Đồ án chế tạo cờ lê

LỜI NÓI ĐẦU
Trong nhà máy cơ khí, việc sửa chữa các chi tiết máy hỏng hóc luôn cần
được làm nhanh và kịp thời để đảm bảo tiến độ sản xuất. Cờ lê là một dụng cụ cầm
tay không thể thiếu trong việc sửa chữa và gia công kim khí. Chức năng chính của
nó là giữ và xoay các đai ốc, bu lông, chốt và các chi tiết có ren. Từ khi vít có ren
được sử dụng đóng vai trò như nêm không phục hồi, nó có thể bị chờn ren hoặc hư
hỏng một phần do bị tác dụng bởi lực mô men xoắn quá mức. Do đó một chiếc cờ
lê tốt được thiết kế để giữ các lực đòn bẩy và tải trọng dự định tác dụng trong
ngưỡng an toàn.
Cờ lê là một trong những dụng cụ cầm tay được sử dụng rộng rãi nhất bởi
tính tiện lợi và kích thước nhỏ gọn. Trên thị trường hiện tại có rất nhiều mẫu cờ lê,
rất đa dạng và phong phú như cờ lê thường (cờ lê vòng, cờ lê đầu miệng, …), cờ lê
tự động, cờ lê đóng,….Với sự đa dạng và phong phú của nhiều mẫu mã cũng như
kiểu dáng thiết kế, nhỏ gọn của dụng cụ cầm tay – cờ lê, hiện đang được ứng dụng
trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống cũng như sản xuất.
Chính vì chức năng của cờ lê và cờ lê là dụng cụ có ứng dụng rộng rãi nên
việc tìm hiểu về vật liệu, phương pháp gia công, công nghệ nhiệt luyện,…để sản
xuất ra một chiếc cờ lê đáp ứng yêu cầu kỹ thuật là rất quan trọng.
Vì vậy, trong bài báo cáo này, chúng em chủ yếu tìm hiểu về quy trình nhiệt
luyện mà chi tiết đã được áp dụng. Trên cơ sở kiến thức đã học, chúng em áp dụng
quy trình do mình đề ra dựa trên cơ sở phân tích của chi tiết ban đầu. Từ đó đánh
giá và so sánh kết quả mà chúng em nghiên cứu.
Do kiến thức của chúng em còn hạn chế nên báo cáo nay không thể tránh
khỏi các sai sót. Vì vậy, chúng em rất mong nhận được những ý kiến nhận xét,
đóng góp của các thầy, cô giáo và các bạn để bản báo cáo được hoàn thiện hơn.


Đồng thời chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô bộ môn Vật liệu học xử lý
nhiệt và bề mặt, đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Đức đã dành nhiều thời gian hướng
dẫn, nhiệt tình giảng giải giúp chúng em hoàn thành báo cáo.
Hà Nội, ngày 05 tháng 06 năm 2019

Nhóm sinh viên thực hiện:
Nguyễn Thị Nhung
Đoàn Ngọc Thoạt


PHẦN 1: GIẢI MÃ CÔNG NGHỆ.
1. Điều kiện làm việc, yêu cầu cơ tính của chi tiết cờ lê.
Cờ lê là một trong những dụng cụ cầm tay được sử dụng rộng rãi nhất bởi
tính tiện lợi và kích thước nhỏ gọn. Trong nhà máy cơ khí, việc sửa chữa các chi
tiết máy hỏng hóc luôn cần được làm nhanh và kịp thời để đảm bảo tiến độ sản
xuất. Trên thị trường hiện tại có rất nhiều mẫu cờ lê, rất đa dạng và phong phú như
cờ lê thường (cờ lê vòng, cờ lê đầu miệng, …), cờ lê tự động, cờ lê đóng,….Với sự
đa dạng và phong phú của nhiều mẫu mã cũng như kiểu dáng thiết kế, nhỏ gọn của
dụng cụ cầm tay – cờ lê, hiện đang được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực của
đời sống cũng như sản xuất.
Hình ảnh của cờ lê:

a. Điều kiện làm việc:
- Khi làm việc cờ lê cần độ bền, độ cứng nhất định để siết chặt đai ốc.
- Để vặn đai ốc, cờ lê phải chịu tác áp lực rất lớn để xoáy được ốc. Cờ lê bị
mài mòn: Khi làm việc 2 ngàm của cờ lê tiếp xúc với ốc nên bị mài mòn
mạnh. Do đó cờ lê cần có độ chống mài mòn cao.
- Ngoài các yếu tố trên , thì cờ lê cũng cần các yêu cầu khác: độ dai va đập
đảm bảo.
b. Yêu cầu cơ tính:
Từ các điều kiện làm việc đã nêu trên thì các yêu cầu cơ tính cần cho chi tiết
là:


2.

Độ cứng cao 40÷45 HRC.
Tính chống mài mòn cao.
Độ bền , độ dai va đập đảm bảo.
Thành phần hóa học của cờ lê.

Sau khi mang mẫu thép đi phân tích thành phần hóa học, ta có kết quả như sau:
Hình 1: Kết quả phân tích thành phần hóa học của cờ lê.

Dựa vào kết quả phân tích thành phần hóa học, tra sổ tay thép thế giới chúng ta
xác định được vật liệu làm chi tiết cờ lê là S40C theo tiêu chuẩn của Nhật (JIS) và
mác thép tương đương với tiêu chuẩn Việt Nam là C40.

Mác thép

C

Si

Mn

P

S

Cr

tương đương
S40C (JIS)

0.3885

0.2484

0.6548

0.0133

0.0063

0.1248

C40(TCVN)
1040(AISI)

0.37÷0.44
0.37÷0.44

0.4
0.08÷0.

0.5÷0.8
0.6÷0.9

0.045
0.04

0.045
0.05

0.4max
-

6


Nhận xét:
So với tiêu chuẩn của Nhật (JIS) thì ở tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) và
tiêu chuẩn Mỹ (AISI) đều có % C gần giống nhau, % Si tối đa theo tiêu chuẩn Mỹ
AISI cao hơn so với tiêu chuẩn của JIS và TCVN , %Mn thì ở AISI bằng so với
của Nhật (JIS) nhưng cao hơn so với Việt Nam (TCVN). Ở mác tiêu chuẩn của
Nhật thép có hàm lượng S, P nhỏ hơn so với tiêu chuẩn của Việt Nam và Mỹ.
Dựa vào kết quả phân tích thành phần hóa học, có thể thấy % các nguyên tố
đều nằm trong giới hạn yêu cầu. Mặt khác, hàm lượng P và S sau phân tích rất nhỏ
< 0,02% cho biết đây thuộc loại thép chất lượng rất cao.

 Vai trò của các nguyên tố trong thép:
 Cacbon (C): là nguyên tố quan trọng nhất, quyết định đến tổ chức, cơ tính
của thép, quyết định phần lớn công dụng của thép. Thông thường, khi hàm
lượng cacbon càng cao thép càng cứng, càng kém dẻo dai và càng giòn.
Hàm lượng cacbon trong mác thép C40 là khoảng 0,4%, thuộc nhóm thép
hóa tốt, sau nhiệt luyện hóa tốt đạt được sự kết hợp tốt nhất của các chỉ
tiêu cơ tính: độ bền, độ dẻo, độ dai.


 Mangan (Mn): có ảnh hưởng tốt đến cơ tính, khi hòa tan vào ferit nó nâng
cao độ bền và độ cứng của pha này, do vậy làm tăng cơ tính của thép song
lượng Mn cao nhất trong thép Cacbon cũng chỉ nằm trong giới hạn (0,5 ÷
0,8%) nên ảnh hưởng này không quan trọng. Mn còn có tác dụng làm giảm
nhẹ tác hại của lưu huỳnh (S).

 Silic (Si): giống như Mn, Si hòa tan vào ferit cũng nâng cao độ bền và độ
cứng của pha này nên làm tăng cơ tính của thép.
 Photpho (P): là tạp chất có hại vì nó là nguyên tố gây nên bở nguội song nó
còn là nguyên tố thiên tích (phân bố không đều) rất mạnh, vì vậy để tránh
giòn lượng P trong thép phải ít hơn 0,05%.
 Lưu huỳnh (S): là tạp chất có hại, kết hợp với sắt tạo nên hợp chất FeS có
nhiệt độ nóng chảy thấp (988ᵒC), kết tinh sau cùng nằm ở biên hạt; khi nung
lên để cán kéo (1100÷1200ᵒC) biên giới hạt bị chảy ra làm thép đứt gãy như
là thép rất giòn. Đây là hiện tượng giòn nóng.
Theo kết quả phân tích hóa học, với hàm lượng S và P đều rất nhỏ:
0,0063%S; 0,0133%P → là thép có chất lượng rất cao.
3. Đo độ cứng thô đại.
Để xác định độ cứng của cờ lê, ta lấy mẫu (được cắt từ cờ lê) mài đến khi bề
mặt phẳng, hết lớp oxit bên ngoài đi rồi đem đo độ cứng thô đại. Đo 5 vị trí khác
nhau bất kì trên mẫu, ta thu được kết quả như bảng sau:
Lần
HRC

1
44

2
44

3
43

4
44

5
43.5

Độ cứng trung bình của 5 lần đo là 43,7 (HRC) ~ 44 (HRC).
Với độ cứng trung bình là 44HRC, phù hợp với điều kiện làm việc và yêu
cầu cơ tính (đã nêu ở trên phần 1).


4. Chụp ảnh tổ chức tế vi.
 Các bước chuẩn bị mẫu cho chụp ảnh tổ chức tế vi:
- Bước 1: Cắt mẫu
Từ chi tiết ban đầu, sử dụng máy cắt để cắt thành những mẫu có kích thước
phù hợp sao cho dễ cầm tay khi mài hoặc thuận tiện cho việc gá mẫu.
- Bước 2: Mài cơ học.
 Mài trên tấm kính phẳng.
 Phương pháp mài cơ học sử dụng giấy mài được phủ bằng cacbit Si, sử
dụng các loại giấy mài khác nhau, mài từ giấy thô đến giấy mịn: 100,
120, 240, 400, 600, 800, 1000, 1200,....
 Khi mài đưa tay mài theo một đường thẳng và theo một chiều (lưu ý là ấn
lực đều). Quan sát thấy các vết xước song song với nhau thì ta dừng lại,
quay mẫu đi 90ᵒ chuyển sang mài giấy khác mịn hơn. Mài tiếp đến khi
hết vết xước lần trước, cứ thế mài đến giấy mài cuối cùng.
 Sau mỗi lần thay giấy mài, mẫu cần được lau rửa sạch.
- Bước 3: Đánh bóng cơ học.
 Sử dụng bột đánh bóng (Cr2O3, Al2O3) đánh bóng trên đĩa phủ dạ mềm
quay với vận tốc lớn, đánh bóng đến khi bề mặt không còn vết xước nào
và có độ bóng cao; thời gian đánh bóng khoảng 30 phút.
 Sau đánh bóng mẫu được rửa sạch bằng nước rồi sấy khô bằng quạt gió,
….
 Bề mặt mẫu sau đánh bóng cần có độ bóng cao, không bị oxy hóa.

- Bước 4: Tẩm thực.
Mục đích:
 Loại bỏ lớp biến dạng mỏng trên bề mặt mẫu bằng hóa chất
 Ăn mòn mẫu ở mức độ khác nhau. Tạo các độ sâu khác nhau phụ thuộc
tổ chức của thép.


Có nhiều dung dịch tẩm thực khác nhau phụ thuộc vào vật liệu cần chụp ảnh
tổ chức. Với mẫu là cờ lê được chế tạo bởi mác thép S40C ta sử dụng dung dịch
axit loãng HNO3 nồng độ 5%, thời gian tẩm thực khoảng 10s. Sau tẩm thực ta cần
rửa sạch bằng nước và sấy khô, sau đó mang mẫu đi chụp ảnh tổ chức.
- Bước 5: Chụp ảnh hiển vi quang học.
 Ảnh tổ chức tế vi:
Ảnh tổ chức tế vi của thép S40C với các độ phóng đại khác nhau.
Hình 2.1: Độ phóng đại x200.

Hình 2.2: Độ phóng đại x500


Hình 2.3: Độ phóng đại x1000.

Nhận xét:
Từ ảnh chụp tổ chức tế vi ta có thể thấy tổ chức gồm: Ferit + Xementit
Trên ảnh tổ chức tế vi ở độ phóng đại ×1000, ta có thể nhìn thấy rõ Mactenxit
hình kim chưa phân hủy hết trong quá trình ram.


=> Tổ chức tế vi có thể là Mactenxit ram, Xoocbit ram hoặc Trôxtit ram.
Từ ảnh tổ chức tế vi kết hợp với độ cứng trung bình sau 5 lần đo của chi tiết cờ
lê

là 44 HRC, vậy ta có thể xác định được tổ chức tế vi của thép là Trôxtit ram.
4. Xây dựng quy trình nhiệt luyện cho chi tiết.
Thông thường, chi tiết sẽ được tiến hành nhiệt luyện tôi + ram trung bình,
khi đó tổ chức nhận được là trôxtit ram đạt độ cứng trung bình nhưng giới hạn đàn
hồi đạt được giá trị cao nhất, độ dẻo, độ dai tăng lên.
 Tính toán nhiệt độ tôi:
Cờ lê được làm từ mác thép S40C. Thép S40C với phần trăm C = 0,4% là thép
trước cùng tích, nên nhiệt độ tôi phải lấy cao hơn Ac3 tức là nung nóng tới trạng
thái hoàn toàn là austenit (tôi hoàn toàn).
- Nhiệt độ tôi được tính như sau:
Tᵒtôi = Ac3 + (30÷50ᵒC)
- Cách tính nhiệt độ Ac3 của thép S40C:
911ᵒC

Ac3

727ᵒC

0,4%C

0,8%C


Ta có:
X
0,8  0, 4

911  727
0,8

→ X = 92ᵒC → Ac3 = 727 + 92 = 820ᵒC
→ Ac3 = 820ᵒC.

→ Tᵒ tôi = 820 + (30÷50ᵒC) = (850 ÷ 870)ᵒC = (860 ± 10) ᵒC
Sau tôi, tổ chức nhận được là: Mactenxit tôi + austenit dư.
 Tính toán nhiệt độ ram:
Độ cứng trung bình của 5 lần đo là 43,7 (HRC) ~ 44 (HRC).
Theo “ Sổ tay nhiệt luyện, tập II” – Nguyễn Chung Cảng, ĐHBKHN: Khi tôi ở
nhiệt độ 830 ÷ 850ᵒC và ram ở các khoảng nhiệt độ khác nhau thì độ cứng cũng
khác nhau. Sự khác nhau được thể hiện như sau:
Nhiệt độ ram (ᵒC)
300 ÷ 400
400 ÷ 450
510 ÷ 550
540 ÷ 580
580 ÷ 640

Độ cứng (HB)
364 ÷ 444
321 ÷ 415
241 ÷ 286
203 ÷ 228
192 ÷ 203

Độ cứng (HRC)
39 ÷ 47
35 ÷ 44
23 ÷ 31
16 ÷ 21
14 ÷ 16

Với độ cứng 44 (HRC) → Ta có thể ram trong khoảng nhiệt độ (300 ÷ 400) ᵒC
hoặc ram trong khoảng nhiệt độ (400 ÷ 450) ᵒC.
 Cách xác định nhiệt độ ram và thời giam ram:
Dưới đây là biểu đồ xác định chế độ ram:
Hình 3: Biểu đồ xác định chế độ ram.


 Cách xác định:
Hình 3.a có trục hoành là thời gian ram, trục tung là độ cứng, các đường chéo
trên hình là nhiệt độ ram.
Hình 3.b có trục hoành là hàm lượng cacbon, trục tung là độ cứng HRC. Từ trục
tung của hình 3.b xác định được điểm A có độ cứng là 44 HRC. Từ điểm A kẻ
đường thằng song song với trục hoành cắt đường thẳng song song với trục tung kẻ
từ điểm 0,4%C tại điểm B. Từ điểm B kẻ đường cong song song với các đường
cong trên hình vẽ cắt đường thẳng song song với trục tung kẻ từ điểm 0,35%C tại
điểm C. Từ điểm C, kẻ đường thẳng song song với trục hoành cắt đường chéo là
đường nhiệt độ ram (350ᵒC) ở điểm D. Từ điểm D, kẻ song song với trục tung cắt
trục thời gian ram thì đó chính là thời gian ram.
Vậy chi tiết cờ lê được làm từ thép S40C sau khi tôi ở nhiệt độ (860 10) ᵒC sẽ
ram ngay ở nhiệt độ 350 ᵒC trong khoảng thời gian 2 giờ.


 Quy trình nhiệt luyện tổng quát:

ᵒC

(860 10) ᵒC

Nước

350 ᵒC

Không khí
Thời gian (τ)


PHẦN II: THỰC HÀNH CÔNG NGHỆ.
Chi tiết ban đầu được cắt thành 3 mẫu nhỏ khác nhau. Các mẫu được xếp
vào trong 1 hộp nhỏ (có phủ than xung quanh để tránh thoát Cacbon), sau đó tiến
hành ủ ở nhiệt độ 900ᵒC giữ nhiệt trong 30 phút và làm nguội cùng lò để phá tổ
chức, đưa về tổ chức ban đầu khi chưa qua xử lý nhiệt luyện.
Sau khi ủ, 1 mẫu được đem đi để đo độ cứng và chụp ảnh tổ chức tế vi. Hai
mẫu còn lại tiến hành tôi ở nhiệt độ 860ᵒC và giữ nhiệt 30 phút, môi trường làm
nguội là nước. Khi tôi xong, 1 mẫu được đem đi đo độ cứng và chụp ảnh tổ chức tế
vi, mẫu còn lại tiến hành ram ở nhiệt độ 350ᵒC và giữ nhiệt 40 phút, và làm nguội
ngoài không khí.
Sau khi tiến hành xử lí nhiệt, các mẫu được đo độ cứng và chụp ảnh tổ chức
tế vi để so sánh với chi tiết ban đầu.
Mẫu
Ủ
Tôi
Ram

Nhiệt độ (ᵒC)
900
860
350

Thời gian giữ nhiệt (phút)
30

30
40

1. Ủ.
Mục đích của nguyên công ủ: phá vỡ tổ chức, đưa về tổ chức ban đầu khi chưa
qua xử lý nhiệt luyện.

ᵒC


900ᵒC

30 ph

Nguội cùng lò

Thời gian (τ)

a. Đo độ cứng sau ủ:
Sau ủ, mẫu có độ cứng thấp vì vậy không thể đo bằng máy đo HRC như các
mẫu đã qua xử lý nhiệt luyện sau tôi, ram,… Vì vậy, phải dùng máy đo HRB để
xác định độ cứng mẫu sau ủ.
Lần đo
Độ cứng (HRB)

1
80,6

2
80,8

Độ cứng trung bình của mẫu sau ủ là: 80,9 (HRB) ≈ 1 (HRC).
b. Ảnh tổ chức tế vi sau ủ:
Hình 4.1: độ phóng đại x200

3
81,3


Hình 4.2: độ phóng đại x500

Nhận xét:


Khi nung nóng để ủ hoàn toàn ta được Austenit đồng nhất nên khi làm nguội
chậm cùng lò, tổ chức nhận được là ferit (màu sáng) + peclit (màu tối) trong đó
peclit ở dưới dạng tấm.
Từ ảnh tổ chức tế vi: ta có thấy tổ chức tế vi của thép S40C sau ủ là ferit +
peclit. Như vậy sau nguyên công ủ, ta đã phá vỡ được tổ chức ban đầu của mẫu là
trôxtit ram.
Vậy nguyên công ủ đã đạt yêu cầu.
2. Tôi.
ᵒC

(860±10)ᵒC

30 phút
Nước
Thời gian (τ)

a. Đo độ cứng sau tôi:
Sau tôi đem mẫu đi đo độ cứng thô đại, đo bất kì 5 vị trí trên mẫu ta thu
được kết quả như bảng sau:
Lần
Độ cứng
(HRC)

1
53

2
54

3
53

Độ cứng trung bình sau 5 lần đo là: 53,5 ≈ 54 HRC.

4
53,5

5
54


b. Ảnh tổ chức tế vi:

Từ ảnh tố chức tế vi: ta có thể thấy tổ chức tế vi là Matenxit tôi + Austenit
dư.
Thép S40C có hàm lượng C là 0,4%, sau tôi độ cứng trung bình là 54 HRC,

và tổ chức sau tôi là Mactenxit tôi + Austenit dư.
Vậy nguyên công tôi đã đạt yêu cầu.

3. Ram.
ᵒC

350ᵒC

Không khí

Thời gian (τ)


40 phút

a. Đo độ cứng sau ram:
Sau ram đem mẫu đi đo độ cứng thô đại, đo 5 vị trí bất kì trên mẫu ta nhận
được kết quả sau:
Lần
Độ cứng
(HRC)

1
42

2
41

3
41,5

Độ cứng trung bình sau 5 lần đo là: 41,6 ≈ 42 HRC
b. Ảnh tổ chức tế vi:

4
42

5
41,5


Từ ảnh tổ chức tế vi: ta có thể thấy tổ chức tế vi của mẫu sau ram là: ferit +
Xementit
Với độ cứng trung bình sau 5 lần đo là: 42 HRC (nằm trong khoảng yêu cầu
40÷45 HRC), phù hợp điều kiện làm việc và yêu cầu cơ tính.
Vậy nguyên công ram đã đạt yêu cầu.
4. So sánh ảnh tổ chức tế vi của mẫu sau ram và mẫu ban đầu.


- So sánh 2 ảnh ta thấy tổ chức của 2 ảnh đều giống nhau gồm ferit +
Xementit. Tuy nhiên, Xementit ở mẫu sau ram thì thô to hơn so với mẫu ban
đầu nên chính vì vậy mà mẫu ban đầu (44HRC) có độ cứng lớn hơn mẫu sau
ram (42HRC).
PHẦN III: KẾT LUẬN.
Công nghệ nhiệt luyện nhằm làm thay đổi tính chất vật liệu bằng cách thay
đổi cấu trúc của vật liệu thông qua xử lí nhiệt. Tùy vào mục đích sử dụng, yêu cầu
và điều kiện làm việc của chi tiết để đưa ra quy trình nhiệt luyện hợp lí. Lựa chọn
công nghệ nhiệt luyện phù hợp và tính toán sao cho quá trình xử lý hiệu quả và tiết
kiệm nhất sẽ đảm bảo được chất lượng sản phẩm luôn ổn định, từ đó giảm chi phí
sản xuất, giảm giá thành sản phẩm và tăng năng suất lao động.

Dựa vào những kết quả phân tích có được, để sản xuất ra một chiếc cờ lê đáp
ứng được yêu cầu kỹ thuật, công nghệ nhiệt luyện áp dụng đối với chi tiết này là
tôi và ram trung bình.
Vậy công nghệ nhiệt luyện đã áp dụng đối với chi tiết cờ lê là Tôi + Ram
trung bình.


TÀI LIỆU THAM KHẢO:
1. Vật liệu học cơ sở (Nghiêm Hùng).
2. Sách tra cứu thép thế giới (tác giả Trần Văn Địch, Ngô Chí Phúc).
3. Công nghệ nhiệt luyện (Phạm Thị Minh Phương, Tạ Văn Thất).