Vật liệu chế tạo lò xo supap

ĐHBKHN Lê Văn Mạnh - CTM8 -
K51
vật liệu chế tạo lò xo supap
I. điều kiện làm việc của lò xo supap,yêu cầu về cơ tính
a. điều kiện làm việc
Lò xo supap có nhiệm vụ bảo đảm cho supap đóng kín và chuyển động
theo đúng quy luật của cơ cấu cam phối khí
+ khi động cơ hoạt động lò xo chịu tải trọng thay đổi đột ngột và theo chu
kì. lực tác dụng lên bề mặt xupap khá lớn có thể lên đến 13
÷
15 Mpa trong
động cơ tăng áp .vì vậy lò xo cũng chịu một tải
trọng đột ngột khá lớn như trên
lò xo supap máy kéo
+ nhiệt độ làm việc của xupap rất cao cụ thể là: nhiệt độ supap trong động
xăng khoảng 800
÷
850
0
c và trong động cơ điezen là khoảng 500
÷
600
0
c
do vậy lò xo cũng phải làm viêc ở một nhiệt độ khá cao.
số liệu chế tạo lò xo supap xe máy:
supap dường
kính
ngoài
đường
kính

trong
Bươc lò
xo
chiều dài tiết diện
dây
Góc
nâng
1
ĐHBKHN Lê Văn Mạnh - CTM8 -
K51
nạp 20mm 14mm 6mm 32mm 2,5mm 25
0
thải 20mm 14mm 6mm 32mm 2mm
25
0
b. yêu cầu về cơ tính
+ Lò xo supap chịu tải trọng lớn, thay đổi đột ngột nên độ cứng và độ bền
dai va đập phải cao
+ lò xo chịu tải trọng theo chu kì nên yêu cẩu cơ tinh của lò xo là độ bền
mỏi phải cao
+ lò xo làm việc trong môi trường nhiệt độ khá cao đòi hỏi phải chịu
nhiệt tốt và chống gỉ tốt
II. chọn vật liệu làm lò xo xác định thành phần hoá học ,lập
bảng so sánh với các mac thép tương ứng của các nước :nga
,mỹ ,nhật ,trung quốc.
Trong các vật liệu tự nhiên: ceramic, polymer, kimloai. Ta thấy ngay
được chỉ có kim loại mới làm được lò xo supap.và thép hợp kim là phương
an tốt nhất để chế tạo nó. Thép hợp kim sắt các bon la một điển hình.
Trong nhom thép các bon hợp kim ta chon mác thép điển hình:60Si2
a. Thành phần hóa học của thép hợp kim 60Si2

mácthép %C %Si %Mn %Pmax %Smax %Cr %Ni
60Si2 0,57
÷
0,65 1,5
÷
2,0 0,6
÷
0,9 0,035 0,035
≤
0,
3
≤
0,25
b. cơ sở lý luận chọn mác thép
+ loại thép này có giưới hạn đàn hồi cao tức khả năng chống lại biến dạng
dẻo cao.giưới hạn bền cao có thể lên đến hơn 200 Mpa do hiệu ứng tôi chì
và kéo nguội.thông thường thì
≤
800 Mpa do vậy hệ số an toàn khi sử dụng
là tương đối cao.tỉ lệ
b
dh
δ
δ
đạt trong tới hạn 0,85
÷
0,95 rât tốt khi chế tạo lò
xo xupap
+ độ cứng của nó khá cao 35
÷

45 HRC hay 350
÷
400 HB . độ dẻo độ dai
thấp không đễ xảy ra biến dạng dư trong quá trình làm việc ,song không quá
thấp dể dễ phá huỷ giòn
+ giưới hạn mỏi cao để thích ứng với điều kiện tải trọng thay đổi theo chu
kỳ
2
ĐHBKHN Lê Văn Mạnh - CTM8 -
K51
+ độ thấm tôi tốt hơn các loại thép cacbon thông thường
+ tương đối rẻ so với các loại thép hợp kim khác dung để chế tạo lò xo
supap
c. bảng thành phần thép tương đương giữa các nước
Tên
nước
mácthép %C %Si %Mn %Pmax %Smax %Cr %Ni %cu
Viêt
nam
60Si2 0,57
÷
0,6
5
1,5
÷
2,
0
0,6
÷
0,9

0,035 0,035
≤
0,3
≤
0,2
5
Nga 60C2 0,57
÷
0,6
5
1,5
÷
2,
0
0,6
÷
0,9
0,035 0,035
≤
0,3
≤
0,2
5
≤
0,2
Trung
quốc
60Si2-
Mn
0,56

÷
0,6
4
1,5
÷
2
0,6
÷
0,9
0,035 0,035
≤
0,3
5
≤
0,3
5
mỹ 9260H 0,55
÷
0,6
5
1,7
÷
2,
2
0,6
5
÷
1,1
nhật
bản

Sup6 0,56
÷
0,6
4
1,5
÷
1,
8
0,7
÷
1,0
0,035 0,035
*nhận xét:
+ về thành phần C thì việt nam, trung quốc,nga giống nhau.còn nhật bản và
mỹ có sự giao động về thành phần C lớn hơn tí chút.
+ về thành phần Si thì nhật bản có hàm lượng thấp hơn việt nam,nga,trung
quốc.con mĩ thì có hàm lượng Si cao hơn chút ít
+ về thành phần Mn thì nhật bản và mỹ có thành phần lớn hơn một
chút so với việt nam,nga và trung quốc
+ về các thành phần vi lượng P vàS như nhau
+ về Cr, Ni việt nam ,nga giống nhau.trung quốc có hàm lượng lớn hơn.mĩ
và nhật bản thi ko có cac nguyên tố ấy
+chỉ có nga là thêm Cu vào hợp kim
*kêt luận :
nhìn chùng thành phần hoá học của những nguyên tố quan trọng kô
thay đôi nhiều giữa các nước.do vậy nó vẫn giữ được những đặc tính cần
thiết.
3
ĐHBKHN Lê Văn Mạnh - CTM8 -
K51

III. vai trò của các nguyên tố hợp kim chính trong thép 60Si2
đối với cơ tính và công nghệ nhiệt luyện

a. ảnh hưởng của C trong 60Si2
Trong thép c là nguyên tố quan trọng nhất (sau sắt )tổ chức và tính chất
của thép chủ yếu là do c quyết định c tồn tại trong thép dưới hai dạng :dung
dịch rắn xen kẽ trong mạng tinh thể Fe
α
ở nhiệt độ thấp và
γ
ở nhiệt độ cao
và dạng liên kết hợp chất xementit .các pha dung dịch rắn có độ dẻo cao , độ
bền thấp.trong khi xêmentit là pha cứng và dòn.sự kết hợp của các pha này
sẽ cho các tổ chức khác nhau của thép úng với từng thành phần và trạng thái
cụ thể .khi lượng c tăng thì lượng xe củng tăng và ngược lại.tổ chức của thép
ỏ trạng thái cân bằng phụ thuộc vào hàm lượng c như sau:
- C<0,8% thép trước cùng tích tổ chức là pherit-peclit
- C= 0,8% thép cùng tích tổ chức là peclit
- C>0,8% thép sau cùng tích tổ chức là peclit-xementỉt
hàm lượng c cũng quyết dịnh đến tính chất của thép

cơtính: ảnh hưởng của hàm lượng c đến cơ tính dã được xác định bằng đồ
thị sau:
4
ĐHBKHN Lê Văn Mạnh - CTM8 -
K51
Thép 60Si2 thuộc nhóm thép có hàm lượng cacbon trung bình 0,6% c có độ
bền, độ cứng, độ dẻo, độ dai cao , có hiệu quả tôi + ram tốt.
b. ảnh hưởng của các nguyên tố khác
- silic: là nguyên tố quan trọng thứ 2 sau cacbon .silic có tác dụng làm

tăng độ thấm tôi cho vật liệu ở mức độ trung bình hệ số thấm tôi là 1,7.Si
làm tằng tính ổn định ram cho 60Si2 .nó còn có tác dụng chống ôxi hoá cho
thép ở nhiệt độ cao.rất phù hợp với điều kiện làm viêưc của lò xo supap.tính
chất quan trọng nhất là Si có tác dụng tằng tính dàn hồi cho thép.tuy nhiên
Si là nguyên tố không tạo các bít và có xu hướng làm thoát cacbon trong
thép .khi nhiệt luyện cần chú ý biện pháp tránh thoát cacbon trong thép
- Crôm: trong thép crom liên kết với cacbon tạo các bít phức tạp dễ hoà
tan vào autenit khi nung lên trên 900 c .Cr có tác dụng tăng hệ số thấm tôi
lên 3,2.do tạo các loại cacbit phân tán nhỏ mịn nên Cr có tác dụng chống
ram,nâng cao độ bền nóng cho thép.nó làm tăng khả năng chống mài mòn
cho thép.
- niken :niken là nguyên tố không tạo cacbit niken được hợp kim hoá cho
thép mục đích làm tăng độ bền độ dai cho ferit .Ni ncó tác dụng làm tăng độ
thấm tôi cho thép với hệ số 1,4.Ni còn có tác dụng giữ hạt nhỏ cho thép
thấm cacbon
- Tạp chất có hại: photpho và lưu huỳnh.
Photpho (P) là nguyên tố có khả năng hòa tan vào ferit (tới 1,20% ở hợp
kim thuần Fe-C, còn trong thép giới hạn này giảm đi mạnh) và làm xô lệch
rất mạnh mạng tinh thểpha này làm tăng mạnh tính giòn; khi lượng photpho
vượt quá giới hạn hòa tan nó sẽ tạo nên Fe
3
P cứng và giòn. Do đó photpho là
nguyên tố gây giòn nguội hay bở nguội ( ở nhiệt độ thường ). Chỉ cần có
0,10% P hòa tan, ferit đã trở nên giòn. Song photpho là nguyên tố thiên tích
( phân bố không đều ) rất mạnh nên để tránh giòn lượng photpho trong thép
phải ít hơn 0,050% (để nơi tập trung cao nhất lượng photpho cũng không
vượt quá 0,10% là giới hạn gây ra giòn ).
5
ĐHBKHN Lê Văn Mạnh - CTM8 -
K51

Lưu huỳnh (S), khác với photpho lưu huỳnh hoàn toàn không hòa tan
trong Fe ( cả Fe
α
lẫn Fe
γ
)mà

tạo nên hợp chất FeS. Cùng tinh (Fe + FeS) tạo
thành ở nhiệt độ thấp (988
0
C), kết tinh sau cùng do đó nằm ở biên giới hạt; khi
nung nóng lên để cán, kéo (thường ở 1100
0
C÷1200
0
C) biên giới hạt bị chảy ra
làm thép dễ bị đứt gãy như là thép rất giòn. Hiện tượng này được gọi là giòn
nóng hay bở nóng.
Tuy vậy photpho và lưu huỳnh cũng có mặt lợi, đó là làm tăng khả
năng gia công cắt cho vật liệu vì tổ chức của thép để dễ cắt là phải tạo ra các
pha có tính giòn nhất định làm cho phoi dễ gãy và cũng nhờ đó mà bề mặt
gia công nhẵn, bóng hơn. Muốn vậy ta cho hàm lượng P trong khoảng
0,08÷0,15%, còn lưu huỳnh trong khoảng 0,15÷0,35%.Song để tránh ảnh
hưởng có hại của lưu huỳnh, lượng Mn trong thưp phải ở giới hạn trên,
0.80÷1,00%. Khi đưa Mn vào, do ái lực với lưu huỳnh mạnh hơn Fe nên
thay vì tạo FeS mà tạo nên MnS. Pha này kết tinh ở nhiệt độ cao (1620
0
C),
dứới dạng các hạt nhỏ rời rạc và ở nhiệt độ cao có tính dẻo nhất định nên
không bị chảy hoặc đứt, gãy. MnS có lợi cho gia công cắt vì pha này tương

đối dẻo khi nung nóng và bị kéo dài ra theo phương biến dạng khi cán, nhờ
đó làm giảm tính liên tục và độ bền theo phương vuông goc với thớ, làm
phoi dễ bị gãy vụn. Còn P hòa tan vào ferit nâng cao độ giòn của pha này
nhờ đó dễ tách và làm vụn phoi. Cả MnS lẫn dung dịch rắn của P trong ferit
đều tránh được hiện tượng dính kim loại lên dao cắt, nhờ đó tạo bề mặt nhẵn
bóng. Sự tạo phoi nhu vậy sẽ làm giảm ma sát nâng cao tuổi bền của dụng
cụ. Thép dễ cắt thường có chứa P,S có tính gia công cắt cao gấp đôi so với
thép cacbon cùng loại hay tương đương. Tóm lại, hai nguyên tố P và S vừa
cải thiện tính gia công cắt vừa làm xấu chất lượng thép: giảm độ dai, dộ dẻo,
độ bền theo phương ngang thớ cũng như tình chống ăn mòncủa thép. Do
vậy, cần rất quan tâm đến hàm lượng của hai nguyên tố này nhằm đạt được
cơ tính cũng như tính cắt gọt tốt nhất.
-Tạp chất ngẫu nhiên:
Các tạp chất này đi vào thép qua con đường tái chế sắt thép, gang, hợp
kim phế liệu mà trong đó có một phần là loại chứa các nguyên tố có lợi
(nguyên tố hợp kim). Do vậy ngay trong thép cacbon luyện ra cũng có thể
chứa hàm lượng thấp các nguyên tố sau:
6