Tiểu luận Giới thiệu về công dụng và thành phần của vật liệu kim loại đã được chế tạo và sản xuất thành sản phẩm bích

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Trong xã hội loài người (từ thời công xã nguyên thủy) đã biết sử dụng và vận dụng những vật liệu sẵn có trong tự nhiên để đưa vào áp dụng vào cuộc sống, nhiều loại vật liệu khác nhau với nhiều tính năng khác nhau: như đồ đá, đồ đồng,… và trải qua bao thế kỷ với sự phát triển của khoa học kỹ thuật con người chế tạo ra những vật liệu mới: composit, polyme, kim loại có công dụng cao. Ngày nay trong các ngành cơ khí, các ngành công nghiệp nặng và trong cuộc sống, thì yêu cầu cơ tính của các vật liệu phải có nhiều tính chất khác nhau, những yêu cầu này luôn đảm bảo và đáp ứng nhu cầu của con người trong lĩnh vực sản xuất kết cấu công trình hay những dụng cụ đơn giản và đó chính là kim loại, sắt, thép. Kim loại được sử dụng phổ biến và không thể thiếu trong các lĩnh vực công nghiệp hiện nay. Vật liệu này được ứng dụng vào trong sản xuất cuộc sống, nó đóng góp và mang lại nhiều thành tựu về kết cấu xây dựng, và là vật liệu không thể thiếu trong ngành tàu biển như ống thép, bình nối, vỏ tàu… Trong bài tiểu luận này cũng không nằm ngoài mục đích đó là giới thiệu về công dụng và thành phần của vật liệu kim loại đã được chế tạo và sản xuất thành sản phẩm đó chính là bích. TÊN SẢN PHẨM BÍCH NỐI ỐNG NƯỚC CỦA TÀU THỦY BÍCH 5K100A Từ xưa để đưa được nguồn nước từ đầu nguồn những con sông, suối về nơi sinh hoạt, con người đã biết vận dụng tre, nứa tạo thành những hệ thống dẫn nước liên hoàn. Ngày nay với xã hội phát triển thì những vật dụng thô sơ đó được thay thế bằng những ống: thép, sắt, nhựa và ống gỗ, thủy tinh… chúng được sử dụng trong cuộc sống và trong sản xuất, nhưng để có thể lắp ghép được thuận tiện người ta đã sử dụng các phương pháp hàn nối, khớp nối, ống nối để tạo ra một hệ thống dài thẳng, hoặc quanh co theo ý muốn để có thể đạt được yêu cầu về mặt khoa học kỹ thuật. Trong số đó các vật dụng, thiết bị nối thì bích nối là thiết bị vật tư được sử dụng nhiều và là thiết bị không thể thiếu trong các hệ thống ống của ngành công nghiệp đóng mới và sửa chữa tàu biển. Bích nối là thiết bị vật tư được sử dụng cho các đường ống, hệ thống máy móc như máy bơm, chúng được dùng để nối ghép các chi tiết lại với nhau được dễ dàng thông qua sự tiếp xúc và sự liên kết bằng bu lông đai ốc (sau khi đã được hàn vào một đầu ống). Bích nối là thiết bị quan trọng trong hệ thống đường ống và các chi tiết máy móc khác vì vậy chế tạo thiết bị bích nối đòi hỏi phải đảm bảo yêu cầu: + Độ bền + Độ cứng + Độ dai Do vậy ta phải chọn vật liệu thép để chế tạo bích nối phù hợp với các yêu cầu trên. Thép là hợp kim có thành phần chính là Fe và các bon (c=0,02%-2,06%) theo trọng lượng và một số nguyên tố hóa học khác. Chúng làm tăng độ cứng, hạn chế sự di chuyển của nguyên tử sắt trong cấu trúc tinh thể dưới tác động của nhiều nguyên nhân khác nhau, số lượng khác nhau của nguyên tố và tỷ lệ của chúng trong thép nhằm mục đíhc kiểm soát các mục tiêu chất lượng như độ cứng, cường lực kéo…v.v….. Điều kiện làm việc - Bích nối làm việc chịu áp lực bên ngoài, bên trong - Mặt tiếp xúc bị mài mòn - Chịu lực kéo Do vậy để đảm bảo yêu cầu trên ta chọn mác thép sau * Chọn thép chế tạo bích Chế tạo bích có nhiều loại thép để chọn nhưng phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, thành phần hóa học, cơ tính và tính kinh tế Thép thấm các bon 25 CrMnMo Thành phần hóa học của thép 25 CrMnMo gồm %C = 0,23-0,29 %Cr = 0,90-1,20 %Mn = 0,90-1,20 %Mo = 0,20-0,30 Kí hiệu của thép theo tiêu chuẩn Việt Nam và các nước khác Tiêu chuẩn Mác thép TCVN-VN 25CrMnMo OT-NGA 25TM TRUNG QUỐC 25CrMnMo Lựa chọn vật liệu thay thế: Ta có thể lựa chọn vật liệu thay thế thép trên với những thành phần hóa học và cơ tính tương đương, mà vẫn đảm bảo các yêu cầu đề ra: Thép 25CrMnTi: thành phần hóa học của thép là: %C = 0,22-0,29 %Cr = 1,00-1,30 %Mn = 0,80-1,00 %Ti = 0,03-0,09 Việc sử dụng thép có hàm lượng Cr=0,90-1,20% để cải thiện tính tôi và nâng cao độ thấm tôi nhưng thép này thường bị giòn ram loại II khi ta tôi ở nhiệt độ khoảng 500-600oC sau khi làm nguội chậm. Nhưng với việc hàm lượng Mn, Mo trong thép sẽ hạn chế được nhược điểm này kết hợp với phương pháp làm nguội nhanh khi tôi. Ứng dụng: Hiện nay bích nối được sử dụng để nối ống trong các công trình thủy điện, nối các đường ống dẫn nước, các đầu của máy móc. Đặc biệt được sử dụng rất nhiều trong ngành công nghiệp nặng và là thiết bị không thể thiếu trong công việc đóng mới tàu thủy. Trong ngành tàu biển, bích được dùng để nối các ống lại với nhau nhờ vào phương pháp hàn và sự liên kết của bu lông đai ốc: bích được dùng nối ống nước, ống dầu, ống khí .v.v… được sử dụng nối các ống quanh co, phức tạp mà nếu không có thiết bị này sẽ rất khó khăn cho việc lắp ráp, chẳng hạn như các vị trí trong tang dầu, dưới tăng nước, trong các máy móc. - Bích được sử dụng nối ống ở mọi vị trí, ngoài trời, trên cạn cũng như dưới nước và trong các môi trường hóa chất. - Bích được thích nghi với mọi yếu tố tác động từ bên ngoài mà chất lượng vẫn đảm bảo như trong môi trường dầu, môi trường hóa chất, nước, khí…v.v… * PHÂN LOẠI Bích nối có nhiều loại được sử dụng cho các hệ thống ống, máy, van… + Bích cổ dài + Bích nối cổ ngắn + Bích có gờ + Bích không có gờ + Bích nối đơn + Bích bằng mặt (không có gờ) Tương đương với mỗi loại bích có kích thước đường kính và áp lực làm việc cũng khác nhau: 5k, 10k, 16k, 20k, 30k 5k100 10k100 16k100 … Ở đây với ống nước ngọt của tàu thủy ta chỉ xét đến bích 5k100 áp lực 5k/cm3 và loại bích này là bích bằng không có gờ - Với các loại bích 5k100 được dùng sử dụng lắp ghép cho ống nước áp lực thấp nhưng vẫn luôn bảo đảm chất lượng và yêu cầu kỹ thuật. * CẤU TẠO SẢN PHẨM * Cấu tạo của mặt bích 5k100 Bích có tiết diện hình tròn Chiều dày bích t = 16 Đường kính ngoài: 200 Đường kính trong: 114,5 Bích có 8 lỗ đường kính: 19 * PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO (CÁCH TẠO RA SẢN PHẨM) BÍCH 5K100 - Bích nối là thiết bị đòi hỏi độ chính xác cao vì vậy bích được chế tạo trên nhiều công đoạn và được sản xuất chế tạo theo phương pháp: + Phương pháp đúc thép bằng công nghệ máy móc thiết bị hiện đại + Phương pháp gia công Hiện nay có nhiều bích theo tiêu chuẩn khác nhau tùy thuộc vào từng nước. Nhưng phổ biến và được sử dụng nhiều là bích nối của Hàn Quốc và Nhật Bản. Bích được chế tạo và gia công theo tiêu chuẩn Size Thông số kỹ thuật tiêu chuẩn mặt bích 5k100 (KS, TIS) Hàn Quốc Inch Mm Đường kính ngoài Tâm lỗ Đường kính lỗ bu lông Độ dày Số lỗ Trọng lượng (kg) 4 114,3 200 115 19 16 8 3,5 - Với các tiêu chuẩn trên thì trước hết để chế tạo được bích ta phải cắt thép với đường kính ngoài 205 và đường kính trong 115 Xác định khoảng cách tâm lỗ: 165 (đối xứng qua tâm) Đường kính lỗ: 19 Số lỗ : 8 * Với các thông số trên sau khi cắt trên máy cắt CNC tới công đoạn tiện bớt phần dư cho đúng tiêu chuẩn OD = 200 ID = 114,3 Việc xác định kích thước dư để sau khi cắt ta tiện bớt, bởi vì cắt tiện máy thì đường kính ngoài và đường kính trong không được phẳng và láng bóng, độ nhám cũng chưa đạt được. Khoan lỗ là công đoạn cuối của mặt bích, ta khoan lần lượt từng lỗ với đường kính 19 mm * HÓA BỀN VÀ NHIỆT LUYỆN - Là phương pháp biến dạng lớp bề mặt của thép có kèm theo thay đổi thành phần hóa học ở bề mặt rồi nhiệt luyện tiếp theo để cải thiện hơn nữa tính chất của vật liệu làm cho mạng tinh thể bị xô lệch không bị biến dạng cứng, độ bền độ cứng tăng. - Chi tiết được nhiệt luyện có độ cứng bề mặt cao nhưng trong chi tiết vẫn giữ nguyên được tính dẽo, tính chống ăn mòn. Với phương pháp này ta có thể nhiệt luyện được chi tiết bằng cách thấm cac bon, niken lúc đó các chất thấm vào bề mặt và đi sâu vào bên trong để tạo nên lớp thấm với chiều sâu nhất định * Nhiệt luyện Là phương pháp nung nóng thép đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt một thời gian thích hợp sau đó làm nguội với tốc độ xác định để nhận được tổ chức Nhiệt luyện làm cho thép thay đổi cấu trúc cũng có khi làm thay đổi thành phần hóa học, cơ tính của vật liệu Mục đích của nung nóng và giữ nhiệt để tạo nên autenis hạt nhỏ, sự chuyển biến này quyết định cơ tính của thép khi làm việc hay gia công. * CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA BÍCH NỐI 5K100H Bích nối là thiết bị vật tư quan trọng của hệ thống ống vì vậy chất lượng và các yêu cầu kỹ thuật phải đúng tiêu chuẩn đã đề ra, để đảm bảo an toàn trong sản xuất cũng như sử dụng và đưa vào hoạt động. - Kiểm tra đường kính bên ngoài: Khi chế tạo bích nối thì đường kính ngoài phải đúng kích thước OD=200mm Ta có thể sử dụng thước đo để kiểm tra. - Đường kính trong 114,3mm khi chế tạo gia công thì đường kính lỗ trong phải chính xác để có thể lắp ống lọt qua bích dung sau của đường kính trong 1-2mm, như vậy khi gá bích vào ống mới dễ dàng. - Mặt bích là điểm tiếp xúc quan trọng yêu cầu của mặt bích phải: Phẳng Không trầy xước Bích không được cong, vênh Không lồi lõm - Kiểm tra bên trong + Phương pháp vật lý được áp dụng để kiểm tra trong bích cũng như bề mặt mà không ảnh hưởng đến cơ tính của vật liệu + Khi hàn ống vào bích ta có thể sử dụng phương pháp này để kiểm tra các khuyết tật như: Nứt Rỗ khí Ngâm xỉ Không ngấu trong mối hàn + Phương pháp này được chia thành các cách sau để phát hiện khuyết tật bên trong Chụp ảnh phóng xạ Siêu âm Chụp x ray Ngoài các phương pháp trên ta có thể kiểm tra khuyết tật bề mặt bằng cáhc Thẩm thấu chất lỏng Kiểm tra bột từ Kiểm tra bằng hóa chất * CHỐNG ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ BÍCH NỐI: - Ăn mòn là phản ứng không thuật nghịch xảy ra trên bề mặt tiếp xúc pha giữa vật liệu và môi trường, ăn mòn làm phá hủy vật liệu hoặc hòa tan một cấu tử của môi trường vào vật liệu dẫn đến sự phá hủy và làm giảm cơ tính của vật liệu. - Ăn mòn xảy ra ở mọi nơi, ăn mòn trong nước ngọt, mặn, đất, khí quyển, dung dịch hóa chất … - Vật liệu ăn mòn trong không khí như O2, S2 - Ăn mòn thì không thể ngăn chặn hay tránh được mà ta phải khống chế để hạn chế sự ăn mòn để nâng cao được tuổi thọ của vật liệu. - Sử dụng vật liệu kéo dài tuổi thọ nâng cao cơ tính để đạt được những yêu cầu đó phải phụ thuộc vào vấn đề: Thiết kế Chế tạo Sử dụng Ăn mòn đóng vai trò quan trọng đối với những vấn đề trên. Chống ăn mòn phải trải qua một quá trình nghiêm ngặt để bảo vệ tuổi thọ của vật liệu, do vậy để chống lại ăn mòn và hạn chế nó ta có thể sử dụng Sơn bảo vệ bích nối Chọn vật liệu Bảo vệ anot hoặc catot Thay đổi thiết kế - Với bích nối thì hiện nay chủ yếu là sử dụng sơn chống gỉ để bảo vệ tác động của môi trường - Bích nối có thể mạ kẽm thời gian sử dụng lâu hơn và tuổi thọ lâu hơn + Phương pháp xử lý bề mặt: với bề mặt tiếp xúc ta có thể làm biến đổi tính chất bề mặt của bích làm cho bích có cơ tính cao hơn. * GIẢI QUYẾT RÁC THẢI SAU SỬ DỤNG Trong quá trình chế tạo bích nối: rác thải sản xuất luôn là vấn đề nhứt nhối với toàn xã hội nhất là trong quá trình đô thị hóa công nghiệp hóa đang diễn ra nhanh chóng. Việc đưa công nghệ sử dụng rác thải sau sử dụng cần được giải quyết triệt để, tận dụng những cái có thể sử dụng được vào công việc khác, mục đích khác. - Việc tính toán giải quyết vấn đề này đòi hỏi một cách khoa học nhằm nâng cao được hiệu quả, tình hình kinh tế trong sản xuất, hạn chế được thất thoát tổn hao vật tư. - Trong quá trình chế tạo gia công bích với các công đoạn cắt, tiện, khoan sẽ tạo ra các phôi dư thừa, với các phôi nhỏ ta có thể đưa đến các nhà máy để tái chế lại. - Với các phôi lớn như đường kính trong của bích là 5k100 ta cắt đường kính trong để đút ống qua là 114,3 thì đường kính này ta có thể tận dụng làm những bích nhỏ hơn như bích: 5k80,5k65,5k40,5k32,5k25,5k15… - Rác thải được xử lý, tận dụng triệt để sẽ mang lại hiệu quả cao trong sản xuất của nhà máy, nói riêng, cũng như xã hội nói chung. - Khi sản xuất khói, bụi gây ô nhiễm không khí bầu khí quyển nóng lên của trái đất, cho nên ta phải xử lý phù hợp tùy vào từng quá trình để tránh gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến cuộc sống. * ĐỀ XUẤT: Việc lựa chọn vật liệu để chế tạo các sản phẩm cơ khí phục vụ cho con người mang lại sự phát triển kinh tế xã hội. - Nhưng phải tuân theo một quy định là phải đảm bảo an toàn, bảo vệ môi trường. - Không làm ô nhiễm môi trường, không khí, nguồn nước, đất đai… - Giảm tiếng ồn theo đúng quy trình và tiêu chuẩn đã được quy định. - Tính công nghệ: trong quá trình chế tạo, cho phép ta thực hiện được những cơ tính tối ưu để đạt được những tính chất như mong muốn về cơ, lý, hóa… + Đúc + Khả năng xử nhiệt: lý – hóa, nhiệt luyện + Cắt gọt + Khả năng biến dạng nguội * Tính kinh tế: Cần lựa chọn vật liệu một cách khoa học, chính xác, phù hợp với tình hình sản xuất, giá thành vừa phải, nhưng phải đáp ứng được các yêu cầu: + Tuổi thọ cao + Cơ tính cao + Trọng lượng nhỏ + Độ bền KẾT LUẬN Bài tiểu luận môn Vật liệu kỹ thuật là lần đầu em làm trong quá trình học tập, cũng như một số kinh nghiệm trong quá trình làm việc. Vì vậy, chắc còn nhiều thiếu sót và có nhiều nhược điểm. Vì vậy em mong sự góp ý và chỉnh sửa của thầy để em có thể hoàn thiện tốt hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy!