CHUYÊN ĐỀ NHIỆT LUYỆN TRONG NHÀ MÁY CƠ KHÍ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.09 MB, 33 trang )
CHUYÊN ĐỀ:NHIỆT LUYỆN TRONG NHÀ MÁY CƠ KHÍ
A- NHỮNG HIỂU BIẾT CỦA EM VỀ NHIỆT LUYỆN
I-Sơ lược về nhiệt luyện (Heat treatment)
Nhiệt luyện là công nghệ nung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt tại
đó một thời gian thích hợp rồi làm nguội với tốc độ nhất định để làm thay đổi tổ chức, do
đó biến đổi cơ tính và các tính chất khác theo phương hướng đã chọn trước.
Nhiệt luyện chỉ làm thay đổi tính chất của vật liệu (chủ yếu là vật liệu kim loại) bằng cách
thay đổi cấu trúc bên trong mà không làm thay đổi hình dáng và kích thước của chi tiết.
Trong chế tạo cơ khí, nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng vì không những nó tạo cho chi
tiết sau khi gia công cơ những tính chất cần thiết mà còn làm tăng tính công nghệ của vật
liệu. Vì vậy có thể nói nhiệt luyện là khâu quan trọng không thể thiếu được đối với chế tạo
cơ khí và là một trong những yếu tố công nghệ quan trọng quyết định chất lượng của sản
phẩm cơ khí.
Nhiệt luyện có ảnh hưởng quyết định tới tuổi thọ của các sản phẩm cơ khí. Máy móc càng
chính xác, yêu cầu cơ tính càng cao thì số lượng chi tiết cần nhiệt luyện càng nhiều. Đối
với các nước công nghiệp phát triển, để đánh giá trình độ ngành chế tạo cơ khí phải căn cứ
vào trình độ nhiệt luyện, bởi vì dù gia công cơ khí chính xác nhưng nếu không qua nhiệt
luyện hoặc chất lượng nhiệt luyện không đảm bảo thì tuổi thọ của chi tiết cũng không cao
và mức độ chính xác của máy móc không còn giữ được theo yêu cầu.
Nhiệt luyện nâng cao chất lượng sản phẩm không những có ý nghĩa kinh tế rất lớn (để kéo
dài thời gian làm việc; nâng cao độ bền lâu của công trình, máy móc thiết bị…) mà còn là
thước đo để đánh giá trình độ phát triển khoa học, kĩ thuật của mỗi quốc gia.
II-Các tác dụng chủ yếu của Nhiệt luyện:
1/ Tăng độ cứng, tính chịu ăn mòn, độ dẻo dai và độ bền của vật liệu
Mục tiêu của SX cơ khí là SX ra các cơ cấu và máy bền hơn, nhẹ hơn, khoẻ hơn với các
tính năng tốt hơn. Để đạt được điều đó không thể không sử dụng thành quả của vật liệu
kim loại và nhiệt luyện, sử dụng triệt để các tiềm năng của vật liệu về mặt cơ tính.
Bằng những phương pháp nhiệt luyện thích hợp như tôi + ram, tôi bề mặt, thấm cacbon -
nitơ,…độ bền và độ cứng của vật có thể tăng lên từ ba đến sáu lần (thép chẳng hạn), nhờ
đó có thể dẫn tới rất nhiều điều có lợi như sau:
-Tuổi bền (thời gian làm việc) của máy tăng lên do hệ số an toàn cao không gãy vỡ (do
nâng cao độ bền). Trong nhiều trường hợp máy hỏng còn là do bị ăn mòn quá mạnh, nâng
cao độ cứng, tính chống mài mòn cũng có tác dụng này.
-Máy hay kết cấu có thể nhẹ đi, điều này dẫn đến tiết kiệm kim loại (hạ giá thành), năng
lượng (nhiên liệu) khi vận hành.
- Tăng sức chịu tải của máy, động cơ, phương tiện vận tải (ôtô, toa xe, tàu biển…) và kết
cấu (cầu, nhà, xưởng…), điều này dẫn tới các hiệu quả kinh tế - kĩ thuật lớn.
Phần lớn các chi tiết máy quan trọng như trục, trục khuỷu, vòi phun cao áp, bánh răng
truyền lực với tốc độ nhanh, chốt…đặc biệt là 100% dao cắt, dụng cụ đo và các dụng cụ
biến dạng (khuôn) đều phải qua nhiệt luyện tôi + ram hoặc hoá nhiệt luyện. Chúng thường
được tiến hành gần như là sau cùng, nhằm tạo cho chi tiết, dụng cụ cơ tính thích hợp với
điều kiện làm việc và được gọi là nhiệt luyện kết thúc (thường tiến hành trên sản phẩm).
Như thường thấy, chất lượng của máy, thiết bị cũng như phụ tùng thay thế phụ thuộc rất
nhiều vào cách sử dụng vật liệu và nhiệt luyện chúng. Những máy làm việc tốt không thể
không sử dụng vật liệu tốt (một cách hợp lý, đúng chỗ) và nhiệt luyện bảo đảm.
1
2/ Cải thiện tính công nghệ (rèn, dập, gia công cắt, tính chịu mài, tính hàn…), từ tính, điện
tính…
Muốn tạo thành chi tiết máy, vật liệu ban đầu phải qua nhiều khâu, nguyên công gia công
cơ khí: rèn, dập, cắt…Để đảm bảo sản xuất dễ dàng với năng suất lao động cao, chi phí
thấp vật liệu phải có cơ tính sao cho phù hợp với điều kiện gia công tiếp theo như cần
mềm để dễ cắt hoặc dẻo để dễ biến dạng nguội. Muốn vậy cũng phải áp dụng các biện
pháp nhiệt luyện thích hợp (ủ hoặc thường hoá như với thép). Ví dụ, sau khi biến dạng
(đặc biệt là kéo nguội) thép bị biến cứng đến mức không thể cắt gọt hay biến dạng (kéo)
tiếp được, phải đưa đi ủ hoặc thường hoá để làm giảm độ cứng, tăng độ dẻo. Sau khi xử lý
như vậy thép trở nên dễ gia công tiếp theo.
Các phương pháp nhiệt luyện tiến hành với mục đích như vậy được gọi là nhiệt luyện sơ
bộ, chúng nằm giữa các nguyên công gia công cơ khí (thường tiến hành trên phôi).
Vậy trong sản xuất cơ khí cần phải biết tận dụng các phương pháp nhiệt luyện thích hợp,
không những đảm bảo khả năng làm việc lâu dài cho chi tiết, dụng cụ bằng thép mà còn
đễ dàng cho quá trình gia công.
3/ Nhiệt luyện trong nhà máy cơ khí
Ở các nhà máy cơ khí với quy mô nhỏ và trung bình, bộ phận nhiệt luyện không lớn và
thường đặt tập trung. Sau khi nhiệt luyện sơ bộ, từ đây phôi thép được chuyển tới các
phân xưởng cắt gọt, dập và sau khi nhiệt luyện kết thúc các chi tiết máy quan trọng (cần
cứng và bền cao) được đưa qua mài hay thẳng đến lắp ráp. Cách sắp xếp như vậy có nhiều
nhược điểm, song không thể khác vì sản lượng thấp. Ở các nhà máy cơ khí có quy mô lớn
và rất lớn, các chi tiết máy được gia công hoàn chỉnh từ khâu đầu đến khâu cuối trên dây
chuyền cơ khí hoá hoặc tự động hoá trog đó bao gồm cả nguyên công nhiệt luyện. Do vậy
nguyên công nhiệt luyện ở đây cũng phải được cơ khí hoá thậm chí tự động hoá và phải
chống nóng, độc để không có ảnh hưởng xấu đến bản thân người làm nhiệt luyện cũng
như cả dây chuyền sản xuất cơ khí. Cách sắp xếp chuyên môn hoá cao như vậy đảm bảo
chất lượng sản phẩm và lựa chọn phương án tiết kiệm được năng lượng.
Các nhà máy cơ khí có thể xem xét tuỳ thuộc vào mức độ sản xuất của đơn vị mình ra sao
mà lựa chọn quy mô của phân xưởng nhiệt luyện sao cho phù hợp và tiết kiệm nhất nhưng
vẫn đảm bảo được chất lượng của sản phẩm.
2
B-KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ NHIỆT LUYỆN THÉP
1.
KHÁI NIỆM VỀ NHIỆT LUYỆN THÉP
1 .
1.
S ơ lược
về
n h i
ệ
t
l
uyện
t h é
p
1.1.1. Định
nghĩa:
là
nung
nóng
thép
đến
nhiệt
độ
xác
định,
giữ
nhiệt
một
thời
gian thích
hợp
rồi
sau
đó
làm
nguội
với
tốc
độ
xác
định
để
nhận
được
tổ
chức,
do
đó
tính
chất
theo
yêu
cầu.
Đặc điểm:
-
Không
làm
nóng
chảy
và
biến
dạng
sản
phẩm
thép
-
Kết
quả
được
đánh
giá
bằng
biến
đổi
của
tổ
chức
tế
vi
và
tính
chất.
1.1.
2
. Các yếu tố đặc trưng cho nhiệt luyện
Ba
thông
số
quan
trọng
nhất
(hình
4.1):
-
Nhiệt
độ
nung
nóng:
0
n
T
-
Thời
gian
giữ
nhiệt:
gn
T
- Tốc độ nguội V
nguội
sau khi giữ nhiệt
Các
chỉ
tiêu
đánh
giá
kết
quả:
+ Tổ chức tế vi bao gồm cấu tạo pha, kích
thước hạt,
chiều sâu lớp hóa bền là chỉ tiêu gốc, cơ bản
nhất.
+
Độ
cứng,
độ
bền,
độ
dẻo,
độ
dai.
+
Độ
cong
vênh,
biến
dạng.
1.1.3.
Phân
loại
nhiệt
luyện
thép
1.1.3.1.
Nhiệt
luyện:
thường
gặp
nhất,
chỉ
có
tác
động
nhiệt
làm
biến
đổi
tổ
chức
và
tính
chất
gồm
nhiều
phương
pháp:
ủ,
thường
hoá,
tôi,
ram.
1.1.3.2.
Hóa
-
nhiệt
luyện:
Nhiệt
luyện
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:
Thấm
đơn
hoặc
đa
nguyên
tố: C,N,
1.1.3.3.
Cơ
-
nhiệt
luyện:
là
biến dạng dẻo thép ở trạng thái
γ
sau đó tôi và ram để nhận
được tổ chức M nhỏ mịn có cơ tính tổng hợp cao nhất,
thường ở xưởng cán nóng thép, luyện kim.
1.2.
Tác
d ụ ng
của
n h i
ệ
t
l
uyện
đ ố i
v
ớ i
s ả
n
xuất
cơ
khí
1.2.1.
Tăng
độ
cứng,
tính
chống
mài
mòn
và
độ
bền
của
thép:
phát
huy
triệt
để các
tiềm
năng
của
vật
liệu:
bền,
cứng,
dai…
do
đó
giảm
nhẹ
kết
cấu,
tăng
tuổi thọ,
3
Hình 4.1. Sơ đồ của quá trình
nhiệt
luyện đơn giản nhất
1.2.2.
Cải
thiện
tính
công
nghệ
Phù
hợp
với
điều
kiện
gia
công:
cần
đủ
mềm
để
dễ
cắt,
cần
dẻo
để
dễ
biến dạng,
…
1.2.3.
Nhiệt
luyện
trong
nhà
máy
cơ
khí
-
Nặng
nhọc,
độc
→
cơ
khí
hóa,
tự
động
hóa,
chống
nóng,
độc
-
Phải
được
chuyên
môn
hóa
cao
→
bảo
đảm
chất
lượng
sản
phẩm
và
năng
suất
-
Tiêu
phí
nhiều
năng
lượng
→
phương
án
tiết
kiệm
được
năng
lượng
-
Là
khâu
sau
cùng,
thường
không
thể
bỏ
qua,
do
đó
quyết
định
tiến
độ
chung, chất
lượng
và
giá
thành
sản
phẩm
của
cả
xí
nghiệp.
2. CÁC TỔ CHỨC ĐẠT ĐƯỢC KHI NUNG NÓNG VÀ LÀM NGUỘI THÉP
2.1. Các chuyển biến xảy ra khi nung nóng thép - Sự tạo thành austenit
2.1.1. Cơ sở xác định chuyển biến khi nung
Dựa
vào
giản
đồ
pha
Fe
-
C,
hình
4.2:
ở
nhiệt
độ
thường
mọi
thép
đều
cấu
tạo
bởi hai
pha
cơ
bản:
F
và
Xê
(trong
đó
P
=[F+Xê]).
-Thép
cùng
tích:
có
tổ
chức
đơn
giản
là
P
-Thép
trước
và
sau
cùng
tích:
P+F
và
P+Xê
II
Khi
nung
nóng:
+
Khi
T<
A
1
→
chưa
có
chuyển
biến
gì;
+
Khi
T=
Ac
1
,
P
→
γ
theo
phản
ứng:
Thép
CT:
[Fe
a
+
Xê]
0,80%C
→
γ
0,80%C
Thép
TCT
và
SCT:
F
và
Xê
II
không
thay
đổi:
+
Khi
T>
Ac
1
:
F
và
Xê
II
tan
vào
γ
nhưng
không
hoàn
toàn;
+
Khi
T>
Ac
3
và
Ac
m
:
F
và
Xê
II
tan
hoàn
toàn
vào
γ
Trên
đường
GSE
mọi
thép
đều
có
tổ
chức
γ
2.1.2.
Đặc
điểm
của
chuyển
biến
peclit
thành
austenit
Nhiệt
độ
&
thời
gian
chuyển
biến:
(hình
4.3)
V
nung
càng
lớn
thì
T
chuyển
biến
càng
cao.
T
nung
càng
cao,
khoảng
thời
gian
chuyển
biến càng ngắn.
Tốc
độ
nung
V
2
>
V
1
,
thì
nhiệt
độ
bắt
đầu
và
kết
thúc chuyển
biến
ở
càng
cao
và
4
Hình 4.2. Giản đồ pha Fe-C
(phần thép)
Hình 4.3. Giản đồ chuyển biến đẳng
nhiệt P của thép cùng tích
thời
gian
chuyển
biến
càng ngắn.
Kích
th
ư
ớc hạt
austenit:
Ý nghĩa:
Hạt
γ
càng
nhỏ
→
M(hoặc tổ
chức
khác)
có
độ
dẻo,
dai
cao
hơn.
Cơ
chế
chuyển
biến:
P
→
γ
:
cũng
tạo
và
phát triển
mầm
như
kết
tinh
(hình
4.4),
nhưng
do bề
mặt
phân
chia
giữa
F-Xê
rất nhiều nên số mầm rất lớn
→
hạt
γ
ban
đầu
rất
nhỏ
mịn
(<
cấp
8-10,
hình
4.4d)
chuyển
biến
peclit
→
austenit
bao
giờ
cũng
làm
nhỏ
hạt
thép,
phải
tận
dụng
Độ
hạt
austenit:
-
peclit
ban
đầu:
càng
mịn
→
γ
nhỏ
-
V
nung
càng
lớn
→
hạt
γ
càng
nhỏ
-
T&
t
giữ
nhiệt
lớn
thì
hạt
lớn
-
Theo
bản
chất
thép:
bản
chất
hạt
lớn
và
hạt
nhỏ
(hình
4.5).
Thép bản chất hạt nhỏ: thép
được khử ôxy triệt để bằng Al,
thép hợp kim Ti, Mo, V, Zr, Nb,
dễ tạo cacbit ngăn cản phát triển hạt.
Mn
và
P
làm
hạt
phát
triển nhanh
2.2. Mục đích của giữ nhiệt:
-
Làm
đều
nhiệt
độ
trên
tiết
diện
-
Để
chuyển
biến
xảy
ra
hoàn toàn
-
Làm
đồng
đều
%
của
γ
2.3. Các
chuyển
biến khi làm nguội
2.3.1. Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt austenit quá nguội (giản đồ T-T-T) của thép cùng
tích
Giản đồ T-T-T: Nhiệt độ (T) - thời gian (T) và chuyển biến (T) Vì có dạng chữ "C")
→
đường cong chữ “C”.
5
Hì
nh
4.4.
Quá
trình
tạo
mầm
và
phát triển mầm
Hình
4.5.
Sơ
đồ
phát
triển
hạt
austenit
I-
di
truyền
hạt
nhỏ,
II-
di
truyền
hạt
lớn
Khi
γ
bị
nguội
(tức
thời)
d
ư
ới
727
o
C
nó chưa chuyển
biến
ngay
được
gọi
là
γ
quá
nguội,không ổn định
Giản
đồ
có
5
vùng:
-
Trên
727
o
C
là
khu
vực
tồn
tại
của
γ
ổn định
-
Bên
trái
chữ
"C"
đầu
tiên
-
vùng
γ
quá
nguội
- Giữa hai chữ "C"
γ
đang chuyển biến (tồn tại cả ba pha
γ
, F và Xe)
- Bên phải chữ
"C"
thứ
hai
-
các
sản
phẩm phân
hóa
đẳng
nhiệt
γ
quá
nguội
là
hỗn hợp:
F
-
Xê
vớ
i
mứ
c
đ
ộ
nhỏ
mịn
khác
nhau
Giữ
γ
quá
nguội
ở
sát
A
1
:
(T~
700
o
C,
DT
0
nhỏ,
~25
o
C):
Peclit
(tấm),
HRC
10
÷
15.
+
(T~
650
o
C,
DT
0
~
75
o
C):
Xoocbit
tôi,
HRC
25
÷
35.
+
T
~
đỉnh
lồi
chữ
“C“
(khoảng
500
÷
600
o
C):
Trôxtit,
HRC
40.
Cả
3
chuyển
biến
trên
đều
là
chuyển
biến
peclit,
X,
T
là
peclit
phân
tán.
+
Khi
giữ
austenit
quá
nguội
ở
nhiệt:
~450
÷
250
o
C:
Bainit,
HRC
50
÷
55,
Đ
ư
ợc
coi
là
chuyển
biến
trung
gian
2.3.2
.
Sự
phân
hóa
g
khi
làm nguội
liên
tục
Cũng
xét
giản
đồ
chữ
“C”
(hình
4.7)
như
chuyển
biến
đẳng
nhiệt.
6
Hình 4.7. Giản đồ T-T-T của thép
cùng tích với V
1
< V
2
< V
3
<V
4
< V
5
< V
6
Đặc điểm
1:
V
1
:
trên
hình
4.7,ở
sát
A
1
:
gđ
peclit tấm
V
2
:
(làm
nguội
trong
k/khí
tĩnh)
→
xoocbit
.
V
3
(Làm nguội trong không khí nén), cắt
ở
phần
lồi:
→
γ
trôxtit
V
4
:(làm nguội trong dầu),trôxtit
+
mactenxit
=
bán
mactenxit
V5:
(làm
nguội
trong
n
ư
ớc
lạnh)
V
5
không
cắt
đ
ư
ờng
cong
chữ
"C"
nào,
tức
g
đ
M
Kết
luận:
khi
làm
nguội
liên
tục,
tổ
chức
tạo
thành
∈
vào
vị
trí
của
vectơ
tốc
độ
nguội
trên
đ
ư
ờng
cong
chữ
"C
Đặc điểm
2:
Tổ
chức
đạt
đ
ư
ợc
th
ư
ờng
là
không
đồng
nhất
trên
toàn
tiết
diện
Đặc điểm
3:
Không
đạt
đ
ư
ợc
tổ
chức
hoàn
toàn
bainit
(B)
(chỉ
có
thể
T+B
hoặc
T+B+M)
vì
nửa
d
ư
ới
chữ
“
C
”
lõm
vào
Đặc điểm
4:
Những
điều
trên
chỉ
đúng
với
thép
cacbon,
thép
hợp
kim
đ
ư
ờng
cong chữ
"C"
dịch
sang
phải
do
đó:
+
V
th
có
thể
rất
nhỏ.
Ví
dụ,
thép
gió
tôi trong
gió.
+ Tổ chức đồng nhất ngay cả
đối
với
tiết
diện
lớn.
2.3.3
.
Giản
đồ
T
-
T
-
T
của
các
thép
khác cùng
tích
+
Thép
tr
ư
ớc
và
sau
cùng
tích,
có
thêm
nhánh
phụ
(hình
4.9)
biểu
thị
sự
tiết
ra
F (TCT)
hoặc
Xê
II
(SCT),
có
thêm
đường
3
điểm
khác
biệt
so
với
thép
cùng
tích:
1-
Đường
cong
(chữ
"C"
và
nhánh
phụ)
2-
Khi
làm
nguội
chậm
liên
tục
(V
2
),
γ
quá
nguội
7
Hình
4.10.
Giản
đồ
T-T-T
của
thép khác
cùng
tích
sẽ
tiết
ra
F
(TCT)
hoặc
Xê
II
(SCT)
tr
ư
ớc
sau
đó
mới
phân
hóa
ra
hỗn
hợp
F-Xê
3-
Khi
làm
nguội
đủ
nhanh
V
3
(hoặc
>V
3
)
để
V
ng
không
cắt
nhánh
phụ,
γ
quá
nguội
→
F-Xê
d
ư
ới
dạng
X,
T,
B
(B
chỉ
khi
làm
nguội
đẳng
nhiệt).
Thép
không
có
thành
phần
đúng
0,80%C
mà
vẫn
không
tiết
F
hoặc
Xê
đ
ư
ợc
gọi
là
cùng
tích
giả.
Đối
với
thép
hợp
kim,
ngoài
ảnh
hưởng
của
C,
các
nguyên
tố
hợp
kim
(dịch
chữ "C"
sang
phải)
sẽ
xét
sau.
2 .
4.
Ch u y
ển
b i
ến
của
austen i
t
khi
l
àm
ng u ội
nhanh
-
Chuyển
b i
ế
macte n x
i
t
(k
hi
t
ô i )
Nếu
V
ng
>
V
th
thì
γ
→
M
gọi
đó
là
tôi
thép.
V
th
:
là
tốc
độ
làm
nguội
nhỏ nhất để gây ra chuyển biến mactenxit.
m
m
th
TA
V
τ
−
=
1
2.4.1.Bản chất của mactenxit
Định nghĩa:
M
là
dung
dịch
rắn
quá
bão
hòa
của
C
trong
Fe
a
Đ/điểm:
vì
quá
bão
hoà
C
→
mạng
chính
phương
tâm
khối
(hình
4.12).
Độ
chính
phương
c/a
=
1,001
÷
1,06
(
∈
%C)
→
xô
lệch
mạng
rất
lớn
→
M
rất
cứng.
8
2.4.2.
Các
đặc
điểm
của
chuyển
biến
mactenxit
1)
Chỉ
xảy
ra
khi
làm
nguội
nhanh
và
liên
tục
g
với
tốc
độ
>
V
th
.
2)
Chuyển biến
không
khuếch
tán:
C
~
giữ
nguyên
vị
trí,
Fe:
từ
g
(A1)
→
M
(gần như
A2)
3)
Xảy
ra
với
tốc
độ
rất
lớn,
tới
hàng
nghìn
m/s
4)
Chỉ
xảy
ra
trong
khoảng
giữa
M
đ
và
kết
thúc
M
K
.
M
đ
và
M
K
giảm
khi
tăng
%C
và
%
nguyên
tố
hợp
kim
(trừ
Si,
Co
và
Al),
M
đ
và
M
K
không
phụ
thuộc
vào
V
nguội
.
5)
Chuyển
biến
xảy
ra
không
hoàn
toàn
vì
hiệu
ứng
tăng
thể
tích
gây
lực
nén
lên
→
γ
không
thể
chuyển
biến,
γ
không
chuyển
biến
được
gọi
là
γ
dư
Điểm
M
K
th
ư
ờng
thấp
(<20
o
C)
có
khi
rất
thấp
(ví
dụ
-100
o
C)
→
lượng
γ
d
ư
có
thể
(20
÷
30%).
Tỷ
lệ
γ
d
ư
:
phụ
thuộc
vào
các
yếu
tố
sau:
+
Điểm
M
K
:
M
K
càng
thấp
dưới
20
o
C
lượng
γ
dư
càng
nhiều:
M
K
giảm
khi
tăng
lượng
nguyên
tố
hợp
kim
trong
γ
+
%C
tăng
→
↑∆V
γ
→
d
ư
càng
nhiều
2.4.3.
Cơ
tính
của
mactenxit
Độ
cứng:
(hình
4.14):
%C
↑→
cứng
tăng
do
đó: Thép
ít
cacbon:
%C
≤
0,25%,
độ
cứng
sau
tôi
≤
HRC
40
Thép
C
trung
bình:
%C=
0,40
÷
0,50%,
độ
cứng
sau
tôi
tương
đối
cao,
HRC
≥
50.
Thép
C
cao:
%C
≥
0,60%,
độ
cứng
sau
tôi
cao,
HRC
≥
60.
9
Hình4.12.
ô
cơ
sở
của động mạng
tinh
thể mactenx
mactenxit
Hình
4.13.
Đ
ư
ờng
cong
học
chuyển
biến
Hình
4.14
:
Độ
cứng
tôi
phụ
thuộc
vào%C
Chỉ
có
thép
≥
0,40%C
tôi
mới
tăng
tính
chịu
mài
mòn
.
Chú
ý
:
phân
biệt
độ
cứng
của
M
và
độ
cứng
của
thép
tôi:
độ
cứng
của
thép
tôi
là
độ
cứng
tổng
hợp
của
M
tôi+
γ
dư
+
cacbit
(Xê
II
nếu
có).
Thường
γ
dư
làm
giảm
độ cứng
của
thép
tôi:>10%
làm
giảm
3-5HRC
(cá
biệt
tới
10HRC),vài
%
→
không
đáng
kể.
Tính
giòn: là
nhược
điểm
của
M
làm
hạn
chế
sử
dụng,
tính
giòn
phụ
thuộc
vào:
+
Kim
M
càng
nhỏ
tính
giòn
càng
thấp
→
làm
nhỏ
hạt
γ
khi
nung
thì
tính
giòn
+
ứng
suất
bên
trong
càng
nhỏ
tính
giòn
càng
thấp
Dùng
thép
bản
chất
hạt
nhỏ,
nhiệt
độ
tôi
và
phương pháp
tôi
thích
hợp
để
giảm ứng
suất
bên
trong
như
tôi
phân
cấp,
đẳng
nhiệt
và
ram
ngay
tiếp
theo.
2 .
5.
C h u y
ển
biến
khi
n u ng
n ó ng
t
h ép
đã
t
ô i
(kh
i
r a m)
Đ/n:
ram
nung
nóng
thép
sau
khi
tôi
để
điều
chỉnh
độ
cứng
và
tính
chất
phù
hợp với
yêu
cầu.
2.5.
1
.
Tí
nh
không
ổn
định
của
mactenxit
và
austenit
Tổ
chức
thép
tôi=M+
γ
d
ư
:
khi
nung
nóng
M
→
F+Xê
theo:
Fe
a
(C)
→
Fe
3
C
+
Fe
a
γ
d
ư
→
F+Xê
theo:
Fe
g
(C)
→
Fe
3
C
+
Fe
a
M
và
γ
d
ư
không
chuyển
biến
ngay
thành
hỗn
hợp
F-Xê
mà
phải
qua
tổ
chức
trung
gian
là
M
ram
theo
sơ
đồ: (M
+
γ
d
ư
)
→
M
ram
→
F-Xê
2.5.
2
.
Các
chuyển
biến
xảy
ra
khi
ram
Thép
cùng
tích
(0,80%C):
tổ
chức
M
và
γ
dư,
quá
trình
chuyển
biến
khi
ram:
*Giai đoạn I
(T
<
200
o
C)
-
<
80
o
C
trong
thép
tôi
chưa
có
chuyển
biến
gì,
tức
vẫn
có
M
và
γ
dư.
-
Từ
80-200
o
C:
γ
dư
chưa chuyển
biến,
M
có
tiết C dưới
dạng
cacbit
e
Fe
x
C
(x=2,0
÷
2,4),
hình
tấm
mỏng,
phân
tán,
%C
trong
M
giảm
xuống
còn
khoảng
0,25
÷
0,40%,
c/a
giảm
đi.
Hỗn
hợp
M
ít
cacbon
và
cacbit
e
đó
đ
ư
ợc
gọi
là
M
ram
(vẫn
liền
mạng):
(M
tôi)
Fe
a
(C)
0,8
→
[Fe
a
(C)
0,25
÷
0,40
+
Fe
2
÷
2,4
C]
(M
ram)
*
Giai đoạn II
(T=
200
÷
260
o
C)
Tiếp
tục
tiết
C
khỏi
M
xuống
còn
khoảng
0,15
÷
0,20%:
Fe
a
(C)
0,25-0,4
→
[Fe
a
(C)
0,15
÷
0,20
+Fe
2
÷
2,4
C]
γ
dư
thành
M
ram:
(
γ
dư)
Fe
g
(C)
0,8
→
[Fe
a
(C)
0,15
÷
0,20
+
Fe
2
÷
2,4
C]
(M
ram)
M
ram
là
tổ
chức
có
độ
cứng
thấp
hơn
M
tôi,
song
lại
ít
giòn
hơn
do
giảm
được
ứng
suất.
Độ
cứng
thứ
II:
Một
số
thép
sau
khi
tôi có lượng
γ
dư
lớn
(hàng
chục
%),
khi
ram
γ
d
ư
thành
M
ram
mạnh
hơn
hiệu
ứng
giảm
độ
cứng
do
C
tiết
ra
khỏi
dung
dung dịch
rắn
→
độ
cứng
thứ
II.
10
*Giai đoạn III
(T=
260
÷
400
o
C)
Sau
giai
đoạn
II
thép
tôi
có
tổ
chức
M
ram
gồm
hai
pha:
M
nghèo
C
(0,15
÷
0,20%)
và
cacbit
ε
(Fe
2
÷
2,4
C),
đến
giai
đoạn
III
này
cả
hai
pha
đều
chuyển
biến:
-
M
nghèo
cacbon
trở
thành
ferit,
cacbit
e
(Fe
2
÷
2,4
C)
→
Xê
(Fe
3
C)
ở
dạng
hạt
Sơ
đồ
chuyển
biến:
Fe
a
(C)
0,15
÷
0,20
→
Fe
a
+
Fe
3
C
hạt
,
cac
bit
Fe
2
÷
2,4
C
→
F+Xê
hạt
=
T
ram
-
Độ
cứng:
giảm
còn
(HRC
45
với
thép
cùng
tích).
-
Mất
hoàn
toàn
ứng
suất
bên
trong,
tăng
mạnh
tính
đàn
hồi.
Giai đoạn IV
(T
>
400
o
C)
T
>
400
O
C
xảy
ra
quá
trình
kết
tụ
(sát
nhập,
lớn
lên)
của
Xê
hạt.
-
ở
500
÷
650
o
C:
được
hỗn
hợp
F-Xê
=
X
ram,
có
giới
hạn
chảy
cao
và
độ
dai
va
đập
tốt
nhất.
-
ở
gần
A
1
(727
o
C):
được
hỗn
hợp
F-Xê
hạt
thô
hơn
=
peclit
hạt.
Kết
luận:
ram
là
quá
trình
phân
hủy
M,
làm
giảm
độ
cứng,
giảm
ứng
suất
bên
trong
sau
khi
tôi,
tùy
thuộc
vào
nhiệt
độ
ram
có
thể
đạt
được
cơ
tính
khác
nhau phù
hợp
với
yêu
cầu
sử
dụng.
3. Ủ VÀ THƯỜNG HÓA THÉP
Định nghĩa:
là
các
phương
pháp
thuộc
nhóm
nhiệt
luyện
sơ
bộ,
tạo
độ
cứng,
tổ
chức
thích
hợp
cho
gia
công
(cắt,
dập
nguội,
nhiệt
luyện)
tiếp
theo.
3.1. Ủ thép
3.1.1.
Định
nghĩa
và
mục
đích
Định nghĩa:
là
ph
ư
ơng
pháp
nung
nóng
thép
đến
nhiệt
độ
nhất
định
(từ
200
÷
trên
1000
o
C),
giữ
nhiệt
lâu
rồi
làm
nguội
chậm
cùng
lò
để
đạt
đ
ư
ợc
tổ
chức
cân
bằng
ổn
định
(theo
giản
đồ
pha
Fe
-
C)
với
độ
cứng
thấp
nhất
và
độ
dẻo
cao.
Hai nét đặc trưng của ủ:
nhiệt
độ
không
có
quy
luật
tổng
quát
và
làm
nguội
với tốc
độ
chậm
để
đạt
tổ
chức
cân
bằng.
Mục
đích
:
được
một
số
trong
5
mục
đích
sau:
1)
làm
mềm
thép
để
dễ
tiến
hành
gia
công
cắt,
2)
tăng
độ
dẻo
để
dễ
biến
dạng
(dập,
cán,
kéo)
nguội.
3)
giảm
hay
làm
mất
ứng
suất
gây
nên
bởi
gia
công
cắt,
đúc,
hàn,
biến
dạng
dẻo,
4)
đồng
đều
thành
phần
hóa
học
trên
vật
đúc
loại
bị
thiên
tích.
5)
Làm
nhỏ
hạt
thép.
Phân
loại
ủ:
2
nhóm:
ủ
có
chuyển
pha
và
ủ
không
có
chuyển
biến
pha.
11
3.1.2. Các
phương
pháp ủ không có chuyển biến pha
Đặc điểm:
T
ủ
thấp
hơn
A
1
nên
không
có
chuyển
biến
P
→
γ
.
Chia
thành
2
p
hương
pháp:
Ủ
thấp:
T=
200
÷
600
o
C,
mục
đích
làm
giảm
hay
khử
bỏ
ứng
suất,
Ủ
kết
tinh
lại:
T>
T
ktl
để
khôi
phục
tính
chất
sau
biến
dạng.
3.1.3.
Các
phương
pháp
ủ
có
chuyển
biến
pha
Thường
gặp,
T>
A
1
,
P
γ
→
,
nhỏ
hạt.
Chia
thành
3
phương
pháp:
-Ủ
hoàn
toàn:
áp
dụng cho
thép tr
ư
ớc
cùng
tích
%C=
0,30
÷
0,65%,
0
u
T
=A
3
+(20
÷
30
0
C)
Mục
đích:
làm
nhỏ
hạt,
giảm
độ
cứng
và
tăng
độ
dẻo
để
dễ
cắt
gọt
và
dập
nguội
(160
÷
200HB).
-Ủ không
hoàn
toàn
và
ủ
cầu
hóa:
- áp
dụng
cho
thép
dụng
cụ
%C=
0,70%, A
1
<T<A
cm
:
0
u
T
=
A
1
+
(20
÷
30
C)
=
750
÷
760
C,
T/c:
peclit
hạt
,
HB
<
220
dễ
gia
công
cắt
hơn, không
áp
dụng
cho
thép
tr
ư
ớc
cùng
tích
có
C
Ê
0,65%
vì
ảnh hưởng
xấu
đến
độ
dai.
- Ủ
cầu
hóa:
là
dạng
đặc
biệt
của
ủ
không
hoàn
toàn,
T=
750
÷
760
o
C-5min
(phút)
rồi
T=
650
÷
660
o
C-
5min ,
với
lặp
đi
lặp
lại
→
cầu
hóa
xêmentit
để
tạo
thành peclit
hạt.
-
Ủ
đẳng
nhiệt:
dùng
cho
thép
hợp
kim
cao
do
γ
quá
nguội
có
tính
ổn
định
quá
lớn
nên
dù
làm
nguội
chậm
cùng
lò
cũng
không
đạt
đ
ư
ợc
tổ
chức
peclit
mà
là
P-X,
X,
X-T
nên
không
đủ
mềm
để
gia
công
cắt
→
ủ
đẳng
nhiệt:
T=
A
1
-
50
o
C
(xác
định
theo
giản
đồ
T
-
T
-
T
của
chính
thép
đó)
để
nhận
được
tổ
chức
peclit.
-
Ủ
khuếch
tán:
T
rất
cao
1100
÷
1150
o
C
-
(10
÷
15h)
để
khuếch
tán
làm
đều
thành phần.
Lĩnh
vực
áp
dụng:
thép
hợp
kim
cao
khi
đúc
bị
thiên
tích
đ
hạt
to
→
cán
nóng
hoặc
ủ
nhỏ
hạt
Chú
ý
:
ủ
có
chuyển
biến
pha,
chỉ
cần
làm
nguội
trong
lò
đến
600
÷
650
o
C,
lúc
đó
sự
tạo
thành
peclit
đã
hoàn
thành,
cho
ra
nguội ngoài
không
khí
và
nạp
mẻ
khác vào
ủ
tiếp.
3 .
2.
Thường
hóa
t
h é
p
3.2.1.
Định nghĩa
:
là
nung
nóng
thép
đến
trạng
thái
hoàn
toàn
là
austenit
(>
A
3
hay
A
cm
),
giữ nhiệt
rồi
làm
nguội
tiếp
theo
trong
không
khí
tĩnh,
độ
cứng
tương
đối
thấp
(nhưng cao
hơn
ủ
một
chút).
-
Nhiệt độ:
giống
như ủ
hoàn
toàn
toàn
nhưng được
áp
dụng
cho cả
thép sau cùng tích:
)5030(:
0
3
0
CAcTTCT
th
÷+=
)5030(:
0
÷+=
mth
AcTSCT
-
Tốc
độ
nguội:
nhanh
hơn
đôi
chút
nên
kinh
tế
hơn
ủ.
-
Tổ
chức
và
cơ
tính:
tổ
chức
đạt
được
là
gần
cân
bằng
với
độ
cứng
cao
hơn
ủ
đôi chút.
12
3.2.2.
Mục
đích
và
lĩnh
vực
áp
dụng:
1)
Đạ
t
đ
ộ
cứng
thí
ch
hợ
p
cho
gia
cô
ng
cơ
+
thép
<
0,25%C
-
phả
i
thư
ờ
ng
hó
a,
+
thép
0,30
÷
0,65%C-
phả i
ủ
hoà n
toà
n,
+
thép
≥
0,70%C-
phải
ủ
khô
ng
hoàn
toà
n
(ủ
cầ
u
hó
a).
2)
Làm
nhỏ
xêmentit
chuẩn bị cho nhiệt luyện
kết thúc.
Th
ư
ờng
áp
dụng
cho
các
thép
kết
cấu
tr
ư
ớc
khi
tôi
(thể tích và bề mặt).
3)
Làm
mất
l
ư
ới
xêmentit
II
của
thép
sau
cùng
tích
→
thép
đỡ
giòn,
gia
công được bóng
hơn.
4.
TÔI THÉP
Là
nguyên
công
quan
trọng
nhất
của
nhiệt
luyện.
4 .
1 .
Đ ị
nh
nghĩa
và
mục
đ ích
4.1.1.
Định nghĩa
:
là
phương
pháp
nung
thép
lên
cao
quá
nhiệt
độ
tới
hạn
A
1
để
đạt
pha
γ
,
giữ
nhiệt
rồi
làm
nguội
nhanh
thích
hợp
để
tạo
thành
M
hay
các
tổ
chức
không
ổn
định
khác
với
độ
cứng
cao.
Đặc trưng của tôi: - Nhiệt độ tôi > A1 để có g (có thể giống ủ hoặc thường hóa).
-
Tốc
độ
làm
nguội
nhanh
dễ
gây
ứng
suất
nhiệt,
pha
→
dễ
gây
nứt,
biến
dạng,
cong
vênh.
-
Tổ
chức
tạo
thành
cứng
và
không
ổn
định.
2
điểm
sau
khác
hẳn
ủ
và
th
ư
ờng hóa.
4.1.2.
Mục
đích:
1)
Tăng
độ
cứng
để
chống
mài
mòn
tốt
nhất
(ram
thấp):
dụng
cụ
(cắt,
biến
dạng nguội),
∈
%C:
%C
<
0,35%C-
≤
HRC
50,
%C
=
0,40
÷
0,65%C-
HRC
52
÷
58,
%C
=
0,70
÷
1,00%C-
HRC
60
÷
64,%C
=
1,00
÷
1,50%C-
HRC
65
÷
66
2)
Nâng
cao
độ
bền
và
sức
chịu
tải
của
chi
tiết
máy,
áp
dụng
cho
thép
có
%C=0,15-0,65:
tôi
+
ram
trung
bình
thép
đàn
hồi
(0,55-0,65)%C
Tôi+ram
cao
→
thép
có
cơ
tính
tổng
hợp
cao
nhất
(thép
0,3-0,5)%C
4 .
2.
Ch ọ n
nhiệt
đ ộ
t
ô i
t
h ép
4.2.1.
Đối
với
thép
TCT
(<
0,80%C):
T
tôi
=
A
3
+
(30
÷
50
o
C)
→
M+ít
γ
d
ư
4.2.2.
Đối
với
thép
CT
và
SCT
(³
0,80%C):
T
tôi
=A
1
+(30
÷
50
o
C)
≈
760
÷
780
o
C
→
M+ít
γ
d
ư
+ Xê
II
13
Hình 4.15. Khoảng nhiệt độ ủ,
th
ư
ờng hóa và tôi cho thép cacbon
o
4.2.3. Lý
do
để
chọn
nhiệt
độ
tôi:
+
Thép
TCT,
T<
A
3
còn
F
là
pha
mềm
gây
ra
điểm
mềm
ảnh
hưởng
xấu
tới
độ bền,
độ
bền
mỏi
và
tính
chống
mài
mòn.
+
Thép
SCT,
T>
A
cm
→
hàm lượng C trong
γ
cao
quá
dễ
sinh
γ
dư
nhiều,
hạt
lớn
(vì
T
>950
o
C)
A
1
<T
tôi
<A
cm
sau
tôi
được
M+ lưới
Xê
II
+
ít
γ
dư
→
chống
mài
mòn
tốt
4.2.4.
Đối
với
thép
hợp
kim:
Cũng
dựa
vào
GĐP
Fe-C
để
tham
khảo
nhiệt
độ
tôi,
2
tr
ư
ờng
hợp:
+
T
hép
hợp
kim
thấp
(ví
dụ
0,40%C
+
1,00%Cr),
T
tôi
~
thép
0,40%C,
có
lấy
tăng
lên
1,1-1,2
lần
+
T
hép
hợp
kim
trung
bình
và
cao:
tra
trong
các
sách
tra
cứu
và
sổ
tay
kỹ
thuật.
4 .
3.
T ố c
đ ộ
t
ôi
tớ i
hạ n
v à
đ ộ
t
h ấ m
tôi
Tốc
độ
tôi
tới
hạn
của
thép
càng
nhỏ
càng
dễ
tôi,
tạo
ra
độ
cứng
cao
(cả
sâu trong
lõi)
đồng
thời
với
biến
dạng
nhỏ
và
không
bị
nứt.
4.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ tôi tới hạn:
-
Thành
phần
hợp
ki
m
của
γ
:
quan
trọng
nhất,
γ
càng
giàu
nguyên
tố
hợp
kim
(trừ
Co)
đ
ư
ờng
"C"
càng
dịch
sang
phải,
V
th
càng
nhỏ:
(2
÷
3)%
nthk
V
th
≈
100
o
C/s,
(5
÷
7)%
nthk
V
th
≈
25
C/s.
-
Sự
đồng
nhất
của
γ
:
γ
càng
đồng
nhất
càng
dễ
biến
thành
M
(
γ
không
đồng
nhất,
vùng
giàu
C
dễ
biến
thành
Xê,
vùng
nghèo
C
dễ
biến
thành
F)
→
T
tôi
↑
→
γ
đồng
nhất
→
V
th
↓
-
Các
phần
tử
rắn
chưa
tan
hết
vào
g:
thúc
đẩy
tạo
thành
hỗn
hợp
F-Xê,
làm
tăng V
th
.
-
Kích
th
ư
ớc
hạt
γ
:
càng
lớn,
biên
giới
hạt
càng
ít,
càng
khó
tạo
thành
hỗn
hợp
F-
Xê
,
V
th
↓
4.3.3.
Độ
thấm
tôi
Định nghĩa:
là chiều sâu lớp tôi cứng có tổ chức 1/2M + 1/2T Cách xác định:
bằng thí nghiệm tôi đầu mút
Các yếu tố ảnh h
ư
ởng:
V
th
:
càng
nhỏ
độ thấm
tôi
càng
cao,
V
th
<
V
lõi
tôi
thấu,
các
yếu
tố
làm
giảm
V
th
→
δ
↑
Tốc
độ
làm
nguội:
nhanh
→
δ
↑
nh
ư
ng
dễ
gây
nứt,
biến
dạng.
Ý
nghĩa:
biểu
thị
khả
năng
hóa
bền
của
thép
bằng
tôi
+
ram,
đúng
hơn
là
biểu
thị
tỷ
lệ
tiết
diện
của
chi
tiết
đ
ư
ợc
hóa
bền
nhờ
tôi
+
ram.
14
-
Thép
có
độ
thấm
tôi
càng
cao
được
coi
là
chất
lượng càng
tốt,
-
Mỗi
mác
thép
có
d
xác
định
do
đó
nên
dùng
cho
các
chi
tiết
có
kích
th
ư
ớc
nhất
định
để
có thể
tôi
thấu
4.3.4.Đánh giá độ thấm tôi:
Hình
4.17
trình
bày
dải
thấm
tôi
của
các
thép
với
cùng
lượng
cacbon
là
0,40%,
ở
đây
độ
thấm
tôi
được
tính
tới
vùng
nửa
1/2M+1/2T.
+
Thép
cacbon,
d
trung
bình
chỉ
khoảng
7mm,
nếu
thêm
1,00%Cr
là
12mm,
còn thêm
0,18%Mo
nữa
tăng
lên
đến
30mm.
+
Để
tăng
mức
độ
đồng
đều
cơ
tính
trên
tiết
diện,
trước
khi
đem
chế
tạo
các
bánh răng
quan
trọng
người
ta
phải
kiểm
tra
lại
d
của
mác
thép
mới
định
dùng.
+
Ngược
lại:
còn
có
yêu
cầu
hạn
chế
độ
thấm
tôi
để
bảo
đảm
cứng
bề
mặt
lõi
vẫn
dẻo
dai.
4.3.
5.
Tính
thấm
tôi
và
tính
tôi
cứng:
Tính
tôi
cứng
là
khả
năng
đạt
độ
cứng
cao
nhất
khi
tôi,
%C
càng
cao
tính
tôi cứng
càng
lớn.
Tính
thấm
tôi
là
khả
năng
đạt
chiều
dày
lớp
tôi
cứng
lớn
nhất,
%nthk
càng
cao
thì
tính
thấm
tôi
càng
lớn.
Hình
4.17.
Khả
năng
tôi
cứng
của
một
số
loại
thép:
(a):
0,40%C;
(
b):
0,40%C
+
1,00%Cr,
(
c):
0,40%C
+
1,00%Cr
+
0,18%Mo,
4 .
4.
Các
phương
pháp tôi thể tích và công dụng. Các môi trường tôi
Các
cách
phân
loại
tôi:
Theo
T
tôi:
tôi
hoàn
toàn
và
không
hoàn
toàn,
theo
phạm
vi:
tôi
thể tích và tôi bề mặt, theo phương thức
và
môi
tr
ư
ờng
làm
nguội
(hình
4.18)
ta
có:
4.4.1 Tôi
trong
một
môi
tr
ư
ờng
15
Hình
4.18.
Phương
pháp
tôi
Hình
4.19.
Đường
nguội
lý
t
ư
ởng
khi
tôi
Trong đó: a.
trong
1
môi
trường,
b.
trong
2
môi
trường, c.
tôi
phân
cấp,
d.
tôi
đẳng
nhiệt.
Yêu
cầu
đối
với
môi
tr
ư
ờng
tôi:
-
Làm
nguội
nhanh
thép
để
đạt
được
tổ
chức
M,
-
không
làm
thép
bị
nứt
hay
biến dạng
-
Rẻ,
sẵn,
an
toàn
và
bảo
vệ
môi
trường.
Để
đạt
được
hai
yêu
cầu
đầu
tiên,
môi
trường
tôi lý tưởng
hình
4.19:
1)
Làm
nguội
nhanh
thép
ở
trong
khoảng
γ
kém
ổn
định
nhất
500
÷
600
o
C
để
γ
không
kịp
phân
hóa
thành
hỗn
hợp
F-Xê.
V
nguội
>
V
th
.
2)
Làm
nguội
chậm
thép
ở
ngoài
khoảng
nhiệt
độ
trên
vì
Ơ
đó
γ
quá
nguội
có
tính
ổn
định
cao,
không
sợ
bị
chuyển
biến
thành
hỗn
hợp
F-Xê
có
độ
cứng
thấp.
Đặc biệt
trong
khoảng
chuyển
biến
M
(300
÷
200
o
C),
nguội
chậm
sẽ
làm
giảm
ứng suất
pha
do
đó
ít
bị
nứt
và
ít
cong
vênh.
Các
môi
tr
ư
ờng
tôi
thường
dùng:
(bảng
4.1)
Bảng
4.1.
Đặc
tính
làm
nguội
của
các
môi
trường
tôi
Môi
tr
ư
ờng
tôi
Tốc
độ
nguội,
[độ/s],
ở
các
k
hoảng
nhiệt
độ
600
÷
500
0
C 300
÷
200
0
C
N
ư
ớc
lạnh,
10
÷
30
0
C
600-500
27
0
N
ư
ớc
nóng,
50
0
C
100
27
0
N
ư
ớc
hòa
tan
10%NaCl,
NaOH,20
0
C
1100-1200
30
0
Dầu
khoáng
vật 100-150 20
-
25
Tấm
thép,
không
khí
nén 35-30 15
-
10
Nước: là môi trường tôi mạnh, an toàn, rẻ, dễ kiếm nên rất thông dụng nhưng cũng dễ gây
ra nứt, biến dạng, không gây cháy hay bốc mùi khó chịu, khi nhiệt độ nước bể tôi > 40oC
tốc độ nguội giảm, (khi To nước = 50oC, tốc độ nguội thép chậm hơn cả trong dầu mà
không làm giảm khả năng bị biến dạng và nứt (do không làm giảm tốc độ nguội ở nhiệt độ
thấp) phải lưu ý tránh: bằng cách cấp nước lạnh mới vào và thải lớp nước nóng ở bề mặt
16
o
o
đi.
N
ư
ớc
(lạnh)
là
môi
tr
ư
ờng
tôi
cho
thép
cacbon
(là
loại
có
V
th
lớn,
400
÷
800
o
C/s),
song
không
thích
hợp
cho
chi
tiết
có
hình
dạng
phức
tạp.
Nước được hoà tan 10% các muối (NaCl hoặc Na2CO3) hay (NaOH):
nguội
rất nhanh ở
nhiệt độ cao song không tăng khả năng gây nứt (vì hầu như không tăng tốc độ nguội ở
nhiệt độ thấp) so với nước, được dùng để tôi thép dụng cụ cacbon (cần độ cứng cao).
Dầu
:
làm
nguội
chậm
thép
ở
cả
hai
khoảng
nhiệt
độ
do
đó
ít
gây
biến
dạng,
nứt nhưng
khả năng tôi cứng lại kém. Dầu nóng, 60
÷
80oC, có khả năng tôi tốt hơn vì có độ loãng
(linh động) tốt không bám nhiều vào bề mặt thép sau khi tôi. Nhược điểm dễ bốc cháy
phải có hệ thống ống xoắn có nước lưu thông làm nguội dầu, bốc mùi gây ô nhiễm và hại
cho sức khỏe.
Dầu
là
môi
tr
ư
ờng
tôi
cho
thép
hợp
kim
(loại
có
V
th
nhỏ,
<
150
0
C
/
s),
các
chi
tiết
có
hình
dạng
phức
tạp,
là
môi
trường
tôi
thứ
2
(thép
CD)
Quy
tắc
chọn
môi
trường
tôi
ngoại
lệ:
- Thép C tiết diện nhỏ (f < 10), hình dạng đơn giản, dài (như trục trơn) nên tôi dầu Chi tiết
có hình dạng phức tạp về độ bền có thể chọn thép C nhưng phải làm bằng thép hợp kim
để tôi dầu.
- Chi tiết bằng thép hợp kim, có tiết diện lớn, hình dạng đơn giản phải tôi nước.
Các vật mỏng, hình dạng phức tạp dễ bị cong vênh khi làm nguội tự do cần tôi trong
khuôn ép, trong khung giữ chống cong vênh hoặc bó chặt nhiều thanh dài lại,
Tôi
trong
một
môi
trường
rất
phổ
biến
do
dễ
áp
dụng
cơ
khí
hóa,
tự
động
hóa,
giảm
nhẹ
điều
kiện
lao
động
nặng
nhọc.
4.4.2.
Tôi
trong
hai
môi
tr
ư
ờng
(nước qua dầu) Đường b trên hình
4.18
Tận dụng được ưu điểm của cả nước lẫn dầu: nước, nước pha muối,
xút qua dầu (hay không khí) cho đến khi nguội hẳn.
Như vậy vừa bảo đảm độ cứng cao cho thép vừa ít gây biến dạng, nứt.
Nhược điểm: khó, đòi hỏi kinh nghiệm, khó cơ khí hóa,
chỉ áp dụng cho tôi đơn chiếc thép C cao.
4.4.3.
Tôi
phân
cấp:
đường c trên hình 4.18
Muối
nóng
chảy
có
nhiệt
độ
cao
hơn
điểm
M
đ
khoảng
50
÷
100
0
C,
3
÷
5min
để
đồng
đều nhiệt độ trên tiết diện rồi nhấc ra làm nguội trong không khí để chuyển biến
M.
Ưu điểm: khắc phục được khó khăn về xác định thời điểm chuyển môi trường của cách b.
Đạt độ cứng cao song có ứng suất bên trong rất nhỏ, độ biến dạng thấp nhất, thậm chí có
thể sửa, nắn sau khi giữ đẳng nhiệt khi thép ở trạng thái
γ
quá nguội vẫn còn dẻo.
Nhược điểm: năng suất thấp, chỉ áp dụng được cho các thép có Vth nhỏ
(thép hợp kim cao như thép gió) và với tiết diện nhỏ như mũi khoan, dao phay
Cả
ba
ph
ư
ơng
pháp
tôi
kể
trên
đều
đạt
đ
ư
ợc
tổ
chức
mactenxit.
17
4.4.4.
Tôi
đẳng
nhiệt:
đường d trên
hình
4.18
Khác tôi phân cấp ở chỗ giữ đẳng nhiệt lâu hơn (hàng giờ) cũng trong môi trường lỏng
(muối nóng chảy) để austenit quá nguội phân hóa hoàn toàn thành hỗn hợp
F-Xê nhỏ mịn có độ cứng tương đối cao, độ dai tốt. Tùy theo nhiệt độ giữ đẳng nhiệt
sẽ được các tổ chức khác nhau: 250
÷
400oC - bainit, 500
÷
600oC - trôxtit.
Sau khi tôi dẳng nhiệt không phải ram.
Tôi đẳng nhiệt có mọi ưu, nhược điểm của tôi phân cấp, nhưng độ cứng thấp hơn
và độ dai cao hơn, năng suất thấp í t được áp dụng cách tôi này.
Một phương pháp tôi đẳng nhiệt đặc biệt là tôi chì (patenting) - tôi đẳng nhiệt trong
bể
Pb
nóng
chảy
ở
500
÷
520
o
C
đ
X
mịn,
qua
khuôn
kéo
sợi
nhiều
lần
(
ε
tổng=
90%),
đạt
δ
E
và
δ
max.
4.4.5.
Gia
công
lạnh
áp
dụng
cho
thép
dụng
cụ
hợp
kim,
%C
cao
và
được
hợp
kim
hóa,
các
điểm
M
đ
và
M
K
quá
thấp
nên
khi
tôi
lượng
g
dư
quá
lớn,
làm
giảm
độ
cứng.
Đem
gia
công
lạnh
(-50
hay
-70
o
C)
để
γ
d
ư
→
M,
độ
cứng
có
thể
tăng
thêm
1
÷
10
đơn
vị
HRC.
4.4.6.
Tôi
tự
ram
Là
cách
tôi
với
làm
nguội
không
triệt
để,
nhằm
lợi
dụng
nhiệt
của
lõi
hay
các
phần khác
truyền
đến,
nung
nóng
tức
ram
ngay
phần
vừa
đ
ư
ợc
tôi:
đục,
chạm,
tôi
cảm ứng
băng
máy,
trục
dài
4 .
5.
C ơ
-
nh i
ệ t
l
u yệ n
t h é
p
4.5.1.Bản
chất:
đồng
thời:
biến
dạng
dẻo
(cán
nóng)
γ
đem
tôi
ngay
rồi
ram thấp
ở
150
÷
200
o
C.
Kết
quả:
M
nhỏ
mịn
với
xô
lệch
cao,
nhờ
đó
kết
hợp
cao
nhất giữa
độ
bền,
độ
dẻo
và
độ
dai
mà
chưa
có
phương
pháp
hóa
bền
nào
sánh
kịp.
So
với
nhiệt
luyện
tôi
+
ram
thấp
thông
th
ư
ờng:
bền
kéo
cao
tăng
10
÷
20%,
độ dẻo,
độ
dai
tăng
từ
1,5
đến
2
lần.
Gồm
2
loại:
4.5.2.
Cơ
-
nhiệt
luyện
nhiệt
độ
cao:
hình
4.20a,
biến
dạng
dẻo
ở
trên
A
3
rồi
tôi ngay,
đặc
điểm:
-
có
thể
áp
dụng
cho
mọi
thép
kể
cả
thép
cacbon,
-
dễ
tiến
hành
vì
ở
nhiệt
độ
cao
austenit
dẻo,
ổn
định,
lực
ép
nhỏ,
độ
biến
dạng
ε
=
20
÷
30%
.
- độ bền khá cao:
b
σ
= 2200
÷
2400MPa,
δ
= 6
÷
8%, a
k
= 300kJ/m2
4.5.3.Cơ – nhiệt luyện nhiệt độ thấp:
(hình
4.20b):
Sau
khi
γ
hóa
ở
trên A
3
làm
nguội nhanh thép xuống 400
÷
600
o
C là vùng
γ
quá nguội có tính ổn định tương đối cao và
thấp hơn nhiệt độ kết tinh lại, rồi biến dạng dẻo và tôi ngay.
18
Đ/điểm: - chỉ áp dụng được cho thép hợp kim
- khó tiến hành vì ở nhiệt độ thấp (400
÷
600
o
C)
γ
kém
dẻo
hơn,
máy
cán
lớn,
phôi
thép
phải
nhỏ
để
kịp
nguội
nhanh
xuống
400
÷
600
o
C
- đạt được độ bền rất cao sb = 2600
÷
2800MPa, song độ dẻo,
độ dai thấp hơn loại
trên: d
=
3%,
a
K
=
200kJ
/m
2
.
Hình
4.20.
Sơ
đồ
cơ
-
nhiệt
luyện:
nhiệt
độ
cao
(a)
và
nhiệt
độ
thấp
(b).
5.RAM THÉP
Ram
thép
là
nguyên
công
bắt
buộc
khi
tôi
thép
thành
M.
5 .
1.
Mục
đ í c h
v
à
đ ị
n h
n g h ĩ
a
5. 1.1
Trạng
thái
của
thép
tôi
thành
M:
cứng,
rất
giòn,
kém
dẻo,
dai
với
ứng
suất bên
trong
lớn
Mục
đích
của
ram:
-
giảm
ứng
suất,
điều
chỉnh
cơ
tính
cho
phù
hợp
với
điều kiện
làm
việc.
5.1.
2.
Định
nghĩa
:
là
nung
nóng
thép
đã
tôi
đến
các
nhiệt
độ
thấp
hơn
Ac
1
,
để
M
và
γ
dư
phân
hóa
thành
các
tổ
chức
có
cơ
tính
phù
hợp
với
điều
kiện
làm
việc
quy
định.
5 .
2. Các
phương
pháp ram thép cacbon
5.2.1.Ram
thấp
(150
÷
250
o
C):
tổ
chức đạt được là M ram, độ cứng cao, tính dẻo,
dai tốt hơn, áp dụng cho dụng cụ, các chi tiết cần độ cứng và tính chống mài mòn
cao
như:
dao
cắt,
khuôn
dập
nguội,
bánh
răng,
chi
tiết
thấm
cacbon,
ổ
lăn, trục,
chốt
5.2.2.
Ram
trung
bình
(300
÷
450
o
C):
tổ chức đạt được là T ram.
Sau khi ram trung bình độ cứng giảm đi rõ rệt, nhưng vẫn còn khá cao, giới hạn đàn hồi
19
max, áp dụng cho chi tiết máy, dụng cụ cần độ cứng tương đối cao và đàn hồi như
khuôn dập nóng, khuôn rèn, lòxo, nhíp
5.2.3.
Ram
cao
(500
÷
650
o
C):
tổ chức đạt được là X ram.
*
Cơ
tính
tổng
hợp
cao
nhất,
nhiệt
luyện
hoá
tốt
So
sáng
cơ
tính
của
thép
sau
ram
cao
với
các
dạng
nhiệt
luyện
khác
bảng
4.2.
*
áp
dụng
cho
các
chi
tiết
máy
cần
giới
hạn
bền,
đặc
biệt
là
giới
hạn
chảy
và
độ
dai
va
đập
cao
như
các
loại
trục,
bánh
răng
làm
bằng
thép
chứa
0,30
÷
050%C,
đạt
độ
bóng
cao
khi
gia
công.
*
Giới
hạn
nhiệt
độ
phân
chia
các
loại
ram
trên
chỉ
là
tương
đối,
chỉ
phù
hợp
cho thép
cacbon
và
với
thời
gian
giữ
nhiệt
khoảng
1h.
Ngoài ba phương pháp
ram
trên
còn
phải
phân
biệt
ram
màu
và
tự
ram.
Bảng
4.2.
Cơ
tính
của
thép
có
0,45%C
ở
các
dạng
nhiệt
luyện
khác
nhau
Dạng
nhiệt
luyện Cơ
tí
nh
s
b
,
MPa
s
0,2
,
MPa
d
,
%
y
,
% a
K
,
kJ/m
2
ủ
840
0
C
530 280 32,5 50 900
Thường
hóa
850
0
C
650 320 15 40 500
Tôi
850
0
C
+
ram
200
0
C
1100 720 8 12 300
Tôi
850
0
C
+
ram
650
0
C
720 450 22 55 1400
5.2.4.
Ram
màu
và
tôi
tự
ram:
Ram
ở
200
÷
350
o
C,
trên
mặt
thép
xuất
hiện
lớp
ôxit
mỏng
với
chiều
dày
khác nhau
có
màu
sắc
đặc
trưng như: vàng
(~
0,045
m
m)
ở
220
÷
240
o
C,
nâu (~
0,050
m
m)
ở
255
÷
265
o
C,tím
(~
0,065
m
m)
ở
285
÷
295
o
C,
xanh
(~
0,070
m
m)
ở
310
÷
320
o
C.
Nhờ
đó
dễ
dàng
xác
định
nhiệt
độ
ram
thấp
mà
không
cần
dụng
cụ
đo
nhiệt.
Tôi
tự
ram
có
các
đặc
điểm:
nhanh,
đơn
giản,
tiện
dùng,
phải
có
kinh
nghiệm.
5.2.5. Ảnh
hưởng
của thời gian ram:
thường
(1
÷
2h).
Chú
ý
là
sau
khi
tôi
nên
ram ngay
để
vừa
tránh
nứt
xảy
ra
sau
khi
tôi
vừa để tránh hiện tượng ổn định hóa
γ
dư.
6.
CÁC KHUYẾT TẬT XẢY RA KHI NHIỆT LUYỆN THÉP
6 .
1.
B i
ến
dạ n g
và
nứt
6.1.
1.
Nguyên
nhân
và
tác
hại:
do
ứng
suất
sinh
ra
khi
nguội
làm
thép
bị
biến
dạng,
cong
vênh,
nứt.
Nói
chung
khó
tránh
khỏi
nhưng
phải
tìm
cách
hạn
chế.
6.1.
2.
Ngăn
ngừa:
-
Nung
nóng
và
đặc
biệt
là
làm
nguội
với
tốc
độ
hợp
lý
.
20
-
Nung
nóng
và
làm
nguội
các
trục
dài:
khi
nung
treo
thẳng
đứng
để
tránh
cong, khi
làm
nguội
phải
nhúng
thẳng
đứng,
phần
dày
xuống
trước
-
Nên
dùng
tôi
phân
cấp,
hạ
nhiệt
trước
khi
tôi,
với
các
vật
mỏng
phải
tôi
trong khuôn
ép.
6.1.
3.
Khắc
phục:
biến
dạng,
cong
vênh
với
một
số
dạng
chi
tiết
như
trục
dài,
tấm
có
thể
đem
nắn,
ép
nóng
hoặc
nguội.
Còn
khi
bị
nứt
thì
không
sửa
được.
6 .
2.
Ôxy
hóa
và
t h oát
cacbon
6.2.
1.
Nguyên
nhân
và
tác
hại:
do
trong
môi
trường
nung
có
chứa
chất
ôxy
hóa
Fe
và
C:
O
2
,
CO
2
,
hơi
nước ,
khi
ôxy
hóa
thường
đi
kèm
với
thoát
cacbon.
Tác
hại
của
ôxy
hóa:
làm
hụt
kích
thước,
xấu
bề
mặt
sản
phẩm,
thoát
cacbon
làm
giảm
độ
cứng
khi
tôi.
6.2.
2.
Ngăn
ngừa:
-
Khí
quyển
bảo
vệ::
CO
2
/CO,
H
2
O/H
2
,
H
2
/CH
4
<
P
th
gây
oxy
hoá
-
Khí
quyển
trung
tính:
N,
Ar,
-
Nung
trong
lò
chân
không:
10
-2
at
10
-4
at
có
khả
năng
chống
ôxy
hóa
và
thoát cacbon
một
cách
tuyệt
đối
cho
mọi
thép
và
hợp
kim.
Có
thể:
+
Rải
than
hoa
trên
đáy
lò
hay
cho
chi
tiết
vào
hộp
phủ
than
lãng
phí
vì
kéo
dài
thời
gian
nung.
+ Lò muối được khử ôxy triệt để bằng than, ferô silic. Cách này chỉ áp dụng được cho chi iết
nhỏ, năng suất thấp. Được áp dụng rộng rãi khi tôi dao cắt. Rất độc
6.2.
3.
Khắc phục: Phải để đủ được lượng dư để hớt bỏ đi hoặc đem thấm cacbon.
6 .
3.
Đ ộ
cứ n g
không
đạ t
:
6.3.
1.
Độ
cứng
quá
cao:
sau
khi
ủ
và
thường
hóa
thép
hợp
kim,
do
tốc
độ
nguội
lớn
→
ủ
lại.
6.3.
2.
Độ
cứng
quá
thấp:
Nhiệt
độ
tôi
chưa
đủ
cao,
thời
gian
giữ
nhiệt
ngắn.
Làm nguội
không
đủ
nhanh
theo
yêu
cầu
đề
ra
để
tạo
nên
M.
Thoát
cacbon
bề
mặt, khắc
phục.
6 .
4.
Tí n h
giòn
c a
o
Sau khi tôi, độ cứng vẫn ở bình thường mà thép lại quá giòn (rơi vỡ). Nguyên nhân là nhiệt
độ tôi quá cao (gọi là quá nhiệt), hạt thép bị lớn. Khắc phục: thường hóa rồi tôi lại, tăng
biến dạng.
6.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ và tầm quan trọng của kiểm nhiệt
6.5.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
:
là
yếu
tố quyết định nhất chất lượng nhiệt luyện
6.5.2.
Kiểm
tra
nhiệt
độ
nung:
bằng
các
dụng
cụ
đo
nhiệt:
-
<
400
÷
500
o
C
dùng
nhiệt
kế
thủy
ngân,
<
1600
o
C
dùng
cặp
nhiệt
+
đồng
hồ
(milivôn
kế):
+
cặp
P
P-
1300
o
C
(đến
1600
o
C),
cặp
XA-
800
o
C
(1200
o
C).
21
Ước lượng bằng mắt:
Màu đỏ - 700
÷
830oC, da cam - 850
÷
900oC, vàng – 1050
÷
1250oC, trắng - 1250
÷
1300oC. Tất nhiên cách này kém chính xác và đòi hỏi có kinh
nghiệm.
7.
HOÁ BỀN BỀ MẶT
7 .
1.
T ô i
b ề
mặt
n h ờ
nu n g
nó n g
bằng
c
ảm
ứng
đ i
ệ
n
(t
ô i
c
ảm
ứng)
7.1.
1.
Nguyên
lý
nung
nóng
bề
mặt:
(hình
4.21a).
Chiều
sâu
nung
D
xác
định
theo
công
thức:
cm
f
µ
ρ
5030=∆
trong
đó:
r
-
điện
trở
suất
(W.cm),
m
-
độ
từ thẩm
7.1.
2.
Chọn
tần
số
và
thiết
bị:
Bánh
răng
chiều
dày
lớp
tôi
bằng
(0,20
÷
0,28)M
(M
là
môđun
răng).
Khi
cần
lớp
tôi
dày
(4
÷
5mm):
thiết
bị
2500
hay
8000Hz,
P=
100kW
trở
lên.
Lớp
tôi
mỏng
(1
÷
2
mm),
thiết
bị
tần
số
cao
(66000
hay
250000Hz),
p=
50
÷
100kW.
7.1.
3.
Các
ph
ư
ơng
pháp
tôi:
Vòng
cảm
ứng
được
uốn
sao
cho
có
dạng
bao,
ôm
lấy
phần
bề
mặt
cần
nung
để
tôi
song
không
được
tiếp
xúc
với
chi
tiết,
có
khe
hở
1,5
÷
5,0mm,
càng
nhỏ
càng
đỡ
tổn
hao.
Có
3
kiểu
tôi
sau:
-
Nung
nóng
rồi
làm
nguội
toàn
bề
mặt
như
biểu
thị
ở
hình
4.21b.
-
Nung
nóng
rồi
làm
nguội
tuần
tự
từng
phần
riêng
biệt:
tôi
từng
răng
cho
các bánh
răng
lớn
(m
>
6)
hay
các
cổ
trục
khuỷu
(có
máy
tôi
chuyên
dùng
điều
khiển theo
chương
trình).
-
Nung
nóng
và
làm
nguội
liên
tục
liên
tiếp:
trục
dài
(hình
4.21c),
băng
máy
co
thể
tự
ram.
7.1.
4.
Tổ
chức
và
cơ
tính
của
thép
tôi
cảm
ứng:
Thép
dùng:
%C=
0,35
÷
0,55%
(th
ư
ờng
chỉ
0,40
÷
0,50%),
có
thể
hợp
kim
thấp
Tổ
chức:
nung
với
tốc
độ
rất
nhanh
do
đó:
- Nhiệt độ chuyển biến pha A
1
, A
3
nâng cao lên, do vậy nhiệt độ tôi cao hơn từ 100
÷
200oC.
Hình 4.21 Nung nóng
và tôi cảm ứng
a. sơ đồ nung nóng
cảm ứng,
b. tôi khi nung nóng
toàn bộ bề mặt tôi,
c. tô i khi nung nóng và
làm nguội liên tụ c
1. chi tiết tôi, 2. vòng
cảm ứng, 3. vòng phun
nước, 4. đường sức từ
tr
ư
ờng.
22
- Tốc độ chuyển biến pha rất nhanh, thời gian chuyển biến ngắn, nhận được siêu M rất dẻo
dai.
Tôi cảm ứng thường được áp dụng cho các chi tiết:
+ chịu tải trọng tĩnh và va đập cao, chịu mài mòn ở bề mặt như bánh răng, chốt
+ chi tiết chịu mỏi cao, + chịu uốn, xoắn lớn: trục truyền, trục
7.1.
5. Ưu
việt:
- Năng suất cao, do thời gian nung ngắn vì chỉ nung lớp mỏng ở bề mặt và nhiệt được tạo ra
ngay trong lớp kim loại.
- Chất lượng tốt, tránh được các khuyết tật: ôxy hóa, thoát cacbon, chất lượng đồng đều, kết
quả ổn định. Độ cứng cao hơn so với tôi thường khoảng 1
÷
3 đơn vị HRC, gọi là siêu độ
cứng.
- Dễ tự động hóa, cơ khí hóa, thích hợp cho sản xuất hàng loạt.
Nhược điểm: khó áp dụng cho các chi tiết có hình dạng phức tạp, tiết diện thay đổi đột
ngột do khó chế tạo vòng cảm ứng thích hợp.
7 .
2.
Hó a
-
nhiệt
l
u yện
Định nghĩa:
Hóa - nhiệt luyện là đưa chi tiết và trong môi trường thấm có thành phần, nhiệt
độ thích hợp trong thời gian đủ để nguyên tố cần thấm đi sâu vào trong chi
tiết sau đó đem nhiệt luyện để cải thiện hơn nữa tí nh chất của lớp bề mặt.
7.2.
1.
Nguyên
lý
chung
Môi
tr
ư
ờng
thấm: là môi trường có chứa nguyên tố cần thấm, có khả năng phản ứng để
cố định nguyên tố thấm lên bề mặt chi tiết và khuếch tán vào sâu phía bên trong. Thấm C:
môi trường khí phân huỷ từ dầu hoả, thấm N: khí NH3,
mục
đích
chính:
-
Nâng
cao
độ
cứng,
tính
chống
mài
mòn
và
độ
bền
mỏi
của
thép
hơn
cả
tôi
bề
mặt:
thấm
C,
thấm
N,
thấm
C-N,
đ
ư
ợc
ứng
dụng
rộng
rãi
trong
sản
xuất
cơ
khí
.
-
Nâng
cao
tính
chống
ăn
mòn:
thấm
Cr,
thấm
Al,
Si,
B.
Các
quá
trình
thấm
này phải
tiến
hành
ở
nhiệt
độ
cao
hơn
và
thời
gian
dài
hơn,
ít
thông
dụng
hơn.
Các
giai
đoạn:
1)
khuếch
tán
thể
khí
:
là
quá
trình
khuếch
tán
chất
thấm
đến
bề
mặt
chi
tiết
2)
Phản
ứng
tạo
nguyên
tử
hoạt
tính
và
cố
định
lên
bề
mặt:
hấp
phụ
tạo
nguyên
tử
hoạt
trên
bề
mặt
và
phản
ứng
với
nền
để
cố
định
chúng
trên
bề
mặt
(có
thể
hấp phụ
phân
ly
hoặc
phản
ứng
phân
ly
ra
nguyên
tử
hoạt
tính).
3)
Khuếch
tán
thể
rắn:
nguyên
tử
chất
thấm
đ
ư
ợc
cố
định
trên
bề
mặt
khuếch
tán sâu
vào
bên
trong
để
tạo
nên
lớp
thấm
với
chiều
sâu
nhất
định.
Trong
ba
giai
đoạn
kể
trên
thì
khuếch
tán
thể
rắn
th
ư
ờng
chậm
nhất
do
đó
là
khâu quyết
định
sự
hình
thành
của
lớp
thấm.
Ảnh
h
ư
ởng
của
nhiệt
độ
và
thời
gian:
Nhiệt
độ
càng
cao:
phản
ứng
tạo
nguyên
tử
hoạt
và
khuếch
tán
vào
càng
nhanh, song
cao
23
quá
thì
có
hại:
Ví
dụ:
thấm
C
không
quá
950
o
C
để
hạt
tinh
thể
không
bị thô
to,
thấm
N
không
quá
650
o
C
để
còn
bảo
tồn
tổ
chức
hoá
tốt
của
thép
ở
lõi.
Thời gian thấm: Càng dài thì lớp thấm càng sâu:
τ
KX =
Trong đó: X-chiều sâu lớp thấm, K- hằng số thuộc nhiệt độ va công nghệ thấm, τ -thơi
gian thấm.
7.2.
2.
Thấm
cacbon
:
phổ
biến
nhất,
dễ
làm
do
đó
hầu
hết
các
xưởng
Cơ
khí
đều
áp
dụng
Ưu điểm:
bề
mặt
sau
khi
thấm
+
tôi
và
ram
thấp
HRC
60
÷
64,
chống
mài
mòn
cao, chịu
mỏi
tốt,
còn
lõi
bền,
dẻo,
dai
với
độ
cứng
HRC
30
÷
40.
Nhiệt độ thấm:
Đủ
cao
để
thép
ở
trạng
thái
hoàn
toàn
là
γ
,
pha
có
khả
năng
hòa tan
nhiều
cacbon
(900
÷
950
o
C).
Tuỳ
theo
loại
thép
sử
dụng:
Thép
C:
C10-C25,
T
thấm
=
(900-930)
o
C,
Thép
hợp
kim
có
Ti:
18CrMnTi,
25CrMnTi,
T=(930-950)
o
C,
Mn
để
%C
không
quá
cao
→
bong
Sau
khi
thấm
và
tôi+ram
thấp:
bề
mặt
%C
(1-1,2)%,
sau
tôi
+ram
thấp
độ
cứng cao
(thường
là
62
÷
64),
không
bong.
Lõi:
có
tổ
chức
hạt
nhỏ
(cấp
5
÷
8)
với
tổ
chức
mactenxit
hình
kim
nhỏ
mịn,
không
có
F
tự
do,
để
bảo
đảm
độ
bền,
độ
dai
cao,
HRC
30
÷
40.
Thời gian thấm:
(giữ
nhiệt
ở
nhiệt
độ
thấm)
phụ
thuộc
vào
hai
yếu
tố
sau.
1)
Chiều
dày
lớp
thấm
yêu
cầu:
chiều
dày
lớp
thấm
X
=
(0,10
÷
0,15)d,
d
đường
kính
hay
chiều
dày
chi
tiết.
Riêng
đối
với
bánh
răng
lấy
X=(0,20
÷
0,30)m
(m- môduyn
của
răng)
2)
Tốc
độ
thấm:
Tuỳ
theo
công
nghệ
thấm
và
nhiệt
độ
thấm:
Công
nghệ
thấm:
2
công
nghệ
thường
dùng:
Thấm
C
thể
rắn:
Hỗn
hợp
thấm:
Than
(cốc,
đá,
gỗ)
cở
2-8mm
:
25%
Than
dựng
lại
(xàng
bỏ
bột
vụn):
60%
BaCO3 : 15% Hoà BaCO3 vào nước
vừa xệt để có thể trộn đều vào than.
Xếp chi tiết và lốn than vừa chặt như
hình 4.22.
Hình
4.22.
Hộp
thấm
C
thể
rắn
24
Thời
gian
và
chiều
dày
lớp
thấm:
X
=(0,11-0,12)t,
khi
thấm
ở
(900-930)
o
C-
lấy
K=0,11,
khi
thấm
ở
(930-950)
o
C-
lấy
K=0,12
Đặc
điểm
của
thấm
cacbon
thể
rắn
là:
+
Thời
gian
dài
(do
phải
nung
cả
hộp than
dẫn
nhiệt
chậm),
bụi,
khó
cơ
khí
hóa,
kém
ổn
định,
không
đòi
hỏi
thiết
bị
kín,
rất
đơn
giản
Thấm
ở
thể
khí
:
là
phương
pháp
thấm
hiện
đại,
đ
ư
ợc
sử
dụng
rộng
rãi
trong
sản xuất
Cơ
khí
.
Chất
thấm:
Khí
đốt
và
dầu
hoả
(dầu
hoả
dễ
dùng
hơn)
Thiết
bị
thấm:
các
loại
l ò
chuyên
dùng
để
thấm
C
(bảng
4.3)
Bảng
4.3.
Lò
thấm
C
của
Nga
Loại lò P, kw dxh lò,mm Loại lò P, kw dxh lò,mm
• 25
25 300x450
• 75
75 500x900
• 35
35 300x600
• 90
90 600x900
• 60
60 450x600
• 105
105 600x1200
Xếp hoặc treo chi tiết vào lò đảm bảo bề mặt cần thấm phải luôn có khí luân chuyển.
Nâng nhiệt độ và
cấp
dầu:
Nhiệt
độ
Số
giọt
dầu,
[giọt/phút]
(lò Ц
25
-Ц
60)
<
300 0
300-500 30
500-900 30-50
900-950 90-150
(bão
hoà)
900-950
50-80 (khuếch
tán)
Nhiệt
độ
thấm:
theo
loại
thép
như
thấm
C
thể
rắn
Thời gian thấm: (kể từ khi đạt nhiệt độ thấm)
K
X
2
=
τ
K=0,12 khi thấm (900-930)oC, K=0,14 khi
thấm ở (930-950)
o
C,
τ
=
τ
bãohoà
+
τ
k/tán
=2
τ
bão hoà
=2
τ
k/tán
Nhiệt
luyện
sau
khi
thấm:
3
công
nghệ:
1- Tôi trực tiếp+ram thấp ở 200
o
C-1h: sau thấm lấy ra cho nhiệt độ hạ xuống còn 850-
860oC thì tôi trong dầu. Chỉ áp dụng cho thép hợp kim, quy trình đơn giản, kinh tế.
2- Tôi 1 lần+ram thấp ở 200
o
C-1h: sau thấm đem thường hoá rồi tôi ở (820- 850)
o
C khi
cần ưu tiên cho lớp bề mặt, tôi ở (860-880)
o
C khi cần ưu tiên cho lõi, áp dụng
được cho cả
thép C.
3- Tôi 2 lần+ram thấp ở 200
o
C-1h: sau thấm đem thường hoá rồi tôi ở (880-900)
o
C cho lõi
xong, nung lại và tôi cho bề mặt ở (760-780)
o
C (tốt nhất là tôi cao tần), áp dụng cho mọi loại
thép, đảm bảo cơ tính cả lõi và bề mặt, song phiền phức và ngày càng ít dùng.
7.2.
3.
Thấm
nitơ
Định
nghĩa
và
mục
đích:
làm bão hòa và khuếch tán N vào bề mặt thép hợp kim sau khi
25
Hình 4.23. Sơ đồ lò thấm C
bằng dầu hoả
