Vật liệu kim loại ( Hoàng Văn Vương ) - Chương 4. Nhiệt luyện thép potx

09/2010
1
Chương 4. Nhiệt luyện thép
Chương 3. Hợp kim và giản đồ pha
4.1 Khái niệm về nhiệt luyện thép
4.2 Các tổ chức đạt được khi nung nóng
và làm nguội thép
4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.4. Hóa bền vật liệu kim loại
09/2010
2
4.1 Khái niệm về nhiệt luyện thép
4.1.1 Sơ đồ nhiệt luyện thép
a) Định nghĩa: Nhiệt luyện thép là nung nóng thép đến nhiệt độ xác
định, giữ nhiệt và làm nguội với tốc độ thích hợp để thay đổi tổ chức
→ biến đổi tính chất theo yêu cầu
Đặc điểm:
- Không làm nóng chảy, biến dạng chi tiết
- Đánh giá bằng kết quả biến đổi tổ chức tế
vi và cơ tính
b) Các yếu tố đặc trưng
- Các thông số chính:
+Nhiệt độ nung, T
+Thời gian giữ nhiệt, τ
gn
+Tốc độ nguội, V
ng
- Các chỉ tiêu đánh giá kết quả
+Tổ chức tế vi (cấu tạo pha,
chiều sâu lớp hóa bền…)
+ Độ cứng, độ bền, độ dẻo, độ dai

+ Độ cong vênh biến dạng
4.1 Khái niệm về nhiệt luyện thép
4.1.1 Sơ đồ nhiệt luyện thép
c) Phân loại nhiệt luyện thép:
- Nhiệt luyện: chỉ dùng tác động nhiệt làm thay đổi tổ
chức, tính chất, bao gồm: ủ, thường hóa, tôi + ram
- Hóa nhiệt luyện: kết hợp thấm các nguyên tố làm thay
đổi thành phần hóa học lớp bề mặt và nhiệt luyện, cải
thiện cơ tính: thấm C, C-N, Al, Co, B…
- Cơ nhiệt luyện: k
ết hợp biến dạng dẻo ở trạng thái
austenit và nhiệt luyện tạo tổ chức nhỏ mịn, cơ tính tổng
hợp cao nhất
4.1.2 Vai trò của nhiệt luyện trong sản xuất cơ khí
-Tăng độ cứng, tính chóng mài mòn và độ bền của thép:
tăng tuổi thọ, giảm kích thước, khối lượng kết cấu
-Cải thiện tính công nghệ: nhiệt luyện sơ bộ tạo cơ tính
phù hợp với điều kiện gia công
09/2010
3
4.2 Các tổ chức đạt được khi nung nóng và làm nguội
4.2.1 Chuyển biến khi nung nóng – sự tạo thành austenit
Dựa vào GĐP Fe-Fe
3
C:
-T < Ac
1
: không có chuyển biến gì
-T = Ac
2

: chuyển biến P →γ
[Fe
α
+ Xe]
0,8%C
→ Fe
γ
(C)
0,8%C
- Trên đường GSE: tổ chức một pha γ
Đặc điểm chuyển biến P →γ
-V
nung
lớn : T
nung
cao
-T
nung
cao: τ
cb
ngắn
-V
2
> V
1
: T bắt đầu và kết thúc
chuyển biến cao hơn, thời gian
chuyển biến ngắn hơn
4.2 Các tổ chức đạt được khi nung nóng và làm nguội
4.2.1 Chuyển biến khi nung nóng – sự tạo thành austenit

Kích thước hạt austenit: Hạt austenit tạo thành càng nhỏ → các tổ
chức nhận được sau khi nguội càng nhỏ mịn với cơ tính cao hơn
Cơ chế chuyển biển P →γ
-Tạo mầm (mầm được sinh ra trên biên giới pha F và Xe
- Phát triển mầm như trong kết tinh
Chế chuyển biển P →γlàm nhỏ hạt thép
09/2010
4
4.2 Các tổ chức đạt được khi nung nóng và làm nguội
4.2.1 Chuyển biến khi nung nóng – sự tạo thành austenit
Kích thước hạt austenit phụ thuộc vào:
- Kích thước tổ chức P ban đầu
-Tăng V
nung
: hạt nhỏ
-Tăng T
nung
: hạt lớn
-Tăng τ
gn
: hạt lớn
-Bản chất của thép: bản chất hạt nhỏ,
bản chất hạt lớn
4.2.2 Mục đích của giữ nhiệt:
- Làm đồng đều nhiệt độ trên toàn bộ tiết diện
- Để chuyển biến xảy ra hoàn toàn
- Làm đồng đều thành phần hóa học của austenit
4.2 Các tổ chức đạt được khi nung nóng và làm nguội
4.2.3 Các chuyển biến xảy ra khi nguội chậm austenit
a) Chuyển biến đẳng nhiệt A quá nguội

Giản đồ T-T-T của thép cùng tích
[1]: aunstenit ổn định, [2]: austenit quá nguội
[3]: austenit đang chuyển biến
[4]: Hỗn hợp F+Xe, [5]: mactenxit + γ
dư
- Chuyển biến đẳng nhiệt austenit quá nguội:
+ T = 700
0
C: Peclit, 10-15HRC
+ T = 650
0
C: Xoocbit, 25-35HRC
+ T = 500-600
0
C: Trôxtit, 40HRC
+ T = 250-450
0
C: Bainit, 50-55HRC
- Đặc điểm:
+ P, X, T, B có bản chất giống nhau là hỗn hợp
cơ học cùng tích của ferit và xemantit tấm: độ
quá nguội tăng, số lượng mầm tăng, tấm càng
nhỏ mịn, độ cứng càng cao
+Nguội đẳng nhiệt nhận được
tổ chức đồng đều trên toàn
bộ tiết diện
09/2010
5
4.2 Các tổ chức đạt được khi nung nóng và làm nguội
4.2.3 Các chuyển biến xảy ra khi nguội chậm austenit

b) Sự phân hóa austenit khi nguội liên tục
-V1 Æ Peclit
-V2 Æ Xoocbit
-V3 Æ Trôxtit
-V4 Æ Bainit + Mactenxit
-Vth Æ Mactenxit
-V
5
Æ Mactenxit
Đặc điểm:
-Tổ chức nhận được phụ thuộc vào V
nguội
-Với chi tiết lớn tổ chức nhận được không
đồng nhất
-Chỉ nhận được tổ chức hoàn toàn bainit
bằng cách nguội đẳng nhiệt
4.2 Các tổ chức đạt được khi nung nóng và làm nguội
4.2.3 Các chuyển biến xảy ra khi nguội chậm austenit
c) Chuyển biến đẳng nhiệt A quá nguội
Giản đồ T-T-T của thép khác cùng tích
Đường cong chữ C có thêm nhánh
phụ, dịch sang trái một chút
- Khi nguội đẳng nhiệt với độ quá nguội
nhỏ (nguội chậm liên tục V
2
) sẽ tiết ra
F(Xê) trước khi gặp nhánh phụ
- Khi nguội đẳng nhiệt với độ quá nguội
lớn (nguội liên tục đủ nhanh, V
3

) tổ
chức cuối vẫn nhận được xoocbit,
trôxtit, bainit
09/2010
6
4.2 Các tổ chức đạt được khi nung nóng và làm nguội
4.2.4 Chuyển biến (CB) xảy ra khi nhanh austenit-CB M
V > V
th
: γ→M
a) Bản chất của mactenxit
- Dung dịch rắn quá bão hòa C trong Fe
α
-Kiểu mạng chính phương tâm khối, c/a =
1,002-1,06
-Xô lệch mạng lớn nên M có độ cứng cao
b) Đặc điểm chuyển biến M:
-Xảy ra khi nguội nhanh và liên tục austenit, V
> V
th
-Chuyển biến không khuếch tán
-Chỉ xảy ra trong khoảng nhiệt độ bắt đầu M
đ
và kết thúc M
f
-Chuyển biến xảy ra không hoàn toàn
4.2 Các tổ chức đạt được khi nung nóng và làm nguội
4.2.4 Chuyển biến (CB) xảy ra khi nhanh austenit-CB M
c) Cơ tính mactenxit
- Độ cứng: %C tăng, độ cứng tăng

+ %C < 0,2%: < 40HRC
+ %C = 0,4-0,5%: > 50HRC
+ %C > 0,6%: > 60HRC
- M có tính giòn cao, phụ thuộc
vào:
+Kim M nhỏ mịn, tính giòn thấp
+ Ứng suất dư nhỏ, tính giòn thấp
09/2010
7
4.2 Các tổ chức đạt được khi nung nóng và làm nguội
4.2.5 Chuyển biến xảy ra khi nung nóng thép đã tôi (ram)
a) Tính không ổn định của mactenxit và austenit
-Tổ chức thép tôi: M + γ
dư
→ F + Xe (ổn định ở nhiệt độ thường) thông
qua tổ chức trung gian, M
ram
:
(M + γ
dư
) → M
ram
→ F + Xe
b) Các giai đoạn của chuyển biến xảy ra khi ram (thép 0,8%C đã tôi)
Giai đoạn I (T < 200
0
C):
-T < 80
0
C chưa có chuyển biến

- 80 < T < 200
0
C: M tiết ra cacbit ε Fe
2,0-2,4
C; γ
dư
chưa chuyển biến
-Tổ chức nhận được M
ram
+ γ
dư
])([)(
4,20,24,025,08,0
CFeCFeCFe
−−
+
→
αα
4.2 Các tổ chức đạt được khi nung nóng và làm nguội
4.2.5 Chuyển biến xảy ra khi nung nóng thép đã tôi (ram)
b) Các giai đoạn của chuyển biến xảy ra khi ram (thép 0,8%C đã tôi)
Giai đoạn II (200 - 260
0
C)
- Cacbon tiếp tục tiết ra từ M
- Austenit dư chuyển biến thành mactenxit ram:
-Tổ chức M
ram
có độ cứng thấp hơn M
tôi

Giai đoạn III (260 - 400
0
C):
-M
ram
chuyển biến thành hỗn hợp F + Xe
Fe
α
(C)
0,15-0,2
→ Fe
α
+ Fe
3
C (hạt)
Fe
2,0-2,4
(C) → Fe
3
C (hạt)
])([)(
4,20,22,015,08,0
CFeCFeCFe
−−
+
→
αα
])([)(
4,20,22,015,08,0
CFeCFeCFe

−−
+
→
αγ
Hỗn hợp Fe
α
và Xe nhỏ mịn
phân tán: Trôxtit ram:
Tính đàn hồi lớn nhất
Không còn ứng suất dư
09/2010
8
4.2 Các tổ chức đạt được khi nung nóng và làm nguội
4.2.5 Chuyển biến xảy ra khi nung nóng thép đã tôi (ram)
b) Các giai đoạn của chuyển biến xảy ra khi ram (thép 0,8%C đã tôi)
Giai đoạn IV (> 400
0
C)
-Xảy ra quá trình kết tụ của hạt Xe
- Ở nhiệt độ 500-600
0
C tổ chức xoocbit ram: σ
đh
, a
k
lớn nhất
-Gần A
1
(727
0

C): hỗn hợp F + Xe hạt thô hơn(tổ chức peclit hạt)
Kết luận:
-Khi ram xảy ra quá trình phân hủy M
tôi
giảm độ cứng, giảm ứng suất
bên trong
- Thay đổi nhiệt độ ram có thể đạt được cơ tính khác nhau phù hợp
theo yêu cầu làm việc
4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.3.1 Nhiệt luyện sơ bộ
K/n: nhiệt luyện sơ bộ là phương pháp nhiệt luyện nhằm tạo
tổ chức và cơ tính phù hợp cho gia công tiếp theo
a) Ủ thép
Đ/n: nung nóng, giữ nhiệt, nguội chậm cùng lò nhận được tổ
chức cân bằng có độ cứng thấp nhất và độ dẻo cao
Mục đích:
-Giảm độ cứng dễ gia công cắt
-Tăng
độ dẻo dễ gia công biến dạng
-Giảm hay mất ứng suất dư
- Làm đồng đều thành phần hóa học
- Làm nhỏ hạt
Phân loại: Hai nhóm: ủ chuyển pha và ủ không có chuyển
biến pha
09/2010
9
4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.3.1 Nhiệt luyện sơ bộ
a) Ủ thép
Phân loại:

- Ủ có chuyển biến pha:
+T > Ac
1
: có chuyển biến γ→P làm nhỏ hạt
+ Ủ hoàn toàn: (áp dụng cho thép trước cùng tích)
T = Ac
3
+ (20-30
0
C)
Tổ chức nhận được F + P
tấm
Mục đích: làm nhỏ hạt, giảm độ cứng (160-200HB), tăng dẻo
+ Ủ không hoàn toàn (áp dụng cho thép %C > 0,7%)
T = Ac
1
+ (20-30
0
C)
Tổ chức nhận được peclit hạt
Mục đích: giảm độ cứng (< 200HB), không áp dụng cho thép trước
cùng tích (giảm độ dai)
4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.3.1 Nhiệt luyện sơ bộ
a) Ủ thép
Phân loại:
- Ủ có chuyển biến pha:
+ Ủ cầu hóa: dạng đặc biệt của ủ không hoàn toàn đẩy
nhanh quá trình cầu hóa Xe tạo P hạt
+ Ủ đẳng nhiệt: cho thép hợp kim cao, dù nguội chậm

không nhận được tổ chức P đủ mềm
T = Ac
1
+ 50
0
C
+ Ủ khuếch tán: làm đồng đều thành phần hóa học thép
hợp kim cao bị thiên tích sau đúc
T = 1100-1150
0
C, 10-15h
09/2010
10
4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.3.1 Nhiệt luyện sơ bộ
a) Ủ thép
Phân loại:
- Ủ không có chuyển biến pha:
+T < Ac
1
: không có chuyển biến γ→P
+ Ủ thấp (200-600
0
C): làm giảm hoặc khửứng suất bên trong chi tiết
(sau đúc, gia công cơ), không làm giảm độ cứng
+ Ủ kết tinh lại (T
ủ
> T
ktl
): khôi phục lại tính chât sau biến dạng dẻo

4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.3.1 Nhiệt luyện sơ bộ
b) Thường hóa thép
Đ/n:
- Nung nóng đến trạng thái hoàn toàn austenit, giữ
nhiệt, nguội ngoài không khí tĩnh
-Tổ chức nhận được gần ổn định, độ cứng tương
đối thấp, cao hơn ủ
-Nhiệt độ: Thép TCT: T = Ac
3
+ (30-50
0
C), thép SCT
T = Ac
cm
+ (30-50
0
C)
Mục đích:
- Đạt độ cứng cho gia công cơ
(%C <0,25%)
- Làm nhỏ hạt Xe trước khi
nhiệt luyện
- Làm mất lưới XeII của thép
sau cùng tích
09/2010
11
4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.3.2 Nhiệt luyện kết thúc
a) Tôi thép

Đ/n: Nung nóng trên đường Ac
1
đạt được tổ chức γ,
giữ nhiệt, làm nguội nhanh với tốc độ thích hợp
nhận được tổ chức M hay các tổ chức cân bằng
khác với độ cứng cao hơn
Mục đích:
- Nâng cao độ cứng, tính chống mài mòn
- Nâng cao độ bền và sức chịu tải
Chọn nhiệt độ tôi:
- Thép trước cùng tích và cùng tích:
T
tôi
= Ac
3
+ (30-50
0
C)
- Thép sau cùng tích:
T
tôi
= Ac
1
+ (30-50
0
C)
- Thép hợp kim: HK thấp theo thép C, HK cao theo
sách tra cứu
4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.3.2 Nhiệt luyện kết thúc

a) Tôi thép
Tốc độ nguội tới hạn: tốc độ nguội nhỏ nhất V
th
xảy ra chuyến biến γ→M
-Tốc độ tôi tới hạn càng nhỏ càng dễ tôi thấu, đạt độ cứng cao, biến
dạng nhỏ và không bị nứt
m
m
th
TA
V
τ
−
=
1
T
m
, τ
m
nhiệt độ và thời gian ứng
với austenit kém ổn định nhất
-Các yếu tốảnh hưởng đến tốc
độ tôi tới hạn:
+ Thành phần nguyên tố hợp kim
của austenit, giảm V
th
+Sự đồng nhất của γ, giảm V
th
+ Kích thước hạt γ lớn, giảm V
th

+ Các phần tử rắn chưa hòa tan
hết vào γ, tăng V
th
09/2010
12
4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.3.2 Nhiệt luyện kết thúc
a) Tôi thép
Độ thấm tôi: chiều sâu lớp tôi cứng có tổ chức: 50%M +
50%T
-Biểu thị khả năng hóa bền của vật liệu
-Các yếu tốảnh hưởng:
+Tốc độ nguội tới hạn
+Tốc độ làm nguội chi tiết
4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.3.2 Nhiệt luyện kết thúc
a) Tôi thép
Tính thấm tôi và tính tôi cứng
- Tính thấm tôi: %ntHK càng cao thì tính thấm tôi càng cao
- Tính tôi cứng: %C càng cao tính tôi cứng càng lớn
0,4%C 0,4%C + 1%Cr
0,4%C + 1%Cr
+ 0,18%Mo
09/2010
13
4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.3.2 Nhiệt luyện kết thúc
a) Tôi thép
Các phương pháp tôi thể tích và công dụng
Tôi trong một môi trường:

+ Làm nguội nhanh trong một môi trường thích hợp
+Tổ chức sau tôi là M
+ Chi tiết không bị bị cong vênh
+ Kinh tế và an toàn
Tôi trong hai môi trường: Làm nguội trong hai môi trường khác nhau
+GĐ I: nguội nhanh trong môi trường tôi mạnh hơn (nước, dung dịch
muối…) đến 300-400
0
C
+GĐ II: nguội chậm trong môi trường yếu hơn (dầu, không khí…)
+ ƯĐ: ít gây biến dạng, nứt chi tiết
+NĐ: Khó xác định thời điểm chuyển tiếp
4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.3.2 Nhiệt luyện kết thúc
a) Tôi thép
Các phương pháp tôi thể tích và công dụng
Tôi phân cấp:
+Muối nóng chảy có nhiệt độ cao hơn điểm
M
S
khoảng 50-100
0
C rồi làm nguội trong
không khí để chuyển biến M
+ ƯĐ: khắc phục được khó khăn về xác định
chuyển môi trường, đạt độ cứng cao, ứng
suất bên trong nhỏ, ít biến dạng;
+NĐ: năng suất thấp chỉ áp dụng chỉ áp
dụng cho thép có V
th

nhỏ và với chi tiết
nhỏ: mũi khoan, taro, dao phay…
Tôi đẳng nhiệt:
+ Khác tôi phân cấp, giữ nhiệt lâu hơn
+ Tùy thuộc nhiệt: 250-400
0
C: bainit, 500-
600
0
C: trôxtit
+ Sau tôi đẳng nhiệt không cần ram
09/2010
14
4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.3.2 Nhiệt luyện kết thúc
a) Tôi thép
Các phương pháp tôi thể tích và công dụng
Gia công lạnh (khử austenit dư)
Áp dụng cho hợp kim, %C cao, có điểm M
s
và M
f
thấp,
lượng austenit dư nhiều
Gia công lạnh (khử austenit dư)
Làm nguội không triệt để
a) Nhiệt độ cao b) Nhiệt độ thấp
Cơ nhiệt luyện
-Kết hợp: biến dạng dẻo và tôi
ngay

-Nhiệt độ cao: biến dạng T > A
3
-Nhiệt độ thấp: T < T
ktl
4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.3.2 Nhiệt luyện kết thúc
b) Ram thép
K/n:
- Nguyên công bắt buộc cho thép sau tôi
- Nung nóng thép đến nhiệt độ xác định
(< Ac
1
), làm nguội ngoài không khí
Mục đích:
-Giảm hoặc khử bỏ hoàn toàn ứng suất
tránh cho thép bị giòn sau tôi
- Điều chỉnh cơ tính phù hợp với điều
kiện làm việc
Các phương pháp ram:
-Ram thấp (150-250
0
C):
+Tổ chức M ram
+ Độ cứng giảm ít so với M tôi
+ Ứng dụng cho các chi tiết cần độ cứng,
tính chống mài mòn cao
09/2010
15
4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.3.2 Nhiệt luyện kết thúc

b) Ram thép
Các phương pháp ram:
- Ram trung bình (300-450
0
C), áp dụng cho thép %C = (0,55-0,65%)
+Tổ chức sau ram: trôxtit ram
+ Độ cứng giảm rõ rệt so với M tôi nhưng giới hạn đàn hồi đạt giá giá trị
lớn nhất
+Khử bỏ hoàn toàn được ứng suất bên trong
+ Ứng dụng cho chi tiết cần độ cứng tương đối cao và độ đàn hồi cao
4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.3.2 Nhiệt luyện kết thúc
b) Ram thép
Các phương pháp ram:
- Ram cao (500-650
0
C), áp dụng cho thép %C = 0,3-0,5%
+Tổ chức sau ram: Xoocbit ram
+Cơ tính tổng hợp cao nhất (nhiệt luyện hóa tốt)
+ Ứng dụng cho chi tiết cần giới hạn bền, giới hạn chảy và
độ dai va đập cao
14005522450720Tôi 850
0
C + ram 650
0
C
3001287201100Tôi 850
0
C + ram 200
0

C
5004015320650Thường hóa 850
0
C
9005032,5280530Ủ 840
0
C
a
K
, kJ/m
2
ψ, %δ, %σ
0,2
, MPaσ
b
, MPa
Cơ tínhDạng nhiệt luyện
Thép 0,45%C ở các dạng nhiệt luyện khác nhau
09/2010
16
4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.3.3 Các khuyết tật xảy ra do nhiệt luyện
a) Biến dạng và nứt:
- Nguyên nhân:
+ Ứng suất nhiệt khi làm nguội, nung nóng
+ Ứng suất tổ chức khi chuyển biến
-Ngăn ngừa:
+ Nung nóng và làm nguội với tốc độ hợp
lý
+ Làm nguội theo nguyên tắc: nhúng

thẳng đứng, phần dày hơn thì tôi trước
+ Đối với vật mỏng cần ép trong khuôn
trước khi tôi
-Khắc phục: biến dạng vừa phải có thể
nắn, ép nóng hoặc nguội
4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.3.3 Các khuyết tật xảy ra do nhiệt luyện
b) Oxy hóa và thoát cacbon
- Nguyên nhân:
+ Môi trường nung có chứa các chất oxy hòa Fe và C: O
2
, CO
2
, H
2
O
-Ngăn ngừa:
+ Chi tiết phủ than hoa
+ Dùng khí bảo vệ, khí trung tính: Ar, N
2
; CO
2
/CO, H
2
O/H
2
, H
2
/CH
4

+ Nung trong môi trường chân không 10
-2
-10
-4
mmHg
-Khắc phục: thấm lại C cho chi tiết
c) Độ cứng không đạt
- Độ cứng quá cao: khi ủ, thường hóa thép với tốc độ nguội lớn
- Độ cứng quá thấp: nhiệt độ không đạt, thời gian giữ nhiệt ngắn, làm
nguội không đủ nhanh, thoát C
d) Tính giòn cao
- Do nung quá nhiệt (hạt lớn) tính giòn cao
→ Đem thường hóa và nhiệt luyện lại
09/2010
17
4.4 Hóa bền bề mặt kim loại
4.4.1 Tôi cảm ứng
a) Nguyên lý: Chi tiết được đặt trong từ trường
biến thiên sẽ xuất hiện dòng cảm ứng nung
nóng chi tiết
b) Đặc điểm: Mật độ dòng Fuco phân bố không
đều trên tiết diện của chi tiết, chủ yếu tập trung
ở bề mặt, chiều sâu
Δ = 5030√(ρ/μf), cm; ρ: điện trở suất, μ: từ
độ, f:
tần số dòng điện
c) Tổ chức và cơ tính của thép tôi cảm ứng:
+ Thép có %C = 0,35-0,5%
+Tổ chức: Lõi có tổ chức xoocbit ram (nhiệt
luyện hóa tốt; bề mặt tổ chức M hình kim nhỏ

mịn (tôi + ram thấp)
d) Ưu điểm, nhược điểm:
+Năng suất cao
+Chất lượng tốt
+Dễ cơ khí hóa, tự động hóa
+Khóthực hiện với chi tiết có hình dạng phứ
c
tạp
4.4 Hóa bền bề mặt kim loại
4.4.2 Hóa nhiệt luyện
- Đ/n: là phương pháp thấm, bão hòa nguyên tố hóa học (C, N…)
vào bề mặt thép bằng cách khuếch tán các nguyên tử hòa học từ
môi trường thấm ở nhiệt độ thích hợp
- Mục đích:
+ Nâng cao độ cứng, tính chống mài mòn, độ bền mỏi của thép
+ Nâng cao tính chống ăn mòn cho vật liệu: thấm Cr, Al, Si…
- Các giai đoạn thấm:
1. Giai đoạn phân hóa
2. Giai đ
oạn bão hóa
3. Giai đoạn khuếch tán
09/2010
18
4.4 Hóa bền bề mặt kim loại
4.4.2 Hóa nhiệt luyện
- Các yếu tổảnh hưởng:
+Nhiệt độ
+Thời gian
Ảnh hưởng của thời gianẢnh hưởng của nhiệt độ
x = k.τ

1/2
x = A.e
-(Q/kT)
Lớp thấm
4.4 Hóa bền bề mặt kim loại
4.4.2 Hóa nhiệt luyện
a) Thấm C
- Bão hòa C lên bề mặt thép C thấp
(0,1-0,25%C) sau đó tôi và ram thấp
- Mục đích:
+ Làm cho bề mặt có độ cứng cao
chống mài mòn, chịu mỏi tốt (60-
64HRC)
+ Lõi vẫn đảm bảo độ dẻo dai (30-
40HRC)
-Yêu cầu đối với lớp thấm:
+Bề mặt: 0,8-1,0%C, tổ chức sau
nhiệt luyện M ram và cacbit nhỏ mịn
phân tán
+ Lõi: tổ chức h
ạt nhỏ, thành phần C
như thép ban đầu nên vẫn đảm bảo
độ dẻo dai
09/2010
19
4.4 Hóa bền bề mặt kim loại
4.4.2 Hóa nhiệt luyện
a) Thấm C
- Lựa chọn nhiệt độ và thời gian thấm:
+Nhiệt độ thấm: T

thấm
> Ac
3
để đảm bảo hòa tan
được nhiều C vào trong thép (900-950
0
C)
Thép bản chất hạt nhỏ: 930-950
0
C
Thép bản chất hạt lớn: 900-920
+Thời gian thấm:
Phụ thuộc chiều dày lớp thấm x = (0,10-0,15)d,
(0,5-1,8mm)
Tốc độ thấm (công nghệ thấm và nhiệt độ thấm)
- Các chất thấm và quá trình xảy ra:
Chấtthấmthể rắn
Chấtthấmthể khí
2C + O
2
Æ 2CO
2CO Æ CO
2
+ C
ng.tử
C
ng.tử
+ Fe
γ
(C) Æ Fe

γ
(C)
0,1Æ0,8Æ1,3
2C
n
H
2n+2
Æ (n+1)H
2
+ nC
ng.tử
2CO Æ CO
2
+ C
ng.tử
C
ng.tử
+ Fe
γ
(C) Æ Fe
γ
(C)
0,1Æ0,8Æ1,3
→ Nhiệt luyện sau thấm: tôi + ram thấp
4.4 Hóa bền bề mặt kim loại
4.4.2 Hóa nhiệt luyện
b) Thấm N
- Bão hòa N lên bề mặt thép HK đã qua
nhiệt luyện hóa tốt, nâng cao độ cứng (65-
70HRC) và tính chống mài mòn, chịu mỏi

của chi tiết
- Nhiệt độ thấm, các chất thấm và quá
trình xảy ra:
+Nhiệt độ thấm: 480-650
0
C
+Sử dụng khí NH
3
cho quá trình thấm
2NH
3
Æ 3H
2
+ 2N
ng.tử
N
ng.tử
+ Fe
α
Æ Fe
α
(N)
N
ng.tử
+ Fe Æ (ε)Fe
2-3
N,(γ’)Fe
4
N
- Tổ chức lớp thấm:

+Từ ngoài vào (ε + γ’), (γ’+ α) + lõi thép
(xoocbit ram)
09/2010
20
4.4 Hóa bền bề mặt kim loại
4.4.2 Hóa nhiệt luyện
b) Thấm N
- Đặc điểm
+Thời gian thấm lâu do nhiệt độ thấp
+Chỉ đạt được lớp thấm mỏng (0,05-0,5mm)
+ Sau thấm không cần nhiệt luyện
+Lớp thấm giữ được độ cứng cao đến 500
0
C
+ Thép chuyên dùng thấm N (Cr, Mo, Al)