 2.1. Phôi miết ban đầu và kích thước phôi miết

13

Hình 2.2. Tổ chức kim tương của phôi trước khi tạo ống , x 1000

14

Hình 2.3. Máy miết RL50E-CNC 3 bánh miết

15

Hình 2.4. Máy quang phổ SPECTROLAB

16

Hình 2.5. Máy kéo nén HW2-1000

17

Hình 2.6. Máy đo độ cứng FM-100

18

Hình 2.7. Kính hiển vi Axiovert 25

19

Hình 2.8. Thiết bị hóa già ПН-31

20

Hình 2.9. Lò ủ phôi

21

Hình 2.10. Sơ đồ quy trình thực nghiệm nghiên cứu mối quan hệ giữa kích
thước hạt và mức độ giảm độ dày thành ống qua các chặng miết

22

Hình 2.11. Minh họa ảnh hưởng của chất lượng bề mặt phôi sau miết đến trạng
thái bề mặt của phôi

7


23

Hình 2.12. Kích thước phôi cần đạt sau miết bước 1

24

Hinh 2.13. Phôi sau miết bước 1

25

Hình 2.14. Các kích thước cần đạt của phôi sau miết bước 2

26

Hình 2.15. Phôi sau miết bước 2

27

Hình 2.16. Các kích thước cần đạt của phôi sau miết bước 3

28

Hình 2.17. Phôi sau miết bước 3

29

Hình 2.18. Sơ đồ thực nghiệm nghiên cứu mối quan hệ giữa mức độ giảm độ
dày thành ống qua các chặng miết và độ bền của vật liệu

30

Hình 2.19. Giản đồ xử lý nhiệt phôi

31

Hình 3.1. Tổ chức tế vi của mẫu chưa qua biến dạng, x 1000

32

Hình 3.2. Tổ chức tế vi sau miết bước 1 (dày 2,1mm), x 1000

33

Hình 3.3. Tổ chức tế vi sau miết bước 2 (dày 1,1mm), x1000

34

Hình 3.4. Tổ chức tế vi sau miết bước 3 (dày 0,48mm), x 1000

35

Hình 3.5. Mẫu thử kéo từ phôi miết

36

Hình 3.6. Quan hệ giữa độ bền kéo và mức độ giảm độ dày thành

8


MỞ ĐẦU
Tạo hình bằng phương pháp miết nổi lên như là công nghệ tạo hình kim loại tiên
tiến do sự tiện lợi của nó so với các phương pháp tạo hình thông dụng như đùn và dập
vuốt, ép chảy. Công nghệ này áp dụng cho các sản phẩm có độ bền, độ chính xác, độ

bóng bề mặt rất cao và dung sai kích thước tương đối chặt. Bằng việc đưa vào các máy
miết tải trọng lớn không khó để gia công được các loại vật liệu dễ tạo hình có thể biến
dạng tới trên 95% trở lên, có thể làm được ngay cả đối với các kim loại khó biến dạng.
Ngày nay, công nghệ tạo hình bằng miết chảy đã được ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực khác nhau: Công nghiệp hàng không vũ trụ; quốc phòng; sản xuất ô tô;
hóa chất; sản xuất hàng tiêu dùng; Sản phẩm được chế tạo bằng công nghệ này rất đa
dạng, từ các chi tiết rỗng nhỏ vài mm đến các chi tiết hình trụ có đường kính lên tới
hàng mét. Công nghệ miết đặc biệt thích hợp với các chi tiết có hình dạng từ tròn xoay.
Tuy nhiêt cũng có thể áp dụng tốt cho các chi tiết ống có biên dạng phức tạp (có gờ
trong, ngoài...)
Tạo hình bằng miết chảy hợp nhằm chế tạo các ống thành mỏng kích thước
chính xác trên cơ sở sử dụng các thép mactenxit hóa già với độ bền rất cao được ứng
dụng rộng rãi trong các ngành Hàng không, chế tạo tên lửa và nhiều lĩnh vực khác. Đối
với các ống thành mỏng (độ dày thành < 0,6mm, đường kính d = 50 - 100 mm), có
chiều dài đủ lớn ( ~1000mm), độ chính xác hình học cao thì phương pháp miết là sự
lựa chọn tốt nhất, khó có thể thực hiện được bằng các phương pháp khác.
Trên thế giới, tạo hình bằng phương pháp miết được nghiên cứu phát triển mạnh
mẽ trên cơ sở sử dụng các máy miết hiện đại có công suất lớn. Ở Việt Nam, công nghệ
miết chưa được phát triển và ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm công nghệ cao.
Trong công nghiệp Quốc phòng, các chi tiết dạng ống có thành mỏng với độ chính xác
cao khá phổ biến. Do vậy nghiên cứu công nghệ miết ống thành mỏng là thực sự cần
thiết trong giai đoạn hiện nay ở Việt Nam. Công nghệ tạo hình bằng miết đã được
nghiên cứu cả về lý thuyết và thực nghiệm. Tuy nhiên, vấn đề cấu trúc vi mô của vật

9


liệu sau các công đoạn miết ít được nghiên cứu. Mối quan hệ của tổ chức tế vi và độ
bền của vật liệu sau các quá trình miết và mức giảm độ dày thành ống “mức độ biến
dạng” khác nhau cho biết khả năng tăng bền do miết tạo ra.

Đối với thép hóa già mactenxit Ni 18, sản phẩm dạng ống dùng cho mục đích
quốc phòng mà luận văn đề cập được sử dụng ở trạng thái hóa già trực tiếp sau miết ở
nhiệt độ không cao (490oC). Do vậy, luận văn về đề tài “Tổ chức tế vi của hợp kim
mactenxit hóa già niken 18 sau quá trình miết ống thành mỏng ở các mức độ biến dạng
khác nhau” với mục đích nghiên cứu tổ chức tế vi của thép mactenxit hóa già sau các
quá trình tạo hình ống thành mỏng có độ chính xác cao bằng phương pháp miết chảy
để làm rõ vai trò của miết trong công nghệ chế tạo sản phẩm cụ thể.
Với mục tiêu trên, luận văn được trình bày trong 3 chương: Chương 1 trình bày
tổng quan chung về công nghệ miết miết; phương pháp nghiên cứu và các quá trình
thực nghiệm miết ống thành mỏng là nội dung chính của chương 2, chương tiếp theo
trình bày các kết quả nghiên cứu, phân tích tổ chức tế vị của thép hóa già mactenxit Ni
18 sau các chặng miết.
Luận văn được thực hiện là một phần trong một công trình nghiên cứu chế tạo
ống thành mỏng, là một sản phẩm quan trọng của công nghiệp Quốc phòng. Do vậy,
việc chuẩn bị mẫu cho nghiên cứu được tiến hành theo quy trình công nghệ miết chế
tạo sản phẩm thực tế.

10


CHƯƠNG I.
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MIẾT ỐNG THÀNH MỎNG
1. 1. Công nghệ và thiết bị miết ống thành mỏng.
1.1.1. Công nghệ miết ống thành mỏng.
Công nghệ miết nổi lên như là công nghệ tạo hình kim loại tiên tiến nhất do sự
tiện lợi của nó so với các phương pháp tạo hình thông dụng như đùn và dập vuốt. Công
nghệ này có ứng dụng rộng rãi trong việc tạo hình các chi tiết có độ bền, độ chính xác
cao và độ bóng bề mặt cao. Bằng việc đưa vào các máy miết tải trọng có thể gia công
được các loại vật liệu dễ biến dạng và cả các vật liệu khó biến dạng.
Trong 3 thập kỷ gần đây, công nghệ miết đã có nhiều tiến bộ đáng ghi nhận.

Quá trình này đa năng theo quan niệm thực tế, đặc biệt là các chi tiết dạng ống, sự linh
hoạt trong công nghệ cho phép chế tạo được các sản phẩm có biên dạng phức tạp gần
với dạng thật, có thể thực hiện được nhiều công đoạn (miết ống, tạo gờ, tóp...) trên
cùng một máy miết, cho phép người dùng tối ưu các thiết kế và giảm trọng lượng phôi
ban đầu nên giảm giá thành gia công sản phẩm ... Tất cả các thứ đó là tối cần thiết đối
với một quá trình sản suất sản phẩm công nghiệp. Các yêu cầu tăng độ bền chi tiết
trong các ngành công nghiệp ô tô, các ngàng hàng không vũ trụ và quốc phòng tạo ra
động lực lớn cho việc phát triển các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực này.
Miết truyền thống đòi hỏi một kỹ năng của người vận hành rất cao, nó được vận
hành bằng tay trên cơ sở kinh nghiệm trong nhiều năm của người vận hành. Quá trình
này không đơn giản như quá trình ép chảy hay dập mà trong đó khuôn đóng vai trò
chính. Đây là bất tiện lớn nhất trong công nghệ miết truyền thống. Tuy nhiên, một
trong những nguyên nhân chính mà người ta vẫn sử dụng công nghệ tạo hình bằng miết
là vì chúng dùng chỉ một khuôn (cối) đơn giản. Việc miết có thể sử dụng khuôn được
chế tạo bằng gỗ với các chi tiết không cần độ chính xác cao. Các sản phẩm dạng nhọn
và côn rất khó chế tạo bằng phương pháp ép nhưng có thể tạo hình dễ dàng bằng
phương pháp miết. Tuy nhiên, miết thủ công không phù hợp cho chế tạo các sản phẩm

11


đòi hỏi độ chính xác cao, đặc biệt là các chi tiết dạng ống thành mỏng, dài cần độ chính
xác cao về độ lệch thành, độ ô van, độ đồng tâm và có biên dạng phức tạp. Vì nó là
một quá trình sử dụng bàn tay của con người nhưng so với ép nó cũng có thể cần thiết
với máy nhỏ và tải trọng thấp. Hơn nữa, tính chất cơ của chúng bị thay đổi một chút
sau tạo hình. Tuy vậy, sản xuất nhỏ đa dạng, các sản phẩm đòi hỏi độ chính xác cao và
sản xuất lớn (hàng loạt) hiện nay có thể mang lại lợi ích ở mức độ mở rộng cho các
máy miết sử dụng các bánh miết và tự động hóa. Trong những năm gần đậy, ưu việt
của miết tạo hình đã được đánh giá lại ở các nước phát triển. Miết đã và đang được
phát triển như là một kỹ thuật tạo hình mới và quá trình trở thành bán tự động và tự

động và ở mức sản suất lớn.
Các ứng dụng của miết mới chỉ được hiện thực hóa trong công nghiệp hiện đại
vào sau đại chiến thế giới lần thứ II. Một số nước phát triển như: Mỹ, Liên xô cũ, Đức
lần đầu tiên đã đưa công nghệ miết vào sản xuất.
Ngày nay, miết là một kiểu tạo hình kim loại tiên tiến, hiện đại và là một trong
những phương pháp hiện đại nhất của công nghệ gia công không phoi. Từ năm 1950,
miết đã được sử dụng để sản xuất các phần côn của mũi rocket, vỏ động cơ rocket, các
cấu tử tuốc bin khí và các anten dạng đĩa trong công nghiệp vũ trụ. Nó cũng được sử
dụng để chế tạo các cấu tử chịu kéo và các bánh răng trong công nghiệp ô tô, các chai
khí và các thùng cho các ứng dụng tích trữ. Tạo hình bằng phương pháp miết rất thích
hợp để chế tạo các ống liên tục thành mỏng có biên dạng phức tạp (có gờ trong hoặc
ngoài) và các cấu tử dạng lỗ đối xứng trục, đối xứng tròn xoay khác. Phương pháp tạo
hình kim loại không phoi này đã nâng tầm quan trọng đặc biệt trong suốt hai thập kỷ
qua, thỏa mãn các yêu cầu xa hơn nữa của các ngành công nghiệp hiện đại.
Sự phát triển phương pháp tạo hình bằng miết làm tăng tính linh hoạt của công
nghệ tạo hình (incremental forming technology) và giúp cho các nhà sản xuất có sự
thay đổi quan trọng so với các phương pháp tạo hình bằng rèn dập và dập sâu, ở đây
kích thước hoặc độ phức tạp của cấu tử vượt quá khả năng của các quá trình ép thông

12


thường. Khả năng tác động kim loại chảy theo các quỹ đạo bằng cách sử dụng các công
cụ đơn giản không chỉ loại bỏ nhiều chặng sản xuất bằng ép chảy mà còn cho khả năng
chế tạo các phôi dạng ống thành mỏng có biên dạng phức tạp gần với chi tiết thực.
Quá trình miết ống thành mỏng: Một phôi ống có độ dày thành, độ dài, đường
kính trong và ngoài được tính toán chính xác để sản xuất ra sản phẩm có các kích thước
cuối cùng theo yêu cầu được đặt trên trục hình trụ làm bằng thép cứng. Các bánh miết
có biên dạng riêng được đặt ở các khoảng cách chính xác so với nhau và so với trục.
Khi máy hoạt động, tùy thuộc vào cấu hình của máy, các bánh miết hoặc chuyển động

qua trục hoặc trục chuyển động qua các bánh miết quay tại chỗ. Quá trình miết được
phân thành hai loại, miết xuôi và miết ngược, tùy thuộc vào hướng chảy của vật liệu.
Trong miết xuôi, hướng chảy của vật liệu cùng hướng với hướng chuyển động của
bánh miết, trường hợp miết ngược vật liệu chảy theo hướng ngược với hướng cấp liệu
(hướng chuyển động của bánh miết). Nguyên lý của miết chảy được chỉ ra trên hình
1.1.

Hình 1.1. Nguyên lý của quá trình miết
1.1.2. Thiết bị miết.
Các máy miết hiện đại được thiết kế tối ưu về kết cấu hơn nhiều so với các máy
miết trước đây, vì vậy có thể tạo ra các lực lớn hơn nhiều lực cần thiết để ép kim loại
chảy dẻo trên toàn bộ độ dày của phôi. Các máy này giúp cho quá trình chế tạo chi tiết

13


từ vật liệu có độ bền cao như là thép, thép rèn dập, thép hợp kim hóa cao và siêu hợp
kim và cả các vật liệu mềm, vật liệu độ bền trung bình...
Ban đầu là những thiết bị miết thủ công được xây dựng dựa trên nguyên lý của
máy tiện. Con lăn miết được điều khiển bởi người công nhân và do đó chỉ có thể chế
tạo được các chi tiết có kích thước không lớn, độ phức tạp cũng như độ chính xác thấp
(hình 1.2), tiếp theo là các loại máy miết có hệ thống thuỷ lực bán tự động model 1722
(hình 1.3) và sau cùng là thế hệ các loại máy điều khiển theo chương trình CNC (hình
1.4).

Hình 1.2. Máy miết đơn giản (spinning)

Hình 1.3. Máy miết thủy lực bán tự động model 1722.

14

Hình 1.4. Một số loại máy miết CNC

15


So sánh quá trình miết với quá trình dập vuốt (là)
Với công nghệ biến dạng như dập vuốt chỉ cho hình dáng ống, độ bền hướng
tiếp không đảm bảo do có thớ dọc trong quá trình dập vuốt. Còn đối với công nghệ
miết biến mỏng tạo ra thớ vòng, xoắn do vậy đảm bảo được yêu cầu làm việc và tính
năng của các loại sản phẩm
1.2. Sản phẩm ứng dụng của quá trình miết
Phương pháp công nghệ miết có thể chế tạo được nhiều chủng loại sản phẩm
khác nhau, đa dạng về kiểu dáng và kích thước, từ những chi tiết có hình dạng đơn giản
(trụ, côn) đến những chi tiết có hình dáng rất phức tạp (có gân, gờ, chiều dày thay đổi)
như chi tiết trong các thiết bị chế biến thực phẩm, hoá chất, các chi tiết trong thiết bị
chiếu sáng, dụng cụ âm nhạc, các chi tiết dạng đĩa trong vệ tinh nhân tạo, các loại xi
lanh và bình chứa chịu áp lực cao, các loại ống có độ chính xác cao, các loại Puli
truyền động có nhiều rãnh chữ V...dưới đây giới thiệu một số dạng sản phẩm của công
nghệ miết (hình 1.5 đến hình 1.11).

Hình 1.5. Sản phẩm miết dạng cầu và bán cầu

Hình 1.6. Sản phẩm miết dạng côn

16


Hình 1.7. Sản phẩm miết dạng trụ

Hình 1.8. Sản phẩm miết dạng răng ren

Hình 1.9. Sản phẩm miết dạng ống

Hình 1.10. Sản phẩm miết có hình dạng phức tạp

17


Hình 1.11. Sản phẩm miết có kích thước lớn
1.3. Các nghiên cứu về quá trình miết
Hiện nay, các nước công nghiệp phát triển trên thế giới (Nga, Đức, Anh, Pháp,
Mỹ...) đã đạt được rất nhiều thành tựu trong việc áp dụng công nghệ miết để chế tạo
những chi tiết tròn xoay, nhẹ, chịu tải cao, điều kiện làm việc khốc liệt với hệ số an
toàn cao. Các máy miết hiện đại được điều khiển theo chương trình số có công suất lớn
được dùng để chế tạo các chi tiết có độ bền cao, chiều dày lớn: đáy nồi hơi, bình chứa
khí hóa lỏng, bình áp lực, chỏm cầu, v.v... Bên cạnh đó, cũng có nhiều công trình
nghiên cứu về ứng dụng công nghệ miết đối với các vật liệu khác nhau. Mỗi công trình
sử dụng cách tiếp cận khác nhau: phương pháp mô phỏng, phương pháp thực nghiệm,
hoặc so sánh giữa thực nghiệm và mô phỏng.
Phương pháp mô phỏng phần tử hữu hạn được sử dụng để kiểm soát hình dạng,
kích thước và độ chính xác của các chi tiết thành phẩm, giảm tỉ lệ phế phẩm. Theo
Jiang Shu- Yong [4] sử dụng phương pháp này để nghiên cứu quá trình miết đa rãnh
của chi tiết hình ống thành mỏng với các gờ theo chiều dọc. Phương pháp mô phỏng
PTHH cho thấy sự phân phối biến dạng trong các vùng biến dạng khác nhau. Các kết
quả mô phỏng PTHH cho thấy 3 thành phần lực miết tăng cùng với sự tăng số lượng
rãnh miết, điều này gây ra hiện tượng biến cứng của vật liệu kim loại trong quá trình
miết đa rãnh. Còn Jae-Woo Park lại sử dụng phương pháp hàm dòng cận trên để phân
tích quá trình miết ống [3]. Thông qua quá trình mô phỏng, hệ số lực cần thiết phụ

thuộc vào hệ số ma sát và góc lệch trục cán tối ưu hóa thu được. Phương pháp thực

18


nghiệm như Peter Sugar [9] sử dụng công nghệ quét quang học 3D để phân tích tác
động của các thông số công nghệ về thay độ dày thành của chi tiết trong quá trình miết
kim loại thông thường của thép không gỉ austenit Cr - Mn. Sandeep Kamboj [10] phân
tích ảnh hưởng của các loại dụng cụ khác nhau đến quá trình miết kim loại. Mahesh
Shinde [5] nghiên cứu quá trình tạo hình kim loại bằng phương pháp miết tấm kim loại
tăng cơ tính vật liệu.
Tại Việt Nam, các cơ sở cơ khí trong nước chưa sản xuất máy miết, các thiết bị
miết sử dụng hiện nay cho miết biến mỏng được nhập chủ yếu từ nước ngoài. Công
nghệ miết cũng được chuyển giao khi mua sắm thiết bị. Chưa có nhiều công trình
nghiên cứu về công nghệ miết, chỉ có một số công trình nghiên cứu ứng dụng miết
trong quá trình miết kim loại.
Các công trình nghiên cứu về miết kim loại, vẫn chủ yếu là nghiên cứu công
nghệ miết, sử dụng phương pháp thực nghiệm và mô phỏng PTHH, chưa có công trình
nào nghiên cứu sâu về tổ chức tế vi của vật liệu trong quá trình miết. Nghiên cứu tổ
chức tế vi để tìm được cơ chế của quá trình miết, dự đoán các lỗi công nghệ và đưa ra
phương án cải thiện cơ tính, hạn chế lỗi xảy ra. Do vậy, yêu cầu nghiên cứu công nghệ
miết ống thành mỏng, tổ chức tế vi của vật liệu ở các mức biến dạng khác nhau là cần
thiết trong điều kiện thực tế sản xuất hiện nay.
1.4. Kết luận chương 1
Miết là một công nghệ gia công kim loại bằng áp lực để tạo hình chi tiết rỗng từ
phôi tấm hoặc phôi rỗng dưới tác dụng lực làm biến dạng dẻo cục bộ trên phôi quay.
Công nghệ miết với ưu điểm vượt trội về sự đa dạng và phong phú về chủng
loại, hình dáng, kích thước cũng như vật liệu chế tạo sản phẩm, đã được ứng dụng
trong hầu hết các ngành công nghiệp như: công nghiệp hàng tiêu dùng, công nghiệp
ôtô, công nghiệp hàng không vũ trụ, công nghiệp quốc phòng…Mặt khác, với thế

mạnh về công nghệ và ưu điểm vượt trội so với các công nghệ khác như dập, vuốt, uốn

19


ép...công nghệ miết là sự lựa chọn tối ưu và hầu như khó có thể thay thế được bằng các
phương pháp khác.

20


CHƯƠNG II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
2.1. Vật liệu, tính chất của vật liệu.
2.1.1. Yêu cầu vật liệu gia công bằng miết:
Miết là phương pháp gia công dựa trên khả năng biến dạng dẻo của kim loại,
vì vậy cần có một số yêu cầu riêng đối với phôi và vật liệu gia công. Độ ổn định và
chất lượng của sản phẩm trong quá trình tạo hình phụ thuộc vào chất lượng của phôi.
Sự tồn tại các gỉ sét, các vết xước trên bề mặt phôi làm giảm khả năng biến dạng của
phôi và dẫn đến các khuyết tật.
Các phôi cần loại bỏ các vết nứt, ba via và các vết xước. Độ đảo của phôi khi
quay so với trục miết không được lớn hơn (0,3 ÷ 0,5) mm. Trong trường hợp độ đảo
vượt quá giới hạn quy định cần phải khử trước khi miết.
Vật liệu của phôi để miết cần phải thoả mãn không chỉ mục đích, điều kiện làm
việc của chi tiết được chế tạo mà cần phải thoả mãn các yêu cầu công nghệ cho tính
chất, khả năng biến dạng của chúng.
Sự thích hợp của vật liệu để miết được quy định trước hết bởi cơ tính của nó:
giới hạn chảy σs và giới hạn bền σb. Tính dẻo gồm độ giãn dài tương đối  và độ thắt
tỉ đối . Với vật liệu có  lớn thì khả năng gia công bằng miết ép lớn hơn, ngược lại
với việc tăng độ cứng thì quá trình miết ép gặp khó khăn hơn. Đối với thép tấm được
sử dụng để miết cần có tỷ lệ giữa giới hạn chảy và độ bền σs/σb ≤ 0,65. Ngoài ra tính

nhạy của thép đối với sự hoá già có ảnh hưởng xấu đến miết.
Các chỉ số tốt nhất nhận được khi miết thép có cấu trúc được đặc trưng bởi độ
đẳng hướng, độ lớn và độ đồng đều của hạt. Các giá trị độ lớn hạt phù hợp được tìm
ra trong thực nghiệm. Thép có độ hạt nhỏ hơn có độ dẻo thấp hơn và độ đàn hồi cao
hơn. Hạt lớn thì bề mặt chi tiết sau gia công có độ bóng thấp, chất lượng bề mặt
không tốt. Giá trị không đồng đều của hạt dẫn tới tạo thành vết nứt do biến dạng
không đều.

21


Sự biến cứng của kim loại cũng có ảnh hưởng nhiều đến quá trình miết. Mức
độ biến cứng khi miết phụ thuộc vào: khả năng biến cứng của từng loại vật liệu, mức
độ biến dạng, bán kính góc lượn ở đỉnh con lăn miết, bán kính ở mặt trục miết, cường
độ ứng suất kéo, khe hở giữa con lăn miết và trục miết, khả năng bôi trơn. Theo khả
năng biến cứng của kim loại sử dụng để miết người ta chia ra làm hai nhóm:
- Nhóm có độ biến cứng cao gồm: thép không gỉ, đồng ủ, hợp kim titan.
- Nhóm có độ biến cứng trung bình gồm: thép 08, 10, 15, đồng thanh, nhôm ủ.
Để khắc phục hiện tượng biến cứng người ta phải phân ra số nguyên công ít
nhất có thể, nhất là đối với nhóm kim loại có độ biến cứng cao và đồng thời tiến hành
ủ phôi trung gian giữa các nguyên công. Ngoài ra phải chọn các chế độ công nghệ
gia công hợp lý.
Việc lựa chọn vật liệu đáp ứng được yêu cầu của chi tiết gia công và công
nghệ miết là hết sức quan trọng và cần thiết nhằm đảm bảo cho quá trình miết được
thực hiện có năng suất cao và chất lượng được đảm bảo.
Tóm lại, có thể nêu những đặc điểm, yêu cầu cơ bản đối với vật liệu trong gia
công bằng miết như sau:
- Có tính dẻo đáp ứng được biến dạng mức độ cao
- Có khả năng hồi phục tính dẻo bằng gia công nhiệt (xử lý nhiệt khử ứng suất,
phục hồi tính dẻo…)

- Với các chi tiết cần độ bền kết cấu, độ bền riêng cao, yêu cầu vật liệu có đặc
tính hoá bền biến dạng lớn (với nhóm thép hợp kim) hoặc có khả năng gia công cơ nhiệt
- Tổ chức sau gia công ổn định, không bị các hiện tượng nứt ứng suất, nhạy cảm
với ăn mòn hoá học.
- Vật liệu dễ kiếm, công nghệ gia công không quá phức tạp, phù hợp với điều
kiện công nghệ. Với các vật liệu đặc chủng quân sự, cần được đảm bảo theo điều kiện
kỹ thuật riêng.

22


2.1.2. Vật liệu sử dụng để nghiên cứu
Thành phần hóa học
Vật liệu dùng cho nghiên cứu được làm bằng thép hợp kim 03H18K9M5TЮ của
Nga tương đương với mác thép mactenxit hóa già Ni 18 - P300 của Mỹ có độ bền cao.
Thành phần hóa học của thép được cho trong bảng 2.1.
Bảng 2.1. Thành phần hóa học của thép hợp kim 03H18K9M5TЮ
Nguyên
tố
Thành
phần %

C

Ni

Co

≤ 0,03

17,519 89

Mo

Ti

Al

P

S

4,85,2 0,690,9 0,050,15 ≤0,015 ≤0,015

Hợp kim 03H18K9M5TЮ thuộc họ thép mactenxit hóa già hàm lượng cacbon
thấp được hợp kim hóa cao có tổ hợp cực tốt về độ bền và độ dai, vượt trội so với hầu
hết các loại thép hóa bền bằng cacbon. Như vậy, chúng tạo ra một sự khác biệt so với
các loại thép cacbon hóa bền trong các ứng dụng đặc biệt đòi hỏi độ bền cao, độ dai và
độ dẻo tốt. Thép cacbon hóa bền có được độ bền của chúng nhờ các cơ chế chuyển pha
hóa bền (như tạo thành mactenxit và bainite) và tiếp theo là sự kết tủa của cacbit trong
khi ram. Ngược lại, các thép mactenxit hóa bền có được độ bền là do có sự tạo thành
mactenxit sắt-niken cacbon thấp, dai và dẻo và cỏ thể tăng bền hơn nữa nhờ sự kết tủa
tiếp theo của các hợp chất liên kim trong khi hóa già biến cứng
Cơ tính của vật liệu ban đầu.
Vật liệu ở trạng thái sau ủ thường hóa, các tính chất cơ của vật liệu như sau:
Giới hạn bền: b  (1000  1150) MPa
Độ thắt tỷ đối:   (60  70) %
Độ dai va đập: ak  (20  30) kG.m/cm2
Độ cứng: HRc  (32  34)
Phôi miết cùng kích thước phôi và độ cứng phôi trước khi miết (yêu cầu ≤ 34

HRc) được trình bày trong hình 2.1 và bảng 2.2.

23


Hình 2.1. Phôi miết ban đầu và kích thước phôi miết
Bảng 2.2. Độ cứng mẫu phôi sử dụng cho nghiên cứu
Ký hiệu phôi

1

2

3

4

Độ cứng, HRc

30,8

31

30,5

31

5

6

7

8

31,6 30,5 31,55 30,7

9

10

32

31,7

Tổ chức tế vi của vật liệu
Kiểm tra tổ chức tế vi của phôi đầu vào trước khi miết cho thấy, tổ chức mẫu
gồm các hạt đa cạnh, nhỏ mịn, phân bố tương đối đều. Tổ chức hạt nhỏ mịn đảm bảo
yêu cầu miết mà không bị nứt, vỡ trong quá trình miết.

Hình 2.2. Tổ chức kim tương của phôi trước khi tạo ống, x1000
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Vật liệu để chế tạo phôi ống thành mỏng do đề tài nghiên cứu là loại thép đặc
biệt có độ bền cao và biến cứng trong quá trình miết. Độ dày phôi ban đầu  3,5 mm.
Do bị biến cứng khi miết nên quá trình miết phải tiến hành qua 3 bước (miết 1,2,3), sau

24


bước miết, phôi phải được ủ thường hóa để giảm độ cứng và tăng độ dẻo. Các bước

miết sau và trước đều có quan hệ với nhau, sản phẩm đầu ra của bước 1 là phôi đầu vào
của miết bước 2 và 3.
Các thông số của quá trình miết không những ảnh hưởng đến tính chất cơ của
sản phẩm sau miết, mà còn ảnh hưởng mạnh lên độ chính xác của các kích thước sản
phẩm. Ngoài ra, nó còn ảnh hưởng đến tính ổn định của các sản phẩm.
Chi tiết phôi miết của đề tài là chi tiết có thành mỏng, để đảm bảo kích thước
chuẩn xác của phôi sau miết, chúng tôi sử dụng phương pháp miết xuôi trong suốt quá
trình nghiên cứu.
2.3. Thiết bị và dụng cụ nghiên cứu.
Trong quá trình nghiên cứu chúng tôi đã sử dụng một số thiết bị sau:
Thiết bị miết: máy miết RL50E - CNC được sản xuất tại Tây Ban Nha. Máy sử
dụng bộ ba bánh miết cùng một lúc (hình 2.3)
Kiểm tra thành phần hóa học: Thành phần hoá học của mẫu được xác định trên
thiết bị phân tích quang phổ phát xạ SPECTROLAB của CHLB Đức (hình 2.4).
Kiểm tra cơ tính: Dùng phương pháp thử kéo để xác định các chỉ tiêu độ bền.
Thí nghiệm được thực hiện trên máy kéo nén HW2-1000KN (hình 2.5); Độ cứng của
mẫu được xác định trên thiết bị FM-100 của Đức (hình 2.6).
Kiểm tra tổ chức tế vi: Nghiên cứu tổ chức tế vi tiến hành trên kính hiển vi
quang học Axiovert 25 với độ phóng đại 50 - 2500 lần (hình 2.7).
Xử lý nhiệt: dùng thiết bị hóa già phôi ПН-31, là lò khí bảo vệ có hút chân
không ban đầu, kích thước  1200 x 1500 mm (hình 2.8); lò ủ phôi sau miết (hình 2.9).

25