Đồ án Xác định chế độ công nghệ và tính chất của vật liệu hệ Cu - Sn - Grafit và Fe - Al2O3 bằng phương pháp Luyện kim bột

phân cấp hạt hay là rây bột để phân cấp. Phân chia kích thước hạt thành từng phần riêng biệt sau đó trộn phối liệu theo tỷ lệ nhất định. Đối với một số kích thước hạt không thích hợp cần phải gia công thêm. Thiết bị phân chia cấp hạt cũng giống như thiết bị phân chia của công nghiệp hóa chất hay tuyển khoáng. 1.3.1.3. Trộn bột Trong công nghiệp luyện kim bột, các chi tiết cần sản xuất ít ở dạng một loại bột riêng biệt mà là tổ hợp của hai hay nhiều cấu tử của hỗn hợp bột. Sự đồng nhất của hỗn hợp bột có ảnh hưởng rất lớn đến cơ lý tính của sản phẩm. Trong thực tế tồn tại hai phương pháp trộn chủ yếu đó là: trộn cơ học và trộn hóa học. + Phương pháp trộn cơ học: Sự đồng đều của hỗn hợp bột ( 2 hay nhiều cấu tử) đóng vai trò quan trọng, nó ảnh hưởng đến tính chất, cơ lý tính của sản phẩm, và quá trình thiêu kết của sản phẩm. Sự đồng đều của hỗn hợp bột phụ thuộc vào nhiều yếu tố: phương pháp trộn, thiết bị trộn, thời gian trộn… + Phương pháp trộn hóa học: Là quá trình kết tủa từ dung dịch kim loại phụ gia lên trên bề mặt của hạt cơ sở. Thông thường người ta sử dụng dung dịch kèm theo sự khuấy trộn với bột kim loại cơ sở. Phương pháp này có sự phân bố đồng đều cao của các cấu tử. Trong thực tế phương pháp này chưa được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ Luyện kim bột vì không đặc trưng. Ngoài ra môi trường trộn cũng có ảnh hưởng khá lớn tới chất lượng của hỗn hợp bột nhận được. Thông thường nguyên công trộn được tiến hành trong môi trường không khí, khí trơ, dung dịch (cồn, dầu, xăng, nước, v.v…). Trong môi trường lỏng bột nhận được không bị Oxi hóa , sự linh động của các hạt lớn và đồng đều nhanh hơn. Mặc dù trộn ướt có nhiều ưu điểm hơn trộn khô nhưng cũng có những nhược điểm là phải sấy bột trong chân không để tránh Oxi hóa bột hay phải sấy ở nhiệt độ thấp. Tùy trường hợp cụ thể mà ta chọn phương pháp trộn bột khác nhau nhằm đảm bảo tính chất của sản phẩm và hiệu quả kinh tế. 1.3.2. Quá trình ép bột kim loại 1.3.2.1. Quy luật chung của quá trình ép Nhiệm vụ của quá trình ép tạo hình là tạo ra các chi tiết có hình thù và kích thước nhất định, đồng thời tạo cho vật ép có độ bền cần thiết để giữ được hình dáng trong khi xử lý những giai đoạn tiếp theo. Mặt khác, vật ép phải đạt được mật độ cần thiết để sau khi thiêu kết chúng có được những cơ, lý tính mong muốn. Độ xít chặt của vật ép đóng vai trò chủ yếu đối với các tính chất quan trọng của chúng đặc biệt là khi tiến hành thiêu kết ở pha rắn. Quá trình ép nguội một chiều trong khuôn kim loại gồm ba nguyên công cơ bản là cho bột vào khuôn, ép mẫu và tháo mẫu ra khỏi khuôn. Có nhiều phương pháp ép tạo hình nhưng phổ biến hơn cả là phương pháp ép nguội một chiều trong khuôn kim loại (hình 2). Theo phương pháp này bột được cho vào khuôn và được ép theo chiều thẳng đứng bằng 2 chày trên và dưới cùng chuyển động theo phương thẳng đứng với bột. Hình 2: Sơ đồ phương pháp nén một chiều Bản chất của quá trình ép là biến dạng thể tích bột xốp bằng cách nén dẫn tới làm giảm thể tích của bột và định hình vật ép có hình dáng và kích thước mong muốn. Thể tích của bột khi ép luôn luôn thay đổi do sự biến dạng của các hạt riêng biệt. Khi tăng lực ép bột không sắp xếp lại được nữa, bột sinh ra phản lực chống lại. Nếu tăng lực ép tiếp, hạt lại biến dạng (đầu tiên ở biên hạt tiếp xúc vài chỗ tiếp xúc với thành khuôn). Nếu vật liệu giòn sự biến dạng làm phá vỡ các điểm tiếp xúc trên bề mặt hạt cứng nếu các hạt cứng sẽ làm bào mòn khuôn. h F Hình 3: Ba giai đoạn của quá trình ép Mật độ Áp lực ép Hình 4: Ảnh hưởng của mật độ lực ép vào quá trình ép Trên hình 3 và 4 ta thấy, ở giai đoạn đầu mật độ vật ép tăng nhanh (phần a) vì ở giai đoạn này bột dịch chuyển tương đối tự do và điền đầy các lỗ trống gần đấy. Đến cuối giai đoạn đầu, các hạt bột hầu như đã được lèn chặt ở mức tối đa (đoạn nằm ngang b). Vì sự cản chống của các hạt bột đối với lực ép rất lớn và mặc dù lực ép tăng nhanh nhưng thể tích của khối bột không bị giảm trong một thời gian nhất định. Chỉ khi nào lực ép vượt quá lực cản chống của vật ép thì lúc đó các hạt bột mới bắt đầu biến dạng và bắt đầu giai đoạn 3 (đoạn c) của quá trình ép. Trong thực tế, quá trình ép hầu như xảy ra đồng thời cả 3 giai đoạn. Một số hạt bắt đầu biến dạng ngay khi lực ép thấp thậm chí cả trong lúc đổ bột vào khuôn, trong lúc đó một số hạt lại dịch chuyển chỉ ở lực nén khá lớn. Dưới áp suất ép, bột có hành vi giống như chất lỏng tức là có chiều hướng chảy về mọi phía. Do đó xuất hiện áp suất ép lên thành khuôn. Nhưng bột khác chất lỏng ở chỗ là chất lỏng thì áp suất phân bố đều ở mọi hướng còn với bột, áp suất phân bố không đều. Lực truyền lên thành khuôn bé hơn so với chiều ép và do đó mật độ trong vật ép sẽ không đồng đều (hình 5). Hình 5: Sự phân bố mật độ trong vật ép Do ma sát giữa thành khuôn và bột nên lực ép sẽ giảm theo chiều cao của mẫu. Ngoài ra trong quá trình ép, các hạt bột bị đàn hồi và biến dạng dẻo, do đó trong vật ép sẽ tích lũy các ứng suất tương đối lớn. Vì vậy sau khi vật ép được lấy ra khỏi khuôn, các ứng suất đần hồi tích lũy trong mẫu ép làm cho mẫu tiếp tục giãn nở ra các phía. Ép với lực ép thấp khi ngắt lực ép, rút chày lên thì không hề có sự giãn nở đàn hồi của mẫu ép. Nếu lực ép tăng cao tới một mức nhất định thì bột mẫu ép sẽ rắn chắc hơn. Lực ép này nhờ bột cũng truyền ra thành khuôn theo hướng ngang và phản lực lại từ thành khuôn cũng bắt đầu ép lên mẫu theo hướng xuyên tâm. Sau khi mẫu đã chắc tới một mức độ nhất định, lực ép lại tăng tiếp tục thì sẽ có sự biến dạng đàn hồi, loại biến dạng có thể hồi phục sau khi ngắt lực ép. Lúc đó khuôn ép cũng giãn nở đàn hồi ở mức độ phụ thuộc vào độ cứng của khuôn. Ở cùng một lực ép, vật liệu bột mịn sẽ có tỷ trọng tươi cao hơn vật liệu thông thường là do các hạt bột mịn có khe trống giữa các hạt nhỏ, bột dễ dàng sắp xếp lại để điền vào khoảng trống đó. Ngoài ra, ở cùng một lực ép và kích thước hạt, bột kim loại và bột gốm có ứng suất hoàn toàn khác nhau. Bột kim loại bị biến dạng dẻo khi ép. Biến dạng dẻo làm cho bột kim loại có tỷ trọng tươi cao hơn so với bột gốm. Vì vậy cần phải nhấn mạnh ở cùng một kích thước hạt của bột kim loại và bột gốm thì bột kim loại có tỷ trọng tươi cao hơn bột gốm mặc dù chúng được ép ở cùng một lực ép. Mẫu ép có tỷ trọng tươi cao thì mẫu thiêu cũng sẽ có tỷ trọng cao. Với bột có tính dẻo lớn thì sự xít chặt xảy ra ngay khi lực ép nhỏ bột coi như là chênh lệch có xu hướng chảy về nhiều hướng. Dưới áp suất ép, bột có hành vi gần giống như chất lỏng tức là có chiều hướng chảy về mọi phía. Do đó xuất hiện áp suất ép lên thành khuôn. Nhưng bột khác chất lỏng ở chỗ là chất lỏng thì áp suất phân bố đều ở mọi hướng còn với bột áp suất phân bố không đều. Lực truyền lên thành khuôn bé hơn so với chiều ép và do đó mật độ trong vật ép sẽ không đồng đều. Do ma sát giữa thành khuôn và bột nên lực ép sẽ giảm theo chiều cao của mẫu. Ngoài ra trong quá trình ép các hạt bột bị đàn hồi và biến dạng dẻo, do đó trong vật ép sẽ tích lũy các ứng suất tương đối lớn. Vì vậy sau khi vật ép được lấy ra khỏi khuôn, các ứng suất đàn hồi tích lũy trong mẫu ép làm cho mẫu ép tiếp tục dãn nở ra các phía. 1.3.2.2. Những dạng phế phẩm xảy ra khi ép Trong thực tế, thường gặp các loại phế phẩm khi ép khi các vết nứt theo mặt cắt ngang hay theo đường kính. Sự xuất hiện các vết nứt là do đẩy vật ép ra khỏi khuôn khi mà hai quá trình đối lập nhau xảy ra: vật ép nở ra, áo khuôn co lại. Sự xuất hiện các vết nứt xảy ra theo ranh giới của sự biến dạng. + Những nhân tố tạo thành phế phẩm: Điều kiện ép dẫn tới giảm độ bền của mẫu do sử dụng bột có bề mặt nhẵn, trọng lượng đong của bột lớn, bột bị oxy hóa, hạt bị biến giòn, chất bôi trơn quá nhiều, v.v… Khi ép áp lực quá lớn Bột có độ cứng cao. Sự phân bố tạp chất hay hỗn hợp các cấu tử bột không đồng đều, không đồng nhất về thành phần hóa học. Lực đẩy mẫu ra khỏi khuôn ép không đồng đều do kết cấu khuôn không hợp lí. Ép các chi tiết quá dày hay quá mỏng. Ở các giai đoạn giao nhau của các chi tiết phức tạp do mật độ không đồng đều của từng chỗ riêng biệt của các chi tiết. Khi xuất hiện phế phẩm cần phải xác định nguyên nhân gây ra và đề ra biện pháp giải quyết cách lựa chọn lực ép thích hợp, thay đổi kích thước hay kết cấu của khuôn khống chế các tính chất công nghệ của bột. Phế phẩm khi ép chỉ cho phép từ 2÷3%. Phế phẩm phải được sử dụng lại như đập nghiền và quay trở lại khâu chuẩn bị vật liệu khi ép. Đôi khi phế phẩm đó quay trở lại khuôn ban đầu. 1.3.2.3. Khuôn ép Khuôn ép bao gồm nhiều chi tiết nhưng có ba chi tiết cơ bản là: áo khuôn, chày trên và chày dưới. Khuôn ép được sử dụng trong công nghiệp gốm kim loại rất đa dạng song cũng có thể chia thành các nhóm khác nhau: khuôn ép tay, khuôn ép tự động, khuôn ép một chiều, khuôn ép hai chiều, khuôn định lượng Ftrọng lượng, khuôn ép theo lớp. Khuôn ép tuy đa dạng nhưng vẫn phải tuân theo các yêu cầu kỹ thuật như: đảm bảo mật độ đồng đều trong toàn bộ vật ép, định hình đúng chi tiết các kích thước, hình dáng xác định, lấy mẫu ép ra khỏi khuôn đơn giản, làm việc phải an toàn và thời gian sử dụng lâu dài. Φ13.1 Φ 18 Φ13.1 Φ13.1 10 68 50 Ñ9 Ñ9 Ñ9 a. Áo khuôn b. Chày trên c. Chày dưới Hình 6: Bộ khuôn ép Khuôn ép nguội được chế tạo từ những loại vật liệu có độ cứng cao như thép hợp kim (độ cứng trên 60 HRC) hoặc hợp kim cứng. Khuôn ép có vai trò quan trọng đối với chất lượng của viên mộc. Do đó khi thiết kế khuôn ép nguội phải đặc biệt chú ý đến mối quan hệ giữa tính chất của đối tượng ép (tính chất của bột) với vật liệu làm khuôn và với lực ép thường sử dụng. Thực chất của việc tạo mẫu ép là thao tác dùng lực ép để nén chặt bột trong khuôn nhằm nhận được các mẫu có kích thước đều nhau không khuyết tật và tỷ trọng các phần trong mẫu đồng đều. Khi ép mẫu cần phải hạn chế dẫn đến khối không đồng đều của mẫu thiêu do đó sản phẩm có thể bị cong vênh hoặc nứt. Dưới tác dụng của lực ép, thể tích ban đầu của bột trong khuôn ép sẽ giảm và hình thành mẫu ép có kích thước và hình dạng như mong muốn. Sự thay đổi thể tích là do sự chuyển dịch và biến dạng của các hạt bột cũng như do quá trình điền đầy các lỗ trống trong thể tích bột sắp xếp ở dạng tự do ban đầu. 1.3.2.4. Máy ép Hiện nay máy ép được sử dụng rất đa dạng bao gồm: máy ép thủy lực, máy ép cơ học, máy ép theo chiều dọc hay theo chiều ngang (máy ép thủy tĩnh), máy ép tự động và máy ép không tự động. Máy ép được dùng trong luyện kim bột phải thỏa mãn những điều kiện: hành trình, tốc độ ép, vận tốc đẩy mẫu ra khỏi khuôn, có thể khống chế được khối lượng bột vào khuôn, chày ép chuyển động mềm, đảm bảo độ bền không bị ảnh hưởng của vật ép, hệ thống bôi trơn đơn giản v.v… Sự lựa chọn máy ép phụ thuộc vào số lượng, chất lượng, hình dáng kích thước sản phẩm ép. Thông thường máy ép trong thực tế hay ứng dụng là máy ép thủy lực. Các phương pháp ép tạo hình: + Ép thủy tĩnh: Bột kim loại được cho vào khuôn dẻo bằng cao su hoặc bằng vật liệu dẻo có hình dáng thích hợp. Khuôn và bột được đóng kín, được ép bằng áp suất thủy tĩnh trong chất lỏng hoặc khí. Người ta nén chất lỏng dưới áp suất có thể đạt đến 500 MPa nhưng thường từ 200 ÷ 300 MPa. Ưu điểm của phương pháp này là tạo ra các sản phẩm có mật độ rất đồng đều. Phương pháp ép thủy tĩnh được áp dụng để tạo hình các chi tiết có hình dáng khác nhau. Người ta tiến hành ép thủy tĩnh trong khuôn ẩm và trong khuôn khô. Phương pháp ép thủy tĩnh trong khuôn ẩm chỉ áp dụng để ép ra các chi tiết lớn có hình dạng tương đối đơn giản do thời gian ép kéo dài, ví dụ như ép các trục, ống, nồi lò lớn. Phương pháp ép thủy tĩnh trong khuôn khô có bộ phận đong bột tự động, đong sơ bộ hoặc đổ trực tiếp bột vào khuôn được phát triển rất mạnh để sản xuất hàng loạt các chi tiết. Hiện nay các máy ép trang bị từ 6 ÷ 8 khuôn làm việc liên tục để sản xuất các chi tiết bằng ceramic hoặc để chế tạo các áo khuôn dùng để ren. Tốc độ có thể đạt được 500 chi tiết trong 1 giờ đối với một khuôn. Phương pháp ép thủy tĩnh còn có ưu điểm là không cần chất kết dính bột và có khả năng ép được các chi tiết có hình dạng tương tự như khi ép 1 chiều trong khuôn khô. Nhược điểm của phương pháp ép thủy tĩnh là không đạt được kích thước chính xác như mong muốn. + Cán bột kim loại: Phương pháp cán bột kim loại được áp dụng để sản xuất trực tiếp các băng, dải kim loại. Bột kim loại liên tục được ép trong 2 trục của máy cán theo hướng nằm ngang, thẳng đứng hoặc nghiêng. Dải kim loại dày 2 ÷ 6 mm sau khi cán được đưa qua lò thiêu kết, sau đó cán lại lần nữa và ủ. Bằng phương pháp này người ta có thể sản xuất được các băng kim loại dạng bán sản phẩm có cấu trúc đồng nhất và có đặc tính, có thể so sánh ngang hoặc cao hơn các băng kim loại được cán từ các thỏi kim loại. Phương pháp cán bột kim loại cho phép chế tạo các băng kim loại bằng đồng, đồng thau, đồng thanh niken và rẻ hơn so với sản xuất bằng phương pháp cổ điển. + Đúc trong khuôn: Bột được đổ trực tiếp vào khuôn hoặc dưới dạng bột nhão dẻo sau đó chúng đóng rắn ngay trong khuôn đó, quá trình polyme hóa hoặc do làm nguội. Bột nhão có thể tạo ra được bằng cách trộn bột trong chất lỏng và sau đó chất lỏng sẽ bị phân ly ngay trước khi tiến hành thiêu kết. Để chế tạo được các vật ép có chất lượng cao ngoài việc nắm các quy luật, các cơ chế xảy ra khi ép chúng ta còn phải tính đến ảnh hưởng của các yếu tố khác như chuẩn bị bột (nghiền, trộn) ảnh hưởng của chất kết dính và kết cấu của khuôn ép. Bột kim loại hay hỗn hợp bột kim loại trước khi ép phải được làm đồng đều thành phần để tạo tính đồng nhất về thành phần trong chi tiết ép sau này. Để làm tăng tính ép của bột kim loại và hợp kim trước khi ép người ta phải cho thêm chất kết dính. Sự có mặt của chất kết dính (parafin, dung dịch cao su – xăng v.v…) làm giảm ma sát giữa các hạt bột kim loại và ma sát giữa bột kim loại và thành khuôn ép giúp cho các hạt bột dịch chuyển dễ dàng, dễ lèn chặt, dẫn đến, đạt mật độ vật ép cao trong quá trình ép tạo hình. 1.4. Thiªu kÕt Sau khi tạo hình bằng các phương pháp khác nhau, sản phẩm bột ép chưa thể sử dụng được vì cơ tính còn thấp, phải tiến hành thiêu kết, tức là nung ở nhiệt độ cao (gần nhiệt độ nóng chảy của cấu tử chính để tạo ra mối liên kết bền vững giữa các hạt, tăng cơ lý tính cho sản phẩm đến các giá trị mong muốn). Thiêu kết là một trong những giai đoạn công nghệ cơ bản và quan trọng của Luyện kim bôt. 1.4.1. Thiêu kết ở pha rắn Nếu như các cấu tử hoàn toàn không hòa tan vào nhau ở trạng thái rắn, nghĩa là có sự tự khuếch tán nguyên tử vào nhau ở trạng thái rắn giữa các hạt bột đồng loại, xóa nhòa biên giới giữa chúng, xảy ra sự kết tinh lại trong từng kim loại riêng biệt. Thiêu kết là quá trình rất phức tạp, trong thời gian thiêu kết xảy ra quá trình giải phóng khí và hơi hấp thụ hoàn nguyên và phân ly các màng oxit, sự vận chuyển khuếch tán của các nguyên tử, hoàn thiện các khuếch tật của mạng tinh thể bột kim loại, tái kết tinh, sự vận chuyển của kim loại qua pha khí và nhiều quá trình khác v.v… Về phía bên ngoài, quá trình thiêu kết xảy ra khi thay đổi kích thước của vật thiêu, phần lớn các trường hợp dẫn tới sự co. Với cơ chế ấy các nhà nghiên cứu lưu ý rất nhiều và làm mọi cách tác dụng tương hỗ của các vật thể kim loại nhỏ có hình cầu, hình giây, v.v… ở nhiệt độ cao khi chúng tiếp xúc bề mặt với nhau. Việc sử dụng vật thể có hình dạng chuẩn thuận tiện cho việc quan sát sự thay đổi hình dáng ở đoạn tiếp xúc phụ thuộc vào thời gian giữ nhiệt của quá trình thiêu kết. 1.4.2. Thiêu kết có sự tham gia của pha lỏng Phần lớn các hợp kim nhận được từ hỗn hợp bột kim loại thì quá trình thiêu kết đều có sự tham gia của pha lỏng, pha này được tạo thành do sự nóng chảy của cấu tử dễ nóng chảy. Trong trường hợp này cơ chế của quá trình thiêu kết phụ thuộc vào đặc tính của giản đồ trạng thái của hệ những kim loại đem thiêu kết. Thiêu kết có sự tham gia của pha lỏng có thể chia ra làm hai loại như sau: + Pha lỏng bị mất đi trong quá trình thiêu kết do nó hòa tan vào pha rắn hay tạo thành khó nóng chảy hơn và quá trình được tiến hành trong pha rắn. + Thiêu kết có sự tham gia của pha lỏng tồn tại đến kết thúc quá trình. Trong cả hai trường hợp pha lỏng được tạo thành phải ít hơn pha rắn, nếu ngược lại thì trong quá trình thiêu kết mẫu sẽ bị biến dạng. Quá trình thiêu kết có sự tham gia của pha lỏng là sự thấm ướt của chất lỏng trên bề mặt của chất rắn. Các kim loại lỏng thấm ướt rất tốt trên bề mặt kim loại sạch và trên bề mặt của các cấu tử phi kim. Nét nổi bật của thiêu kết có sự tham gia của pha lỏng hơn hẳn thiêu kết ở pha rắn là có mật độ lớn hơn. Sự sắp xếp lại các hạt xuất hiện rất rõ trong hệ mà các cấu tử không hòa tan với nhau. Nhìn chung cơ chế của quá trình thiêu kết có pha lỏng phụ thuộc vào bản chất của các cấu tử, và hàm lượng pha lỏng, kích thước hạt rắn khó nóng chảy và độ xốp ban đầu của vật thiêu. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1. Chế tạo mẫu hợp kim Cu-Sn-Cgr 2.1.1. Tổng quan về hệ vật liệu Cu-Sn-Cgr Trong số các kim loại thì Cu, Fe và hợp kim của nó chiếm vị trí quan trọng trong ngành luyện kim bột, để chế tạo bạc xốp tự bôi trơn, các tấm lọc, các loại vật liệu ma sát, vật liệu chống ma sát, các vật liệu kết cấu và chế tạo một số chi tiết máy nhỏ trong các lĩnh vực như máy chụp ảnh, máy quay phim, đồng hồ thiết bị điện và dụng cụ điện… Các loại vật liệu cơ sở Cu - Sn - Grafit là một trong các loại vật liệu đó. Hệ vật liệu này dùng để chế tạo vật liệu ma sát, chống ma sát và bạc xốp tự bôi trơn. Sn có trong thành phần của vật liệu ma sát làm tăng chất lượng ranh giới của các hạt. Cgr để làm chất bôi trơn khô, để tăng hệ số ma sát. + Vật liệu ma sát được sử dụng trong các cơ cấu hãm (phanh), truyền mômen quay. Chúng làm việc trong các điều kiện mài mòn nặng-ở áp suất cao (đến 6MPa), tốc độ trượt lớn và nhiệt độ tức thời tăng đến 10000C. Để thực hiện chức năng của mình, vật liệu ma sát cần có hệ số ma sát cao và ổn định trong khoảng nhiệt độ rộng, có độ hao mòn nhỏ nhất, độ dẫn nhiệt và bền nhiệt cao, khả năng chịu gia công tốt và đủ độ bền. Các vật liệu thiêu kết kim loại và phi kim đa nguyên thỏa mãn được các đòi hỏi đó. Chúng được sản xuất ở dạng tấm hoặc đệm gắn với các chi tiết bằng thép, ví dụ các đĩa ma sát. + Vật liệu chống ma sát được để làm các ổ trượt sử dụng rộng rãi trong các máy công nghiệp và dụng cụ hiện đại nhờ độ bền vững với rung động, làm việc không ồn, kích thước không lớn tính năng làm việc chủ yếu của vật liệu làm ổ trượt là tính chống ma sát và chống mỏi. Chống ma sát là khả năng vật liệu tạo ra hệ số ma sát trượt nhỏ và do đó tổn hao cho ma sát nhỏ cũng như tốc độ hao mòn thấp đối với các chi tiết tham gia ma sát là trục thép hoặc gang. Tính chống ma sát được tạo ra bởi các tính chất sau của vật liệu ổ trượt: 1) độ dẫn nhiệt cao; 2) Tính thấm các chất bôi trơn tốt; 3) khả năng tạo các màng bảo vệ trên bề mặt kim loại mềm; 4) tính chịu gia công tốt, dựa vào khả năng của vật liệu khi ma sát dễ biến dạng dẻo và tăng diện tích tiếp xúc thực tế, làm giảm áp suất cục bộ và nhiệt độ trên bề mặt ổ trượt. Tiêu chuẩn đánh giá vật liệu ổ trượt là hệ số ma sát với đặc tính tải tốc độ cho phép: áp suất (p) tác động lên điểm tựa, tốc độ trượt (v) …, thông số p, v xác định công suất ma sát riêng phần. Trị số cho phép của thông số pv càng lớn nếu khả năng giảm năng vật liệu giảm nhiệt độ nung và mức độ tải của chỗ tiếp xúc càng nhiều mà vẫn giữ nguyên độ bôi trơn biên giới. Đối với ổ trượt người ta sử dụng các vật liệu kim loại , phi kim loại vật liệu kết hợp và khoáng vật (đá quý và bán quý). Việc lựa chọn vật liệu phụ thuộc vào chế độ bôi trơn và các điều kiên làm việc của ổ trục. + Vật liệu kim loại Chúng được dùng để làm việc khi có ma sát ướt, đó là sự tổng hợp các điều kiện làm việc thực tế và chế độ biên giới. Do nung nóng mà lớp màng dầu có thể bị hỏng. Tính cách làm việc của vật liệu trong giai đoạn làm việc này phụ thuộc vào sợ chống bám dính của nó. Hợp kim nào có thành phần tổ chức mềm thì sẽ có tính chất tốt. + Bạc xốp tự bôi trơn - Bạc xốp tự bôi trơn có 2 dạng là bôi trơn khô và bôi trơn ướt. Đối với loại bạc bôi trơn khô, chất bôi trơn thường dùng là C ở dạng grafit. Trong khi đó chất bôi trơn thường dùng trong bạc tự bôi trơn ướt là dầu nhờn nằm trong các lỗ xốp của bạc. Bạc xốp tự bôi trơn loại brông thiếc: Bạc xốp brông thiếc(10%Sn) sau khi tẩm dầu trong chân không ở 700C, có thể làm việc suốt cả cuộc đời máy mà không phải cho thêm dầu mỡ. Khi trục quay,có sự ma sát làm bạc nóng lên, dầu sẽ tiết ra các rỗ xốp, tạo ra sự bôi trơn tốt, trục quay êm theo kiểu cân bằng thuỷ động. Khi trục ngừng quay, nhiệt độ hạ xuống và dầu lại được hút trở lại các rỗ xốp. Phạm vi ứng dụng ngày càng được mở rộng, từ các thiết bị nhỏ trong nhà(quạt, máy hút bụi, tủ lạnh, …) cho tới các công nghiệp sản xuất xe gắn máy, ôtô,… vì chúng rẻ, lắp đặt dễ dàng, làm việc ổn định, chắc chắn và không ồn. Bạc xốp tự bôi trơn loại trên cơ sở sắt thép: Sự bôi trơn dạng này có thể tương đương loại brông thiếc nhưng chịu được tải cao hơn, dùng trong động cơ ôtô, khi khởi động máy không bị kẹt ngay cả khi trời băng giá. Bạc xốp tự bôi trơn lại trên cơ sở hợp kim Al : Loại bạc này có ưu điểm là nhẹ, nguyên liệu rẻ (so với brông thiếc), nhưng giá thành sản xuất lại cao h¬n (vì công nghệ chế tạo phức tạp hơn), khả năng chịu tải kém hơn, do vậy cũng hạn chế sử dụng. Chúng được thay thế cho các bạc trên cơ sở nhựa hữu cơ. 2.1.2. Nguyên liệu Nguyên liệu cơ bản dùng cho công nghệ chế tạo . - Bột Cu: Thông thường sản xuất bằng phương pháp điện phân dung dịch CuSO4. Chính vì vậy bột Cu nhận được có khuyết tật và điều này dẫn đến Cu đảm bảo sự phân bố đồng đều lỗ xốp và tính ép của bột tốt. Những loại bột dạng trụ, dạng cầu nhận được bằng phương pháp phun kim loại nóng chảy không có tính ép tốt. Vì vậy chúng em chọn bột Cu chế tạo bằng phương pháp điện phân có thành phần < 0,006 μm để tiến hành quá trình thí nghiệm B¶ng 1: Thµnh phÇn hãa häc cña bét Cu Nguyªn tè Cu Fe S C¸c chÊt kh¸c Thµnh phÇn (%) 99,8 0,005 0,005 0,01 Bột Cgr: Là biến thể đa hình của cácbon, màu đen, mềm, sờ trơn tay và có bề mặt cát khai rất hoàn toàn. Cgr có cấu trúc đối xứng hệ 6 phương và có cấu tạo lớp rất điển hình. Sự liên kết giữa các lớp rất nhỏ, trong khi lực liên kết trong rất lớn và đây chính là nguyên nhân gây nên hiện tượng trượt của các lớp grafit khi có sự tác dụng nhẹ từ ngoại lực, điều này quyết định sự bôi trơn (hay làm mát) của nó tới vật. Bột grafit sử dụng có kích thước hạt 70 mm. Bột Sn: Được sản xuất bằng phương pháp phun kim loại nóng chảy với kích thước 50 ¸ 60 mm. Bảng 2: Thành phần hóa học của bột Sn Nguyªn tè Sn Pb S C¸c chất khác Thµnh phÇn (%) 98.8 0,5 0.2 0,5 2.1.3. Chế tạo mẫu Trén Ép thiêu kết Kiểm tra sản phẩm Độ bền nén Tỷ trọng Độ xốp Bột Sn Bột Cu Bột Grafit H×nh 7: S¬ ®å c«ng nghÖ chÕ t¹o hÖ vËt liÖu Cu-Sn-Grafit Hỗn hợp Cu-Sn-Cgr được trộn bằng máy trộn bi tang sứ (hình 8), tỉ lệ bi-bột được tính và chọn thích hợp nhằm đảm bảo các yếu tố như không gian cần thiết cho bi chuyển động, khối lượng bi vừa đủ để có thể truyền năng lượng hiệu quả nhất cho bột, và nhất là phải đảm bảo cho năng lượng được truyền tối đa trong khi nhiệt độ của hệ phải được ổn định. Vì vậy tốc độ quay 250 vòng/phút, thời gian trộn 2h Hình 8: Máy trộn bi tang sứ Bột hợp kim sau trộn sẽ được kết khối bằng kĩ thuật luyện kim bột. Quá trình tạo khối hợp kim bao gồm: ép tạo hình và thiêu kết. Quá trình ép bột được thực hiện trên máy ép thuỷ lực (hình 9a) với lực ép tối đa là 10 tấn. Khuôn ép hình trụ có kích thước như trên hình 9b, được làm bằng thép hợp kim và sau nhiệt luyện đạt độ cứng 62 HRC. Φ 13 Φ 18 Φ 13 Φ 13 10 68 50 Ñ9 Ñ9 Ñ9 a. Áo khuôn b. Chày trên c. Chày dưới (a) (b) Hình 9: Máy ép thuỷ lực (a) và bộ khuôn ép (b) Mẫu sau khi được ép sẽ kiểm tra khuyết tật sau đó cho vào lò thiêu kết.Quy trình thiêu kết hệ vật liệu bột Cu-Sn-Cgr được nêu ở hình 10, quá trình thiêu kết được thực hiện trong lò LN-1300, nhiệt độ cao nhất đạt được là 13000C (hình 10). Qu¸ tr×nh thiªu kÕt ë ®©y gåm nhiÒu cÊu tö, v× thÕ em chän chÕ ®é thiªu kÕt theo bËc. t(h) T0C 800 232 0 420 1h 2h 1h H×nh 10: ThiÕt bÞ thiªu kÕt Cùng lò Hình 11: Quy trình thiêu kết của vật liệu hệ Cu-Sn –Cgr 2.2. Chế tạo mẫu hợp kim Fe - Al2O3 2.2.1.Tổng quan về hệ Fe - Al2O3 Đây là một vật liệu phức hợp chứa các thành phần khác nhau về tính chất không hòa tan vào nhau, phân cách nhau bằng một ranh giới pha rõ rệt và khi có sự can thiệp kỹ thuật của con người theo những sơ đồ thiết kế trước nhằm tận dụng những tính chất ưu việt của từng pha trong vật liệu này. Vật liệu này phát huy được những tính chất ưu việt của các cấu tử thành phần, đồng thời còn giảm và khắc phục những điểm yếu kém của các cấu tử này chính vì vậy hệ này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống. + Chế tạo các thiết bị máy móc chịu được nhiệt độ > 200oC + Chế tạo các vật liệu chịu va đập, vật liệu có độ bền cao + Chế tạo các vật liệu kết cấu, dùng để chế tạo các chi tiết máy móc, dụng cụ, các kết cấu kỹ thuật chịu tải cơ học. Các chi tiết máy và dụng cụ được đặc trưng bởi sự đa dạng về hình dáng, kích thước và